矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第10期

• 深部高应力巷道钻孔卸压围岩能量耗散特征与钻孔参数研究

  吴洋,左宇军,陈庆港,林健云,陈斌,郑禄璟

  为提高某金矿深部高应力巷道的围岩钻孔卸压效果,采用FLAC3D建立了钻孔卸压围岩能量耗散模型,研究分析了不同钻孔参数(直径、排距、间距)条件下卸压后围岩垂直应力和弹性能密度的变化规律.结果表明:围岩卸压后的峰值应力位于钻孔两侧,钻孔直径由80mm 增加至240mm时,围岩垂直应力峰值减少了26.0％,卸压区内弹性能密度峰值提高了77.4％,钻孔中心垂直应力减少了58.6％,卸压效果增强;卸压钻孔排距、间距从0.6m 增加至1.4m 时,围岩峰值垂直应力增加了8.6％和11.6％,钻孔中心垂直应力增加了40.2％和80.2％,卸压区内弹性能密度峰值降低了32.7％和24.5％,卸压效果减弱.卸压钻孔参数的合理选择可以有效增强卸压效果,研究成果对金属矿山高应力巷道围岩卸压钻孔设计具有借鉴意义.

• 深部硬岩矿山非规则岩样点载荷强度测试与应用

  李德贤,刘永平,顾金钟,李连惠,李地元,弓昊,李雅楠

  针对深部高地应力矿山节理裂隙发育程度高、钻孔岩芯饼化现象频发,造成岩体质量降低、完整性程度差、现场钻孔取芯困难等问题,选取金川二矿610m 主斜坡道爆破后的非规则岩样进行点载荷试验,获得不同岩石的点载荷强度.试验结果表明:非规则岩样修正后的点载荷强度Is(50)服从正态分布,通过对比不同计算方法和修正方式下试验数据的标准差σ与变异系数δ,推荐闪长岩的点载荷强度宜采用等效直径(线性修正)法求解,花岗岩的点载荷强度宜采用加载间距法求解;非规则岩样的点载荷强度Is与形状系数β、加载间距D之间呈现明显的幂函数关系,以Is的相对偏差ω≤20％作为选样标准,确定闪长岩与花岗岩β、D 的取值范围;确定了非规则岩样修正后点载荷强度Is(50)与抗拉强度σt、抗压强度σUCS之间的转化系数,可用于快速估算围岩强度,为岩体质量分级与巷道支护方案制定提供依据.

• 不良充填体间隔下盘区二步骤采场回采稳定性分析

  江飞飞,盛佳,刘畅,李向东,周辉,周益龙

  针对厚大矿体盘区一步骤采场回采边界欠规整、充填体质量差等问题,为了确保二步骤采场稳定和回采作业安全,开展了区域工程地质调查与分析,采用数值模拟方法对提出的两个二步骤回采优化方案进行对比,并引入破坏接近度指标(FAI)对二步骤采场回采稳定性进行定量分析和评价.结果表明:为降低二步骤回采对一步骤不良充填体的扰动影响,采取“增加回采工艺循环次数,减小单次回采结构参数”的总体思路是合理的,其中方案Ⅱ(高分层回采分层充填采矿法)对采场顶板和侧帮不良充填体的变形和塑性破坏控制效果最佳;二步骤采场区域绝大部分为低扰动至损伤区(FAI＜2.0),侧帮局部破坏区最大深度为2.23m,方案Ⅱ回采扰动下二步骤采场总体稳定性良好.研究成果可为矿山类似条件下二步骤采场安全回采提供参考.

• 低品位磷矿房柱法采场结构参数优化及应用

  李梅,刘文豪,任高峰,吝曼卿

  为了实现湖北某低品位磷矿安全节本开采,对其房柱法采场进行结构参数优化研究.首先通过简支梁理论分析得到合理的采场参数范围,结合正交试验提出采场结构参数选择方案;其次依靠FLAC3D 数值模拟软件对各试验方案进行采场稳定性分析,获取应力、位移、塑性区等力学响应指标;最后引入信息熵赋权法,考虑成本与效益指标,采用基于满意度的多指标综合评价法,确定最优采场结构参数为矿房宽度即点柱倾向间距9m,点柱尺寸7m×7m,点柱走向间距13m.敏感度大小为矿房宽度0.117,点柱尺寸0.074,点柱走向间距0.011,矿房宽度对采场稳定性的影响最大;工程应用实例表明,优化后的采场结构参数可较大程度地提高矿柱以及采场顶底板围岩稳定性.

• 钠盐改性铝基高固水材料在矿山老巷充填治理中的适应性研究

  何国志,刘国磊,马秋峰,董晓勇,郝喜庆,孟圣师,张东

  针对工作面推采过老巷过程中面临的冲击地压、顶板管理等难题,研发了钠盐改性铝基高固水材料,可用于矿山井下老巷(空区)的充填治理.为探究该材料在矿山老巷原位充填治理中的适应性,采用室内试验、数值模拟、工程验证等方法,分析了该材料在老巷治理中的优势,给出了老巷在不同充填条件下围岩应力特征及变形破坏规律.研究表明:该材料单浆不凝固,混合料浆在5~15min内初凝,１d充填体强度可超过最终强度的70％,早强性明显、流动性好、密闭状态下充填体稳定性高、具有较高的固水性能;对老巷进行充填后,帮部煤体内应力峰值较未充填时降低,峰值位置向浅部转移,塑性区范围和围岩变形量减小;工程现场按水灰比8∶1进行充填,料浆输送距离超过1100m,速凝性、早强性明显,充实率和接顶率高,冲击地压等各类灾害均得到有效控制,证明该材料可较好地适应于矿山废弃巷道治理.

• 预处理黄麻纤维改性膏体充填优化研究及应用

  周静,王文飞,胡南,苏红艳

  为解决复杂深井环境下水泥基胶结充填体质量低、脆性高、稳定性差等技术难题,选用黄磷渣、电解锰渣和粉煤灰工业固废材料替代水泥制备新型充填胶凝材料,采用成本低廉的黄麻纤维作为加固材料,通过碱活化和超声预处理黄麻纤维,选择黄磷渣和电解锰渣的细度、纤维预处理工艺、纤维掺量为研究因素,设计36组平行交叉试验,探讨复合充填料浆塌落度、扩展度及充填体抗压强度和抗折强度的变化规律.研究结果表明:充填料浆的塌落度和扩展度与纤维掺量基本呈线性降低趋势,而对照组和碱活化组中的电解锰渣基膏体料浆塌落度和扩展度则表现出先上升后降低的变化趋势;随着纤维掺量的增加,碱活化组中的充填体抗压强度呈逐步上升趋势,对照组和超声处理组充填体抗压强度均先上升后降低,纤维掺量0.2％时,对照组和超声处理组充填体抗压强度达到最优值,继续提高纤维掺量,单位体积内充填体分散的纤维交叉搭接形成结构薄弱层,孔径结构面积增加,导致充填体抗压强度显著降低;预处理黄麻纤维协同工业固废材料制备的充填体具备优异的抗折强度,对于对照组样品,纤维掺量0.2％时,抗折强度达到最大值,对于碱活化组样品,纤维掺量为0.1％,超声处理组样品的抗折强度与纤维掺量成正相关.以河南某金矿为工程研究背景,开展了相关工业试验,通过对比现场试验结果和实验室结果发现,塌落度、扩展度、抗压强度和抗折强度相对误差均低于2％,表明预处理黄麻纤维改性膏体充填材料工艺具有重要理论价值和指导意义.

• 地下矿山上向扇形中深孔爆破爆堆控制技术研究

  张杰,邱贤阳,田志刚,史秀志,李泽宇,李宜鑫,陈为中

  科学合理地控制地下矿山爆破爆堆形态,对于提高出矿效率和保障开采作业安全具有重要意义.针对上向扇形中深孔爆破中矿岩分散堆积、作业安全风险高及矿岩铲装过程复杂等问题,运用爆破破岩理论分析了岩石爆破新生自由面形成机制,并推导了形成爆破自由面的最短延期时间计算公式.采用LS-DYNA 数值模拟软件构建了上向中深孔爆破FEM-SPH 耦合模型,分析了不同起爆顺序的岩石爆破抛掷规律.结果表明:合理的爆破延期时间能有效地降低爆破抛掷效应,对于提升破岩效率、优化爆破块度及控制爆堆集中抛掷等具有积极作用;新生自由面在首爆孔起爆后约15~20ms时基本成形,中间孔先起爆、两边孔后起爆的方案可显著提高爆堆集中度.研究结果可为上向扇形中深孔爆破爆堆控制提供参考.

• 金川三矿破碎围岩巷道变形控制方式优选研究

  王小平,王文杰,黄永祥,刁杨龙,朱大铭

  针对金川三矿区破碎围岩巷道应用双层喷锚网支护成本高的问题,提出了具有更高经济效益的钢筋条联合单层喷锚网支护方式.采用FLAC3D软件构建了3种不同布置方式的钢筋条联合单层喷锚网支护和双层喷锚网支护的数值计算模型,对比分析了巷道围岩塑性区、巷道围岩位移变形量、断面安全距离及围岩整体安全系数,并结合人工成本、材料消耗及施工工艺进行对比优选.结果表明:钢筋条联合单层喷锚网支护方案二和方案三对巷道围岩的控制效果与双层喷锚网支护基本一致,但方案二的成本消耗最低且施工更便捷.现场试验巷道变形监测显示方案二支护下的巷道顶板及两帮变形量与双层喷锚网支护接近,且试验巷道没有发生破坏,表明新型支护方案下支护体可保持巷道的稳定性,可替代原支护方式,并满足现场安全生产的要求.

• 基于指标评价函数的锚喷支护参数对塑性区体积的影响研究

  李福佳,刘艳章,秦绍兵,叶涛,张迪,于佳兴

  为了进一步研究不同的支护方式及支护参数对塑性区体积的影响,以金山店铁矿－410m 水平分段某一进路巷道为研究对象,设计了包含喷砼厚度、锚杆长度、锚杆排距和锚杆间距4个因素,每个因素包含3个水平的正交试验.运用FLAC3D对9个方案进行模拟计算,系统地研究不同方案下围岩塑性区体积的变化情况,再通过极差分析法构建指标评价函数,研究4个指标因素对塑性区体积的综合影响.研究结果表明,4个因素对塑性区体积的影响由大到小依次为喷砼厚度、锚杆长度、锚杆间距和锚杆排距,最优支护组合参数为喷砼厚度150mm,锚杆长度2.2m,锚杆排距0.9m,锚杆间距780mm.通过在巷道对应位置布置松动圈监测点进行工程监测发现,松动圈测试结果与模拟结果具有一致性,满足工程要求.研究结果在一定程度上为巷道支护参数的选择提供了参考.

• 松软岩巷局部冒顶机理分析及充填材料研究

  由松江,李昌瑜,张泽升,南华

  因软弱岩层自身物理力学性质较差,易造成矿井巷道冒顶事故,对矿井安全生产造成威胁.为解决嵩县山金金矿的巷道冒顶问题,对该矿松软岩巷的冒顶机理进行了分析,并提出了一种袋式充填支护方案.通过对充填材料各项指标性能进行研究,确定了发泡充填材料的最佳配比,制定了袋式充填的工艺流程.此巷道支护方案在实际应用中取得了良好的支护效果,有效解决了嵩县山金金矿的巷道冒顶问题,可为类似条件的矿山支护提供借鉴.

• 反复冻融作用下裂隙岩体宏细观损伤机理研究

  曾志杭,姚忠劭,李龙起

  为了研究反复冻融作用下裂隙岩体细观损伤规律以及宏观力学特征,基于核磁共振技术探究了岩石孔隙演化规律;利用PFC2D构建了裂隙岩石模型,采用水颗粒膨胀法对裂隙岩石冻融循环全过程进行模拟,并分析了不同冻融循环次数下裂隙岩石强度变化、能量演化以及破坏特征,基于此进一步探讨了裂隙参数对冻融前后岩石峰值强度以及破坏特征的影响.结果表明:冻融循环作用加剧岩石内部细观损伤,导致岩石内部孔隙增加、孔径增大,同时冻融循环作用会使岩石出现宏观损伤,表现为岩石掉块及颗粒剥落;与未冻融相比,冻融90次时裂隙岩石峰值强度降低了48.3％、总能量下降了58.09％、弹性模量及强度下降段斜率分别下降了33.6％和57.9％,裂隙岩石塑性增强,破坏特征由剪切破坏过渡至张拉剪切破坏;裂隙倾角变化对岩石强度影响较为复杂,且会改变冻融后岩石破坏特征,裂隙长度的增加会降低岩石的强度.

• 冻融砂岩细观损伤演化的各向异性分析

  张慧梅,郝乐乐,陈世官,成瑞

  针对陕西红砂岩开展冻融循环、力学特性及CT 扫描试验,对冻融砂岩的孔隙形貌及各向异性特征进行了表征,明确了砂岩细观结构的演化规律.结果表明:砂岩强度在冻融作用下劣化,冻融40次后砂岩抗压强度损失21.99％;随着冻融循环的进行,似球状、柱状、树杈状孔隙向复杂网状孔隙转化,40次冻融循环后网状孔隙率贡献比由13.4％增长至97.6％;未冻融时砂岩各向异性值为1.06,可视为各向同性体,受孔隙联通性及重力影响孔隙优先横向发育,砂岩的各向异性特征呈先增后减态势;冻融砂岩的孔隙演化可分为“横向缓慢生长—横向快速生长—稳定发育”3个阶段. 研究成果可为准确认识寒区岩石破坏机理提供参考.

• 煤体结构面发育对岩-煤-岩组合体力学及破坏特性的影响

  董卓,石莹莹

  通过构建煤体结构面发育数字图像并结合RFPA数值模拟方法,构建了岩煤岩组合体数值计算模型,研究了层理倾角、煤岩界面倾角、煤岩高度比对岩煤岩组合体力学及破坏特征的影响.研究结果表明:不同层理倾角下岩煤岩组合体的抗压强度呈典型的“U”形各向异性特征;宏观剪切破坏主要集中在煤体中,青砂岩中形成少量的拉伸裂纹;受层理及煤岩界面倾角的影响,岩煤岩组合体峰后应力表现为迅速跌落、分级跌落两种特征,进而影响其脆性程度;岩煤岩组合体的强度和变形特征主要由强度较弱的煤体决定,其峰值强度和弹性模量均随着界面倾角的增加逐渐降低.研究成果克服了以往数值模拟时将煤体假定为均质体的不足,有望为深入探究煤体结构面发育对岩煤岩组合体力学特性及变形破坏特征的影响提供参考.

• 不同溶蚀程度灰岩巴西劈裂力学性能及能量演化特征

  古继恒,郭佳奇,王二博,陈帆,李少华

  岩体在溶蚀作用下形成溶隙,导致岩体内部结构发生改变,进而影响其力学性质和破坏特征.为研究不同溶蚀程度灰岩的应力应变关系、力学参数、破坏模式和能量的变化规律,借助数字图像处理技术和颗粒流离散元方法,构建了不同溶蚀程度灰岩的数值计算模型,开展了一系列不同溶蚀程度灰岩的巴西劈裂离散元数值试验.研究表明:不同溶蚀程度的灰岩在巴西劈裂试验过程中的应力应变曲线均出现明显的多峰特征和脆性破坏特征;当溶蚀程度较低时,应力传递及破坏产生的裂隙在溶蚀灰岩中分布较为均匀,随着溶蚀程度的增大,灰岩的峰值抗拉强度呈指数减小的变化趋势,应力应变曲线的多峰形态明显,裂隙在灰岩内的分布也越分散且呈“S”形分布的特征越显著;试样在孔洞周围处出现应力集中现象,从而使灰岩易发生结构性破坏;溶蚀灰岩破坏过程中,大部分输入的应变能首先转化为弹性应变能,只有小部分转化为耗散应变能,溶蚀程度的增加显著降低了岩溶灰岩巴西劈裂破坏过程中的总应变能输入和弹性应变能的储存极限,加快了能量耗散速度.研究成果对岩溶地层隧道围岩稳定性研究具有指导意义.

• 冷水循环下含孔洞页岩力学特征与破坏行为研究

  李兵磊,赵周

  冷水循环是岩石自然风化和损害的关键因素.为了探究层状页岩在冷水循环作用下的力学特性与损伤特性之间的复杂关系,开展了双轴压缩试验,研究了层状结构和冷水循环对含圆形孔洞的页岩力学性能的影响,分析了页岩的破坏模式.试验结果表明:冷水循环后,随着层理角度的增大,页岩的峰值强度曲线呈“V”形,层理角度为60°时峰值强度最低,折损率为38.55％;未经冷水循环的预处理条件下,岩样在破坏时均表现出拉伸和剪切复合型破坏的形态,冷水循环处理后,随着层理角度的增加,试样的破坏由贯穿层理的剪裂转变为沿层理面的剪切滑移;在冷水循环和层理角度的耦合作用下,页岩岩体的各向异性机制加强,导致岩石峰值强度降低.研究成果对岩土工程和地质工程生产具有重要意义.

• 冷热循环冲击饱水煤体结构损伤规律研究

  张彦奇,王毅,王骏辉,裴秋艳,戎彦龙

  为探究饱水煤体在冷热循环冲击下的损伤规律,使用高低温试验箱对煤样进行多次冷热冲击,观察煤体表面的裂隙变化,描述煤体裂隙的分形结构,测试了煤样的单轴及三轴抗压强度和渗透率,分析了煤样在压缩过程中的声发射特征.试验结果表明:随着冷热循环冲击次数的增加,分形维数由2.17增至2.50;单轴抗压强度由5.72 MPa降至2.07MPa;三轴抗压强度由27.93 MPa降至20.02MPa;试样的初始渗透率由0.26mD 增至1.77mD.冷热循环冲击的次数越多,煤体损伤程度越大,致裂效果越显著.

• 不等长裂隙几何参数对花岗岩强度及裂纹扩展的影响

  李群,康健,李示波,梁锐,张鹿

  为了探究裂隙几何参数(裂隙倾角、长度和间距)对花岗岩强度和破坏模式的影响规律,对预制不等长裂隙岩石进行单轴压缩试验,分析裂隙几何参数对岩石强度特性、裂纹扩展特征及破坏模式的影响.结果表明:次裂隙倾角、次裂隙长度以及主次裂隙间距均会对试件抗压强度产生影响,次裂隙倾角会对试件破坏模式产生影响,主次裂隙同向倾斜且不平行时,试件抗压强度随倾角的增大呈下降趋势,试件以拉剪复合破坏为主,主次裂隙异向倾斜时,试件的抗压强度随着倾角的增大而增大,试件破坏模式为张拉破坏,主次裂隙平行时,试件破坏模式为张拉破坏;主次裂隙间距较小时,主裂隙会对次裂隙产生抑制作用,试件抗压强度较大,随着间距的增大,抑制作用逐渐转变为相互影响作用,使试件抗压强度降低,随着间距的持续增大,相互影响作用逐渐降低,试件抗压强度升高;随着次裂隙长度的增大,试件的抗压强度降低.

• 基于DIC与声发射技术的裂纹识别与损伤变量分析

  陈博,汪学清,董泽,赵云猛,汪壮壮

  为探究交叉裂隙对岩石的影响,对含不同角度交叉裂隙的类岩石试件进行了试验研究,其中试件的主裂隙角α 保持不变,为45°,次裂隙角β 分别取30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°和135°.研究表明,由于裂隙的存在,含裂隙试件的峰值应力较完整试件明显降低,随着β 的逐渐增加,试件的峰值应力呈现先增加再降低最后增加的“√”形变化趋势;借助数字图像技术(DIC)与声发射技术对试件裂纹种类进行识别,发现β≤60°时,裂纹以剪切裂纹为主;β＞75°时,裂纹则以拉伸裂纹为主,两种方法均能较好地识别裂纹种类;借助DIC技术与声发射技术对试件的损伤过程进行分析,发现损伤变量能较好地描述试件的破坏过程,同时也验证了两种方法在损伤变量分析方面都具有较好的应用效果.

• 温度-粒径耦合作用下煤粒瓦斯动扩散系数影响研究

  姚栋,袁梅,王玉丽,何季民,易双霞,秦丽杉

  为探究温度粒径耦合作用对煤粒瓦斯解吸扩散的影响,开展了不同温度和粒径下的瓦斯解吸试验,并构建了温度粒径耦合动扩散模型,据此分析了两者耦合作用对瓦斯解吸扩散的影响.研究结果表明:(1)瓦斯解吸量随粒径减小而增大,且煤粒径越小,瓦斯解吸扩散初期越显著;(2)温度越高,瓦斯解吸量越多,每升高10℃,瓦斯解吸量有10％~17％的增幅,并随煤粒增大,增幅越大;(3)动扩散模型分析得出初始扩散系数(D0)和衰减系数(β)随温度升高均变大,而随粒径从0.250mm 增大到0.875mm,D0升高了2.8倍,β 降低了37％;(4)瓦斯解吸扩散过程受温度和煤粒径的影响,温度主要影响分子活性和孔隙状态,而粒径主要影响气体含量和孔隙分布,且粒径变化对这一过程的影响更大.研究结果丰富了瓦斯解吸扩散理论,并为瓦斯灾害有效防治提供了理论参考.

• 空气幕对采空区漏风和上隅角瓦斯积聚影响研究

  李杭洲,王飞,刘红威,朱国红,刘小平,李德军,尹宝廷

  为有效防治采空区漏风和上隅角瓦斯积聚,提出在上隅角处布置空气幕系统,通过形成空气幕墙以阻隔采空区回风侧漏风,同时对上隅角处进行加压,达到均压堵漏效果.利用COMSOL数值模拟软件研究空气幕在不同射流宽度、射流速度和射流角度参数下对采空区漏风、氧化带面积、上隅角瓦斯浓度和采场能位分布的影响.结果表明:随着空气幕射流速度和宽度增大,采空区漏风量和上隅角瓦斯逐渐减少,氧化带面积先减小后增大,大宽度低流速空气幕对横向风流阻挡能力要优于小宽度高流速空气幕;空气幕方向由垂直向水平方向增大射流角度能有效减少采空区漏风和氧化带面积.综合考虑空气幕对采空区漏风、氧化带面积、上隅角瓦斯浓度的影响,空气幕在射流宽度为25cm、射流角度为20°~30°、射流速度为7~8m/s时效果最佳;空气幕可以吹散上隅角瓦斯,将瓦斯封闭在采空区内部,有效防治上隅角瓦斯积聚,同时可在采空区内部形成均压效果,有效减少采空区回风侧漏风.

• 改性示踪阻化液的渗润-阻化性能研究

  高志新,徐效栋,陈玉,李文林,孙路路

  为解决阻化剂防火技术在应用过程中阻化材料渗透性差、渗流范围难以监测等技术难题,在研究的阻化材料中添加具有渗润作用及荧光示踪作用的罗丹明B.通过接触角测定试验、真三轴煤体渗流试验、热重分析试验,对增润阻化材料进行了渗润性能和阻化性能的相关测定.研究发现:添加罗丹明B可提高原有阻化液的渗润性能,并且仍具有优良的阻化性能.当罗丹明B添加量在0.1‰时,其渗润、阻化性能最优,接触角相较于未经处理的煤样降低了40.56°,渗透率提高70％左右,干裂温度提升80.13 ℃,着火温度提高40.2℃.研究结果对渗润范围的快速表征及原位阻化工艺的发展具有积极的促进作用.

• 某废弃矿区群生态修复综合技术研究及应用

  徐海,聂港,邓晓利

  开展废弃矿区群的生态修复研究可以促进区域生态经济的可持续发展.以某废弃矿区群为研究对象,对其生态修复综合技术进行了研究,运用三维倾斜摄影技术对矿区进行了精准测绘.基于岩土类型、边坡稳固性及边坡角等指标,划分了7个分区,进行了各分区边坡分类分级划分,形成了适用于不同边坡类型的生态复绿工艺推荐方案.通过示范区工程应用,实现绿化覆盖率达到可绿化区域面积100％,植物种苗成活率约达到90％. 结果表明:根据边坡特点及生态修复技术适应性制定的生态修复策略,具有更好的技术可行性.研究成果可为废弃矿区群的生态环境修复提供技术支撑,具有较好的实践推广价值与借鉴意义.

• 矿山作业机器人直流伺服驱动系统控制研究

  李永密,吴金尘,陈淼,余洪伟,周建

  为了解决矿山作业机器人执行终端伺服驱动系统响应速度慢、定位误差大、易受外部干扰等问题,提出了一种嵌套饱和控制与积分滑模控制相结合的有限时间镇定控制方法.通过对外部干扰下的直流伺服驱动三阶线性不确定系统模型进行分析,基于积分滑模设计思想,引入了嵌套饱和控制策略,结果表明,该方法使系统状态输出在有限时间内到达滑模面并实现镇定,从而实现了执行终端伺服直流电机输出角速度的快速精准控制.仿真试验结果表明,该控制方法不仅提高了矿山作业机器人伺服直流驱动系统的响应速度和控制精度,还减弱了外部干扰的影响,显著提升了系统的稳定性.

• 基于YOLOv７-CA-Faster的井下复杂环境下车牌定位算法研究

  叶咏菁,韩斌,胡亚飞,郭荣华,杨亚平,张朋

  针对井下环境中,传统车牌定位算法易受强光、反光、粉尘等不利条件影响,导致出现车牌与车身对比度降低、边缘弱化的问题,提出了一种基于改进YOLOv7的车牌高精度定位检测算法. 首先将坐标注意力机制(Coordinate Attention,CA)融入到YOLOv7颈部网络中,增强网络对车牌特征的学习和提取,弱化车身背景信息,提高低质量图像的车牌检测精度;然后通过FasterNet轻量卷积模块与YOLOv7骨干网络的高效聚合网络结构(Efficient Layer Aggregation Networks,ELAN)结合,简化改进算法模型的运算复杂度,在保证模型检测精度与稳定性的同时,提高目标检测速度.试验结果表明,YOLOv7-CA-Faster模型平均精度均值达到97.8％,与改进前的YOLOv7模型相比,平均精度均值提高了2.4个百分点;模型总参数量、浮点运算数、内存占用量分别减少11.9％、19.1％、12.0％,模型更轻量化.与Faster-RCNN、SSD、YOLOX-m和YOLOv5-m 等主流目标检测模型相比,YOLOv7-CA-Faster模型具有较大优势,平均精度均值分别提高7.3,5.9,3.1,2.8个百分点.在井下环境中,改进的YOLOv7-CA-Faster算法具有良好的检测性能,可为车辆编号的精准识别及地下矿山车辆智能管控提供技术支持.

• 永磁直驱式艾萨磨机搅拌盘与筒壁间距对磨矿性能的影响

  窦泽宇,任腾,王德喜

  为探究永磁直驱式艾萨磨机搅拌盘与筒壁间距对矿物颗粒研磨效果的影响规律,采用工程离散元法(EDEM)对磨机内磨矿介质运动分布情况进行数值模拟,分析搅拌盘与筒壁不同间距对磨矿效果的影响规律,通过模拟结果确定磨机内磨矿介质运动分布情况和最佳搅拌盘与筒壁间距.研究结果表明:磨矿介质在靠近搅拌盘穿孔与搅拌盘边缘位置研磨效果最好,但磨机内存在研磨不均匀的现象;随着搅拌盘与筒壁间距的不断增大,磨矿介质平均速度、平均碰撞能、磨机消耗功率呈逐渐减小趋势,而磨矿介质碰撞次数呈先增大后减小的趋势,综合考虑磨矿介质碰撞频率与能效比等因素,确定搅拌盘与筒壁的最佳间距为18mm.

• 基于改进麻雀搜索算法优化模糊PID控制主通风机的节能降耗研究

  武晔秋,朱慧敏,刘玥,石泽来

  为解决模糊PID 控制主通风机转速的超调量大导致输出功率低,从而影响电动机工作效率,增加能源消耗等问题,以北辛窑矿为研究背景,根据矿井主通风机特性,对其进行理论分析并建立数学模型.结合主通风机系统数学模型,利用粒子群优化算法、鲸鱼优化算法以及麻雀搜索算法对模糊PID控制策略进行优化,并在Simulink仿真环境中构建相应模型,进行对比试验,通过分析比对得出麻雀搜索算法优化模糊PID控制的电动机效率相对较高,能源消耗相对较低,但该算法对转速的控制存在波动较大、响应速度较慢等问题.因此,提出一种利用透镜成像反向学习改进麻雀搜索算法优化模糊PID控制,研究结果表明:改进麻雀搜索算法优化模糊PID 控制的转速超调量小,可以更加有效地控制电机转速,比北辛窑矿目前电能消耗降低约15％. 研究结果可为煤矿行业节能降耗提供一定的参考依据.

• 多信息融合的三维地质体建模与应用研究

  覃鹏,肖柏林,秦帅,王贻明,杨世兴

  为了给开采设计、生产探矿、开拓掘进等采矿全过程提供一个精准、复合、高效的三维地质体模型,通过理论分析、建模计算、现场结合等手段,提出一种完整岩石单轴抗压强度、RMR、RQD等多信息融合的三维地质体精准建模方法.结果表明:定向钻孔岩芯的节理间距最大值为13.35cm,均值为0.37cm,多数服从负指数分布,节理产状以北西向节理最发育.以8号勘探线为界,东部矿岩体属于Ⅲ类、Ⅳ类岩体,西部属于Ⅳ类岩体. 对三维模型取任意位置剖面,在1570m 水平,上盘围岩质量比下盘差,在9号至11号勘探线的范围,上盘及中部围岩接近于Ⅴ类围岩,5号勘探线上盘1590~1630m 范围内存在Ⅴ类破碎围岩,属于极不稳定区.新模型对矿山的安全高效生产具有重要意义.

• 多源数据融合数字岩石模型研究与信息管理平台研发

  程才,姚旭龙,张艳博,高光宇,陶志刚,郭斌

  岩石是多孔隙、多矿物非均质复合体,内部结构复杂且不可透视,极大地限制了岩石破裂及力学相关研究的发展.数字岩石技术可以实现岩石透明化和结构精细化表征.针对岩石数字模型中孔隙、矿物特性等信息难以同步集成的问题,通过CT扫描和高分辨率电子显微镜获取岩石孔隙和矿物成分信息,基于微元化处理和物元理论构建了一种多源数据融合的数字岩石模型,设计搭建了相应的信息管理平台.研究结果表明,数字岩石模型与信息管理平台能直观观测到岩石内部初级、次级孔隙,有效处理细观结构数据;能实现裂隙不同发育阶段岩石细观结构信息的大数据调用,和多对象、多场景的动态、贯通、分级的数据信息化管理.研究成果可为数字岩石数据融合集成和岩石力学大数据分析处理提供重要的理论基础支撑.

• 基于概率密度正态分布加权相似性的半监督混煤配比智能预测方法

  张茜,王然风,付翔,王珺,韩杰,魏凯

  选煤厂的入选原煤一般来自于多个矿井或同一矿井的不同工作面,在不具备井下分采分运能力且难以确定混煤配比时,直接入选会造成煤质波动大、影响分选工艺效果等问题.基于此,提出了一种基于概率密度正态分布加权相似性的半监督混煤配比智能预测方法,采用逐步判别分析和K-means＋＋算法对多聚类特征选择(MCFS)算法进行优化,获取聚类数据标签并解读,从而实现煤质信息的判别.对各单煤特征变量的拟合正态分布概率密度曲线,结合ReliefF算法计算特征权重分析概率密度分布相似性,实现混煤配比预测.试验结果表明:与采用基于变异系数法加权、基于主成分分析法加权的混煤配比预测模型相比,结合ReliefF算法及Kullback-Leibler(KL)散度计算概率密度正态分布加权相似性构建的混煤配比预测模型,预测结果与实际情况吻合度更高,预测精度大幅提升至95.66％,能够满足生产现场对混煤配比准确快速预测的需要.

• 羟肟酸类捕收剂对煤系石英浮选的机理研究

  薛春丽,李志红,郝波,冯明伟,樊民强

  以马兰煤矿岩石矿物为研究对象,探究水杨羟肟酸钠、苯甲羟肟酸钠、辛基异羟肟酸钠3类捕收剂对岩石矿物的浮选效果及作用机理.通过浮选试验及XRD 定量分析得出,辛基异羟肟酸钠的浮选效果最好,药剂用量为450g/t,浮选精矿产率为67.05％,加入750g/t的六偏磷酸钠调整剂后,浮选精矿产率能够达到了78.54％,尾矿中石英含量从原来的85.16％提高到了91.70％.通过密度泛函、接触角测试、红外光谱和分子动力学模拟分析了药剂与岩石矿物之间的作用机理.结果表明:3类捕收剂在石英表面的吸附位点均为可在溶液中电离出阳离子Na＋的头基部分;辛基异羟肟酸钠与石英之间的吸附绝对值大于水杨羟肟酸钠和苯甲羟肟酸钠与石英之间的吸附绝对值,说明辛基异羟肟酸钠更易吸附在石英表面,且和调整剂(六偏磷酸钠、本质素磺酸钠)在岩石矿物表面的吸附为物理吸附.研究成果可为选煤厂煤泥水处理及煤泥综合应用提供思路.

• 细粒级镜铁矿磁化焙烧产品选别流程优化研究

  万军营,陈铁军,周仙霖,刘佳文,姜翔波,庄骏

  细粒级镜铁矿的常规强磁选别指标不佳,回转窑磁化焙烧—磁选是处理此类矿石的有效方法.对细粒级镜铁矿磁化焙烧产品的选别流程进行了优化研究,考察了焙烧矿干式抛尾、两段磨矿—磁选流程、一段磨矿—磁选流程和一段磨矿—粗细分级—磁选流程对精矿指标的影响.对焙烧矿通过一段磨矿—粗选—扫选流程试验,最终得到TFe含量为53.82％、Fe回收率为87.09％的铁精矿;精矿中＋0.038mm 粒级产品的TFe含量超过55％,－0.038mm 粒级产品的TFe含量为51.98％,有必要增加细筛分级,并对筛下产品进行精选.最终推荐的流程为一段磨矿—粗选—扫选—粗细分级—精选,粗选磨矿细度为－0.074mm 占85.00％,磁场强度为0.09T,扫选磁场强度为0.11T,筛分采用孔径为0.38mm 的细筛,筛下产品精选的磁场强度为0.06T,最终得到精矿TFe含量为56.16％、Fe回收率为85.84％的较好指标.该选别流程为细粒级镜铁矿磁化焙烧—磁选高效回收提供了技术参考.

• 采用新型捕收剂MOF-100浮选回收某铁尾矿中辉钼矿的研究

  张礼,邹松,王长福

  北方某铁尾矿中的主要金属矿物为辉钼矿、磁铁矿和(磁)黄铁矿,钼矿物和铁矿物致密共生,矿物嵌布微细,其中钼金属含量仅为0.08％,硫含量达1.75％.由于尾矿中矿物表面蚀变氧化严重,钼矿物的浮选活性很低,使用传统捕收剂难以实现辉钼矿的有效回收.试验使用兼具捕收能力和选择性的新型捕收剂MOF-100来回收该铁尾矿中的辉钼矿,并取得了良好的选矿效果.通过选矿条件试验确定了适宜的浮选药剂制度,结果表明,在磨矿细度为－0.075mm 占85％ 的条件下,采用新型高效捕收剂MOF-100,经一次粗选、二次扫选和八次精选闭路流程,可获得Mo品位为40.67％、Mo回收率为63.89％的钼精矿,实现了尾矿中钼资源的综合回收.

• 柴油的乳化及其在气化渣浮选中的应用

  赵俊利,朱顺伟,李永利,郭强,田登超,王强

  气化渣是煤高温气化过程中产生的含碳废渣,目前残炭主要以浮选的方式回收.针对因残炭比表面积大导致的浮选药剂耗量大的问题,通过采用传统捕收剂柴油复配机油等添加剂并搅拌乳化的方式,研究了不同乳化条件对乳化柴油稳定性和粒径的影响规律.结果发现:乳化柴油粒径与乳化条件关系密切;复配机油有利于降低乳化液粒径,且乳化柴油粒径越小,药剂稳定性越高;当乳化剂亲水亲油平衡值(HLB)为6,m(柴油)∶m (乳化剂)∶m (机油)∶m (水)＝10∶0.75∶0.6∶20、搅拌转速为1800r/min、搅拌时间为40min时,所得乳化柴油为水包油型乳化液,且乳液粒径较小,其中D50为3.19μm、D90为61.50μm.浮选试验表明,乳化柴油的捕收能力更强且浮选速度要高于柴油,在可燃体回收率相同时,通过柴油乳化可以节油40％以上,这对于加强能源资源的节约和减少碳排放具有重要意义.