矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第12期

• 盛佳,万文,江飞飞,张海云,王远增

  深部双中段卸荷连续开采相似模拟试验研究

  为探究深部金属矿卸荷开采地压调控机制,确定合理的深部卸荷开采工艺技术方案,以金川二矿区1000 m 和850m 双中段同时开采为工程背景,结合矿山现状提出５种开采方案,基于相似准则建立相似物理模型,结合数字散斑测量及应力监测技术,对各开采方案进行了模拟试验,对比分析了各方案模拟开采过程的位移和应力演化规律.结果表明:(1)模型各中段覆岩沉降速率相对稳定,而开挖区域顶部岩层沉降幅度最大,对比分析方案Ⅰ至方案Ⅴ的顶板沉降和上下盘位移,得出方案Ⅰ和方案Ⅴ总体表现均较优,且各有优势;(2)从岩层应力与位移方面来看,5个方案各有优势,而考虑上下盘位移稳定性与应力集中区域控制,方案Ⅴ的位移控制与卸压效果最佳,尤其在三、四分段卸荷开采时位移变化小且稳定性好;(3)基于相似理论,通过材料配比试验确定相似材料模型,分析矿岩体及充填体物理特性,试验结果表明,方案Ⅴ通过预先切割上下盘和增加卸荷巷道工程能有效控制采场上下盘、顶板和底板的应力及沉降,是最佳卸荷开采方案.

• 梁彦波,钟永生,周吉谦,符洲云,李善宏,吴明亮

  呷村银多金属矿高效采矿方法及采场结构参数优化研究

  呷村银多金属矿原先采用上向水平分层采矿法,但随着开采深度逐步加深以及矿体围岩赋存状态的改变,急需探究更加安全高效的采矿方法以提升矿山开采经济效益.根据3900m 中段银铅锌铜矿体开采技术条件,提出了上向水平分层充填采矿法及下向中深孔分段充填采矿法,并对两种采矿方法的安全性、贫化率、损失率、采切比、综合生产能力等指标进行综合分析,最终选用下向中深孔分段充填采矿法开采.同时通过数值模拟方式对采场分段参数进行优化,获得最佳分段方案:将阶段划分为3个分段,分段高度自上而下分别为18 m、16 m 和16 m,此时上盘围岩最大位移为94.11mm,采空区围岩整体位移在50~100mm 内,充填体内部塑性区无明显贯通破坏.

• 高博,李广涛,施仁智,王俊,李聪,廉柏栋,李勇明

  顶板锚固支护条件下的采场结构参数优化研究

  采场的结构参数直接影响采场的稳定性和技术经济指标.为进一步提升采场的生产能力,针对云南金厂河矿ZnV3矿体采用阶段空场嗣后充填采矿法开采,顶板破碎围岩采用预应力“锚杆锚索锚网”协同支护的现状,对Ⅱ步骤采场结构参数进行优化研究.基于薄板理论推导得出Ⅱ步骤矿房顶板三边简支一边固支条件下的最大拉应力表达式,结合协同支护机理,在18m 最大跨度下,矿房顶板中心x、y 方向和固支边中点拉应力值分别为0.48 MPa、0.21MPa和0.55MPa,满足顶板稳定性的要求.采用FLAC3D软件构建采场支护模型,并进行模拟计算.模拟结果表明,在锚索的减跨作用下,顶板的最小主应力值总体分布在－0.5~0.5MPa之间,与理论计算结果基本吻合,确定18m跨度为Ⅱ步骤采场的最优跨度. 与15m 跨度的原方案相比,18 m 跨度的优化方案的损失率和贫化率分别增长了1.557％和0.433％,采切比降低了1.16m/kt,进一步提高了采场的生产能力.根据优化方案开展了工业试验,在18m跨度下,采场损失率、贫化率和采切比分别为12.4％、10.8％和5.7m/kt,矿房顶板保持稳定,验证了优化方案的可行性.研究结果可为类似矿山提供参考.

• 于佳兴,刘艳章,秦绍兵,黄诗冰,李福佳,肖一鸣

  基于巷道群围岩稳定性的无底柱分段崩落法采场落矿顺序优选

  合理的无底柱分段崩落采矿法采场落矿顺序是保证巷道群围岩稳定的重要手段.以某金属矿－410m 水平的12条进路巷道为研究对象,分析采场进路落矿顺序从两翼向中央推进(方案1)、中央向两翼推进(方案2)、中央和两翼相向推进(方案3)等3种方案开采后巷道群围岩的稳定性,以塑性区、剪应力和应变分布特征为依据,选取最优的采场落矿顺序方案.结果表明:在典型剖面上,方案2中12条进路巷道的围岩塑性区总面积最小,巷道群顶、底板、侧帮中点距巷道壁垂直距离0.5m 处围岩的剪应力及正应变绝对值最小,故方案2为最优方案.在对应位置布置采动应力监测点进行应力变化监测,结果表明,现场采动与数值模拟中的应力变化趋势具有一致性,满足工程要求.研究结果可为类似矿山采场落矿顺序设计提供参考.

• 甘德清,孙凌志,薛振林,孙海宽,甘鑫,刘志义

  细粒级尾砂絮凝沉降规律试验研究

  细粒级尾砂沉降速度是料浆制备的重要因素.为探究絮凝剂种类、尾砂溶液质量浓度、絮凝剂溶液质量浓度、絮凝剂单耗多因素耦合条件下尾砂絮凝沉降规律,通过Design Expert分析软件的中心复合设计制定正交试验方案,采用两种絮凝剂对细粒级尾砂溶液开展絮凝沉降试验,建立尾砂溶液质量浓度、絮凝剂溶液质量浓度、絮凝剂单耗多种因素与细粒级尾砂沉降速度的预测模型,得出各因素对细粒级尾砂沉降速度影响敏感性,并获取各个因素的最优组合.结果表明:在相同浓度细粒级尾砂溶液中加入聚丙酰胺后,细粒级尾砂溶液的沉降速度最快,具有更大的沉降高度;随着尾砂溶液质量浓度的增加,尾砂溶液沉降速度下降;随着絮凝剂溶液质量浓度的增加,尾砂溶液沉降速度的变化较为缓慢;随着絮凝剂单耗的增加,尾砂溶液沉降速度由缓慢上升到较为快速上升;3种单因素对细粒级尾砂沉降速度的影响程度从大到小依次为尾砂溶液质量浓度、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液质量浓度;尾砂溶液质量浓度和絮凝剂单耗的交互作用对尾砂溶液沉降速度的影响较大.各因素的最优值:尾砂溶液质量浓度为10％,絮凝剂溶液质量浓度为0.3％,絮凝剂单耗为30g/t.

• 吴凡,张凌云,潘瑞凯,崔博强,李骐,刘瑞成

  全尾砂浆絮凝沉降试验及深锥浓密机选型研究

  针对辽宁某铁矿山的超细全尾砂,首先开展全尾砂浆静态沉降试验,然后根据试验结果选择适用全尾砂浆的絮凝剂;开展了絮凝沉降正交试验,基于正交试验结果确定了絮凝沉降最优参数,并进行了验证试验;最后进行深锥浓密机选型研究.结果表明,全尾砂浆静态沉降需要8h完成,而主要沉降在30 min内基本完成;建议矿方使用分子量为1500万的阴离子絮凝剂.推荐全尾砂浆絮凝沉降的最优参数为:砂浆质量浓度20％、絮凝剂单耗40g/t、絮凝剂溶液质量浓度0.35％. 确定深锥浓密机直径为11.88 m,推荐GSNG-12型深锥浓密机,该浓密机的沉降面积为510m2,处理能力为800~1200m3/h.

• 庞建涛,李树建,石勇,郑伯坤,彭亮,段胜胜,凡杰

  粗骨料充填输送管道阻力特性与冲蚀磨损研究

  为解决尾盐颗粒长距离输送冲蚀导致弯管失效的问题,引入流体力学理论,建立了相应管道的计算模型,确定了管道的最大冲蚀率所在区域,研究了尾盐颗粒直径、颗粒流速和弯管曲率半径3个因素对最大冲蚀率及最大冲蚀区的影响.研究结果表明:随着管道长度的增加,管道中的压力逐步衰减,管道输送长度与压力损失成正比;随尾盐颗粒直径的增大,管道最大冲蚀区由弯管侧壁区转变为拱背区;当尾盐颗粒直径小于1.3mm,最大冲蚀率随颗粒直径的增大先增加后减小,尾盐颗粒直径大于1.3mm,最大冲蚀率随颗粒直径的增大而增大,尾盐颗粒直径等于1.3mm 时,最大冲蚀率最小;随着弯管曲率半径的增大,尾盐颗粒对弯管的冲蚀率显著降低,最大冲蚀区的位置从弯管入口的上游转移到中下游,建议选取弯管曲率半径为弯管直径的2.0~3.0倍,并适当增大第二处弯管的曲率半径.

• 佟佳鸿,郭连军,邓丁,高久庆,赵鑫,高崇

  排间延期时间对爆堆形成影响的数值模拟分析

  爆堆的形成是一个动态的过程,不同排间延期时间下的碎岩运动情况不同,爆堆形成过程及最终形态也不相同.为研究不同排间延期时间对爆堆形成的影响规律,根据辽宁某矿山的工程实际,利用PFC数值模拟软件进行0ms、25ms、45ms、65ms、85ms排间延时爆破模拟. 模拟结果表明,岩石破碎程度随着排间延期时间的增加先变强后变弱,爆堆高度随着延期时间的增加而降低,该矿山选取45ms和65ms的排间延期时间可取得较好的综合爆破效果.为验证模拟结果,引入Weibull模型,对现场试验获得的Weibull特征参数和模拟结果的Weibull特征参数进行比对,证明了模拟结果的有效性.

• 李志,杨栋,贾毅超

  深厚煤层开采过程中覆岩运移演变机理及矿压管控研究

  针对同忻矿区顶板矿压显现强烈的问题,采用大尺寸三维相似模拟试验研究了工作面开采过程中顶板、关键层及煤柱区域采动应力及位移分布规律. 基于理论分析及UDEC数值模拟方法得出了最适合的推采速度,确定了“三带”范围和支架规格.研究结果表明:回采过程中岩层运动呈现轻微离层、瞬间下沉、离层闭合、间歇性稳定、瞬间垮落压实的动态演变规律,应力主要集中在煤柱中部区域;随着回采速度不断增加,上覆岩层下沉量不断减少,最终确定最佳推采速度为7m/s.通过数值模拟发现,弯曲下沉带、裂隙带与垮落带最终高度为18m、24m 与8m,在初次来压与周期来压阶段,支架阻力峰值为15 MN,周期来压阶段,支架平均阻力维持在11.6MN.

• 朱元栩,张电吉,吝曼卿,彭亚利,孙郡阳,周新涛

  基于红外辐射的深部磷矿岩爆机理分析及防治措施

  随着地下磷矿开采逐渐向深部转移,岩爆作为地下施工过程中常见的地质灾害,对井下施工人员和设备造成严重安全隐患.以宜昌瓦屋Ⅳ矿段岩爆灾害为工程背景,模拟岩爆现场,利用红外辐射热成像技术,结合围岩应力应变曲线和岩石加载破坏特征,分析岩石在不同受力阶段的岩爆孕育力学机制.结果表明,沿剪切破裂方向的高温条带是一种重要的破裂前兆,可作为岩爆预警的标志;通过岩爆临界埋深判据和基于红外辐射的岩爆分级方法,对瓦屋Ⅳ矿段发生岩爆的埋深和剧烈程度进行预测,针对不同岩爆等级制定合理的防治方案;深部磷矿岩爆的防治措施包括改善围岩物理力学性质、改善围岩应力条件、优化施工工艺及加固围岩等方法.

• 王平,陈国兴,程爱平,李吉民,黄春源,杜澳宇

  不同类型充填体上巷道底板应力解析计算模型研究

  崩落法采场和充填法采场之间设置的水平隔离矿柱在后期崩落回采过程中会引发非协调变形问题.为此,以某铁矿－170m 隔离矿柱为工程背景,基于弹性力学理论,考虑下部充填体影响,构建软弱充填体上巷道开挖底板应力求解模型,采用解析计算和数值计算的方法,研究软弱充填体上巷道底板的应力分布特征,得出3种不同类型充填体底板上巷道开挖后的底板应力分布规律和应力增量解析计算模型.研究结果表明,底板应力分布可由原岩应力、底板附加应力和巷道开挖应力增量叠加来描述;胶结充填体底板上巷道开挖后,应力集中区在胶结充填体上;胶结非胶结充填体底板上巷道开挖后,两侧应力呈非均衡分布,胶结侧高应力区域呈现大而相对集中的峰值,非胶结侧应力呈现双峰形分布,且非胶结侧峰值较小、影响范围较大;非胶结充填体底板上巷道开挖后形成较大范围的应力降低区,应力转移量和影响范围相对较大,主要由两侧胶结充填体承担荷载.

• 黄青荣,马振乾,周金恋,王明仲,冯小磊,刘荣科

  不同切顶参数对沿空巷道围岩变形的影响

  为解决沿空掘巷过程中巷道围岩变形严重、支护困难等问题,以火铺矿230708工作面为工程背景,采用数值模拟、理论推导及现场实测等方法,研究了沿空掘巷下不同切顶参数对巷道围岩稳定性的影响.结果表明:拱形巷道煤柱帮肩角区域呈现三角滑移变形,最优切顶角度为0°,最优切顶高度为10m,该参数下进行预裂切顶后,巷道应力和围岩位移相较于未切顶时大幅下降,煤柱上垂直应力峰值降低了11.60％,顶底板变形量降低了11.29％,两帮移近量降低了11.33％,左肩窝变形量降低了8.78％,右肩窝变形量降低了15.70％.合理的切顶参数可以有效改善煤柱应力环境,降低巷道围岩变形,提高沿空巷道围岩稳定性.现场工程实践表明,切顶卸压技术能有效控制巷道围岩变形,实现对沿空掘巷巷道围岩的稳定性控制.

• 张红卫,席国军,余智秘,张辰晨,丁自伟

  基于相关性分析的大采高工作面导水裂隙带高度的定量表征

  为了准确获得大采高工作面的导水裂隙带发育规律及其最终高度,以胡家河矿401101工作面为例,采用断裂力学对导水裂隙带产生机理进行分析,得到大采高工作面导水裂隙带发育高度的影响因素,通过多元线性回归的方法得到了大采高工作面的预测公式,并采用数值模拟研究及钻孔冲洗液漏失量观测法对回归方程的预测结果进行验证.研究结果表明:采高、采深以及工作面斜长为导水裂隙带发育高度的主要影响因素,煤层倾角及顶板硬岩岩性系数为次要影响因素.根据3DEC数值模拟软件得出在工作面斜长为150m、175m、200m、225m 时,导水裂隙带的最大高度分别为212m、228m、233m、251m,均发育至工作面上覆洛河组含水层底部;结合钻孔窥视及钻孔冲洗液漏失量观测法得到401101工作面实测导水裂隙带高度为226.43m,裂高采厚比为22.32.通过不同方法对胡家河矿401101工作面导水裂隙带发育情况进行对比分析,验证了大采高工作面导高预测公式的合理性.

• 董军庭

  马坑铁矿采动覆岩破坏及渗透性演化规律研究

  为了研究马坑铁矿地下开采对覆岩体的破坏情况及岩体渗流特征,依托马坑铁矿西矿段60线以西矿体开采工程,采用FLAC3D数值模拟软件构建了流固耦合模型.模拟了西矿段60线以西矿体充填采矿法开采过程,揭示了开采后上覆岩体塑性破坏区分布特征,探究了采动覆岩体渗流演化规律,并评价了采充后的采场渗透性.研究表明,矿体开采导致采场周边、断层、岩桥及构造破碎带产生明显的塑性破坏区,采场、断层及采场岩桥间产生局部破坏,甚至贯穿破坏;随着充填开采的不断推进,采动覆岩体的导水能力不断增强,顶板的渗流速度均大于侧帮,渗透性受断层及破碎岩体的影响较大,孔隙水压力等值线不断向断层方向扩散,但渗流场最终未形成河流→断层→岩桥→采场的渗排水通道.

• 侯恩科,吴家镁,吴章涛,刘明武

  基于富水关键层的小庄煤矿洛河组富水性评价研究

  白垩系洛河组砂岩孔隙裂隙含水层严重威胁着彬长矿区矿井的安全生产,其富水性的合理预测对矿井防治水工作具有重要意义.以小庄煤矿为例,从洛河组整体特征、局部特征和井田地质构造特征3个方面入手,分别选取洛河组岩性组合指数、厚度作为整体特征的影响因素,选取关键层岩性、厚度、岩芯采取率、埋深和冲洗液消耗量作为富水关键层富水特征的评价指标,将井田内的构造进行分形、量化来评价井田的构造特征.提出了利用基于粒子群算法优化支持向量机模型的方法预测洛河组富水关键层的富水性,对3个方面的因素专题图采用层次分析法确定权重,利用ArcGIS软件进行多源信息融合,实现洛河组富水性的评价和分区.结果表明,小庄煤矿洛河组充水含水层富水性强度从西北向东南呈递减趋势,较强富水区主要分布在井田的西部和北部区域;中等富水区主要分布井田西北部和西南部沿线,分布区域更广;其余地区为较弱至弱富水区.将预测结果与矿井实际情况比较后,认为该方法预测的结果与实际较为吻合.

• 商宇,麻云霞,李钢铁,马媛,王桂英,高俊,赵雪风,郝瑞

  不同恢复年限及坡向对煤矿排土场边坡生态修复的影响

  面对当前矿区排土场治理修复措施单一等问题,以鄂尔多斯地区露天煤矿排土场边坡为研究对象,通过野外实地调查,运用时空替代的方法探究不同恢复年限及坡向对排土场边坡生态修复效果的影响.研究结果表明:(1)随着恢复年限的增加,Margalef丰富度指数与Shannon-Wiener多样性指数呈现先增加后降低趋势,Simpson 优势度指数和Pielou均匀度指数变化不明显,排土场边坡土壤养分随恢复时间的增长而增加,阴坡植物恢复效果优于阳坡;(2)主成分分析综合得分在恢复12a时的阴坡最高,为1.212;(3)喷浆播种紫花苜蓿,可对排土场边坡进行生态修复,初期效果不明显,但随时间的增加逐渐稳定.建议在恢复初期选取本地植物,增加群落稳定性,期间施加高氮、高钾、低磷型缓释复合肥.该研究结果可为矿山的绿色修复提供一定的参考.

• 孔令飞,张锦

  矿山生态修复区生态地表分形分析与评价

  矿山生态修复对促进矿山可持续发展具有重要意义.为客观全面地评价矿山生态修复效果,以西山生态修复区为研究区,结合分形理论和移动窗口法分别在全局和局部尺度下对多个景观格局指数进行分析,得出地表状况等级的空间分布特征,使用变化速率模型和空间变化图谱等技术手段定量描述研究区地表状况等级时空变化情况.研究结果表明,研究区地表状况整体呈现稳定好转的趋势,矿山生态修复工作取得明显成效,但研究区北部及东部的人工景观斑块周围可能出现地表状况等级退化,需要加强监管措施.基于分形理论的分析评价方法能较为客观地反映客观现实,所得研究结果能为矿山可持续发展提供参考.

• 赵玉琪,胥孝川,曹洋,吕蒙,顾晓薇,朱振国

  露天采场粉尘扩散规律与降尘处置方法研究进展

  露天矿生产过程中产生的粉尘不仅造成区域局部能见度低,而且影响工人身体健康、植被正常生长,同时对矿山设备造成额外磨损,降低矿山生产效率.研究表明,由于露天采场气象条件和地质环境对粉尘的聚集及扩散迁移影响复杂,尤其是气流和湿度因素,大幅改变了粉尘扩散的规律,导致定量描述粉尘迁移扩散全过程困难;同时,露天采场监测方面缺少智能化、一体化粉尘监测与降尘系统,虽然采场粉尘数据的监测与分析已比较成熟,但监测数据和分析结果没有用于指导降尘技术,现阶段的降尘措施仍达不到智能化的程度;再者,粉尘治理成本高、部分降尘措施存在二次污染,造成矿山的粉尘污染问题没有得到根本解决,污染现象依然长期存在.

• 张光权,温增睿,胡南燕,章昊,黄灿灿

  露天矿穿孔粉尘时空分布及运移规律研究?

  露天矿山钻孔粉尘集中,作业区附近粉尘浓度高,严重危害作业人员身体健康.为采取有效降尘抑尘措施降低作业区附近粉尘浓度,改善露天矿穿孔作业的环境,首先须探究钻孔粉尘的时空分布及运移规律.现场收集钻机穿孔作业产生的粉尘,采用马尔文粒度仪进行分析,获取尘样粒径分布数据.在此基础上,依据气固两相流理论,采用欧拉拉格朗日方法,运用SolidWorks建模,利用数值模拟软件Fluent对钻孔粉尘时空分布及运移进行数值模拟分析.研究发现,钻孔作业时,粉尘由孔底向孔口方向高速喷出,粒径150μm 以上的粉尘颗粒在钻孔下风向20m 内基本全部沉降,小于150μm 的粉尘颗粒大部分随风流扩散至采场外,小部分沉降在采场地面;粉尘质量浓度整体随时间呈现快速上升,随后稳定在某一浓度值范围内波动一段时间,最后急速下降.在采场风流流动方向呼吸带高度设置粉尘浓度监测仪,监测结果表明,粉尘质量浓度随距离先快速达到最大值341mg/m3,随后快速下降至189mg/m3,最后缓慢下降.现场测试结果表明粉尘浓度与数值模拟结果基本吻合,验证了采用离散相模型模拟露天矿钻孔粉尘运移的可行性.

• 李柏,刘鹏,胡彪,龙航,闫冬洁,季鹏飞

  煤层注CO2 驱替抽采瓦斯的数值模拟及敏感性分析

  煤层注气驱替抽采是降低煤层瓦斯含量的有效措施,为探究煤层注CO2 驱替抽采瓦斯效果的影响因素及其敏感性,采用控制变量法及正交试验法,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,分析了煤层注CO2 驱替抽采瓦斯规律,对注气压力、煤体温度、煤体渗透率及煤体载荷等影响驱替抽采瓦斯效果的因素进行了敏感性分析.结果表明:注气压力与渗透率的提高对驱替起到强化作用,煤体温度与载荷的提高对驱替起到弱化作用;驱替瓦斯量影响因素的敏感性排序为煤体渗透率＞注气压力＞煤体温度＞载荷,煤体渗透率对驱替瓦斯量的影响是注气压力的5.97倍,注气压力是煤体温度的14.97倍,煤体温度是载荷的1.65倍;驱替速度敏感性排序为煤体渗透率＞注气压力＞载荷＞煤体温度,渗透率对驱替速度的影响是注气压力的9.23倍,注气压力是载荷的32.66倍,载荷是煤体温度的3.20倍.实际工程中为达到更好的驱替效果,可以考虑提高煤体渗透性和增加注气压力.

• 李果,陈军涛,傅子群,马庆

  含水层空间定向封存二氧化碳治理水害技术探讨

  为有效防治矿井水害事故的发生,从CO2 封存位置、封存条件和封存方式3个方面对CO2的封存和利用现状进行了深入研究,提出了一种含水层空间定向封存二氧化碳治理水害的技术,即在矿井注浆改造加固深部含水层时,把超临界CO2随浆液一起注入,实现CO2定向封存和水害治理同步进行.结果表明:超临界CO2不仅能加速浆液在注浆管中的流动,避免浆液黏稠发生堵塞,同时与矿井水及岩层中的Ca2＋ 、Mg2＋ 等离子反应生成CaCO3、MgCO3 等固结物,能够有效封堵含水层中的裂隙和孔隙等导水通道,实现矿井水害和CO2 矿化封存耦合治理.针对当前研究现状,对该技术治理水害过程中的注入方式、气水两相界面追踪、封存加固机制、超临界CO2 浆液性能和封存效果评价5个方面的问题进行了深入分析,为碳封存和水害一体化治理提供了科学借鉴和防治思考.

• 康志强,王治磊,冯江江,姚旭龙

  冻融循环下腐蚀砂岩裂纹扩展特征离散元法模拟研究

  随着气候变化的加剧,冻融循环及化学侵蚀对寒冷地区岩土工程的影响越来越大.因此,研究冻融下腐蚀裂隙岩体裂纹扩展规律对保障岩土工程的安全有重要价值.基于离散元方法,模拟分析了裂隙砂岩在冻融循环和不同化学环境下的裂纹扩展特征,研究了化学腐蚀对砂岩在冻融循环中裂纹扩展的影响.研究结果表明,随着化学环境的变化和冻融次数的增加,裂隙砂岩的孔隙度逐渐增大,容易发生裂纹扩展.其中,在酸蚀条件下裂纹扩展最为严重,在碱蚀条件下裂纹扩展较小,说明酸性环境更容易导致砂岩损伤. 此外,模拟结果还表明,与单一冻融循环相比,在化学腐蚀作用下,裂隙砂岩的裂纹扩展速度更快,裂纹数量明显增多.研究结论可为深入理解砂岩冻融循环和化学腐蚀作用下的裂纹扩展机理提供参考.

• 王腾腾,张苑玉,范辉远,蒋孝东,赵亚周

  基于DSCM 增量分析的灰砂岩单轴压缩变形场演化特征研究

  选用灰砂岩试件开展单轴压缩试验,在数字散斑相关方法(DSCM)观测变形场的基础上,采用增量分析方法计算得到不同应力增量条件下非均匀性指标、变形能密度和变形场等3个指标增量,对岩石峰前和峰后阶段的演化特征进行了研究.结果表明:峰前阶段变形局部化启动、空间非均匀性演化突增以及变形能密度突变时的应力基本一致;非均匀性指标增量非线性突变幅度与应力增量步距成正比,应力增量步距越大,突变启动应力越小,而变形能密度增量突变幅度与应力增量步距成反比;峰后阶段不同增量步距条件下的变形场增量演化均为峰后初期非线性波动,临近破坏发生突变,应力增量步距越大,突变幅度越大.

• 王宣,万文,黄煊祺,赵延林,盛佳,刘杰,周彧

  基于预置射孔类岩石条件的模拟TBM 刀头侵岩试验研究

  为了探究不同预制射孔参数对隧道掘进机(TBM)刀头破岩的影响,对不同预制射孔角度、孔间距和排间距的类岩石试件进行侵岩试验,分析了含不同预制射孔试件的侵入难度系数、峰值侵入力和侵入能耗的变化规律.结果表明:预制射孔的排间距从3cm 变化到5cm,试件的侵入难度系数、峰值侵入力以及侵入能耗逐渐增加;孔间距从1cm 变化到3cm,试件的侵入难度系数、峰值侵入力以及侵入能耗逐渐增加;预制射孔的角度从45°变化为90°,侵入难度系数、峰值侵入力以及侵入能耗呈先减小后增加趋势,当孔角度为60°时,侵入难度系数、峰值侵入力以及侵入能耗最小.

• 许亚优,田佳阔,戴兴茹,康建宏,吴珍锁

  基于FLUENT数值模拟的径向水射流钻头前端结构参数优化

  多孔射流钻头是地面水射流径向钻井技术的核心部件.针对现有研究未考虑前端结构参数对射流动力性能的影响,构建多孔钻头前端结构模型,基于FLUENT数值模拟软件,分析了射流速度、射流压力、湍流强度等水射流破岩性能参数.通过控制单一变量,研究喷嘴长径比、喷嘴排列紧密度等结构参数对径向水射流钻头射流动力特性的影响规律,进而优化多孔钻头前端结构参数.结果表明:中心喷嘴钻头形成的最大射流压力更大,可达不含中心喷嘴钻头的2.3倍,更利于破岩并保证破岩孔眼形状规则;圆弧形流道钻头中心喷嘴与侧向喷嘴之间的射流效果差异最小,射流压力较均衡,射流性能较好;中心喷嘴几乎不受布置半径影响,侧向喷嘴布置半径优选范围在3.5~4.5mm,在布置半径为3.5mm时,钻头射流能量较为集中,布置半径为4.0mm 时射流速度最大;中心喷嘴长径比为4.0时射流相对较稳定,湍流强度在距中心喷嘴出口2~5mm区间内低于23％,侧向喷嘴长径比为4.5时射流等速核最长,射流速度相对较大,湍流强度最小.

• 苏树鹏

  基于遗传蚁群强化学习算法的露天矿运输路径优化试验研究

  针对复杂的矿山地形进行路径规划,容易陷入局部最优解的问题,融合遗传蚁群算法和强化学习算法的优点,提出了一种基于遗传蚁群强化学习算法的矿山运输优化模型,实现矿山运输路径的高效优化.首先利用遗传算法对解空间进行高效搜索,生成一组初始的运输路径以探索更广阔的解空间;其次引入蚁群算法,在搜索过程中发现最优解即最优运输路径;最后引入强化学习算法,通过模拟智能体的决策过程并根据环境反馈调整运输路径,使模型逐渐学习到更优的决策策略,在不断迭代的过程中逐步提高运输效率.经过试验验证,相较于传统遗传蚁群算法,遗传蚁群强化学习算法求得的最短运输距离缩短了20.06％,运输成本降低了12.60％,寻找最优路径的时间减少了51.55％.该优化模型能够有效地提高运输效率、降低运输成本,为矿山运输提供高效和环保的解决方案.

• 关开荣,赵文琦

  智能机器人在深井爆破中的应用及发展趋势

  随着浅部矿产资源逐渐枯竭,矿产资源深部开采将会成为一种常态.“高地应力、高井温、高岩溶水压”环境对爆破施工带来了巨大的挑战,深井作业条件愈发艰苦,智能机器人的出现为深井爆破作业提供了新思路,从机器人导航技术、深度学习和通信技术3个方面阐述了智能机器人的技术基础,总结了智能机器人在爆破作业中的优势与难点,分析了智能机器人用于爆破事故处理的应用前景,提出了智能机器人未来应对复杂作业环境的重点研究方向与发展趋势:优化结构或提升补偿手段、传感器精度改良、参数的自适应控制、构建链式控制系统.研究可为智能机器人在推进智能爆破和深部矿产资源的安全高效开采中的应用提供优化思路.

• 祁忠旭,高志勇,肖舜元,冯程,王龙

  矿浆质量浓度对高方解石型萤石浮选效果的影响研究

  为探究矿浆质量浓度对高方解石型萤石浮选效果的影响,在明确磨矿细度为－0.074mm 含量占70％的条件下,通过粗选、扫选、精选、精粗选和精扫选阶段作业的矿浆质量浓度试验,系统研究了不同矿浆质量浓度对萤石回收率和萤石品位的影响.试验结果表明,适宜的矿浆质量浓度能显著提高萤石品位和萤石回收率,特别是在粗选阶段;针对方解石含量高、易泥化的问题,通过控制矿浆质量浓度、精粗选与精扫选的组合优化浮选流程,降低了中矿循环量,提高了资源利用效率;在最佳条件下,闭路试验获得了CaF2 品位为97.84％,回收率为85.97％的萤石精矿.研究成果强调了矿浆质量浓度对提高浮选效率的重要性,为同类型的萤石选矿工艺提供了实践指导和理论支持.

• 刘俊,袁龙,侯凯,魏昱含,罗颖初,王硕

  基于自动矿物分析的锡石重选优化试验研究

  某选厂锡石摇床重选阶段出现的黑色矿物,对锡粗精矿品位产生了严重影响.为保证锡精矿的产品质量,采用矿物自动分析系统(MLA)开展了工艺矿物学研究,确定了该矿物的组成、含量、粒度分布、嵌布特征及有用元素的赋存状态.MLA分析表明,该选厂锡石摇床重选阶段中出现的黑色矿物中主要有价成分锡石的含量为1.12％;黑色矿物主要成分是黑柱石,占56.09％,其次是透辉石和绿帘石,分别占10.54％和6.35％;同时磁性矿物主要有磁黄铁矿、菱铁矿、磁铁矿、褐铁矿,主要以磁黄铁矿为主,占3.70％. 基于MLA分析结果,调整优化了选矿试验流程,即对该黑色矿物利用高梯度磁选机在0.3T 磁感应强度下先进行磁选然后进行摇床重选.优化后,从黑色矿物中最终获得了品位分别为4.83％ 和4.19％ 的两种锡石精矿产品,回收率分别为86.11％和51.06％.

• 曹斌,冯亮,武旭斌,胡蜀威,郭荣华

  固废基湿喷混凝土开发与工业应用

  随着矿山不断向深部发展,固体废弃物堆存问题日益突出,用固体废弃物代替绿豆石、河砂等作为骨料进行湿喷支护,既能有效缓解固体废弃物带来的安全和环保问题,又能降低湿喷支护成本.为了研究其可行性,进行了室内试验和工业试验,结果表明:在水泥掺量为350kg/m3的条件下,铜渣作为骨料,28d单轴抗压强度比绿豆石＋河砂作为骨料的高52.9％,铜渣＋破碎骨料湿喷混凝土28d单轴抗压强度比绿豆石＋河砂的高39.7％;湿喷混凝土单轴抗压强度达到C15强度等级条件下,相比于用绿豆石＋河砂骨料,用铜渣作为骨料,每立方米湿喷混凝土可以节省63元,用铜渣＋破碎骨料作为骨料,每立方米湿喷混凝土可以节省50元.固体废弃物骨料湿喷混凝土工艺更简单,应用效果更好,经济价值更高,不仅解决了固体废弃物堆放问题,还具有良好的经济效益和社会效益.

• 张文卿,熊博

  固废基胶凝材料的微生物辅助胶凝机制研究

  针对充填采矿中固废基胶凝材料胶凝效果较弱的问题,引入微生物诱导碳酸钙技术(MICP)改善胶凝效果.通过正交试验,对微生物接种量、pH 值、试样养护时间的影响做了分析,结合单轴压缩试验证明了MICP技术在充填采矿中的可行性.通过X射线衍射检测、热重分析、扫描电子显微镜测试研究了MICP在充填体中的作用机制.结果表明:微生物辅助胶凝技术在充填采矿中具有可行性,养护3d和7d 的充填体试样平均抗压强度分别提升了25.1％ 和34.9％;MICP辅助胶凝效果最优的pH 值为9,MICP可以促进水化反应,使得充填体中钙钒石等物质含量增多,提高充填体抗压强度;接种微生物后充填体中有碳酸钙晶体生成,晶体填充了充填体缝隙,有效提高了充填体抗压强度.研究成果为类似条件下微生物辅助胶凝的应用提供了理论依据,为MICP技术在充填采矿领域的应用打下了基础.

• 王鑫,王开,张世玉

  碱激发热改性煤矸石基注浆材料性能研究

  为了增加煤矸石在注浆材料中的使用,对活化后煤矸石基注浆材料的活性和性能进行研究,分析了活化温度、煤矸石占比、化学激发剂对热改性煤矸石基注浆材料在流动性能、凝结时间、抗压强度等方面的影响.采用X射线荧光光谱法(XRF)、X射线衍射分析法(XRD)分析了热活化前后煤矸石材料物相,并使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)分析了活化后煤矸石的硅铝离子溶出特性.活化后的材料分别加入NaOH、Na2SiO3两种化学激发剂进一步活化,结果显示:活化温度为800℃、煤矸石占比为66.7％、Na2SiO3 添加量为４％的胶凝材料活化效果最佳,流动距离可达19.3cm,28d抗压强度为13.47MPa,热重分析水化进程表明,在此活化条件下650~800℃间质量损失最多,所生成的方解石量达到8.81％;白云岩会延缓煤矸石在热活化时的团聚效应,使其最佳活化温度达到800 ℃;对于化学激发剂来讲,适量添加可以加速水化进程,反之则会延缓水化进程.

• 魏勇,吉坤,阎鸣泽,李晅辉,刘迎,李宏,韩斌,戴靠山

  基于RSM-BBD 方法的关闭/废弃矿井地热系统长期采热性能研究

  关闭/废弃矿井蕴含着丰富的潜在资源,通过创新性地开发其深部地热,可有效降低对当地经济和环境的影响.为了研究关闭/废弃矿井地热系统的运行及结构参数对其长期采热性能的影响,建立了采空区非均质热储温度渗流多场耦合模型,并结合RSM-BBD (Response Surface Method-Box-Behnken Design)方法开展数值试验,研究了长期采热过程中储层的温度演化规律,分析了注入温度、注采压差、注采井长等单因素及各因素之间的交互作用对长期采热性能的影响规律.研究结果表明:冷锋首先在注入井附近形成,并随着生产时间的增加,不断向采热井附近拓展;热储内孔隙率的非均匀分布会造成热储下部的冷锋更早的到达采热井;各影响因素与出口温度、采热总量之间的响应面模型的R2均大于0.9,P 值均小于0.0001,可实现对采热系统长期性能的精准预测.因素敏感性分析结果表明,对采热总量影响最大的因素为注采井长,对出口温度影响最大的因素为注入温度.通过对关闭/废弃矿山地热开发的初步探索研究,以期为该类矿山的合理利用和环境友好型能源的发展提供借鉴.