矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第1期

• 下向进路倾斜分层胶结充填体稳定性研究

  朱斌,高通,涂艾林,李燕青,葛春毅,张彪,孙伟

  下向进路胶结充填采矿法在我国金属矿山绿色开采中得到了广泛的应用.通过FLAC3D数值模拟软件研究了不同分层数目、分层角度、充填体厚度及采空区跨度高度比对充填体顶板稳定性的影响规律.研究结果表明:分层数目、分层角度及采空区跨度高度比均与充填体顶板下沉位移呈正相关关系,特别是当跨度高度比增至1.75时,2分层充填体顶板的最大位移达到了24.56 cm;充填体厚度与其下沉位移呈负相关关系;不同分层数目下,充填体顶板最大主应力均以压应力形式存在,且分层数目越多,压应力越大;随着分层角度及采空区跨度高度比的增大,顶板最大主应力逐渐由压应力转为拉应力,特别是当分层角度为10°时,2分层充填体顶板的最大拉应力达到了140 kPa;随着充填体顶板厚度的减小,顶板压应力集中区域逐渐由“半圆形”转为两头凸起、中间凹陷的“马鞍形”.研究结果可为下向进路充填开采的充填设计和应用提供参考.

• 基于G1法和云化物元模型的充填体稳定性评价

  黄旭,叶聪林,陈家钊,谭玉叶

  充填体是矿山充填开采的关键采场结构,其稳定性评 判对矿山生产安全具有重要意义.针对目前充填体稳定性 评价方法存在的模糊性和随机性的特点,提出了充填体稳定性综合评价方法.采用序关系分析法(G1法)和云化物元模型构建了充填体稳定性综合评价模型,以大冶铁矿某充填体为工程背景,采用G1法确定指标权重,利用MATLAB计算单指标的云关联度及综合评价向量,由最大隶属度原则确定大冶铁矿充填体的稳定性等级.研究结果表明:采用充填体稳定性评价方法评价的充填体稳定性等级与实际情况相符,可为深部金属矿山充填体稳定性评价提供新思路及新方法.

• 不同进料流量下深锥浓密机给料井流场特性可视化试验研究

  王少勇,武鹏杰,张敏杰,吴爱祥

  全尾砂颗粒群在深锥浓密机给料井内的絮凝沉降行为是固液分离的关键环节.为探究给料井内流场特性,从而提高尾砂深度脱水性能,基于给料井亚克力相似模型、粒子成像测速技术和絮团示踪技术,设计了一套深锥浓密机给料井内流场特性可视化试验系统,并对不同进料流量下给料井原位絮凝体系下的全尾砂颗粒群流场进行了可视化研究.研究结果表明:随着进料流量的增加,相对停留率和湍动能衰减率整体上逐渐增大并趋于稳定,且进料流量存在极限最优 值;当进料流量过小时,进料初始动能不足,全尾砂无法充分在给料井内做螺旋运动,絮凝效果较差;当进料流量过高时,给料井出口湍动能仍较大,破坏已完成絮凝的颗粒群,絮凝效果也较差.

• 急倾斜煤层伪俯斜工作面机械化开采煤体运移规律研究

  伍永平,曹建利,解盘石,胡博胜,皇甫靖宇,汤业鹏,闫壮壮,张子鑫

  为解决急倾斜煤层伪俯斜工作面机械化开采时,破碎煤体堆积与溜运引发的工作面通道堵塞问题,以贵州省某矿11807工作面为工程背景,采用物理试验和数值计算相结合的方法,对工作面布置参数、待采煤体界面演化和煤体运移特征进行研究,揭示了急倾斜煤层伪俯斜工作面溜运及堆积特征,确定了工作面角度合理布置参数.结果表明:急倾斜薄及中厚煤层伪俯斜工作面机械化开采时,机采区煤体在刨煤机截割作用下卸压、破碎;工作面部分煤体采出后,非机采区域的煤体发生变形破坏,出现破碎;机采区破碎煤体运移以沿溜槽的铅垂方向运动为主,矿压自溜区松碎煤体首先垂直于顶板运动,继而出现平行于顶板方向的倾斜运动,最终沿工作面倾斜方向加速运移;溜槽工作面煤层倾角与溜运角呈线性函数关系;工作面伪倾角越大,煤炭资源相对采出率越高;当该工作面伪倾角为32°,伪斜角为49.7°时,工作面溜煤效果最佳.

• 浅埋厚煤层连续采动下多关键层结构覆岩运移规律研究

  张奎奎,周辉,张树光,江飞飞,高阳

  以鄂尔多斯转龙湾煤矿23203工作面开采为工程背景,采用连续 非连续数值模拟和理论计算方法,对我国西北地区广泛分布的浅埋厚煤层连续采动下覆岩运移规律及矿压显现特征进行研究.结果表明:当埋深200 m、厚度4.81 m 的浅埋煤层一次采全高连续快速开采时,其基载比Jz＞1且有3个关键层结构;连续采动作用下浅埋采场上覆岩层具有3种类型自稳结构,且各自稳结构的周期性破断相互影响,直接顶的第三次周期垮落形式存在“砌体梁”结构转化为“悬臂梁”结构的现象;多关键层结构工作面回采期间实测支架工作阻力值主要在11000~165000 kN之间,平均 值为14077.20 kN,验证了数值模拟、理论计算及支架选型的合理性.研究成果可为浅埋厚煤层安全开采和支架选型提供重要科学依据.

• 邻采邻掘动压巷道密集钻孔切顶卸压技术研究

  刘团,张百胜,郭俊庆,崔俊彪,刘涛禹

  为解决邻采邻掘巷道受强动压影响导致巷道维护困难的问题,采用理论分析、数值模拟与巷道现场变形实测的方法,对炭窑坪煤业100302回风巷密集钻孔切顶卸压技术进行了研究.研究结果表明:超前工作面巷道顶板布置密集钻孔后,工作面推进至附近时,回采来压使相邻钻孔塑性区贯穿形成定向弱带,工作面推过后,顶板沿定向弱带及时破断,可达到切顶卸压的目的;确定了密集钻孔切顶卸压的关键参数,并引入平均动载系数,优化了传统密集钻孔间距公式;密集钻孔切顶卸压后,邻采邻掘过程中煤柱应力峰值变化曲线整体降低,切顶时的波动峰值出现波动时间提前、波动范围缩小、波动峰值降低,降幅分别为22.1％、19.9％、19.1％.现场监测结果表明,密集钻孔切顶卸压后邻近工作面掘进巷道围岩处于可控范围内.

• 特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

  康志鹏,罗勇,段昌瑞

  针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析.结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36 m,推进60 m 时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2 m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8 m,周期垮落步距约为23~25 m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23 m,破断步距约为55~65 m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23 MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20 m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压.研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据.

• 特厚煤层综放开采覆岩破断与异常性机制特征研究

  张磊,王鹏,谷超,李晓斌,陈钦坤

  为确定特厚煤层综放开采条件下工作面矿压显现规律和覆岩结构特征,同时研究异常性机制,采用现场实测和数值模拟的方法研究了工作面破坏情况和不同推进距离下的应力分布规律.基于内外应力场理论和材料力学,得到了悬臂梁结构的形成条件以及几何特征,定量探究了关键层破断位置,利用物理相似模拟试验验证了关键层破断位态.结果表明:特厚煤层综放开采条件下,关键层出现“低位悬臂梁＋高位砌体梁”的结构位态;悬臂梁破断长度为31.5 m,悬臂梁在距离煤壁15.4 m 处发生断裂;煤层厚度增加引起关键层发生回转变形失稳,形成悬臂梁结构,解释了特厚煤层开采矿压显现剧烈的现象.

• 重复开采条件下不同工作面布置方式对开采沉陷的影响

  段进睿,吕义清,葛若鑫

  随着深部煤炭的开发,重复开采所引起的地表沉陷严重影响着矿区的生态地质环境.为了研究重复开采条件下,工作面布置方式对开采沉陷的影响,选取山西某煤矿为研究对象,结合研究区地质环境条件,采用 MIDASGTS/NX 建立三维地质模型,进行数值模拟分析,对比采动过程中各模型地表下沉值及覆岩应力应变特征,分析不同工作面布置方式下地下开采空间转化为地表下沉的转化量,总结其对开采沉陷的影响规律.结果表明:工作面垂向平行布置相较于垂向垂直布置,开采沉陷引起的地表下沉值较小;重复开采过程中,一方面,工作面垂向平行布置形成的地下开采空间小于垂向垂直布置;另一方面,工作面垂向平行布置对“应力拱”的扰动小于垂向垂直布置.因此,工作面垂向平行布置时,可以有效减地下开采空间转化为地表下沉,降低开采沉陷造成的影响,在工况允许的条件下,应尽量采用垂向工作面平行布置,以减轻重复开采引起的地表下沉.

• 隧道开挖爆破作用下堆积层边坡的动力稳定性计算方法

  黄锋,江鹏飞,李思远,杨永浩,张庆明

  隧道洞内爆破容易诱发洞口边坡,尤其是松散堆积体失稳,开展爆破荷载作用下边坡稳定性分析方法研究,对于完善隧道进洞施工方法和设计理论具有重要意义.将隧道洞内爆破荷载等效为波动应力函数,基于传递系数法原理,建立了隧道爆破开挖作用下的洞口边坡稳定性计算方法,基于渝湘高速樵坪山隧道开展了应用研究.结果表明:(1)在隧道开挖爆破荷载作用下,洞口堆积层边坡的动力稳定系数随时间呈现衰减型正弦波动变化,约10 ms时达到最小值,0.2 s后趋于静力稳定系数;(2)在隧道距堆积层边坡的距离等于隧道跨度径距,且边坡倾角为25°的条件下,安全的最大单段炸药量为6.5 kg;(3)堆积层边坡倾角越大,在爆破开挖过程中边坡动力稳定系数变化幅度越低;(4)堆积层厚度越小,边坡在动力扰动下越容易失稳,当堆积层厚度不超过2.5 m 时,边坡在爆破过程中出现动力失稳.

• 岩块宏细观参数对垮落带岩体力学特性的影响

  林圆,唐建新,袁芳,孔令锐,李成,王潇,鲁思佳

  为研究岩块的宏细观参数对垮落带岩体力学特性的影响,采用现场试验方法对采空区岩芯试样进行侧限压缩试验;基于试验结果采用 PFC3D 数值模拟方法开展了工程尺度下垮落带压缩变形特性的数值模拟,分析了模型尺寸、岩块块度、碎胀系数和细观力学参数对垮落带岩体力学特性的影响;并采用量纲法分析得到了垮落带的线性应力-应变本构关系.结果表明,岩芯试样加载曲线近似线性变化,试样应力 应变曲线的斜率随岩芯总长度的增加而增大;垮落带的压缩量随模型径高比和碎胀系数的增大而增大,随岩块块度、有效模量的增大而减小,当模型直径与高度的比值大于3：1后,模型尺寸对垮落带压缩变形特性影响显著减小;当岩块块度大于1.3 m 后,垮落带的压缩变形曲线由指数增加变为线性增加;碎胀系数低于2.0时,垮落带压缩变形曲线呈线性变化,高于2.0后,应力 应变曲线呈指数变化,垮落带的孔隙压密特性逐渐增强.

• 冲击荷载下裂隙砂岩动力响应及能耗规律研究

  黄浩波,周羽,江亲财,于洋

  为探究含裂隙岩石的动态力学性能、破坏模式以及冲击破碎过程的能量耗散规律,选取完整砂岩试样和5组不同预制裂隙角度的砂岩试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行动态冲击试验.试验结果表明,裂隙会劣化试样的抗冲击能力,裂隙的角度越大,裂隙试样的动态抗压强度也越大,90°裂隙试样的力学性能最接近完整试样;试样以拉伸劈裂和冲击压碎破坏形式为主,裂隙角度不会影响试样的最终破坏形式;随着裂隙角度的增大,试样的反射能与入射能的比值逐渐降低,透射能与入射能的比值逐渐增大,能量耗散率与裂隙的角度无明显关系.

• 异性结构面抗剪特性试验研究

  刘亚男,罗艺辉,孙勃,严旭峰

  异性结构面的抗剪特性研究有助于分析与评价工程岩体的稳定性.为研究粗糙度与法向应力对异性结构面抗剪强度、变形特征以及结构面损伤特征的影响,进行了两组异性结构面的直剪试验.研究结果表明:异性结构面剪应力-剪切位移曲线为具有明显阶段性特征的峰值型曲线,法向位移 剪切位移曲线呈现出先剪缩后剪胀的趋势;随着粗糙度增大,结构面峰值抗剪强度与残余抗剪强度增大;随着法向应力增大,结构面峰值抗剪强度增大,峰后应力降低幅度增大,且高法向应力对结构面剪胀效应有抑制作用;异性结构面壁面损伤系数随结构面粗糙度与法向应力的增大而增大,且上盘软岩损伤面积增幅大于下盘硬岩损伤面积增幅;异性结构面破坏不是单一的剪切行为,而是滑移、剪断、张拉多种破坏形式复合作用的结果,结构面破坏模式可分为剪切滑移破坏、剪切啃断破坏与张拉破坏.

• 含共面双裂隙复合岩石的力学特性与破坏规律研究

  肖桃李,许可,袁浩,折海成

  为了研究裂隙构型属性对层状复合岩石的力学行为、破坏模式及裂纹扩展规律的影响,以预制含共面双裂隙复合岩样为研究对象,通过室内单轴压缩试验与数字图像采集模块,分析在不同裂隙长度、倾角下岩样的力学特性和破坏特 征.结果表明:(1)岩样峰值应力和弹性模量随着裂隙倾角增加上升,随裂隙长度增加而下降;劣化系数k随裂隙倾角的增加而减小,随裂隙长度的增加而增大.(2)破坏模式受裂隙倾角和两种岩石材质的影响,破碎程度主要由裂隙长度决定定.(3)岩桥的贯通模式受裂隙倾角和结构面的控制,4种贯通模式中,随裂隙倾角增大,贯通趋势增强,但裂隙倾角达90°时不再贯通,且结构面会抑制岩桥的贯通.(4)裂纹扩展受裂隙长度影响,当裂隙长度小于12 mm 时,裂纹首先出现在岩样的右半部分,而弹性阶段产生的裂纹主要出现在岩样的左半部分,当裂隙长度大于12 mm 时,裂纹均匀布满岩样表面.该研究成果对实际工程建造和设计具有一定的指导意义.

• 低围压双向压缩条件下竖直裂纹扩展机制研究

  王家豪,汪学清,高阳,胡明明

  为研究地下洞室开挖等岩石工程中双向压缩应力状态下的岩体裂纹扩展机制,以低围压三向受压或单轴压缩条件下含竖直裂纹的岩体试样为研究对象,通过数值模拟的方式分析不同泊松比μ 和裂纹迹长a 条件下远场轴向压应力和裂纹尖端应力的分布规律.基于叠加原理得到双向压缩条件下竖直裂纹/翼裂纹尖端近场应力的表达式,并推导出该应力状态下裂纹岩体试样的应力强度因子及裂纹扩展方向.结果表明:存在远场轴向压应力时,泊松比μ 和裂纹迹长a对裂纹尖端应力分布规律有明显影响.裂纹尖端应力σxx 与平行于裂纹面的轴向压应力σn 的比值与泊松比μ 成一次函数关系,与裂纹迹长a 成三次函数关系.

• 岩石破坏前兆的k-均值聚类识别方法

  李国墙,张军徽,杨金诺,宋义敏

  为研究岩石在外力扰动下发生突发性破坏时,与岩石破坏前兆密切相关的声发射信号,基于k-均值聚类方法的特征,开展了红砂岩单轴压缩声发射试验,以声发射信号的能量、幅度、上升时间、持续时间和振铃计数5个参数作为特征向量,进行k-均值聚类分析,获得了3种不同类型的声发射信号,并开展了时序演化分析.结果表明,第一类和第二类声发射信号自弹性阶段开始便持续密集出现,直至试验结束,无明显演化异常的阶段性变化;第三类信号在弹性变形阶段零星出现,在变形局部化阶段突变为持续密集出现,有明显的演化异常,与岩石的破坏机理相符,且异常时间点与散斑云图突变时间点相同,该类信号还具有能量占比大、信号数量占比小的特征,能够反映岩石破坏前兆信息,适用于岩石破坏预警.

• 磨料水射流切割能力与岩石参数相关关系研究

  袁瑞甫,秦博,邓俊豪,程高宇,高岩

  选用山西组二1 煤层上方30 m 内常见的岩石作为靶件,进行了磨料水射流切割试验,对岩石力学参数与切缝深度进行了相关性分析,并借助 VHX-2000数码显微镜观测了切缝内壁的显微形貌.结果表明:研究范围内煤层上方岩石主要为粉砂岩、中砂岩、泥岩、砂质泥岩,其次为灰岩和粗砂岩;切缝深度与岩石弹性模量的相关性最强,但也存在一定岩石的切缝深度与其弹性模量存在异常关系,切缝深度与岩石抗压强度的相关性次之,与抗拉强度的相关性最弱;岩石岩性对磨料水射流的切割机理没有影响,岩石晶体主要发生穿晶断裂和沿晶断裂,切缝深度的变化主要受岩石晶体强度、晶体胶结情况和晶体直径等因素影响.

• 金川三矿区巷道围岩松动圈厚度的确定及支护试验

  王康伟,王文杰,张鹏强,朱大铭

  巷道松动圈厚度是确定合理支护参数的重要依据.针对巷道顶板松动圈测试困难的问题,以金川三矿区1330 m水平分段巷道为研究对象,首先采用超声波法对巷道帮部围岩进行松动圈测试;其次根据测试结果,采用黄金分割法对Hoek-Brown强度准则中的单轴抗压强度σc、H-B常数 mi、地质强度指标 GSI 及岩体扰动参数D 进行参数反演;然后结合三矿区实测地应力,采用 Hoek-Brown强度准则及参数反演结果计算出巷道顶板围岩松动圈的厚度;最后对三矿区1330 m 水平不同类型围岩松动圈进行分类,根据分类结果提出不同的支护参数,并进行了现场支护试验,巷道支护效果良好.研究结果为巷道围岩松动圈的确定提供了新的方法和技术支撑.

• 赵固一矿厚松散层薄基岩巷道支护方案优化与实践

  余永强,彭天祥,范利丹,张程鑫,韦四江

  厚松散层薄基岩煤层开采是目前我国煤炭生产面临的难题之一.以赵固一矿16081上顺槽为工程背景,采用有限差分软件模拟了5种支护设计方案,通过应力、位移、塑性区3个指标对模拟结果进行分析,选出了最优支护方案,在此基础上开展了现场支护实践,并进行了巷道变形监测.结果表明,(1)“锚索网＋封闭式钢架＋底板锚杆＋底板注浆”加强支护方案对16081上顺槽围岩的控制效果较好;监测时间为90 d时,巷道顶底板的相对移近量约为80 mm,两帮相对移近量约140 mm;(2)与未支护巷道相比,最优方案的围岩垂直应力峰值降低,应力峰值向浅部转移,并出现在距离两帮表面约0 m 处;水平应力峰值区向底板浅部转移,且主要集中在距离巷道底板中心约0.9 m 处;(3)与未支护巷道相比,最 优 方 案 的 两 帮 最 大 变 形 量 为 21 mm,减少了约80.9％;该方案的塑性区体积仅为15.3m3,缩小了约85.6％.

• 氧气浓度对褐煤吸附特性的影响研究

  杨晶晶,张嬿妮,侯云超,舒盼

  煤自燃是威胁矿井安全生产的重大灾害之一,而氧气对于煤自燃的发生及发展具有明显的调控作用,其中煤氧吸附是影响煤自燃反应的关键.因此,选取褐煤为研究对象,分别采用低温氮吸附法和红外光谱法研究了不同氧气浓度下煤孔隙结构参数和官能团的变化规律;采用 PCTPro-C80联用试验法研究了氧气浓度对煤的氧吸附量和吸附热的影响.结果表明:煤的比表面积和孔隙体积随氧气浓度的升高整体表现为增大,煤孔隙体积主要以中孔为主;随着氧气浓度的升高,微 观 上—Ar—CH、—CH2—CH3、—OH 等 基 团含量减少,宏观上煤吸氧量和吸附热整体表现为增多;当氧气浓度为13％时,煤的比表面积、孔隙体积、煤吸氧量和吸附热呈明显降低趋势,且—CH2—CH2 基团的含量下降速率最快,下降值为18.11％.

• 超细气溶胶颗粒在典型综采工作面采空区扩散规律研究

  刘成飞,唐一博,周春山,贾贝贝,周雍,马冬娟

  为了研究超细气溶胶颗粒在地下受限空间的防灭火潜力,通过 CFD数值模拟手段研究了粒径为1~20μm 的5种超细气溶胶颗粒在典型综采工作面采空区内部的运移扩散规律.结果表明:颗粒粒径与颗粒最大有效扩散距离及最大停滞时间呈负相关关系,1 μm 粒径颗粒的最大扩散范围和最大停滞时间最佳,分别为210.48 m 和2212106 s,超细颗粒注入位置对颗粒在采空区内部的运移扩散有显著影响,进风隅角的涡流中心对其有着两面性的影响;超细颗粒的注入压力与扩散范围呈正相关关系,与颗粒的停滞时间呈负相关关系,注入压力为2.25 MPa时颗粒注入效果最好,其颗粒在采空区内最大停滞时间为3429449 s,最大有效扩散范围为198.32 m;采空区空隙率与超细颗粒的扩散范围呈正相关关系,空隙率为0.2时,最大扩散范围最小为49.99m,空隙率为0.4时,最大扩散范围最大为119.88m.研究结果可为矿井火灾防治提供理论参考

• I-AO超细颗粒气溶胶抑制低阶煤自燃特性试验研究

  齐浩,唐一博,刘洪刚,王琛琦,苏东洋

  针对煤的自燃灾害问题,使用含碘无机盐(NaI和 KI)与抗氧化剂 N-苯基-1-萘胺合成一种抑制煤自燃的高效超细复合气溶胶颗粒.通过同步热分析(TG-DTG-DSC)和红外光谱分析煤样自燃特性的变化以及官能团的分布和数量,利用扫描电镜测试观察煤样低温氧化时的表面孔隙结构变化.试验结果表明,同时经碘盐和抗氧化剂处理的煤样活化能在水分蒸发、热解和燃烧三个阶段分别平均提高了7.22％、11.14％、47.77％. 此 外,—OH 基 团的数量平均减少了27.89％,含氧官能团主要包括碳氧键 (Ar—O—C)、羧 基(—COOH)和CO键的数量平均下降了40.62％.这些结果表明,含碘无机盐与抗氧化剂结合形成的复合超细颗粒气溶胶对褐煤的燃烧全过程都具有显著的抑制作用.研究结果表明碘盐 抗氧化剂超细颗粒气溶胶在防治采空区煤自燃领域具有良好的潜力.

• 新型瓦斯抽采自膨胀护孔抗压花管的研制与应用

  王振锋,白志强,王宇,王琼霄,曹良超

  对松软煤层进行穿层瓦斯抽采时,在采动影响下,易发生钻孔收缩变形和坍塌、花管堵塞等问题,导致瓦斯抽采效率低、抽采周期延长,甚至需要补孔进行二次瓦斯抽采.为此,研究一种新型自膨胀护孔抗压花管.新型自膨胀花管外围的弹簧钢片在钻孔内膨胀成球体,可有效抵御钻孔变形,弹簧钢片外围的钢丝网布可阻挡煤体坍塌,防止花管堵塞,从而在抽采中后期使煤层与花管之间仍有较大的空间供瓦斯径向流动与球向流动,有助于瓦斯由吸附态转化为游离态,提高瓦斯抽采效率.现场试验表明,在瓦斯抽采初期,采用常规花管的对照组与采用自膨胀花管的试验组相比较,平均瓦斯抽采浓度接近,但在抽采50 d之后的中后期,试验组的瓦斯抽采浓度仍能保持在20％以上,瓦斯涌出量是对照组瓦斯抽采浓度的4倍以上,因此,新型自膨胀花管具有较好的应用价值.

• 新型备用防爆门动态泄压过程数值模拟研究

  王文乾,王亮,刘松林,张海宁,徐文杰,文吴双

  井下爆炸事故一般为多次间歇发生.当首次剧烈爆炸导致煤矿风井防爆门变形失效时,备用防爆门可快速响应并闭合泄压通路,防止因主通风机短路造成更严重的后果.介绍了一种新型备用防爆门,当多次爆炸发生时,备用防爆门上的泄压窗体能实现自动开启与复位,保证矿井在灾变时期的正常通风.以计算流体力学(CFD)为主要研究工具,分析备用防爆门在瓦斯或煤尘爆炸冲击下的安全可靠性.数值模拟结果表明:备用防爆门泄压窗体可在爆炸冲击下12 ms内完成泄压;备用防爆门可承受0.8 MPa的超压冲击而不被破坏;备用防爆门结构简单可靠,依靠自身重力即可自动复位,实现本质安全.

• “双碳”视角下煤炭企业及其生产矿井碳绩效评价体系与应用

  岳宗耀,范新川,原白云,马金山,曾强

  针对目前我国缺乏从“双碳”角度对煤炭企业及生产矿井可量化的碳绩效评价体系的现状,分别构建了煤炭企业整体碳绩效评价指标体系及生产矿井碳绩效评价指标体系,搭建熵权 综合指数评价模型用于评价.该体系不仅可以从经济发展、降碳减污、节能与综合利用三个维度评估煤炭企业整体碳绩效的优劣,还可以通过经济发展、节能降耗、减排降碳三个维度评估各生产矿井的碳绩效水平.选取目前社会责任报告披露较为详细的平顶山天安煤业股份有限公司进行碳绩效评价实证分析.评价结果表明,碳绩效评价指标体系具备较好的科学性和适用性,可为煤炭企业寻找碳减排、碳中和路径提供一定的理论指导.

• 基于智能减阻策略的地下铲运机自动铲装控制研究

  张元清,张元生,吕潇,李若熙

  地下铲运机在铲装作业过程中其铲斗力学性能复杂多变,驾驶室操作员只能根据工作经验实时观察判断后进行操作,实际效果并不理想.通过研究铲装过程中的力学性能,提出一种基于智能减阻策略的地下铲运机自动铲装控制方法,可以高效、低耗地完成铲装过程的自动控制.基于时序反馈,配合铲装过程中的多次举斗或撬斗动作,不断破坏料堆中密实核的生成并减小铲装阻力,提高了铲运机满斗率和工作效率.同时,基于 EDEM 软件开展智能减阻铲装过程仿真研究,在工程铲运机上搭建了自动铲装控制系统,并通过人机交互编程控制开展了工程应用.结果表明,基于智能减阻策略的地下铲运机自动铲装控制系统的控制效果稳定,可靠性高,可完全满足工业应用的要求.

• 基于计算机视觉的爆破块度分布统计

  刘俊伟,陈晓青

  爆破块度是评价矿山爆破效果的重要指标.传统的块度统计方法存在效率低、限制多等问题.基于计算机视觉的爆堆块度统计方法,具有高效、精确、灵活的优势.针对爆堆块度统计的计算机视觉识别问题,提出了一种结合 MaskB-R-CNN和 HSV 变换的形态学优化的块度统计方法,并对实验室和鞍千矿业公司的矿山现场爆堆块度统计进行了验证.结果表明,与筛分法相比,基于计算机视觉的爆堆块度分布统计方法的误差小于3％,验证了该方法用于爆堆块度统计的可行性.矿山现场试验结果表明,与传统的矿岩区域提取方法相比,该方法提取矿岩区域更为精准,可应用于鞍千矿业公司的矿山现场;３个爆堆块度分布的累计概率曲线相似,大块率分别为4.21％、3.37％、3.12％,爆破效果较好.

• 海南某铁矿工艺矿物学特征及磁选工艺优化研究

  朱智超,张少平,兰舟,黄正均,王梓力,刘佳兴,马驰

  针对海南某铁矿矿源变化导致选矿产品质量下降的问题,通过现场取样,对原矿进行了工艺矿物学研究,获取了矿物组成及质量分数,分析了主要矿物工艺矿物学特征,开展了破碎分级与磁选干抛试验.研究结果表明:矿石主要组成为石英以及含铁矿物,其中,磁铁矿占总矿物质量分数的8.4％,内部铁的分布率高达59.86％,磁铁矿与其他铁矿物的连生较少,但与石英嵌镶紧密,对选矿不利,应着重加强磨矿强度.破碎分级与磁选干抛试验表明:原矿进行破碎分级后获得10~20 mm 与－5 mm 两个粒级的产品,根据粒级确定最佳磁选条件,10~20 mm 粒级原矿最佳的磁场强度应定于0.15 T, －5mm 粒级原矿最佳的磁场强度应定于0.1 T.工艺优化后铁精矿产品品位达 30％以上,产率达到17.37％,铁回收率为38.35％;机制砂产率为27.07％,碎石产率为55.56％,达到了矿山充分高效利用矿石资源的要求.

• 内蒙古某低品位铷多金属矿选矿试验研究

  李杰,孙大勇,祁忠旭,韩远燕,陈巧妹

  内蒙古某铷多金属矿主要有价元素是铷和钽铌,Rb2O品位为0.11％、(Ta,Nb)O5 含量为222.9 g/t,铷主要以类质同像形式存在于云母和钾长石中,少量赋存于钠长石中,钽铌矿物主要是烧绿石.为回收铷和钽铌资源,在原矿工艺矿物学研究的基础上开展了选矿试验研究,采用“强磁选＋重选回收钽铌 中性浮选含铷云母无氟有酸浮选含铷长石”的工艺流程,硫酸调节矿浆 pH 值,CK-Y1＋DDA 组合捕收浮选云母,SDS＋DDA 组合捕收浮选长石,全流程闭路试验获得产率为0.17％、(Ta,Nb)O5 品位为 4.33％、(Ta,Nb)O5回收率为33.22％的钽铌精矿和产率为70.26％、Rb2O 品位为0.134％、Rb2O 回收率为87.49％的综合铷精矿产品,尾矿中 Rb2O 品位为0.045％,实现了矿石中铷资源的充分回收和伴生钽铌资源的有效回收.

• 某低品位锂辉石矿选矿试验研究

  阳华玲,冯章标,易峦,刘铭,王长福,周清波

  根据四川甲基卡地区某低品位锂辉石矿的矿石性质,采用浮选工艺,通过优化粗选及精选工艺技术参数,进行了选矿试验研究.在锂辉石矿石 Li2O 品位为1.18％,脉石矿物主要是石英和斜长石,其次为白云母和绢云母的原矿条件下,以CaCl2为锂辉石活 剂,4＃改性氧化石蜡皂为捕收剂,通过添加 Na2CO3调整浮选 pH 值、分散矿泥及消除熔盐离子的影响,通过添加 NaOH 形成有利于捕收剂在锂辉石矿物表面选择性吸附的高碱性环境,在磨矿细度为－0.074mm 占68.36％条件下采用“一粗一扫两精”的浮选闭路流程,获得了产率为15.76％、Li2O 品位为6.03％、回收率为80.54％的锂精矿,实现了锂资源的高效回收.

• 基于柱式弱磁选探究磨矿细度与精矿品位的关系

  张洺睿,李明宇,陈婉晴,孙雪妍

  为探究在最佳柱式弱磁选条件下磨矿细度与精矿品位的关系,对柱式弱磁选上升水流速度、粗选磁场、扫选磁场和磁场变化周期进行优化试验,并利用最佳参数进行不同磨矿细度分选试验,从而拟合磨矿细度与精矿品位的关系曲线.结果表明,上升水流速度为26.5×10－2 ms－1、粗选(恒定)磁场电流为2A、扫选磁场电流为1.1A、磁场变化周期为3 s、磨矿细度(－0.074mm 含量)为92.65％时,分选出品位为70.65％的铁精矿;利用磨矿细度 (－0.074 mm 含 量)在92.65％的试验结果对拟合曲线进行验证,误差为0.01％,结合VSM 及 SEM 结果,确定柱式弱磁选的最佳给矿粒度(d50)应保持在25.7μm 左右.拟合曲线理论上达到了提前预测柱式分选品位的目的,为利用深度学习实现柱式分选智能化提供前期研究,为柱式精选设备磁系优化提供理论支撑.

• 新型萤石捕收剂CYP-01的浮选性能研究及应用

  刘铭,阳华玲,王长福,周清波,朱超英,冯章标

  为解决传统脂肪酸类萤石捕收剂选择性差、溶解度低、不耐低温等问题,研发了一种新型高效萤石捕收剂 CYP-01,对其进行了浮选性能研究、实验室闭路试验、现场分流扩大试验及工业试验.试验结果表明,CYP-01萤石捕收剂具有良好的耐低温、耐酸碱性能,捕收能力强,选择性好,易溶解,分散性好;工业试验获得CaF2 品位95.5％、回收率57.7％的高品位精矿以及 CaF2 品位83.72％、回收率14.57％的低品位精矿,萤石总回收率达到72.27％,显著优于现场捕收剂及原工艺的生产技术指标,体现出该新型萤石捕收剂优良的综合浮选性能.

• 煤原位注入超临界水制氢升温阶段的热流耦合数值模拟研究

  张子翔,赵阳升,冯子军

  地下煤层原位注入超临界水制氢是一种煤的新型转化技术.基于多孔介质多场耦合原理,提出了煤层原位注入超临界水升温阶段的热流耦合数学模型,采用数值模拟的方法对煤层及顶底板岩层的温度分布、孔隙压力等的演化规律进行了研究.结果表明:注入超临界水后,注入井附近温度和渗流速度迅速升高并逐渐向外扩展,随后温度继续升高至大约1050 ℃后不再升高,流速最高可达到5.89 cm/s,且随时间推移,注入井附近流速略有降低;生产井附近流速6个月前呈负指数增长,6个月后生产井附近温度和流速基本保持恒定;整体压力在1 a内