矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第2期

• 基于AHP-VWT-TOPSIS的缓倾斜薄矿体采矿方法优选

  潘征、段文权、刘敬智、周科平、杨春

  为满足缓倾斜薄矿体采矿方法科学优选要求,构建了基于AHP-VWT-TOPSIS的采矿方法多属性综合决策模型。采用VWT规避AHP法确定的常权权重向量可能出现的“状态失衡”问题﹐再结合TOPSIS逼近理想解排序法得到各方案优越度,选出最优采矿方法。以贵州某金矿为例,结合矿山开采实际,提出了3种可行的采矿方案。从经济、技术和安全3个层面,选取了13个评价指标,构建了采矿方法优选多属性综合决策矩阵,通过建立的综合决策模型计算得到3种方案的贴近度分别为0.2132,0.4913和0.5802,推荐采用方案三(液压支柱护顶壁式崩落法)。优选结果符合工程实际,应用效果表明,该综合评判模型对采矿方案优选具有一定的工程应用价值。

• 某磷矿采矿方法优选研究与实践

  马凯，徐海波，孙唯衡，杨首亚，葛永翔，任高峰

  针对当前采矿方法优选中指标权重较为主观、信息利用不充分等问题,以某磷矿为依托,提出了基于博弈论组合赋权和TOPSIS法的采矿方法优选模型。采用Rhino-Griddle方式建立回采模型,利用FLAC3D软件研究了不同采矿方法的采场应力、位移和塑性区分布规律,得到定量的安全性指标,引入经济性指标和劳动生产率指标,运用AHP法和CRITIC法分别确定主观与客观权重,基于博弈论将主客观权重进行优化组合得到综合权重,结合TOPSIS法计算出各方案的贴近度﹐进而优选出适用于该磷矿的采矿方法。结果表明:方案1、方案⒉和方案3的相对贴近度分别为36.3%、78.1%和41.5%,方案2为最优采矿方法。实践证明,优选方案的采场生产能力提高了14.49%,矿石贫化率降低了5个百分点,矿石开采成本降低了10.74元/t。研究结果可为国内类似矿山提供一定参考。

• 急倾斜极薄矿脉机械化留矿法平底结构出矿相似模拟试验

  熊有为，朱建国，刘福春，张军，雷显权，刘恩彦

  为了探明在不同采场倾角和进路间距条件下,无底柱平底结构出矿方式狭长受限空间内的矿石流动规律﹐采用自主设计的试验模型,开展了急倾斜极薄矿脉机械化留矿法平底结构出矿相似模拟试验。试验结果表明:随着留矿法回采分层上行,矿堆表面形成的移动漏斗坡面角逐渐减小,更有利于机械化设备在采场矿堆表面通行作业﹔采场倾角一定时,矿堆表面形成的移动漏斗坡面角随出矿进路间距的增大而增大﹐大量放矿后残留采场底部的矿石量随出矿进路间距的增大而增多﹔出矿进路间距一定时,矿堆表面形成的移动漏斗坡面角随采场倾角的增大而减小,大量放矿后残留采场底部的矿石量随放矿角度的增大而减少。通过狭长受限空间放矿模拟试验,以矿堆表面凹陷坡面角和底部矿石残留率为评价指标,确定符合机械化留矿法开采工艺要求的出矿进路最佳间距为8 m。

• 崩矿步距对回采进路围岩稳定性的影响

  王小兵，曹朋，路增祥

  为揭示无底柱分段崩落法开采时﹐崩矿步距对回采进路围岩稳定性的影响,以辽宁某铁矿为例,在该矿现有的采场结构参数下,设定5种不同的崩矿步距,采用数值模拟的方法,研究了崩矿后的进路围岩位移和塑性区分布。不同崩矿步距下崩落矿石后,进路围岩均处于压应力状态,且随距端壁面距离的增加,最大主应力与最小主应力均呈现出先增大后减小的态势,最大主应力在距端壁面2m处达到最大值,而最小主应力在距端壁面4~5 m的范围内达到最大值。增大崩矿步距有利于改善进路的围岩应力状态。以不同崩矿步距崩落矿石后,在进路的两侧帮及拱肩处形成了“蝴蝶状”的位移区域,在进路顶部形成了“下沉”位移区域。增大崩矿步距,围岩位移量均略有增长,但改善了位移的分布特征,缩小了位移范围。崩落矿体后﹐围岩内部的塑性区以剪切塑性区为主,张拉塑性区分布范围很小。崩矿步距增大后,剪切塑性区体积及其增幅远比张拉塑性区的大,围岩易发生剪切破坏。

• 基于改进遗传算法的开采计划优化研究

  顾晓薇，王开拓，胥孝川，赵昀奇，王宏宇

  为了克服露天矿生产计划方案精确求解的困难,提出了一种基于改进遗传算法的开采计划优化方法。首先,利用采选成本,精矿售价、矿石回采率、废石混入率,精矿品位和混入废石品位等技术经济参数构建目标函数,并以年采矿量和年采剥量为约束条件构建模型;其次,通过引入灾变算子对传统遗传算法进行改进,避免算法陷入早熟﹔最后,通过算法运算结果对比验证所提出的算法的性能。结果表明,所提出的方法能够在约束条件下有效处理露天矿开采计划问题，在较短时间内可找到较优的露天矿开采计划方案。与其他的方法相比,所提出的方法在参数设置,模型构建,运算时间方面都具有较大的优势。

• 磨细粉煤灰调控矿渣基充填材料配比优化以及硬化机理研究

  滑怀田，王清亚

  为实现粉煤灰与高炉矿渣的高效利用﹐并研发低原料成本高性能的矿山用胶结充填材料,开展了一系列正交配比优化试验,探究了粉煤灰掺量,Ca(OH):,NazSO，与料浆质量浓度等因素对矿渣基胶结充填材料的抗压强度,流动性与凝结时间等性能的影响,并获得了最优的参数配比,同时利用热重差热分析以及扫描电镜微观分析研究了磨细粉煤灰对矿渣基材料的调控机制与硬化机理。结果表明:正交试验中充填体7d 与28 d的抗压强度分别大于2.6 MPa 与 6.8MPa ;Ca(OH):的碱激发对提升3d抗压强度起到重要作用,而粉煤灰掺量对充填体各龄期的抗压强度提升起到重要作用;充填材料最优参数配比(Y样品)为:磨细粉煤灰掺量30%,Ca(OH):掺量15%, Naz SO,掺量5%与料浆质量浓度80%。硬化机理分析表明:磨细粉煤灰的掺入,使矿渣基胶结充填材料110 ℃附近的C-S-H与钙矾石等水化产物吸热峰增大,Y样品3 d与28 d的失重量分别为4.80%与4.96%,证明充填材料体系不断反应﹐产生更多的C-S-H与钙矾石,二者连接生长在一起,充填体的结构比较密实且孔漦减少,提供较大的抗压强度。

• 三点弯曲作用下尾砂胶结充填体蠕变声发射特性试验研究

  刘光卓，曾鹏，赵奎，钟文，龚囱，熊良锋

  为了研究尾砂胶结充填体在三点弯曲作用下的蠕变特性,通过三点弯曲试验测得灰砂比为1∶4、1 ∶ 6.1∶8的充填体抗折强度﹐在此基础上进行了分级加载三点弯曲蠕变声发射试验,研究了不同灰砂比、不同荷载水平下尾砂胶结充填体的三点弯曲蠕变特性和声发射特征。研究结果表明:(1)尾砂胶结充填体三点弯曲蠕变全过程表现为减速,稳态和加速三个蠕变阶段,灰砂比为1∶4和 l∶6的充填体在第7级荷载水平步入加速蠕变阶段,灰砂比为l ∶8的充填体在第5级荷载水平步入加速蠕变阶段。(2)随着荷载水平的增加,尾砂胶结充填体瞬时蠕变量.蠕变变形量.蠕变速率持续增大,灰砂比越大的充填体蠕变变形能力越弱。(3)随着荷载水平的增加,声发射撞击数,振铃计数.能量数值总体呈先下降后上升趋势,灰砂比为1 ∶4,1 ∶6的充填体在第4汲荷载水平达到最小值,灰砂比为1∶8的充填体在第3级荷载水平达到最小值。灰砂比越大的充填体,蠕变断裂破坏时所产生的声发射信号越多,声发射能量越大。

• 迎采对掘过程中切顶前后巷道围岩稳定性控制技术研究

  刘荣科，马振乾，郑行行，黄青荣，帅运林

  为解决迎采对掘沿空掘巷过程中巷道围岩变形严重、支护困难等问题,以文家坝煤矿A110607回风巷为工程背景﹐采用数值模拟、实验室试验及现场实测等方法,研究迎采对掘沿空掘巷过程中切顶前后巷道围岩稳定性。结果表明:预裂切顶降低了上覆岩层的应力叠加效应,巷道围岩位移和应力变化相较于未切顶时大幅下降,在掘进工作面滞后回采工作面20 m时,小煤柱和实体煤帮峰值应力均达到最大值，随着掘进与回采工作面的推进,巷道围岩变形量逐渐增大，最后趋于稳定﹔在＋20~—60 m范围内,切顶后相较于未切顶巷道围岩变形量大幅度下降,最大降幅在一60 m处,顶底板移近量减少了40.7%,两帮移近量减少了33.3%;迎采对掘沿空掘巷(强采动巷道)受动力扰动影响剧烈,巷道从掘进开始至相邻工作面回采完毕,需经历工作面采动扰动及巷道掘进扰动影响,势必引起沿空巷道覆岩运动,使得巷道维护困难加大。据此,提出了以“卸–固–支”协同控制技术为核心的强采动巷道围岩结构稳定性控制方案,现场应用表明，该技术能有效控制巷道围岩变形﹐实现对强采动巷道围岩的稳定性控制。

• 近距离下煤层巷道迎采掘进稳定性分析及控制技术研究

  樊克恭，刘雨池，董传宝，杜宾宾，刘尚明，许广正，史新帅

  为研究近距离下煤层巷道迎采掘进稳定性问题,以新安煤矿31采区13.06工作面回采过程中13,06掘进巷道迎采掘进问题为研究对象﹐采用理论分析与数值模拟相结合的方法对近距离下煤层迎采掘进巷道稳定性进行了研究。通过对采场的支承压力影响范围﹑底板破坏深度以及下煤层回采巷道变形量﹑塑性区范围、锚杆锚索受力变化等因素进行数值模拟,研究上下煤层间开采的相互影响程度,为合理确定上煤层回采与下煤层巷道掘进安全距离提供依据。研究结果表明,上煤层工作面回采动压对下煤层工作面巷道掘进影响范围为＋30~-3o m,建议当采空区推采工作面距材料巷掘进迎头30 m 时,下煤层回采巷道停止掘进,当采空区推采工作面距材料巷掘进迎头一30 m时，下煤层回采巷道恢复掘进,停止掘进期间应采用单体支柱进行加固。

• 高瓦斯煤层下保护层开采覆岩裂隙发育特征研究

  刘永琪，徐良骥，刘潇鹏，陈宝宝，张坤，曹宗友

  裂隙带发育高度是判断下保护层开采可行性的依据。以童亭煤矿8煤和7煤为工程研究背景,采用理论计算、数值模拟和分布式光纤观测的方法分析了8煤采后裂隙带的发育特征。采用“三带判别法”经验公式计算出7煤层位于8煤层采后形成的裂隙带下沿﹐理论上可对8煤层进行下保护层开采。运用UDEC对8煤层工作面岩层建造数值模型,数值模拟得到的垮落带高度为14.6 m,裂隙带高度为51.6 m,与理论计算高度一致,进一步验证了下保护层开采的可行性。对分布式光纤实测应变数据进行处理,分析得到裂隙带高度稳定在53.4 m，与理论计算和模型模拟得出的裂隙带高度一致。结合“三带”公式计算,数值模拟和分布式光纤监测三种方法,相互验证得到8煤层开采后裂隙带发育高度为50 m左右,大于7煤层与8煤层之间的煤层间距,证明进行保护层开采是可行的,同时可为后期采区与工作面安全回采提供可靠的理论依据。

• 煤-岩层倾角对沿空留巷非对称变形破坏的影响研究

  种化省

  为揭示煤层倾角对沿空留巷变形破坏的影响,以山东锦丘煤矿为工程背景,通过现场调查、力学模型分析和数值模拟研究了缓倾煤层沿空留巷非对称变形破坏的倾角效应。结果表明:缓倾煤–岩层沿空留巷两帮变形呈现显著非对称特征,随着倾角增大,非对称变形特征加剧,煤–岩层面变形阶跃效应显著;煤–岩层倾角大于10°时,窄煤柱煤–岩界面已具备发生剪切滑移变形的条件;巷道两帮围岩沿煤–岩界面滑移和非对称变形、破坏特征加剧的本质是煤–岩层倾斜导致自重应力和窄煤柱附加应力沿层面分量增大。研究结果可为缓倾斜煤层开采和支护提供参考。

• 二次采动下无煤柱厚硬顶板预裂控顶技术研究

  张欣 ，涂 敏，张向阳，赵高明，郭福鑫

  预裂控顶是改善沿空留巷邻面厚硬顶板强矿压显现的主要技术手段之一。针对张集矿1615A工作面留巷二次开采厚硬顶板难冒落问题﹐采用理论分析﹑数值模拟﹑现场实践的方法展开研究。通过理论分析建立了工作面预裂切顶顶板力学模型,得到4种工况下顶板位移、来压步距表达式,计算得出未进行预裂切顶初次来压步距为50.06 m、周期来压步距为21.04 m,预裂爆破后初次来压步距为31.66 m、周期来压步距为14.6 m;结合工程地质条件,设计厚硬顶板预裂控顶方案﹐并进行数值模拟,结果表明,预裂爆破后﹐破断步距得到有效缩短,工作面应力峰值降低 21.46%~22.52%，有效改善了超前支承压力的影响﹔现场监测数据表明,预裂控顶效果明显,有效减少了矿压显现现象。研究结果可为类似沿空留巷工作面预裂控顶提供参考。

• 基于SSA-XGBoost模型的地表下沉系数预测研究

  赵兵朝，张晴，王京滨，陈迪，陈攀，冯欣怡

  为解决当前地表下沉系数预测模型精度有限,模型不统一,计算繁琐且不利于泛化等问题,对现有35组样本数据中地表下沉系数影响因素进行分析,建立了基于麻雀搜索算法(SSA)优化极限梯度提升树(XGBoost)的预测模型,通过SSA-XGBoost模型迭代学习地表下沉系数与煤层采高、煤层倾角﹑覆岩岩性,深采比,基载比和基采比之间的非线性映射关系,得到了基于SSA-XGBoost模型预计的下沉系数预测值,并利用拟合优度,预测均方根误差和平均绝对百分比误差对下沉系数预测值进行精度分析。结果表明:基于SSA-XGBoost模型建立的地表下沉系数预测组合模型的拟合优度为0.9516,预测均方根误差仅为0.0206,平均绝对百分比误差仅为2.47% ,SSA-XGBoost模型相对于XGBoost模型、 BP神经网络模型.随机森林算法模型拟合优度分别提升了15.79%、111%和62.81%,预测均方根误差分别降低了43.25%、76.61%和73.72%,平均绝对百分比误差分别降低了46.99%、73.52%和75.99%;基于SSA-XGBoost的下沉系数预测结果拟合效果较好且模型精度较高,研究结果可为地表下沉系数的预测提供参考。

• 近断层开采的采空区地震动力响应及其对地表的影响

  王少坤，吕义清，陈燕

  为研究近断层煤层采空区地震动力响应及其对地表的影响规律,以山西炉峪口煤矿为工程背景,基于工程波动理论,运用MIDAS GTS NX有限元软件并结合地质环境条件建立三维数值模型,对自由场地和近断层煤层开采场地采用非线性时程分析方法,计算分析其加速度响应规律、位移变化规律和塑性区分布情况。研究结果表明:在剪切地震波作用下,采空区的存在会减小其上方水平加速度峰值,改变了地表动力反应特性;采空区与断层之间会在极短时间内产生裂隙贯通﹐裂隙的扩张导致采空区跨落会持续加重,造成地表变形;相比自由场地,开采后下盘出露地表岩层沿软弱层面迅速产生裂漦贯通,其位移响应更大﹐会引起地表崩塌﹑滑坡等地质灾害。研究结果可以为煤矿地震动力灾害的科学防治提供一定参考依据，

• 层理角度对砂岩力学特征及断裂破坏规律影响研究

  郝瑞卿，周玉国，郜昕玥，贾天枢，张彬伟，刘晓东

  为探究不同层理角度下砂岩的力学特性以及裂纹扩展规律,对五种层理角度砂岩试样进行抗压强度和抗拉强度测试,并采用半圆盘试样进行Ⅰ型断裂韧度测试,获得其破坏荷载﹐借助有限元分析软件计算其断裂韧度﹐研究层理角度对砂岩力学特性的影响。研究表明:层理角度对砂岩抗压强度,弹性模量以及抗拉强度的影响非常显著，且随着层理角度的增加,其断裂韧度呈逐渐减小的趋势。裂纹的扩展路径分析结果表明,层理角度为0"和30”的试件破坏状态受层理面影响较小;当层理角度大于45°时,试样破坏主要受层理角度影响,其破坏路径沿层理角度方向扩展。研究结果为层理角度对砂岩断裂破坏和裂纹扩展路径的影响提供了新的思路。

• 基于Mogi-Coulomb准则的深部巷道围岩松动圈分析

  经来旺，尚佳乐，黄旭，谢金鑫，郑霖，经纬

  巷道围岩松动圈是煤矿巷道支护设计的重要依据,研究松动圈半径的计算方式以及应力场和岩性参数对松动圈半径的影响对煤矿企业具有重要意义。基于Mogi-Coulomb准则推导了围岩松动圈半径计算公式,并与 Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则、统一强度理论3种准则进行了对比,分析讨论了4种准则的适用性与优劣性。结果表明﹐基于Mogi-Coulomb 准则计算得到的松动圈半径最小,而基于Hoek-Brown准则计算得到的松动圈半径最大﹔中间主应力系数与内聚力对松动圈半径有显著影响;内摩擦角与内聚力、内摩擦角与中间主应力系数对松动圈半径的影响有限﹔在0.5~1的范围内增大中间主应力系数,同时提高内聚力可以有效抑制松动圈的扩展。

• 锚注加固体力学特征及破坏机理研究

  臧传伟，杨柳，陈淼，陈洋，高建习

  煤矿开采中的高应力多扰动问题日益突出﹐导致巷道常因不同程度的破碎而需要锚注支护,为探究锚注体承载特性以及破坏机理,制作了含不同粒径的无锚和加锚的注浆加固体,分别对其破坏特征、应力–应变曲线以及声发射信号特征进行了分析。研究表明,加锚后注浆加固体的破坏特征由拉伸断裂破坏转为整体以及区城性的剥落破坏,不同粒径锚注加固体试件破坏特征有所不同;锚杆对于注浆加固体的强化主要体现在峰后,增大了注浆加固体的延性和残余强度﹔声发射特征表征了锚注加固体的破裂过程,阶段性特征明显,随着粒径的增大,声发射活跃期的跨度增长,表明试件的断裂过程更缓慢,能量的渐进释放特征更明显。研究结果为山西某煤矿不同破碎情况的围岩的支护设计提供了参考。

• 单轴压缩条件下冻融灰岩裂隙扩容及损伤破坏分析

  宋心怡，宋彦琦，马宏发，杨江坤

  为研究冻融灰岩单轴压缩下裂隙应变演化及渐进损伤特征,开展了О次、10次,20次、40次灰岩冻融单轴压缩试验,建立了基于裂隙体应变特征的冻融灰岩损伤本构方程，结合PFC2D数值模拟分析了冻融灰岩的损伤破坏模式。结果表明;经历40次冻融循环后,灰岩的单轴抗压强度、弹性模量,泊松比由原来的109.88 MPa,65.38 GPa,0.225分别降至70.36 MPa.46.62 GPa.0.197:冻融10 次.2o次、40次灰岩裂隙体应变极值分别增至0.0106，0.0146，0.0269。基于体积应变拐点法及位移回归分析法得到的冻融灰岩扩容应力值随冻融循环次数增加而降低,两种方法所得结果的相对误差低于10%。基于裂漦体应变特征的理论应力–应变曲线与试验曲线具有较好的一致性,所建的损伤本构方程适用于低冻融次数灰岩。基于PFC2D所得的冻融灰岩单轴压缩破坏模式为劈裂破坏和“劈裂–剪切”破坏。

• 三轴加载下灰岩的力学特性及声发射特征

  王巍浩，杜西岗，许城，高凯

  灰岩作为煤矿广泛赋存的沉积岩之一,揭示其力学性质和损伤演化过程对于煤炭资源的安全开采至关重要。针对取自淮北某矿81采区—950 m回风石门底板的灰岩试样进行了不同围压下的三轴压缩试验,并采用声发射对灰岩的变形破坏全过程进行监测。试验结果表明:(1)灰岩的应力-应变曲线可划分为四个阶段。随着围压的增大﹐弹性模量E、泊松比u,起裂应力o,以及峰值应力αw均会增大﹐但闭合应力α,基本保持不变;应力比o。fo p随围压的增大而减小,oa/ o w与o,lo,w对围压变化不敏感,残余应力口，处的内聚力和内摩擦角相比于峰值应力处分别降低了18.94%和26.27%.(2)声发射(AE)演化能够较好地表征灰岩的渐进性破坏过程,不同围压下灰岩的声发射演化规律保持一致﹔振铃计数峰值随着围压的增大而减小,声发射幅值均分布在20~100 dB范围内,灰岩试样内的高幅值AE事件会随着轴向应力的加载增多并呈聚集分布。(3)以累计振铃计数作为特征参量建立的损伤演化模型能够较好地描述三轴应力下灰岩内部的微裂隙闭合,扩展、贯通直至发生宏观破坏这一渐进性破坏过程，

• 预氧化煤复燃特性及关键官能团研究

  巩想军，徐永亮，霍兴旺，张健

  为研究对闭火区内煤体复燃特性及关键官能团变化规律,采集综掘工作面长焰煤,采用程序升温在不同氛围(氦气和干空)及预氧化温度(8o ℃.12o ℃.160 ℃和 22o ℃)下对煤样进行处理,氧化时间4 h,并以原煤为对照﹐开展热重分析(TG-DTG)及红外分析(FTIR)。通过TG-DTG分析煤样3个特征温度(T,T:.T;)的变化规律﹐结合综合燃烧指标公式分析煤样的燃烧性能。通过FTIR分析了不同氛围及预氧化温度下煤样羟基的变化情况。结果表明:预氧化煤T，和T,均低于原煤,并与预氧化温度成负相关，T。随预氧化温度先增大后减小,在120 ℃达到峰值,预氧化煤比原煤更易发生自燃,氦气氛围比干空氛围安全。预氧化煤最大失重速率,C。和S高于原煤,H,小于原煤,经过预氧化后，煤的氧化燃烧更加稳定。经过不同氛围预氧化处理后,煤中官能团的种类未发生变化,但羟基含量呈现先升高再降低的趋势,当预氧化温度高于160 ℃时,煤中脂肪侧链与氧反应产生新的羟基,使得干空氛围下羟基含量有所上升。研究结果可为遗煤复采提供一定参考。

• 露天煤矿火烧岩粉尘复合抑尘剂性能表征研究

  刘敬玉，刘志华，宗 赫，李忠飞，石 践，刘树栋

  为有效解决露天煤矿开放空间采装过程中火烧岩粉尘严重污染的问题,利用羧甲基纤维素钠,氯化镁,柠檬酸和十二烷基苯磺酸钠作为单体材料,研制兼具黏结﹑吸湿﹑保湿和润湿功能的复合抑尘剂。采用傅里叶变换红外光谱仪,扫描电镜对抑尘剂进行微观表征,分析抑尘剂的黏结性,保水性、抗蒸发性,抗凤蚀性及抑尘效率等性能。结果表明:在保证良好流动性的前提下,复合抑尘剂能有效提高火烧岩粉尘的亲水性和黏结性,能够在粉尘表面形成致密保护膜;25℃条件下,喷洒抑尘剂尘样在56 h时的含水率仍达 28%,失水速率缓慢;55℃高温条件下﹐在 16 h时,喷洒抑尘剂尘样的蒸发量约为喷洒水尘样的一半,抗蒸发性能显著;不同风力等级下﹐在50 min 时,喷洒抑尘剂尘样最大风蚀率仅为28%。抑尘效率对比试验表明,研制的复合抑尘剂对全尘,呼吸性粉尘的抑尘效率均优于3种市售抑尘剂,比喷洒水分别对应提高2.3,1.6倍。自主研发的复合抑尘剂能够从岩料本质上改善火烧岩粉尘的理化性质,通过化学基团改性,表面黏结、长效保湿等作用能够有效控制火烧岩粉尘析出,实现采装过程的粉尘源头防治。

• 露天矿山地下涌水模拟与安全防治研究

  刘兴雷，吴顺川，韩龙强，刘占 全，崔凤，张西良，贾文松

  露天矿的涌水量预测是制定矿山防排水疏干方案的必要前提条件。以巴润露天矿为例,通过分析矿区水文与工程地质资料,建立矿区三维地下水数值模型,以此为基础对矿区进行涌水量预测和涌水点区域水均衡分析,研究结果表明:矿区模拟涌水量为3903.2 m3/d,相较于“大井法”,其预测结果更接近实际勘察结果,能更客观准确地反映矿山涌水情况﹔矿区东采场北帮28~39勘探线的第四系洪积,冲积含水层补排不均导致边坡渗水,据此提出仰斜式排水孔与截水沟联合治理方案。对28，32，36共3处勘探线边坡进行排水模拟,模拟结果显示:采用仰斜式排水孔可有效降低地下水位,减少坡面渗水,提高边坡稳定性。研究结果可为矿山水患治理提供理论参考。

• 对凹折式挡土墙设计推力的探讨

  王家豪，高阳，汪学清，胡明明，赵阳

  挡土墙是整治矿山渣坡的主要措施之一,重力式挡土墙凭借其就地取材,施工方便,经济效果好的优点得到了广泛应用。重力式挡土墙样式繁多,但对于某些高度大于20m的挡土墙﹐常规形式无法满足承载力和稳定性要求,实际工程中往往采用凹折式挡土墙。通过分析凹折式挡土墙的形状类型,对凹折式挡土墙墙后土体进行分块,根据块体的应力分析,推导得出凹折式挡土墙滑坡推力和主动土压力的计算公式,并将其应用于某锰渣填埋场卫*渣坝。结果表明，天然工况,暴雨工况和地震工况下凹折式挡土墙的主动土压力数值远大于滑坡推力数值,3种工况下计算公式得到的抗滑移稳定安全系数均大于规范要求的抗滑移稳定安全系数，表明计算公式能很好地应用于凹折式挡土墙,也可以推广应用于墙背为弧形的特殊挡土墙。

• 基于改进YOLOv3的露天矿卡车目标检测方法

  王仁炎，陆占国，胡振涛，邱景平，孙效玉

  YOLOv3作为目标检测算法中的优秀模型﹐在许多领域都得到了广泛应用。针对目前露天矿作业现场环境复杂和矿用卡车目标尺度变化大的问题﹐提出了一种改进的YOLOv3矿用卡车目标检测算法。在YOLOv3的 Darknct-53骨干网络中加入第4个检测尺度﹐并将浅层网络上采样和深层网络进行特征融合﹐提高小目标检测效果;通过K-means算法对先验框尺寸进行改进,获得适合矿用卡车的最优先验框;引入CloU回归优化损失函数,提高检测精度。试验结果表明,改进后的YOLOv3矿用卡车检测模型的平均检测精度达到96.2%,相比原版 YOLOv3模型提高了2.4%,且目标检测速度能够满足实时检测的雷求。

• 基于多项式插值的电铲挖掘时间优化研究

  苏凯元，吴娟，林宝国，王鑫，王余良

  针对传统矿用电铲挖掘效率低,挖掘不平稳等问题,以WK系列矿用电铲为研究对象﹐在电铲的关节空间中,对其挖掘轨迹进行理论计算﹐优化分析,试验验证研究。首先,通过D-H法对电铲进行正逆运动学求解﹐并选择合理的挖掘轨迹;其次,采用分段多项式对其轨迹进行插值计算﹐并通过对比分析选择适合矿用电铲的插值方法﹔然后﹐在 Isight软件中采用组合优化算法对分段多项式插值函数进行时间最短的轨迹优化;最后,通过搭建电铲试验样机平台,对优化后的轨迹进行试验验证。研究结果表明:4-3-3-3-4分段多项式插值方法适用于电铲的最优时间轨迹规划,组合优化算法提高了优化的效率和准确度,优化后电铲的挖掘效率可提高18.5%,且电铲试验样机能够在优化的最短时间内高效完成挖掘任务。研究结果可为提高电铲挖掘效率提供理论基础。

• 基于视觉惯性融合的井下无人车定位方法研究

  远洋，尤文博，江松，付信凯，徐中华，何润丰

  同步定位与建图(SLAM)技术是矿山井下作业车辆实现复杂环境下自主运行的关键技术之一。基于ORB-SLAM3的算法提出了一种视觉相机和惯性传感器融合的全局定位方法,通过地图点管理机制简化ORB-SLAM3算法中的特征点管理,提高了特征点匹配的准确性。试验结果显示,融合定位新方法在公开数据集的5个序列中﹐单目、双目以及双目＋IMU的模式下平均分别提升了50.5%.8.89 %和77.46%,比上一代ORB-SLAM算法更具优势。在矿山井下实地测试中,融合定位新方法在最优模式下实现了更高的全局轨迹精度,全局轨迹误差仅0.4 m,在实际应用中不仅具有更优的性能,而且部署成本更低,有很大的潜力。

• 数字孪生驱动的带式输送机自移机尾远程监控技术

  林尔康，张宏伟，蒲忠辉，肖卫

  针对煤矿井下带式输送机自移机尾推进过程中存在智能化水平低,推进质量差以及状态监测困难等问题﹐开展了基于数字孪生技术的煤矿井下带式输送机自移机尾远程监控技术研究。首先,通过研究自移机尾在数字孪生五维模型上的应用,提出了自移机尾数字孪生监控系统总体方案﹔其次,对设备机身和推移油缸进行姿态分析﹐在Unity3D中实现自移机尾的运动仿真﹔最后﹐建立自移机尾虚拟模型与远程控制界面,实现物理设备和虚拟模型的人机交互与协同。试验结果表明,自移机尾可在所构建的基于数字孪生技术的系统驱动下稳定迈步前移,设备运动状态可以在虚拟远程监控界面准确呈现,设备推进过程中的虚拟模型运动轨迹与物理设备的实际运动轨迹重合度达97.74%。研究结果可为智能矿山的远程监控技术发展提供借鉴，

• 一种单参数同态滤波的煤矿井下图像增强技术研究

  梁燕华，田训鹏，芦君珂

  针对煤矿井下图像存在局部明暗差距较大、对比度低和特征细节信息损失等问题,提出一种适用于煤矿井下图像增强的改进同态滤波算法。首先,使用改进的单参数同态滤波算法,通过压缩低频.提升高频提高图像清晰度;将滤波后的图像转换至 HSV空间下,使用对比度限制自适应直方图均衡化(CLAHE)算法对亮度分量V进行调整﹔最后﹐进行HSV逆变换,得到RGB空间下的图像,完成图像的增强。仿真结果表明,该算法能有效改善光照不均匀对图像的影响,提高图像清晰度和对比度,在保留图像特征细节信息的同时,改善经典同态滤波对明暗差距大图像的过增强现象。关键词:

• 冲洗水压力对可调控组合旋流器分离性能影响

  王杰，杨润全，许春璇，赵鹏博，董连平，樊盼盼

  为实现旋流器高效分级的同时可在线调控,以Cavex旋流器为结构雏形,设计了一种组合旋流器﹐利用计算流体动力学数值模拟与试验相结合的方法,研究了冲洗水压力对可调控组合旋流器分离性能的影响。利用Fluent软件采用RSM+VOF模型对旋流器内部流场进行了模拟,对比分析了不同冲洗水压力下可调控组合旋流器压力分布和切向速度分布,并通过DPM模型对不同粒度颗粒运动轨迹进行了预测。分级试验研究结果表明,常规旋流器分级粒度调节困难,对于一0.045 mm粒级石英颗粒分级的汉考克综合效率最高为63.80%。可调控组合旋流器随着冲洗水压力的增加底流夹细减少,在冲洗水压力为0.02 MPa时对一0.045 mm粒级石英颗粒分级效率可达 79.58%。研究结果证明了组合旋流器在分级效率与可调控两个方面比常规旋流器有明显的优势。

• 难选低阶煤泥强化浮选分离试验研究

  李洋，李懿江，彭耀丽，谢广元

  针对低阶煤泥难选问题,开展了石坨台选煤厂难选低阶煤强化浮选分离试验研究。试验结果表明;煤泥中1.6~1.8 g/cm3密度级颗粒含量高导致其难以分选;低阶煤表面具有亲水性,单独柴油难以提高其可浮性,柴油与油酸钠协同作用时可增强低阶煤可浮性;六偏磷酸钠可提高脉石与煤颗粒之间的静电排斥作用﹐弱化细泥罩盖﹔采用磨矿促进煤与脉石矿物分离,以500 g/t油酸钠十4000 g/t柴油十500/ t六偏磷酸钠为组合药剂进行低阶煤浮选强化,当精煤灰分为10%时,精煤产率可提高至56.95%,选择性指数提高了3.55;磨矿联合柴油＋油酸钠＋六偏磷酸钠组合药剂可以显著提高难选低阶煤泥浮选分离效率。

• 溢流管充气对水介旋流器分选效果的影响

  杜佳睿，樊民强，杨润全，樊盼盼，杨宏丽

  为提高水介旋流器分选效果,设计了一种新型充气水介旋流器,即在水介旋流器溢流管上部设置充气装置,研究充气量,入料压力对充气水介旋流器分选效果的影响,试验结果表明,经溢流管充气后,溢流灰分基本不变，一0.5~十0.25 mm粒级的底流灰分由51.80%增加至72.75% ,说明气体的引入对重选分选有促进作用,最佳充气量为2.4Nm'/h;在充气条件下,增大给料压力,各粒级溢流灰分小幅增大﹐底流灰分大幅增加,分选效果明显提高。采用AnsysF luent软件,对充气水介旋流器进行流场模拟。模拟结果表明:经溢流管充气后﹐旋流器内空气柱消失﹐旋流器内部分区城流体流动迹线改变,底流口锥部出现一个较为明显的新分离区。对比试验和模拟结果可知,溢流管充气后旋流器内实际分选空间增大,流体流动特性改变及锥部分选作用增强是溢流管充气提高水介旋流器分选效果的主要原因。

• 酸化时间对无烟煤微观结构影响试验研究

  袁铭岳，袁梅，陈国洪，何季民，易双霞

  酸化时间对煤层改性效果至关重要。以贵州低透无烟煤为研究对象,使用6%的氢氟酸作为改性主体酸液﹐采用试验测定与理论分析相结合的方法,探究酸化时间作用下煤中官能团和微晶结构的演化规律,剖析煤的官能团含量与微晶结构的相关性。研究结果表明:随着酸化时间的延续,试验煤样的芳香结构与含氧官能团的相对含量持续递增，C一O与C═О伸缩振动之间存在相互转化关系﹔酸化过程中试验煤样的脂肪结构相对含量具有明显的时段性特征,酸化0~6 h,脂肪结构变化波幅较大,酸化9～12 h,脂肪结构趋于稳定;羟基醚氧键和羟基r 氢键的大幅增长﹐导致酸化3，6及9h煤样的羟基含量始终高于未酸化煤样的对应值﹔酸化过程中,试验煤样的芳香层间距变化与脂肪结构变化相关,酸化作用下煤样的堆垛高度、延展度变化范围分别为一6.13%~22.09%和36.66%~66.75%。研究结果为酸化改性时间优选提供了理论依据。

• 我国矿产资源监管体系改革路径探讨——基于因子评价与国际经验分析

  宋猛，李文超，李克庆

  为促进我国矿产资源监管体系的完善﹐分析了矿产资源监管的内涵及基本范畴,基于全国23个省级行政区.1700多个县级行政区的问卷调查结果,以综合政策、技术政策、配套政策作为组成因子,制度、手段,组织作为驱动因子﹐采用组成–驱动因子法评价了我国矿产资源监管体系运行情况，并借鉴了西方发达国家的矿产资源监管经验,从不同维度提出了我国矿产资源监管体系改革的建议路径。当前我国矿产资源监管面临监管事项不清.手段分散、分工不明,以及监管任务与人员、经费难以匹配等阻滞性难题。美国、德国、芬兰等发达国家矿产资源监管制度具有责任分工细,公众参与度高和全生命周期覆盖等特征。在未来的工作中,应从清单、流程,职责,能力﹑配套5个维度,构建新时代生态文明情境下的矿产资源监管体系。