矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第4期

• 程潮铁矿深部矿体分区开采方案优选研究

  王平,骆正杰,兰建强,李鑫鹏,景瑞华

  程潮铁矿一500 m中段矿体回采进入尾声﹐即将进入一570 m中段回采,针对一570 m中段矿体开采无法保证生产需求等问题,以程潮铁矿一57o m中段、一675 m中段矿体与围岩为研究对象,研究以不同开采方案开采矿体后对地表稳定性的影响﹐借助 MIDAS软件建立三维数值模型﹐并采用三维有限差分软件对不同开采方案下地表岩层移动进行仿真模拟分析与研究,基于数值模拟结果对采场应力分布进行分析,并提出稳定性建议。结果表明:程潮铁矿深部矿体开采对地表的影响主要在矿体正上方,地表沉降大小与距离塌陷坑的距离成反比，一570 m中段与一675 m中段的矿体以49线为分界设隔离矿柱,矿柱西侧充填东侧崩落开采时能达到地表稳定性与经济效益的动态平衡。

• 基于修正 Mathews稳定图法与FLAC3D的采场结构参数优化研究

  黄世顶，刘尧，邓红卫，余汝海，朱龙辉，郁新国

  矿山开采深度的增加使矿山在生产过程中面临更多的不确定因素﹐合理的采场结构参数将有效降低采场冒顶事故率。为了确定出合理、统一的采场结构参数范围，采用Mathews稳定图法和数值模拟对高峰矿深部采场结构参数进行研究,分析不同采场结构参数下的采场极限暴露面积、应力云图、位移云图和塑性区分布云图。结果表明,当采场宽度取8 m 时,极限暴露面积为400 m2;当回采方式为同时回采,分层高度为4 m和 12 m时,均建议采场宽度≤8 m ;采用超前回采时,采场最大主应力的最大值均超过了安全警戒线。因此,为了保证回采过程的安全性,建议采场结构参数为:采场宽度范围为7～8 m,采场长度为矿体厚度,约为40 m,分层高度为4～12 m,回采方式为同时回采。

• 酸刺沟煤矿综放工作面放煤工艺优化研究

  刘俊余，杜永威，于斌，王亮，刘文娟

  为优化酸刺沟煤矿特厚煤层综放工作面放煤工艺,提高工作面放顶煤采出率﹐降低混研率,以酸刺沟煤矿6上108工作面为研究背景,运用PFC2D颗粒流软件建立工作面放煤的数值模型,对5种不同的放煤工艺进行了模拟分析﹐并进行了现场试验。研究结果表明,当煤层厚度大于20 m时，群组多轮放煤工艺的放煤效果最好﹔当煤层厚度小于20 m时,采用双轮间隔放煤工艺最为合理。

• 首采工作面过浅埋深薄煤区安全回采技术研究

  鲁德丰,阚磊

  为解决浅埋深,薄煤层等特殊地质条件易造成工作面溃水、溃砂、压架、冒顶等安全事故的问题。以麻地梁煤矿特殊地质条件及生产方式为背景,提出了以“破底割煤”“只采不放”为核心的首采工作面过浅埋深、薄煤区安全回采技术﹐并在工作面矿压显现及两巷超前支承压力分布等方面进行了应用效果分析。结果表明,工作面区域周期来压呈现出显著的“空间阶段性”,强烈来压主要出现在工作面的中部区域;相较于浅埋深区域,薄煤区及重叠区周期来压步距及持续距离增加,“局部来压”明显,但来压强度均处于较低水平;工作面过浅埋深、薄煤层区域时,巷道围岩收敛速度慢、变形量小,煤层顶板无显著离层,0～3 m浅基点及3～7 m深基点处相对离层量均不超过4 mm,超前支承压力不明显,工作面对两巷超前支撑压力影响范围为40 m,平均峰值强度为17.3 MPa。研究结果有效验证了该安全回采技术的合理性和可靠性。

• 近距离煤层相向采掘合理时空关系研究

  蒋邦友，刘建群，刘时麟，邵光雷，杜睿民

  为确定近距离煤层相向采掘的合理时空关系,以1503工作面和11002运输顺槽为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法,分析相向采掘过程中工作面的超前支承压力分布规律与背向采掘过程中底板采空区的应力演化规律。理论计算结果表明,1503工作面与11002运输顺槽相向采掘时二者超前支承压力影响范围之和为131.01 m,1503工作面滞后影响距离为59.55 m.数值模拟结果显示,相向采掘过程中1503工作面与11002运输顺槽的最小超前支承压力影响距离为140 m,背向采掘过程中1503工作面的最小滞后影响距离为60 m.理论计算与数值模拟结果基本吻合,根据研究结果提出1503工作面与11002运输顺槽的合理时空关系设计方案,该方案可用于指导工作面安全生产。

• 自然崩落法放矿中覆盖层冰碛物穿流特征与控制试验研究

  王少勇，冯兴隆，吴爱祥，陈冲，黄恒，朱乾坤，眭素刚，孙熙宁

  为解决自然崩落法放矿中覆盖层冰碛物细颗粒穿流混入带来的高贫化损失难题,采用室内放矿相似模拟试验﹐选取自然堆积与固结改性两种覆盖层冰碛物状态进行试验﹐对放矿过程中细颗粒的混入率进行统计分析。研究结果表明:自然堆积覆盖层冰碛物状态下,混入率随放矿高度增加呈幂指数增加,混入率与覆盖层细颗粒含量成正比,冰碛物覆盖层下放矿可划分为纯矿石放出、少量细颗粒快速穿流、细颗粒与矿石混合和细颗粒大量穿流放出4个阶段;固结改性覆盖层冰碛物状态下,细颗粒混入率可降低 50%以上,放出矿量增加30%,固结改性是控制覆盖层冰碛物细颗粒穿流混入的有效手段。

• 上盘采空断层下盘开采的煤柱宽度优化研究

  伍永平，曹建利，孙明明，张浩，皇甫靖宇，杜玉乾，胡涛

  在断层和采动影响下，下盘工作面断层侧煤柱宽度制约着工作面的安全生产。以黄陵煤矿二盘区 203下盘工作面为工程背景﹐采用理论分析、数值模拟和相似模拟相结合的方法﹐研究上盘工作面采空后﹐下盘工作面断层侧煤柱上方载荷与煤柱尺寸之间的关系﹐揭示煤柱宽度为30，26，22，20，13和6 m时的位移、应力演化及塑性区分布特征，分析煤柱宽度为30 m时的覆岩结构特征,并通过综合分析，优化了工作面合理煤柱宽度。研究表明:上盘工作面采空时,在断层和采动的影响下,随着煤柱宽度的减小,下盘工作面断层侧煤柱上方的载荷分为载荷降低区、载荷过渡区和载荷稳定区;当煤柱宽度为30 m 时,下盘工作面断层侧高位岩层出现离层,煤柱上方应力集中程度大于另一侧,承载能力强,稳定性高;当煤柱宽度减小至22 m 时,靠近断层侧的顶板最大下沉量和应力集中程度显著增大,煤柱开始发生塑性破坏,承载能力逐渐减弱﹔当煤柱宽度减小到l3 m时,断层侧塑性区向工作面两端及上方发展至贯通煤柱,煤柱稳定性较差﹔当煤柱宽度减小至6 m 时,靠近断层侧顶板最大下沉量和应力集中程度继续增大,塑性区继续发育。通过相似模拟试验研究发现,当煤柱宽度为30 m 时,顶板垮落并充填采空区,下盘工作面断层侧煤柱上方无明显变化。经综合分析,确定下盘工作面断层侧煤柱的合理宽度为 18~22 m，可提高工作面回采率,同时可保证工作面安全生产。

• 采空区下特厚倾斜煤层沿空巷道煤柱宽度研究

  顾士坦，丁宁，王国良，刘志尧，马腾，陈森军

  为了研究特厚倾斜煤层沿空巷道煤柱尺寸留设的问题,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析煤层上采空区底板卸压规律以及采空区下煤层侧向支承压力力学模型,确定合理的区段煤柱宽度应大于11.9 m或区段煤柱与巷道宽度之和小于11.9 m。根据理论计算,设置5组不同煤柱宽度数值模型,分析采空区下特厚倾斜煤层沿空巷道开挖后不同宽度煤柱所受垂直应力以及水平位移变化规律,确定合理的煤柱宽度为6～一8 m。结合理论计算与数值模拟结论,在巷道宽度为5 m的前提下,合理的区段煤柱宽度应小于6.9 m,建议区段煤柱宽度取6 m。

• 倾斜溜井内的矿岩运动特征及其影响因素研究

  马强英，梁凯歌，马驰，路增祥，秦然

  溜井是矿岩运输的重要工程,因卸矿冲击造成的井壁损伤是制约溜井使用年限的主要问题。为分析倾斜溜井内矿岩的运动过程,通过PFC2D数值模拟试验﹐结合物理相似试验验证,模拟倾斜溜井卸矿过程,分析倾斜溜井内矿岩运动形式及速度变化特征,研究溜井倾斜角度对矿岩运动规律及撞击井壁位置的影响,讨论垂直溜井与倾斜溜井中矿岩运动方式的差异性。研究发现,(1)当溜井倾斜角度为60°时，两次撞击位置高度分别距离卸矿口1.36 m、 3.30 m,撞击速度分别为9.53 m/s、5.47 m/s,矿岩到达溜井底板时速度达到峰值16.17 m/ s;矿岩运动过程可简化为5个阶段﹐在分支溜槽内做匀加速的滑动或滚动﹐脱离溜槽以一定初速度作斜抛运动,与井壁发生两次撞击﹐沿着井壁做匀加速的滑动或滚动运动,最后到达溜井底板。(2)溜井倾斜角度对矿岩运动过程的影响非常显著﹐随着溜井倾斜角度的增加,矿岩两次撞击井壁位置距离卸矿口高度呈增加趋势;倾斜角度超过60°后﹐第2次撞击位置距离卸矿口高度和撞击速度急剧增大。(3)与垂直溜井相比,倾斜溜井中矿岩运动过程受井壁边界限制作用更显著﹐落体运动时长较短,矿岩与井壁存在较长距离的相对接触、滑动过程,对井壁造成摩擦损伤。

• 裂隙倾角对水中高压电脉冲致裂煤岩体效果的影响

  李铭，赵金昌，赵建忠，牛少卿，常乐

  为了探究裂隙倾斜角度对水中高压电脉冲致裂煤岩体效果的影响,采用含有预制中心孔和平行预制裂隙的煤岩体相似试样,以预制裂隙倾角为变量进行了真三轴水中高压电脉冲致裂试验,基于试验结果分析了裂纹扩展特征.利用颗粒流程序进行模拟,进一步研究了裂隙倾角对裂纹扩展特征的影响。研究结果表明:围压作用下,平行裂隙之间的区域应力降低,裂隙两端产生了应力集中,在冲击载荷的作用下裂纹更容易在应力降低区域产生并向应力集中区延伸;随着裂隙倾角的增大,裂隙对应力波能量的消耗先增加后减小,裂纹长度和宽度呈现先增加后减小的趋势;在高压电脉冲的作用下,试样在中心孔处、预制裂隙两端和预制裂隙内侧生成微裂纹,随着应力波在裂隙处发生反射和衍射,应力集中区域发生转移,在这个过程中微裂纹发展成宏观裂纹使裂隙与中心孔连通.研究结果为高压电脉冲致裂技术在工程上运用和钻孔位置的合理选取提供了依据。

• 金属矿山地下开采引起围岩破坏及岩层移动的数值模拟研究

  孙朝燚，陈啸，刘秀敏,王润清,范凯,陈从新

  为了阐明金属矿山地下开采引起的围岩破坏及岩层移动机制,以金山店铁矿东区为例,基于矿区工程地质﹐采用FLAC3D建立了大型三维数值模型﹐开展地下采矿数值计算﹐揭示了复杂采空区围岩破坏机理,提出了基于岩体塑性破坏的破坏角不连续变形分析指标。研究结果表明:破坏角分析指标与常用的陷落角指标随地下开采的变化规律较为一致;上盘破坏角在开采至一410 m水平后随矿体开采近似保持不变,其值为39°～42°，下盘破坏角随矿体开采先减小后稳定,在开采至一500 m水平后稳定在65°～67°;上盘围岩岩层底部出现台阶状折断面,发生明显的倾倒–滑移破坏,下盘围岩破坏面呈陡倾状,发生明显的剪切–滑移破坏。研究结果可为金属矿山地下采矿安全生产提供参考。

• 朱仙庄煤矿特厚煤层变间距覆岩坚硬顶板控制技术

  朱乐章，杨敬轩，王举文，卢硕，黄北海

  煤层的巨厚坚硬顶板滞后垮落对采煤工作面矿压显现具有重大影响,通常采取超前预裂措施降低顶板悬跨长度。以淮北矿业集团朱仙庄煤矿８８３－１ 工作面覆岩巨厚砾岩顶板治理为背景,针对工作面煤层与巨厚砾岩之间的距离变化特点,划分了巨厚顶板重点控制区域.在特厚煤层覆岩层位结构分析的基础上,得到了覆岩给定载荷,分析了层间距变化对采场矿压的影响,确定了覆岩控制目标层,设计了炮孔空间布置参数.采用高性能煤矿水胶炸药配合多向聚能管和注浆封孔工艺,对煤层的坚硬顶板实施了深孔爆破,取得了良好的坚硬顶板爆破致裂效果,采场巷道围岩变形及工作面矿压显现得到了有效控制。

• 复合采空区覆岩冒落机理及其协同治理方法研究

  张东杰,刘泽宇,段晓博,拓明轩

  针对某矿浅孔留矿法开采时,复合采空区可能导致冒落冲击及地表陷落等危害问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法进行了覆岩冒落机理及采空区治理方法的研究。通过岩体极限冒落跨度力学分析,计算得到采空区顶板极限冒落跨度为46.4 m,小于采场长度,采空区存在冒落风险;RFPA2D数值模拟结果表明,采动应力影响下采空区暴露空间大小、优势节理组及应力平衡拱的存在是导致覆岩冒落呈现快速—缓慢冒落机制的主要影响因素.对于复合采空区条件下的矿体开采,所留顶柱并不能有效支撑采空区,据此,提出了顺次崩落中段顶柱与地表协同充填的复合采空区治理方法,消除采空区危害的同时,可有效回采40％的顶柱矿量,创收经济效益达1350万元,研究可为矿山复合采空区治理提供借鉴。

• 基于断裂力学的浅埋工作面过沟谷地形上坡段切顶机理分析

  杨登峰，李小双，马天辉，谢生荣

  浅埋煤层工作面推进至沟谷地形上坡段时,易出现关键层破断块体沿煤壁整体滑落失稳的大范围动载矿压灾害。根据沟谷上坡段顶板破断特征,基于断裂力学分析方法构建力学模型,探讨了顶板失稳的力学机理及基本顶破断失稳条件,获得了顶板来压步距及支架工作阻力的计算公式,并对各关键致灾因素进行了分析.研究结果表明:随着工作面推进,基本顶损伤区裂纹尖端的集中应力和应力强度因子增大,当应力强度因子增大到临界值时,悬臂梁破断工作面来压;沟谷坡角大小对来压步距及支架工作阻力起主要作用,损伤区裂纹长度、基本顶厚度、断裂韧性等因素也对其有较大影响;通过在麻地梁煤矿2103工作面进行现场监测,对理论分析结果进行了验证,进一步分析了支架阻力的合理值.研究工作提高了工作面过沟谷地形上坡段顶板控制的准确性,能够有效促进矿井的安全生产。

• 中关铁矿有轨运输巷底鼓变形监测分析及控制技术研究

  王社光，于庆磊，于兴社，蒲江涌，杨志强，田欣

  巷道围岩变形是影响其稳定性的重要因素之一。针对中关铁矿有轨运输巷道底鼓变形难题,采用激光扫描仪获取巷道变形后的目标点云数据并进行降噪处理,为克服巷道变形前源点云数据缺失问题,利用NURBS曲面建模技术构建变形前的源点云数据,并利用griddle 网格工具进行加密;在此基础上,采用基于点到面(P2P)距离和K近邻算法,对巷道变形量进行计算和分析。结果表明,85.8%的区域底鼓变形值在30 cm 以上,且呈现出明显的非均匀现象;根据巷道底鼓变形规律并结合现场实际,提出了“反底拱＋锚网喷＋短锚索”的组合支护修护方案﹐并对修复后的围岩稳定性进行分析,工程实践表明,巷道的变形趋势得到了有效控制﹐顶底板总移近量为52 mm,巷道两帮最大变形量约为39 mm，未再出现明显的底鼓现象。

• 水 力耦合下隔水关键层渗透性演化特征

  谢国良，胡博，单成方，杨旭，龙岩，牛昆，王海洋

  隔水关键层对水体及含水层下煤层安全开采影响重大。为了研究隔水关键层渗透性演化规律及采动隔水关键层的隔水性能,以新安煤矿15130工作面水库下采煤为工程背景,开展隔水关键层水–力耦合渗流试验和采动隔水关键层隔水性能数值模拟试验。结果表明:承载压缩下隔水关键层渗透系数–应变曲线可分为4个阶段,且与应力–应变曲线的4个阶段对应,分别为渗透系数骤减阶段、渗透系数缓慢递减阶段、渗透系数缓慢回升阶段、渗透系数骤增阶段;压密阶段围压的变化更容易引起隔水关键层渗透系数的变化，水压与渗透系数在 1～2MPa范围内不成正相关关系﹔15130工作面上方隔水关键层在采动影响下发生弯曲变形，但整体上看,隔水关键层依然具有良好的隔水性能。研究结果对水体下采煤具有一定的借鉴意义。

• 松软低渗突出煤层定向水力压裂增透消突实践

  王晓强，樊世星

  针对松软低渗突出煤层瓦斯含量大、难抽采,石门揭煤过程中易发生突出等问题,研究了定向水力压裂增透消突技术。首先,阐明了定向水力压裂增透机理,通过理论计算得出煤层起裂压力、流量、注水量分别为22.8～30.5 MPa、130～200 L/ min和 216 m3。据此,在揭煤预抽巷道内布设4个水力压裂孔和2个裂隙导向孔。压裂过程中,泵压、平均注水流量、单孔注水量分别达到28～31 MPa、140～177L/ min和260～330 m3,同理论计算的数据基本吻合。试验结果表明:定向水力压裂影响半径大于30 m,煤层透气性系数达到0.840 m2/ ( MPa2-d),是原始煤层的60 倍﹔单孔瓦斯浓度提高50%～80%,百孔抽采纯量达 1.9 m3 / min,瓦斯抽采量提高90%。采用定向压裂后,揭煤钻孔工程量缩减64%,抽采达标时间比预计工期提前了36 d。该技术可为类似瓦斯治理工程提供借鉴。

• 上保护层开采煤岩卸压效应的光纤感测工业试验研究

  雷武林，柴敬，丁国利，张有志，姚锐，王乐

  明晰保护层开采卸压空间效应对于优化矿井开拓布局至关重要。以葫芦素煤矿为工程背景,采用分布式光纤传感技术监测煤岩体变形,根据工作面采动空间位置关系及光感数据变化,分析下伏煤岩体的应变分布动态特征,根据上保护层开采过程中下伏煤岩体的应力增高、应力减小、应力恢复的动态变化过程,揭示了不同深度条件下煤岩体应变增减尺度的明显差异性,获得了上保护层开采卸压保护范围参数:倾向和走向的卸压角分别为63.6°和58.7°,卸压滞后距和最大深度分别为14.2 m和28.4 m。研究结果能够为分布式光纤传感技术在保护层开采卸压效应监测中的推广应用提供重要参考依据。

• 基于复合岩体弹性模量优化底板注浆加固深度

  许成富，苗葳，张博淞，李磊，王立彬

  以焦作矿区底板注浆加固改造工作面为研究背景,采用超声波法实测工作面底板注浆前后岩体弹性模量,定量分析了注浆深度范围内复合岩层整体强度变化特征,研究了底板注浆加固对工作面复合岩层底板破坏带的影响。结果表明:经注浆加固后﹐底板泥岩、砂质泥岩、砂岩、L9灰岩、L8灰岩的弹性模量分别增长了640%~852%、241%~641%、221%～247%、176%、40%～159%,底板破坏深度由30.59m降低至11.7 m,减少了约62%;随着注浆加固后底板破坏深度减小,绝对隔水层厚度随之增加,对工作面底板注浆加固深度进行优化,采用双层立体布孔方式,在保证底板注浆效果的同时,降低3140 m工程总钻探进尺,并较原计划节约了35 d施工工期。

• 穿层钻孔帷幕注浆一体化技术的实践研究

  马广兴，王东杰，陈立伟，边乐

  车集煤矿底抽巷经过多轮瓦斯抽采穿层钻孔后,巷道围岩产生了较多的裂隙,导致钻孔封堵不严密,影响瓦斯抽采效果.针对此问题,选择帷幕注浆技术对巷道进行加固.首先,通过 COMSOL Multiphysics软件建立实体煤岩钻孔注浆数值模型;然后,根据数值模拟结果分析注浆浆液在裂隙岩体中的扩散规律,并设计出适宜的注浆方案;最后,在现场开展钻帷一体化帷幕注浆和注帷一体化封孔注浆工艺的试验研究.结果表明:采取帷幕注浆措施能够有效封堵裂隙,提升瓦斯抽采浓度.相较于非帷幕注浆钻孔,试验钻孔单孔平均始抽浓度提高了9.4个百分点,单孔平均再抽浓度提高了14.5个百分点.该技术为类似矿山帷幕注浆工程提供了技术借鉴.

• 某铁尾矿库周边地下水污染运移预测及控制方案模拟

  李悦，王坤，张名亮，张云鹏，马亚杰，王玲

  为了有效控制某铁尾矿库周边地下水污染,揭示降雨量及渗透系数对重金属铁离子在地下水中迁移的影响,以我国某铁尾矿库为例,基于 VisualModflow 建立研究区重金属铁离子溶质运移模型,模拟非正常工况下,金属铁离子在地下水中的迁移扩散过程,并模拟分析了地表硬化和增设防渗墙对污染物运移的控制效果.结果表明:随着降雨量和渗透系数的增大,铁离子的迁移速度增大,丰水期铁离子的迁移速度约为枯水期的１．７倍;地表硬化和增设防渗墙均可以有效控制重金属铁离子泄露对下游村庄的影响,且增设防渗墙控制效果较好.研究结果可为预防和管理国内潜在的地下水重金属污染、保护地下水环境提供参考.

• 考虑卡车尾气排放因素的露天矿粉尘质量浓度预测

  顾清华，王晨曦，王倩，刘敏

  露天矿粉尘污染会对矿区生态环境和员工身体健康造成严重危害,准确预测其质量浓度对大气污染防治具有重要的指导作用.研究提出一种基于灰狼算法优化随机森林(GWO-RF)的粉尘质量浓度预测模型,并在该模型的特征变量中加入矿区卡车尾气排放因素,考虑计算卡车尾气中的颗粒污染物的含量.研究结果表明,采用移动平均法对粉尘质量浓度进行降噪处理,有效改善了预测效果;与其他传统模型对比,GWO-RF模型的拟合能力和预测的准确率最高.

• 基于图像技术的爆区粉尘浓度测量方法研究

  余晓轲，柯丽华，张光权，胡南燕，蒋玉文，黄兆云

  针对露天矿爆区粉尘浓度不易测量的问题,提出了一种基于图像技术的爆区粉尘浓度测量方法。采集爆破区域内粉尘图像及典型测点的粉尘浓度信息,优选高斯滤波降噪方法并确定灰度级α为 128,对粉尘图像进行降噪、增强和分割处理,有效识别粉尘区域与背景区域边界,提高了粉尘图像灰度信息提取的准确性。采用函数拟合法,优化建立爆区粉尘浓度和灰度值的函数为:C=-0.011 57G2＋2.342G-104.1，并应用于矿山爆区粉尘浓度测量中。结果表明:爆区粉尘浓度在起爆后第7秒达到峰值13.824 mg/m3,在第90秒下降到3.749 mg/ m3;在第6秒时,爆区左后方的高浓度粉尘云团处于距地表3～52 m高度,其影响区域范围为110 m×60m,爆区右上方的高浓度粉尘云团处于距地表52 m以上的位置,其影响区域范围为59 m×56 m;在第90秒时,粉尘云团集中在距地表40 m 以上的位置,影响范围为 120 m> 67m,与实际情况相符,验证了所提出的粉尘浓度测量方法的有效性。

• 露天石灰岩矿山地质环境修复难度评价方法及应用研究

  郝杰,李洪涛,安成龙,赵振伟,韩琳,王宏伟

  废弃露天石灰岩矿山地质环境修复是生态文明建设的重要组成部分,对其进行科学评级区划并提出针对性治理方案具有重大意义.基于层次分析和模糊数学基本原理,构建了废弃露天石灰岩矿山地质环境修复难度评价指标体系,提出了基于改进层次分析确定指标权重与模糊综合评价相结合的研究方法,并以山东济南市李家窝矿山为研究区,开展地质环境修复难度评价及治理方案研究.结果表明:评价指标体系中边坡倾角、危岩体分布和边坡高度为关键指标,权重分别为0.360 47,.0194 02,和0.184 36,研究区地质环境修复难度较大的区域主要存在高陡边坡与危岩体分布等特征;针对不同分区提出了相应的危岩体治理、残丘清理及续坡绿化等治理方案.研究成果可为露天石灰岩矿山地质环境修复难度评价及分区治理提供参考.

• 基于PPRR理论的岩爆应急管理能力评估模型研究

  向韫

  针对深部矿山岩爆应急管理能力评估具有复杂性、模糊性、未确知性的特点,为进一步提升评估的可靠性,建立了基于改进可拓云的综合评价模型。首先﹐根据PPRR(Prevention，Preparation，Response，Recovery)危机管理理论,结合岩爆事故的特点,构建了多层次的岩爆应急管理能力评价指标体系;其次,借助序关系分析法(G1法)-反嫡权法(A-EWM法)和组合赋权法(CW法)确定指标综合权重﹔引入了盲数理论,建立盲数矩阵对定性指标数据处理,改进了传统可拓云模型专家直观打分的赋权模式,基于可拓云模型原理,通过计算不同等级下的综合云关联度﹐按照最大隶属度判别要求,综合分析和评估应急管理能力等级。最后，应用所建立的评价模型对3座矿山岩爆应急管理能力进行实例分析,并与模糊数学和随机 Petri 网(SPN)评价模型结果相比较。结果显示:3座矿山应急能力均为Ⅳ级,与专家现场调研结论相符合，且3种评价模型评估结果基本一致，验证了本模型在岩爆应急管理能力评估方面具有适应性和有效性。该评价模型可以为危机管理能力的量化评估提供一种切实可行、合理有效的方法。

• 相对法向力下结构面峰值剪切力学性质研究

  姜政，陈世江，杜广盛，常建平，周琛鸿，杨付领

  法向力的大小对岩体结构面剪切强度有重要影响﹐然而对法向力大小的划分还没有一个明确的界限。鉴于此,将法向力与单轴抗压强度的比值定义为一个衡量法向力相对大小的系数,应用PFC2D模拟不同粗糙度下相对法向力结构面剪切试验。结果显示,试验结果与三线段剪切强度理论基本吻合;当相对法向力小于0.06 时,抗剪强度增长速率最大,随着相对法向力的增大,抗剪强度增长速率快速减小﹔当相对法向力在0.06～0.5之间时,抗剪强度增长速率的减小趋势变缓;当相对法向力大于0.5时,抗剪强度增长速率基本平稳。基于三线段剪切强度理论,利用中等法向应力下的抗剪强度公式,得到了剪切作用下黏聚力强化指数和爬坡角弱化指数,通过对比不同材料试件的这两个指数的变化趋势﹐验证了法向力上下限划分的合理性。

• 循环载荷作用下饱水灰岩力学性能及能量演化规律研究

  陈积鑫,王开,张小强,姜玉龙,侯建,潘晨鸿,王文伟

  为了探究水力耦合作用下煤层底板石灰岩的力学特性及变形规律,预防因工程扰动而产生的底板失稳破坏,利用岩石微机伺服多场耦合试验系统,开展了不同围压下饱水灰岩的常规三轴压缩试验及循环加卸载试验。通过经典岩石力学理论划分了岩石全应力–应变曲线的各个阶段,从能量耗散及累积损伤的角度,对循环载荷作用下的岩石破坏机理进行研究。研究发现:(1）在围压不变的条件下,循环加卸载试验下岩样的峰值强度较常规三轴压缩试验有所降低,整体应变量随卸荷水平的增加而变大,扩容现象逐渐显著;(2)在围压及循环载荷作用条件下,饱水灰岩的破坏形式主要为剪切破坏,当围压增大后,逐渐出现了以横向、纵向为主的张拉破坏;(3）随着循环等级的增加﹐弹性应变能的占比相应降低,耗散能的占比逐渐增大,同一循环等级下,随着循环次数的增加,耗散能占比呈小幅降低趋势;(4）扩大卸荷水平，岩石损伤行为越发活跃,但同等级循环内岩石损伤出现小幅度降低,与耗散能的演化规律及机理基本一致。

• 循环载荷作用下含水煤岩组合体损伤特性及裂纹扩展规律

  刘建伟

  同忻煤矿8105工作面煤岩体和隔水煤柱长期受水化作用影响,受矿震、采动应力等循环载荷扰动明显﹐现以该工作面为研究背景,在实验室开展了不同含水率下3种不同顶底板岩性(泥岩、砂岩、石灰岩)的煤岩组合体单轴压缩及循环加卸载试验。通过力学试验分析获得了其损伤劣化机制和能量演化规律﹐并基于电镜扫描、数字散斑和RFPA数值模拟,揭示了其裂纹从微观到宏观的破坏规律。结果表明:(1)随着含水率增大,煤岩组合体试件的峰值强度劣化幅度逐渐降低,4个阶段饱水百分比的试件峰值轴向应变逐渐减小,循环加卸载条件下要比单轴压缩条件下阶段劣化幅度更大,阶段劣化度由大到小依次为:N20、S20、SH20;(2)水化作用下,煤岩体结构面胶结程度降低,由致密变得软弱,循环加卸载情况下,随岩煤强度比增大组合体破坏模式由张拉–劈裂破坏逐渐向拉伸–剪切混合破坏转变;(3)基于RFPA模拟分析得出,循环加卸载下,随着顶底板岩性强度增大,组合体破裂形成的主裂隙逐渐明显,衍生的次生裂隙逐渐变少,水化作用下强度更高的煤岩组合体破坏时仍能保持更强的脆性破坏。该研究成果可为富水工作面的安全生产提供一定的参考借鉴。关键词:煤岩组合体﹔循环加卸载;损伤特性;裂纹扩展﹔数字散斑;数值模拟

• 基于倒置残差的井下无人车目标检测研究

  杨伟康，吕文生，杨鹏，张宇栋，党龙飞

  对井下光线昏暗、光照不均、背景复杂等特殊工况环境的影响下,所形成的图像目标存在细节特征少、图像模糊等问题进行了研究,提出了一种基于倒置残差结构改进YOLOv5s模型的检测算法﹐以此解决井下目标检测精度低的问题。首先主干网络部分引入通道注意力神经网络模块(SE-Net),提高检测精度﹔颈部网络部分在 BottleneckCSP模块中引入倒置残差结构,将通道进行扩充,丰富特征数量，进一步提升检测精度。在自建井下数据集上进行检测试验，结果表明,基于倒置残差的模型平均检测精度均值(交并比为0.5)达84.4%,相比 YOLOv5s模型精度提高了16.7个百分点,参数量减少了17.1%,模型轻量化且精度高，可有效改善井下目标检测精度低的问题,基本满足井下无人车目标检测的需求。

• 旋转钻进过程中的破岩能耗特征分析

  金彤，徐振洋，王雪松，吴怡璇，郭连军

  获取钻进参数进行能耗分析是实现高效钻进的手段。为探究旋转钻进破岩过程中钻进参数与破岩能耗的相关性，通过室内钻进试验研究钻进参数对钻进速度的影响;提出了能时密度指标,并通过数值模拟对旋转破岩过程中的能耗特征进行分析。研究结果表明:旋转钻进岩石的轴压和转速与钻进速度成正相关,破岩能耗与钻进位移呈线性关系,钻进千枚岩的最佳试验参数为轴压650 N、转速400 r/ min;基于钻进比功建立钻进破岩能时密度公式,能时密度随轴压和转速的增加呈先下降后上升的趋势﹐能时密度集中于0.0069J/( mm3·s)时能耗最低,钻进效率最优。

• 基于絮凝强化浮选的无烟煤深度脱灰技术研究

  陈乐，邓小伟，吴锦文，侯迎港，吕波，房朝军，张传祥

  煤的附加值随灰分的降低而升高,然而煤炭深度脱灰技术尚未得到工业应用。以无烟煤为研究对象,使用絮凝强化浮选法对其进行深度脱灰。根据粒径、XRD和接触角等试验结果探讨了絮凝机理,采用单一变量法探究矿浆浓度、捕收剂用量、起泡剂用量和絮凝剂用量对浮选效果的影响。结果表明:当矿浆浓度为80 g/L、捕收剂用量为2 kg/t,起泡剂用量为l kg/t、分散剂用量为2 kg/t和聚氧化乙烯用量为5 g/t时,浮选效果最佳;与传统浮选方法相比,絮凝强化浮选法可获得较高的精煤可燃体回收率和较低的精煤灰分﹐原煤的灰分由10.15%降低至1.98%,提高了浮选效率。研究结果可为煤炭高附加值利用提供一定参考。

• 基于IDE算法的金属矿山技术指标整体动态优化研究及应用

  王训洪，胥孝川，王昌敏

  为更好地利用金属矿产资源,对矿山技术指标进行整体动态优化研究.首先,分别采用核密度估计方法、BP神经网络和指数回归方法拟合技术指标关系模型;然后,在此基础上,构建了整体动态优化模型,并提出相应的改进差分进化算法;最后,将所建立的关系模型、优化模型和优化算法应用于银山铜矿.结果表明:所建立的关系模型拟合效果好,具有较高应用价值;优化结果符合矿山实际情况,验证了模型和算法的有效性,且对矿山生产和计划具有指导作用.

• 基于LSTM-SVR组合模型的山西动力煤价格预测

  樊园杰，睢祎平，张磊，郝尚凯，王斌

  煤炭是重要的基础能源﹐特别是动力煤在我国占有极高的战略地位,但煤炭价格的预测却十分困难。引入循环神经网络(RNN)对动力煤价格进行预测,在此基础上针对动力煤价随时间变化起伏大的特点,通过优化RNN模型,建立了长短期记忆模型(LSTM),引入支持向量回归机模型(SVR),通过串联的方式形成LSTM-SVR组合模型,以减少单一模型进行预测的风险,提高预测结果的精度。同时采用滑动平均法,以提高特征数据与动力煤价格的相关性。结果表明,经 LSTM-SVR组合模型预测的2023年上半年山西动力煤价发展趋势与实际煤价有着较高的线性拟合性,预测准确率达到95.69%。该模型预测2024 年山西动力煤价格将逐渐降低,从最高约1200元/t降低至700元/t。研究成果对煤炭企业调整经营战略、优化内部资本结构、维持整个行业长期稳定发展具有重要意义。