矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第7期

• 某铁矿露天转地下开采的境界矿柱厚度确定及稳定性分析

  刘泽洲,熊鹏,雷明,冯福康,杨志高

  露天矿的坑底境界矿柱布设是露天转地下开采中常见的问题.针对某铁矿露天转地下工程,基于理论计算和工程类比法计算该铁矿境界矿柱的留设厚度,采用FLAC3D 数值模拟软件对开采过程中矿柱的位移、应力进行了分析.计算结果表明:该铁矿的合理境界矿柱厚度为40m;井下爆破作业引起的爆破振动对境界矿柱影响很小;境界矿柱中心岩体的变形量一直处于较小波动,虽出现一定程度的应力集中现象,但最大压应力和最大拉应力均小于岩体自身强度,留设40m 厚的境界矿柱能满足矿山安全生产的需求.

• 山阳煤矿区段煤柱留设宽度优化研究

  杨涛,孙佳瑞,张杰,林海飞,闫医慧,何义峰,张一铭,孙建平

  区段煤柱的尺寸大小和稳定性不仅影响煤炭资源的采出率,还将影响到工作面上覆岩层支承压力的分布情况及巷道围岩稳定性.为解决山阳煤矿区段煤柱留设宽度依据不足这一问题,采用现场调研、理论分析、试验模拟、数值模拟及现场监测的研究方法,分析了1531工作面区段煤柱合理留设宽度及其稳定性.结果表明,理论计算得出煤柱的合理留设宽度应不小于14.21m;1531工作面区段煤柱宽度从20m减小至15m的过程中,煤柱安全稳定,当区段煤柱减小至15m时,煤柱两侧出现裂隙;当区段煤柱宽度减小至14m时,煤柱应力增大至23.81MPa,煤柱上方覆岩产生裂隙,煤柱有失稳的可能性,因此,试验确定的区段煤柱合理留设宽度为15m;在13,15,17,20m不同煤柱宽度条件下,煤柱的塑性区、垂直应力和垂直位移结果均表明区段煤柱宽度可优化至15m。

• 厚煤层沿空掘巷煤柱留设宽度研究与应用

  王东杰,陈立伟,边乐,王文,梁忠秋

  为确保煤柱和巷道的稳定性,避免煤炭资源的浪费,厚煤层工作面需要确定合理的区段煤柱宽度. 在小峪煤矿2202巷道开展小煤柱沿空掘巷技术的研究,通过理论计算、数值模拟和现场监测相结合的方法,确定了厚煤层工作面区段煤柱留设的合理宽度为7.8m.对掘进、回采期两个阶段的巷道围岩变形进行了监测与分析,结果表明:在掘进过程中,巷道两帮移近量最大值为73mm,顶底板移近量最大值为62mm;在回采过程中,巷道两帮移近量最大值为805mm,顶底板移近量最大值为604mm,巷道围岩变形得到了有效控制,且巷道处于应力降低区.研究成果可为类似矿山工作面采用沿空掘巷技术的煤柱宽度确定提供参考.

• 高压煤粉气固两相射流动力学及破煤特性研究

  原琰崴,崔传波,邓存宝,金智新,李江江

  为进一步强化高压射流破煤岩能力,降低能耗,结合原位物理破碎流态化开采理论,提出了一种高压煤粉气固两相 射流破煤方法. 基于DPM离散相模型阐明了气固两相射流的流场结构特征及煤粉加速规律,构建了煤岩RHT本构 模型,采用DEM-FEM方法建立了耦合模型,探究了冲蚀过程中煤岩内部应力波传播及动态损伤规律,并对比分析了矸 石水射流和煤粉粒子射流的能耗及破煤效果.结果表明:随着射流压力的升高,流体状态从过膨胀转变为欠膨胀,流场 马赫盘结构愈发明显;提高射流压力可以增大煤粉粒子射流的冲击能量,有利于强化煤岩内部应力波效应,延长应力波有效作用时间,加剧煤岩损伤,煤岩更易被剪切形式所破坏;随着传播距离的增大,应力波会出现一定程度的频散和幅值衰减,且衰减速率随射流压力的增大而增大;相同冲击速度下,煤粉粒子射流对煤岩的宏观损伤更为严重,其冲蚀率为矸石水射流的7.78倍,对应比能耗仅为矸石水射流的56％,表现出更优的破煤特性.研究结果可为气固两相射流破煤的应用提供一定的理论支撑.

• 矿岩冲击斜溜井底板位置及其影响因素分析

  马强英,陈锡勇,路增祥,王薪荣,马驰

  为揭示斜溜井内矿岩运动对溜井底板的冲击损伤规律,基于运动学原理,研究了矿岩块在斜溜井中的运动规律及其影响因素,建立了矿岩块的运动轨迹方程,明确了矿岩块与斜溜井底板发生碰撞的条件,得到了矿岩块首次碰撞溜井底板的位置计算公式.研究结果表明:矿岩块进入主斜溜井时的初始速度v0及其方向角α、主斜溜井倾角β及其顶底板距离D是影响矿岩块与斜溜井底板碰撞的主要因素;v0越小,α、D与β越大,碰撞位置距矿岩块进入斜溜井时的垂直距离h1越大,反之h1越小;当v0和α一定时,D与β越大,h1越大,且D较β对碰撞位置的影响更大.提出斜溜井设计与管理思路,即降低矿岩块进入斜溜井时的初始速度,选择合理的主斜溜井的倾角及其顶底板距离,降低主斜溜井空井高度,能有效降低发生碰撞的概率,减小斜溜井底板受冲击破坏的程度.

• 特大型贫铁矿高质量低成本充填技术研究

  林卫星,石磊,江科,于振建,龚永超,康瑞海,欧任泽,徐敏

  特大型低品位铁矿全尾砂充填开采关键是采充能力匹配、浓度稳定及成本控制,提高效率使吨矿充填作业成本下 降,单套充填系统制备输送能力应达200~220m3/h,保证瞬态和持续大流量供砂能力.供砂浓度决定充填料浆质量浓度,单套制备系统配备2座容积为2020m3的大容积砂仓,通过高效仓储造浆放砂实现结构流高浓度充填,充填料浆质量浓度稳定在72％左右,单套系统单次充填量在4000m3以上,并通过循环使用具备24h连续充填能力,实现强采强充,保证矿山采充平衡.采用P·C 32.5水泥为胶凝材料的充填体强度虽能达到井下空区设计强度要求,但采用新型胶凝材料作为胶结剂能大幅降低充填配比和平均用量,每立方米实体减少的胶结剂充填成本为20.01元,结合矿山年处理空区体积要求,采用新型胶凝材料时充填成本将节省约4468万元/a.

• 三贵口铅锌矿矿柱及采空区稳定性分析研究

  王长军,卢磊芬,冯庆杰,李辉,温嘉明,刘怀宇

  基于三贵口铅锌矿矿柱及采空区形态分布,结合矿山的基本情况、工程地质条件、岩石力学试验结果等资料,采用 面积承载法和普氏理论法对三贵口铅锌矿580m中段以上共80根矿柱进行稳定性理论计算,得出安全系数F＜1.0、1.0≤F≤1.5和F＞1.5的矿柱数量分别为面积承载法23根、12根和45根;普氏理论法25根、12根和43根. 基于Mathews图解法对580中段以上共100个采空区进行稳定性计算分析,得出处于稳定区、无支护过渡区、支护稳定区、支护过渡区和开挖区的采空区数量分别为44个、29个、25个、2个和0.同时,采用FLAC3D 软件对典型矿柱及采空区进行计算分析,得出F＞1.5、1.0≤F≤1.5、F＜1.0对应的矿柱数量分别为46根、12根和22根,且C9-3-07附近采空区存在失稳或冒落的可能性,与现场实际情况吻合. 最后,基于上述研究成果综合评价资源待回收区域采空区及矿柱的稳定性,将矿柱稳定性分为稳定、较稳定和不稳定三级,将采空区稳定性分为稳定、较稳定、较不稳定和不稳定四级.研究成果有望为后续矿山矿柱安全高效回采和采空区治理提供理论支撑.

• 帮坡角变化对露天煤矿帮坡稳定状态和最终境界的影响

  叶鲁青,王雁杰

  随着深部资源开采的不断推进,露天煤矿开采过程中确保帮坡安全和提高经济效益之间的矛盾日益突出.采用负锥排除法进行露天矿最终境界优化,构建基于可靠度理论的露天矿帮坡滑坡风险评估模型,探究加陡帮坡对帮坡稳定状态和最终境界的影响,进而确定最优境界以及最佳帮坡角.研究结果表明,帮坡加陡形式主要受生产经济参数以及矿体赋存条件的影响,加陡露天矿帮坡角会使境界利润持续增加,帮坡角每增加1°,经济利润平均增加6520万元,但同时帮坡失稳概率呈指数型增长,当帮坡达到失稳临界点时,每加陡1°帮坡其失稳概率增加50％.综合考虑帮坡安全效益与经济效益,确定最优帮坡角为36.9°,较原设计方案,经济效益增加了1.33亿元.

• 厚及特厚煤层群采动影响下覆岩运动特征探究

  张强勇,冯雪峰,陈长鹏,张修峰

  以新疆硫磺沟煤矿(4-5)02工作面、(9-15)06工作面、(9-15)08工作面为研究对象,借助UDEC数值模拟软件及现场监测数据,探究厚及特厚煤层群开采过程中,煤层上覆岩层的运动特征及覆岩运动对下位煤层开采的影响.研究结果表明:覆岩运动在多层关键层控制作用的影响下呈现明显的“上弱下强”特点;关键层控制作用使得覆岩运动自下而上呈现明显的“低—中—高”渐次发展特征;上位煤层开采过程中上方坚硬砂岩不易发生断裂破坏,覆岩运动不完全,致使下位煤层开采过程中高、中位岩层将发生较大的断裂破坏,有较大的弹性能释放,对此应在上位煤层开采过程中,开展合理有效的顶板预裂等控制手段,避免下位煤层开采过程中有较大的能量释放.

• 露天转地下开采引起露天边坡变形破坏特征及演化机理研究

  李延超,王飞飞,姜安民,任青阳,肖宋强

  采矿活动引起的滑坡、崩塌、地表塌陷等灾害一直是防灾减灾工程领域研究的热点与难点之一.为了揭示井下矿体开采引起露天滑坡与地表塌陷灾害演化机理,采用遥感影像、现场调查与数值模拟研究等手段开展了露天边坡变形破坏及地表塌陷特征研究.研究结果表明:某露天采场滑坡形成主要经历了以下过程:稳定—边坡垮塌—大面积塌—地表陷落洞—地表塌陷滑坡—北部边坡垮塌的形成发展过程.北边坡角过陡,且在断层与井下空区耦合影响下,有进一步垮塌、滑坡的可能.塌陷坑形成机制主要分为4个阶段:矿体上覆岩层扰动垮塌;露天采场滑塌;山体地表出现陷落孔洞;露天采场滑坡山体地表塌陷.数值模拟揭示的露天采场边坡变形破坏特征与矿山现场实际情况相符合,验证了数值模拟结果的可靠性.在露天采场边坡与山体地表变形位移发展过程中,有3个突变点,将变形位移发展划分为4个阶段,与遥感影像、现场调查分析的结果一致.研究成果可为露天转地下开采灾害防治提供参考.

• 基于运动学分析的露天矿岩质边坡优势结构面确认方法及其工程应用

  邓骐宁

  边坡优势结构面的确认是进行矿山岩质边坡稳定性分析的重要前提工作.考虑到不同岩体结构面产状与边坡产状的相互空间关系对边坡稳定性的影响差异,提出一种基于运动学分析的优势结构面确认方法.首先,采用赤平极射投影将结构面产状数据投射至极点等密度图上;进而引入运动学分析方法分析并筛选出不同边坡破坏模式下对边坡稳定性有影响的产状数据;最后,对筛选后的产状数据进行聚类分析,得出边坡优势结构面.将该方法应用于某铁矿岩质边坡滑塌实例,结果表明,通过基于运动学分析的露天矿岩质边坡优势结构面确认方法得出的优势结构面分组结果合理可靠,具有较高的精确度,验证了该方法具有较好的工程应用价值.

• 冻融扰动耦合作用下露天矿边坡断层破碎带岩体变形失稳规律研究

  柳明慧,王宇,李鹏

  为研究处于高海拔高寒地区的新疆某露天铁矿边坡断层破碎带岩体的变形失稳规律,采用FLAC3D软件模拟分析了冻融循环作用及工程爆破扰动对矿山边坡断层破碎带稳定性的劣化效应.结果表明:随着冻融循环次数的增加,含断层破碎带边坡的塑性区范围不断增大. 冻融循环0,20,40次和60次时求解得到的边坡安全稳定性系数分别为1.70,1.53,1.31和1.14,表明冻融循环次数越多,边坡安全稳定性系数越低.不同冻融循环次数下,含断层破碎带边坡模型在右帮大边坡靠上半部分的位置产生了水平位移最大值,在右帮大边坡中部位置产生了竖向位移最大值.在施加爆破扰动波后,随着冻融循环次数的增加,断层破碎带的振动速度和位移不断增大;监测点越靠近爆源位置,位移和振动速度受到的影响越大.

• 赣南离子型稀土矿区滑坡灾害易发性评价——以定南县为例

  王永宏,许明旭,高超

  赣南是我国离子吸附型稀土矿床密集分布区,稀土开采为当地经济社会发展做出了重要贡献,但同时也造成了边坡稳定性减弱等一系列生态环境问题.以离子型稀土高强度开采区江西省定南县为研究区,基于538个历史滑坡灾害点数据,选取高程、坡度、坡向、归一化植被指数、地形湿度指数、距水系距离、距道路距离、地层岩性和土地利用类型共9项影响因子构建滑坡易发性评价指标体系,运用加权信息量模型进行滑坡易发性分区与评价,通过ROC曲线检验和比较模型的预测能力.结果表明:坡度、地层岩性、距道路距离和距水系距离是产生滑坡的主要因素.信息量模型和加权信息量模型均具有较高的预测准确性,极高和高易发区与历史滑坡灾害点的实际分布情况吻合程度较好.信息量模型的极高和高易发区占总面积的33.80％,包含86.24％的滑坡灾害点,灾害点密度为2.55个/km2.加权信息量模型的极高和高易发区占总面积的25.50％,包含81.97％的滑坡灾害点,灾害点密度为3.21个/km2.加权信息量模型的预测精度优于信息量模型,AUC值增加了0.042,更适用于离子型稀土矿区的滑坡易发性评价.

• 放矿影响下底部结构稳定性监测研究

  冯兴隆,彭张,黄正高,沙文忠,刘强,王平

  为了研究自然崩落法放矿作业对底部结构稳定性的影响,利用矿山地压监测系统的应力、微震监测结果,分析了放矿量对底部结构矿柱应力的影响,研究了放矿过程中底部结构破裂事件的时空分布,利用微震活动性参数对应力监测结果进行了验证.结果表明:放矿作业在时间与空间上的不均衡将导致底部结构局部岩体产生应力集中,通过对应力集中区持续稳定放矿能够调节底部结构的应力分布;微震活动性参数可以反映岩体破坏过程,为放矿过程中评估底部结构地压灾害风险提供参考;借助微震监测系统来圈定应力集中区,从而在大尺度上弥补应力单点监测覆盖面的不足.

• 金川三矿区1438m 水平围岩松动圈分布特征和变化规律研究

  张文翔,王文杰,朱大铭,张鹏强

  针对金川三矿区巷道支护中围岩松动圈差异造成的影响,以1438m水平巷道为研究对象,采用声波测试法进行松动圈现场测试,获得了不同围岩巷道两帮松动圈厚度,建立了1438m水平不同围岩巷道松动圈数值计算模型,研究了不同围岩松动圈分布特征,以及岩体力学参数对松动圈厚度的影响.研究结果表明:金川三矿区1438m分段底板处松动圈厚度最大,其次是顶板、两帮、拱肩,底角处松动圈厚度最小;混合岩在不同位置的松动圈厚度普遍较大,超基性岩次之,角闪岩在不同位置的松动圈厚度普遍较小;松动圈厚度随黏聚力、内摩擦角的增大呈指数型减小,随黏聚力的减小速率缓慢降低,随内摩擦角的减小速率缓慢升高.研究结果可为三矿区围岩巷道支护方案的设计提供理论依据.

• 爆破扰动作用下巷道围岩微破裂时空演化规律研究

  孙晓刚,司英涛,薛田喜,景泮印

  爆破扰动诱发深部金属矿巷道破坏频繁,开展爆破扰动诱发巷道围岩微破裂分布及扩展规律研究有助于支护参数优化.基于离散元数值计算软件和声发射监测技术,开展了爆破扰动诱发巷道围岩微破裂动态扩展数值模拟和室内试验研究,揭示了巷道围岩微破裂响应特征与应力和爆破扰动参数之间的关系.结果表明:主应力方向影响开挖损伤区的空间初始分布形态及主导裂纹类型,爆破扰动促使微破裂快速扩展和贯通,加剧巷道围岩损伤;当扰动波波长与洞径比约为１时,巷道迎爆侧区域裂纹扩展程度显著大于其他区域.在缺少径向应力约束或者径向约束较小时,爆破扰动应力波容易导致主应力方向和迎爆侧区域的岩体发生拉伸破裂.在确定深部巷道支护措施时,应综合考虑应力分布特征和爆破扰动参数引起的破裂响应特征差异性,制定相适应的支护参数.

• 金川二矿区采场震源精细定位与时空演化规律研究

  陈仲杰,闭水劲,董陇军,杨龙斌

  针对井下复杂生产环境下,微震信号易受机械振动、岩石破碎等干扰信号影响,波形复杂,定位精度差等问题,提出 了一种自动到时拾取方法(Wavelet-STA/LTA-AICpicker,WSA法).该方法使用离散小波变换技术(DWT)、长短时窗均值比法(STA/LTA)以及Akaike信息准则(AIC),结合时域和频域上P波到达的特征信息,以获取准确的P波到时.在金川二矿区采场开展了30组人工触发的敲击事件,并进行采场震源精细定位验证.结果表明,与其他到时拾取方法相比,WSA法的平均定位误差与标准差均最小,分别为12.58m和12.25m,具有更好的准确性与鲁棒性,能够为采场复杂采矿环境提供更为准确和可信的定位结果.采用WSA法对该矿区的微震事件定位,得出震源的分布与爆破事件呈现出时空相关性,且震源在充填体顶板的非爆破区域也有集中分布的结论.

• 基于Informer神经网络的工作面矿压预测研究

  何志铧,熊祖强

  为了有效改善工作面矿压预测精度低、泛化能力不足的问题,基于Informer神经网络模型建立矿压时序预测模型,以液压支架采集到的历史矿压数据为输入,实现对未来一段时间的工作面矿压预测. 所建立模型基于概率稀疏(ProbSpare)自注意力机制所提取到的矿压输入序列信息,可捕获输入序列的长期依赖关系,并对影响因素之间较为复杂的非线性关系进行建模,从而提高模型预测精度.采用成庄矿XV1307工作面矿压数据进行模型训练和测试,所得结果与粒子群优化BP神经网络(PSO-BP)和长短期记忆网络（LSTM)的预测结果进行对比.结果表明:3种模型对未来1~4d的矿压预测中,Informer神经网络的均方根误差、平均绝对值误差以及决定系数均为最优,取得了较好的预测效果.

• 基于组合赋权蛛网灰靶模型的岩爆等级评价

  肖亮,张千俊

  岩爆是高应力地下工程需要防治的地质灾害之一,岩爆强度评价已成为一个重要的研究课题.为了有效预测地下岩体工程中的岩爆,提出了一种基于组合赋权蛛网灰靶的岩爆强度评价模型.选取岩石脆性系数σc/σt、应力系数σθ/σc、弹性变形能指数Wet和岩体完整性系数Kv作为岩爆强度的评价指标;确定了岩爆等级划分标准;分别采用Critic法和序关系分析(G1)法计算客观权重和主观权重,根据博弈论组合赋权法确定综合权重.结合蛛网灰靶理论,建立不同岩爆等级的靶心距范围集,再根据待评价指标的靶心距大小对岩爆等级进行评价.利用该模型对终南山公路隧道工程的岩爆进行分析.研究结果表明:基于组合赋权蛛网灰靶模型的岩爆评价结果与实际岩爆等级基本一致,且该岩爆等级评价模型有较好的实用性和可靠性.

• 构造应力作用下弱胶结巷道围岩控制技术研究

  夏阳,刘洪林,亓建,于海军,张明村

  新疆弱胶结煤系地层巷道普遍存在掘进与维护难度大、安全性差等问题,掌握矿山地应力分布特征对矿井建设及安全生产具有重要意义.采用空心包体应力解除法测量了苇子沟煤矿三维地应力分布的大小及方向,基于地应力测量结果建立了数值模型,分析了巷道实际变形破坏情况,提出了相应的支护方案.研究结果表明:(1)苇子沟煤矿地应力场类型为σHV型,最大水平主应力对巷道变形破坏与矿压显现影响显著;(2)巷道围岩变形受构造应力影响的程度不同,整体表现为:顶板＞右帮＞底板＞左帮;(3)针对性提出“非对称锚网索喷＋泥质底板注浆锚杆”支护方案,该方案对构造应力作用下弱胶结巷道围岩变形起到很好的控制作用,并取得了良好的巷道围岩控制效果.

• 综采坚硬顶板分段水力压裂卸压护巷技术研究

  葛帅帅,孙亮,贺丽峰,李长峰,李宇泽,薛旭辉,蔡东晋,王春来

  针对富家凹煤业11205工作面顺槽受相邻工作面采动效应引起的围岩变形问题,分析了矿压显现原因及水力切顶卸压机制,提出利用水力压裂作为预处理措施来缓解煤矿开采引起的采动应力,并开展了现场工业试验,验证切顶卸压效果.研究结果表明:采用水力切顶卸压可有效削弱坚硬顶板的强度、降低矿压显现,顶板窥视发现压裂后孔内壁裂缝明显增多,说明水力压裂效果良好.在11205综采工作面运输顺槽布置监测点,现场监测数据显示,水力压裂后,巷道顶板与两帮变形分别减少了54.8％和50％.数值模拟结果显示,压裂后回采顶板及时垮落,应力得到释放,煤柱上方应力明显减小,由30MPa减少到17MPa,证明了压裂弱化作用的有效性.定向分段水力压裂技术降低了采动应力对护巷煤柱的冲击.

• 倾斜煤层回采巷道围岩变形特征及控制技术优化研究

  王成帅,姚辉苗

  针对倾斜煤层回采巷道产生非对称大变形问题,以昌兴煤矿1183工作面回采巷道为例,对巷道超前工作面20m处围岩破碎情况进行窥视成像,确定其松动圈,并建立数值模型分析工作面回采扰动对回采巷道的影响范围,研究了巷道围岩应力演化规律和巷道围岩变形特征,结果表明:在距离回采工作面30m范围内,回采巷道变形量较大,为回采扰动剧烈影响区,随着距回采工作面的距离增加,回采巷道受到回采扰动的影响减小;为了更好地控制巷道变形,提出锚杆锚索锚网联合支护为主,辅以注浆加固、“以顶拉帮、以底控帮”的围岩联合控制方案,注浆加固围岩可以提高其完整性,在巷帮以一定角度向顶板或底板打入锚杆可以提高巷道围岩整体性.实践表明,联合支护方案可以有效解决倾斜煤层回采巷道受回采强扰动而产生大变形的问题.

• 基于参数修正模型的JM矿岩石流变特性模拟

  郭燕忠

  自然崩落法矿山岩石的流变特性对矿岩崩落规律有着重要影响.为明确JM矿的矿岩流变特性,以现场矿岩试样的流变试验结果为基础,通过分析比较选取合适的本构模型,模拟研究不同参数对矿岩流变特性的影响.结果表明,在Maxwell、广义Kelvin、Burgers-Mohr三种本构模型中,Burgers-Mohr本构模型对JM矿岩石流变试验数据的拟合效果最佳,其拟合相关系数达到了0.986;Burgers-Mohr本构模型中Kelvin剪切模量主要影响岩石等速蠕变的起始量以及进入等速蠕变所需要的时间,Kelvin黏滞系数主要影响岩石初始蠕变速率,Maxwell剪切模量主要影响岩石流变的瞬时变形量,Maxwell黏滞系数主要影响岩石等速蠕变阶段的起始量以及等速蠕变阶段曲线的斜率.在不考虑削帮工程的影响以及基建期崩落量的情况下,模拟得到了上覆矿岩平均年崩落量为17.6×106t,与设计年产能18×106t接近,验证了修正后的Burgers-Mohr流变模型参数的正确性.研究成果可为相似地质条件下的自然崩落法矿山矿岩崩落规律研究提供有益参考.

• 含水纵向裂隙煤岩破裂特征与演化规律研究

  李小辉,邢楷,彭群

  煤岩中的纵向裂隙与含水率对煤岩的力学性质和破裂特征具有显著影响.对含水纵向裂隙煤岩进行了单轴压缩试验并监测声发射事件.分析了含水状态下纵向裂隙对煤岩峰值应力、峰值应变、弹性模量以及破坏模式的影响,并探讨了含水率与煤岩力学特性之间的关系.研究揭示了完整煤岩与纵向裂隙煤岩在破坏模式上的显著差异:完整煤岩倾向于发生自持性破坏,而纵向裂隙煤岩的破坏表现为非自持性破坏,并且峰值强度较完整煤岩下降约20％.此外,纵向裂隙煤岩在加载过程中,当加载时间达到48.5％~62.6％时,声发射事件会在煤岩的破坏中心区域发生聚团现象.研究还发现,含水率与浸水时间之间的关系为ωa＝0.82lnt＋0.31,峰值强度与含水率之间的关系为σ＝19.77－3.11ωa.这些试验结果不仅对煤岩破坏模式、破坏范围和破坏强度的定性描述提供了依据,还对探究煤岩的变形破坏机制和地下工程的稳定性分析具有重要的参考价值.

• 缓速酸对无烟煤中瓦斯放散初速度的影响研究

  秦丽杉,袁梅,李照平,何季民,张黎明,唐泰城

  缓速酸对降低煤岩反应速率、提高煤层气采收率意义重大.以贵州某矿的无烟煤为研究对象,开展静态溶蚀、瓦斯放散初速度、低温CO2吸附及红外光谱试验,分别从物理、化学角度分析试验煤样的孔隙结构和含氧官能团数量对煤中瓦斯放散初速度的影响机制.研究结果表明:乙酸质量浓度为5％时,酸化缓速效果最佳,缓速率为41.03％;与原煤样相比,氢氟酸酸化煤的瓦斯放散初速度增大,一方面氢氟酸改善了试验煤样的孔隙连通性,增加了过渡孔和大孔数量,减小了煤样的比表面积,另一方面,氢氟酸处理后试验煤样的含氧官能团数量增加,抑制了煤对瓦斯的吸附;对比原煤样,缓速酸酸化煤的瓦斯放散初速度减小,这是因为缓速酸作用增加了试验煤样的微孔数量,增大了煤样的比表面积,减小了煤样的含氧官能团数量,使其表面结构更加复杂,促进了煤对瓦斯的吸附.研究成果为贵州某矿区煤层气酸化增产技术奠定了理论基础.

• 抽采钻孔蠕变规律数值模拟研究

  韩颖,闫志佳,牛琛

  为了探讨抽采钻孔蠕变对成孔质量的影响,采用数值模拟软件COMSOL,建立了考虑蠕变的含瓦斯煤流固耦合模型,研究了孔周煤体应力应变变化规律,同时,以某煤矿为例,模拟计算了泊松比为0.2~0.34,杨氏模量为2E8~4E8条件下瓦斯压力和位移变化,得到了泊松比和杨氏模量对孔周瓦斯压力及钻孔蠕变的影响规律.研究表明:随着泊松比和杨氏模量的增大,瓦斯压力梯度的变化减小,这对于煤层内瓦斯的抽采更有利;随着距钻孔的水平距离的增大,位移先降低再升高,但整体呈降低趋势;孔壁的位移随泊松比的增大而增大,随杨氏模量的增大而减小,随时间的推移逐渐趋于稳定;泊松比和杨氏模量越小,即煤岩越软,钻孔等效蠕变应变越明显;杨氏模量对钻孔蠕变的影响较泊松比更大.

• 基于运输扬尘逸散规律的车载喷雾效果探析

  田冬梅,马欣悦,姚建,贾畅畅

  为改善露天铁矿运输环节产生的高浓度扬尘问题,采用理论分析与数值模拟等方法相结合,通过模拟不同车速下扬尘逸散规律并设计车载喷雾降尘系统,探析其雾化效果.研究结果表明:车速为10km/h时,扬尘会以低风流强度、低运行速度向卡车后上方运动,轮胎与地面摩擦处为运输环节中最大粉尘浓度产尘点,粉尘质量浓度为985mg/m3;车速增大至30km/h,扬尘在卡车周身由内向外大范围逸散,逸散范围可达5m,粉尘质量浓度增加至1400mg/m3,呼吸带粉尘质量浓度最高达224mg/m3,车尾扬尘高度为1.5m,相较于低车速,车速越高,扬尘逸散的越快;基于运输扬尘逸散规律,对不同喷雾参数的雾化效果进行模拟分析,证实了中压喷嘴在喷雾压力为3MPa、雾化角为60°、喷嘴直径为1.0mm 时,雾化效果最佳,雾滴粒径为7.42μm,可同时保证全尘和呼吸带粉尘的捕捉.

• 基于表面肌电信号的单轨吊驾驶员肌肉疲劳分析

  辛运胜,金泓懿,宁振兵,白伟,董青,苏妮娜

  单轨吊车作为一种煤矿井下运输机车,其工作环境会引发井下操作人员工作的舒适性等问题.为分析单轨吊驾驶员主要肌肉的疲劳状况,对易疲劳的16块肌肉进行肌电测试研究,并提取信号的积分肌电值(iEMG )和均方根值(RMS),结合时域分析和多元非线性回归分析方法,以iEMG 和RMS 为自变量,疲劳度为因变量分析肌肉疲劳特性.结果表明:驾驶员在上车和下车过程中的肌肉疲劳度远大于机车行走时的肌肉疲劳度;在机车操作过程中,由于驾驶员需要一直用右脚踩踏加速踏板来控制机车行走,使驾驶员右侧下肢肌肉中的股直肌、股二头肌、腓肠肌和比目鱼肌产生疲劳,且腓肠肌的疲劳度最大;为避免驾驶员出现一侧肌肉过度疲劳的情况,应该将驾驶室操作元件布置在两侧,减少一侧肌肉的使用率,降低驾驶员操作疲劳度,提高驾驶舒适度.

• 尾矿库坝面安全隐患智能巡检机器人研发及应用

  孟庆胤,王浩宇,聂明哲,余小军,陈荣健,傅金阳

  拉沟、冲沟等病害的及时检测是确保尾矿坝安全性的关键.以尾矿坝为工程背景,基于履带式底盘系统、自动化控制等技术研制了一款用于坝面拉沟与冲沟检测的智能巡检机器人. 针对坝面病害检测目标,提出了一种在YOLOv5m 主干网络和颈部网络插入卷积块注意力模块的改进网络模型YOLOv5m-ECA,并在尾矿库坝面无人巡检作业中开展了应用研究. 结果表明,改进YOLOv5m-ECA算法使模型的准确率、平均精度均值、F1分数相较于改进前分别提高12个百分点,6.1％和3.6个百分点,与目前4种主流目标检测算法的性能相比,YOLOv5m-ECA 的综合性能更强,且易于部署在移动检测装备,更适用于坝面拉沟病害的检测.现场应用表明,该方法能够代替人工实现尾矿库坝面的无人化作业,能够为坝面病害的快速检测提供智能化方案,所检测病害位置与实际坝面位置相符,具有很好的现实意义和应用价值.

• 动态环境下无人矿车速度规划与避障方法

  郭爱军,杨腾,潘子宇

  针对无人矿车自主避障只在静态环境下安全行驶的问题,提出了基于动态障碍环境下的速度规划与避障方法.首先将动态障碍物未来一段时间扫过的范围映射到二维栅格地图中的s-t(距离-时间)图;然后研究了基于s-t图的安全速度范围确定算法,确保无人矿车运行的安全性,且为了实现平滑的速度变化,构造了基于最优控制原理的二次规化(QP)速度优化模型;最后设计了混合A*算法,将s-t图中的搜索结果作为其初解,以辅助优化问题求解.仿真与实车测试表明:提出的方法求解成功率在98％以上,具有较好的实时性;s-t速度规划算法有效的时候,算法整体平均耗时基本符合实时要求,最差的求解时间也在可控范围之内.

• 微细粒高碳铜铅混合精矿环保高效分离试验研究

  胡振,韩远燕,江旭,龙会友,黄神龙

  黄沙坪铅锌矿原矿石中伴生铜含量为0.09％ ~0.25％,选厂生产的铜铅混合精矿含Cu1.0％~1.8％、含Pb55％~68％.混合精矿中有机碳含量较高,且粒度较细,易浮难抑,同时吸附大量药剂,采用常规的铜铅分离工艺和浮选药剂无法进行有效的分选.针对该矿石特点,采用“搅拌脱药—沉降脱泥(碳)—抑铅浮铜”的工艺流程和环保高效铅抑制剂CK-DQ,工业试验累计获得铜品位为25.70％、铜回收率为64.52％的铜精矿和铅品位为66.44％、铅回收率为99.63％的铅精矿,实现了低铜高碳铜铅混合精矿的无铬无氰高效分离.

• 新白马公司一期钒钛铁精矿提质研究与实践

  计志雄,刘胜华,贺建强,刘梦寅,胡厚勤

  为将新白马公司一期的钒钛铁精矿TFe品位从53.5％提高至55％以上,开展了主要矿物工艺粒度分析、磨选试验、现场工艺流程考查、最终精矿粒度和单体解离度分析,发现一段旋流器设备性能缺陷、二段高频细筛处理能力不足、二段磨机与分级设备处理能力不匹配是制约一期钒钛铁精矿TFe品位提升的关键因素.通过使用FX840平底旋流器替代FX610锥形旋流器对一段磨矿分级系统进行优化改造,使一段磨机循环负荷提高5.74个百分点、－0.074 mm单位容积生产率从0.37t/(m3h)提高至0.51t/(m3h),旋流器溢流－0.074mm含量提高3.76个百分点,一段旋流器跑粗情况得到大幅改善;采用“旋流器＋高频筛”的组合分级方式对二段磨矿分级系统进行工艺流程改造,使二段磨机循环负荷提高至439.02％、－0.074mm 单位容积生产率从0.74t/(m3h)提高至0.91t/(m3h),高频细筛分级质效率较优化前提高3.73倍,筛下物－0.074mm 含量提高了16.22个百分点,成功地将一期钒钛铁精矿－0.074mm 含量从60％左右提升至70％以上,达到了在确保系统原矿处理量不降低的情况下,将钒钛铁精矿TFe品位从53.5％提高至55％以上的目的.

• 基于矿物特征分析的磁铁矿动态破碎与能耗机制

  甘德清,袁涛,薛振林,刘志义,孙海宽

  为研究动载下磁铁矿石的破碎特性及能耗规律,以某沉积变质型磁铁矿石为研究对象,利用分离式霍普金森压杆对磁铁矿石进行冲击破碎试验,结合矿物特征理论分析磁铁矿石的动力学特性、破碎能耗及破碎形态.结果表明:在冲击载荷作用下,磁铁矿石应力应变曲线呈现3个阶段:弹性阶段、裂纹演化阶段、卸载阶段.随着入射能的增加,破碎能耗及能耗密度不断增大,破碎平均粒径随着能耗密度的增加而减小.在低入射能下,能量以弹性能形式储存在石英颗粒内部,当应力波作用结束后,能量释放,用于原有裂隙扩展,破坏试样内部结构.在高入射能下,石英颗粒储存弹性能速率加快,更快达到储存极限,内部能量快速释放,原有裂隙快速扩展并产生大量的沿晶裂隙及穿晶裂隙,试样内部结构破坏严重.磁铁矿石成分以石英为主,矿石结构构造和接触关系简单,结构以结晶结构、交代结构为主,构造以条带构造、块状构造为主,矿物颗粒之间成线接触,破碎主要以沿晶破裂和穿晶破裂为主,带有阶梯状和蛇纹状破裂形态.