矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2024年第9期

• 金属矿山深井大规模提升关键技术装备进展与发展趋势

  李广,史志远,余洪伟

  近年来,随着浅部矿产资源的消耗殆尽,我国地下金属矿山正向1500 m 以深以及年产1000 万t/a以上深井大规模开采方向发展.提升系统是矿山深部开采所必需的关键设备,现有的竖井提升技术难以满足我国深井大规模开采的需求.对摩擦式提升、多绳缠绕提升两个主要深井大规模提升的关键理论与技术装备研究现状进行了综述,并对各自技术优势与特点进行了剖析,提出连续提升、通过采选充一体化减少提升量、降低提升载体的重量占比是未来应对深部大规模开采提升需求的重点研究方向和发展趋势,以期为金属矿山深井大规模开采的提升系统提供新的解决思路和方法.

• 深部超长工作面矿震响应规律及传播机制研究

  张艺耘,李成海,唐磊,杨海涛,熊洪恩,周强

  深部超长工作面应力环境复杂,开采扰动诱发强矿震,威胁矿井安全开采.为探究超长工作面开采过程中矿震的时空响应特征及不同能级、不同区域的震动波传播规律,以麦垛山煤矿130608超长工作面为例,基于井下微震监测台网布置,采用理论计算、数据分析的方法深入分析.研究结果表明:超长工作面的微震事件主要分布在生产班及工作面超前100~300 m 区域,相同震动波传播速度下,微震能级越大,传播距离越大,而相同震动波传播距离下,微震能级越大,传播速度越大;相比较下,位于采空区震源处的震动波震动速度和衰减系数最大,超前工作面顶底板岩层区域震动波传播最快;进一步确定了震动波传播的主控因素和不同能级下震动波传播的衰减公式,并提出震动波传播的危险性判别方法,确定了震动波传播的危险速度为0.018 m/s,危险距离为120 m.

• 浅孔留矿法采场结构参数综合评价体系构建及应用

  刘银,张晶,周宗红,任凤玉

  采场结构参数的合理选取对机械化程度较低、工艺改造困难的浅孔留矿法尤为重要.为确定浅孔留矿法采场结构参数,提出了联合岩体质量分级、Mathews稳定图法、数值模拟和现场可操作性评价等多种技术方法耦合的综合评价体系.以四川巴中某磁铁矿为工程背景,选取Q系统分类法和修正BQ分类法为Mathews稳定图法和数值模拟提供相应参数支撑,通过撬顶、平场和通风工序耗时评价Mathews稳定图法和数值模拟得出的极限采场结构参数.结果显示,开采矿体厚度为15 m 矿体时,基于Mathews稳定图法和数值模拟分析得到采场极限尺寸为15 m×50 m×50 m(倾向长×走向长×采场高),经撬顶、平场和通风等工序可操作性评价,采场极限尺寸优化宜为15 m×40 m×50 m.经实践验证,采场结构参数综合评价体系得出的采场结构参数可满足浅孔留矿法循环作业的安全性和连续性要求,经济效益明显提升.

• 基于改进未确知测度模型的低碳充填系统参数优化研究

  陈蓓,肖慧慧,王建春,晏存育,盛佳

  矿产资源绿色开发为当今矿业关注的重点和难点,胶结充填采矿法已成为目前广泛推广应用的技术之一,但缺少充填系统低碳等级评价体系.为准确评价矿山充填系统的低碳性,引入未确知测度模型,选取了10个影响指标,构建了单指标未确知测度函数,确定了基于测度函数的各指标的组合权重.通过将4座矿山指标实测数据代入测度函数中,计算了单指标测度矩阵,结合权重向量,计算了多指标综合测度,确定了山东某矿山全尾砂膏体充填系统的低碳等级为Ⅱ级,新疆、内蒙古和四川3座矿山的粗尾砂膏体充填系统低碳等级均为Ⅲ级.在此基础上,利用建立的低碳性评价模型对湖南某铅锌矿全尾砂膏体充填系统指标参数进行了优化并推广应用.结果表明,通过优化充填胶凝材料灰砂比、增大输送管径、加强易磨损区弯管耐磨度及定期翻转管道等措施,可以将低碳充填系统评分由68.23增至81.62,评分增长程度为19.62％,评价等级由Ⅲ级提升至Ⅱ级.研究成果对低碳充填系统研发和建设具有良好的借鉴意义.

• 智能化综采工作面煤层顶底板形状预测技术研究

  杨聪明

  煤矿综采工作面顶板和底板的起伏状态预测是工作面智能化开采的关键技术之一.为解决煤层顶底板形状预测误差较大的问题,基于采煤机记忆截割技术的基本原理,构建了一种基于卷积长短时记忆网络(CONV-LSTM)的综采工作面顶底板形状预测模型.首先,利用已采取区域采煤机走向的空间信息和回采走向的时间信息,提取出顶底板的形状特征;其次,利用所提取的形状特征,构建了CONV-LSTM 模型;最后,利用青龙寺煤矿5-20109工作面煤层形状数据对模型进行评估,现场测试表明,顶板形状的预测平均误差为3.5 cm,底板形状的预测平均误差为5.8 cm.结果表明,CONV-LSTM 模型可实现顶底板形状的精准预测,满足工程中对采煤机前后滚筒调高的需求,对于实现综采工作面智能化开采具有重要意义.

• 复合顶板倾斜薄煤层小煤柱稳定机理与控制研究

  康志鹏,罗勇,任波,童政,段昌瑞

  为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加固支护方案.结果表明:基于岩体极限平衡理论得出煤柱宽度计算公式,并根据矿井实际数据得出煤柱宽度应大于3.35 m;巷道开挖后,侧向支承应力峰值会运移至煤体深部,其位置会随着煤柱宽度的增加而逐渐远离采空区,煤柱垂直应力峰值会随着煤柱宽度呈现先增加后减小,最终逐渐稳定的趋势;留设煤柱宽度为5 m 时,巷道变形稳定,变形量小,煤柱承受的围岩应力减小,煤柱中心无塑性区贯通.现场实践表明,留设5 m 煤柱,在采动影响段巷道采用“对穿锚索双向固定＋一梁三柱补强支护”的方案,在沿空掘巷段布置穿层锚索深部锚固的支护方案,沿空梯形巷道变形较小,可满足安全生产的需要,经济效益显著.

• 多层坚硬顶板动压巷道矿压显现规律及深浅孔组合爆破切顶控制技术研究

  任霄洋,郭俊庆,张百胜,郗泽涛,卢春生,李恒忠

  针对多层坚硬顶板巷道受相邻工作面采动影响导致巷道维护困难的问题,以碾焉煤矿8104运输顺槽为工程背景,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟与现场工业性试验等,研究了多层坚硬顶板动压巷道的矿压显现规律及其机理,提出了深浅孔组合爆破切顶卸压技术,并分析了控制效果.结果表明:(1)多层坚硬顶板巷道围岩变形主要分为缓慢变形、快速变形与变形趋于稳定等3个阶段,并在快速变形阶段呈台阶式增长的变化规律,其“台阶”数量与近场内坚硬顶板的层数有关;(2)深浅孔组合爆破切顶后,切断了低位关键层的侧向悬臂结构,减少了低位关键层破断引起的动载次数;同时缩短了高低位关键层的悬臂梁长度,减小施加给区段煤柱的静载,从而共同降低了邻近动压巷道围岩的压力;(3)相较不切顶时,浅孔爆破、深孔爆破和深浅孔组合爆破等3种不同切顶方式作用后,煤柱侧的平均垂直应力分别降低了14.8％、8.9％、29.7％,并且深浅孔组合爆破切顶后,在垮落带中顶板垮落更充分,在裂隙带中岩层断裂位置最靠近煤柱,采空区中部覆岩产生的裂隙也更均匀;(4)深浅孔组合爆破切顶后,8104运输顺槽在8103邻近工作面和8104工作面两次采动影响后,围岩变形量小于400 mm,保障了矿井安全高效生产.

• 急倾斜特厚煤层高阶段综放工作面全周期覆岩运移规律

  孙郡庆,曹中宗,王宏志,孙秉成,李柱

  急倾斜特厚煤层高阶段综放工作面水平分段开采随着开采深度加大冲击地压灾害形势愈加严峻,探究急倾斜特厚煤层群多工作面条件下的覆岩运移规律对于矿井安全高效开采至关重要.以乌东煤矿为工程背景,建立相似模型试验,采集模型表面位移数据,并采用Matlab绘制覆层位移云图,揭示了急倾斜特厚煤层高阶段综放工作面全周期覆岩运移规律,分析了工作面矿压与覆岩运移的联系.结果表明:(1)随着采深不断增加,覆岩垂直位移由上到下整体呈现形态由“N”形分布演化成“V”形分布,工作面开采伴随覆层破断、滑塌,形成“破断滑塌自充填”效应;(2)43＃煤层工作面覆岩运移规律为煤层顶板垮落—直接顶垮落—老顶破断并呈现出铰接结构,45＃煤层工作面覆岩运移规律为覆岩轻度垮落—上部岩层破坏严重—煤层间岩柱出现整体性垮断;(3)＋500 m 水平阶段开采之前,43＃煤层中的支架压力普遍大于45＃煤层,＋525 m水平与＋500 m水平开采后,45#煤层支架压力突增.

• 煤岩组合体单侧限力学性能与能量演化规律及损伤本构研究

  田书广

  为了探究煤岩组合体受载失稳破裂和能量演化及损伤力学行为,基于数字图像相关(DIC)技术并结合自制“L”形试验模具,制备不同厚宽比的岩煤岩组合体试样并开展了多组单侧限压缩力学试验,探究煤岩组合体的力学特性和宏观破裂特征,基于薄板压曲理论,构建煤壁理论力学模型并分析煤岩组合体煤壁稳定性,进一步研究组合体能量动态演化规律及其损伤本构关系.研究表明:组合体的应力应变曲线主要分成4个阶段:初始压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段;随煤层厚度增加,组合体峰值强度和弹性模量逐渐降低,而峰值应变逐渐增加;试样破裂主要出现在煤层临空侧,当煤岩厚宽比小于1时,裂纹沿加载方向贯通整个煤层,而煤岩厚宽比大于1时,裂纹转移至煤层与顶板的交界面,呈小块状破坏;组合体煤壁失稳的临界应力随煤层厚度的增加而增加;随煤层厚度的增加,煤岩体的储能极限随之增加,能量释放系数先减小后增加,厚宽比等于1为拐点;基于Weibull统计分布密度函数,构建单侧限荷载下煤岩组合体的损伤本构关系,试验结果验证了本构关系的可行性.

• 露天铁矿采空区隐蔽致灾普查与防治措施应用研究

  杨兆林,潘懿,白旭晨,刘禄平

  针对地下转露天开采矿山开采过程中,地下采空区探测难度大、致灾因素复杂、防治措施不完善等技术难题,以袁家村铁矿为工程背景,基于地质资料分析,采用物探、钻探及三维激光扫描等多种手段对露天采场3~5 a采掘范围内,跨度大于50 m 的采空区异常分布范围及赋存位置进行精准探测,构建了采空区三维可视化模型并得到其分布规律.基于多种采空区顶板安全厚度理论分析方法进行采空区风险评价,并通过微震技术监测采空区稳定性,制定了合理的采空区处理方案,对生产过程中揭露的585个采空区进行了爆破处理,实现了采空区安全处理零事故目标.研究结果可为类似地下转露天开采矿山采空区隐蔽致灾因素普查与防治措施制定提供借鉴.

• 基于CRITIC-GRA-AHP法的敏感性排序理论及其在边坡稳定性分析中的应用

  赵黎,粟登峰,谭宝会,胡颖鹏,陈帮洪,李正国

  边坡稳定是矿山安全生产的基础,研究边坡稳定性影响因素敏感性顺序具有重要的理论和实际意义.针对单一主观算法受主观影响较大和单一客观算法结果与现场实际情况偏差较大且仅能分析特定工况的不足,提出了基于CRITIC-GRA-AHP法的敏感性排序理论. 以川西北某石灰石矿山为例,在分析确定坡高、最终边坡角、重度、黏聚力、内摩擦角、体积模量等边坡稳定性影响因素的基础上,采用FLAC3D结合基于CRITIC-GRA-AHP联合算法的敏感性排序理论对矿山边坡稳定性影响因素敏感性进行了分析.结果表明:天然工况下边坡稳定性影响因素敏感性由大到小依次为黏聚力、坡高、最终边坡角、内摩擦角、重度、体积模量;暴雨工况下边坡稳定性影响因素敏感性由大到小依次为黏聚力、坡高、内摩擦角、最终边坡角、重度、体积模量;地震工况下边坡稳定性影响因素敏感性由大到小依次为坡高、内摩擦角、重度、最终边坡角、黏聚力、体积模量.在此基础上,采用云模型理论对最终边坡角进行了优化,确定矿山边坡最终边坡角以51°为宜,此分析结果与矿山实际情况一致.研究成果可为类似矿山边坡灾害预测预防及后续工程处理提供参考.

• 排土场边坡渗流特征的降雨模型试验及数值分析

  梁霁兴,刘磊,徐继业,郭昊,钟康杰

  为研究降雨条件下边坡渗流特征的变化规律,以某双采场排土场为研究对象,采用室内降雨模型试验分析不同土料渗流场的变化规律,同时利用FLAC3D 数值模拟软件对三维排土场模型开展降雨入渗模拟. 结果表明:降雨作用下,土料边坡模型含水率、基质吸力、孔隙水压力的响应特征显著,含水率的响应优先级最高;相较于2#采场土料,1#采场土料的渗透性更强,其湿润锋、饱和度、孔隙水压力的扩展区域更大;渗透性强的土体容易发生滑坡破坏,渗透性能弱的土体容易产生冲沟裂纹.基质吸力会不断减小,基质吸力下降会影响土体的抗剪强度指标,下降幅度较大易产生滑坡破坏现象.通过三维模型降雨模拟可知,降雨对边坡渗流特征影响较大,降雨导致排土区域孔隙水压力不断增大,从而可能造成滑坡的产生.

• 基于3D-DIC的预制双孔洞大理岩应变场演化规律研究

  彭岩岩,吕松洋,王艳丽,宋南,黄倩

  为了研究预制孔洞对大理岩力学性质的影响,预制两组含不同孔洞的大理岩试样进行对比试验:第一组为S型,保持两孔洞D1、D2的直径大小相同,并改变孔洞直径大小;第二组为D型,改变单个孔洞D1的直径大小,保持孔洞D2的直径不变.通过单轴压缩试验并结合3D-DIC技术,得到大理岩试件在不同压缩试验阶段的最大主应变演化云图,分析不同孔洞大理岩破坏过程中裂纹萌生、扩展规律.试验结果表明:随着孔洞直径增大,S型试样的峰值应力与弹性模量降低,D型试样的峰值应力与弹性模量先增大后降低;S型试样产生的裂纹以拉伸裂纹为主,应变集中与裂纹主要发生在D1孔洞附近,D型试样产生的裂纹以拉剪裂纹为主,应变集中与裂纹主要发生在D2孔洞附近;S型试样破坏模式为拉伸破坏,D型试样随着D1孔洞直径的增大,破坏模式由剪切破坏变为拉伸破坏.

• 不同pH条件下的甲烷氧化混合菌生长特性及效能研究

  赵双,张瑞林,王思琪,周银波,田坤云,宫伟东

  为深入研究甲烷氧化混合菌群在煤层瓦斯治理方面的应用,对自然界中具有较强活性的甲烷氧化混合菌群进行了调查研究,同时对不同pH环境下甲烷氧化混合菌的生长特性及甲烷氧化效能的变化规律进行了研究,进而对比分析了菌液在煤样表面的动态接触特征. 结果表明:培养周期内pH为6.75的条件下,菌液OD600值增大了约19倍,消耗甲烷气体47.3 mL,生长能力和甲烷氧化效能最强;酸碱度可抑制微生物的生长,混合菌群可通过自身代谢调节环境酸碱性,促使菌液pH向适宜生长的方向变化;相较于pH为6.75的菌液,其余各组的初始接触角与平衡接触角最高增大了51.40％和48.64％,表明适宜pH环境可提高微生物活性,促进其在煤样表面吸附,提高菌液与煤样的接触能力.研究成果为微生物技术在煤层瓦斯治理提供理论支撑.

• 五阳煤矿松软煤层定向水射流卸压增透技术研究

  李定启,张浩海

  为了解决松软煤层瓦斯赋存多、煤层透气性差的问题.采用数值模拟和现场试验相结合的方法,对穿层钻孔定向水射流卸压增透技术进行了研究.结合五阳煤矿实际条件和数值模拟结果,得出了较优的定向水射流造穴工艺参数为:顶板造穴,造穴厚度0.4 m,造穴半径0.8 m,钻孔间距5 m.穿层定向水射流装备现场试验结果表明:改进后的设备可以实现平行于煤层软分层造穴,与常规钻孔瓦斯抽采工业相比,顶板定向水射流造穴工艺的钻孔日瓦斯抽采浓度平均提高约30个百分点.煤层顶部定向水射流增透技术能有效提高煤层的整体卸压效果,提高钻孔瓦斯抽采效率.

• 综掘面风流智能调控下风流瓦斯及粉尘多源数据融合评价模型

  龚晓燕,朱倩丽,常虎强,付浩然,陈龙,孙海鑫,王天舒

  针对综掘工作面通风总量控制模式下,出风口风流状态不能实时动态变化导致瓦斯及粉尘灾害和污染隐患问题,对风流瓦斯及粉尘耦合下的复杂通风环境安全状态进行多源数据融合评价分析,可为风流精细化智能调控提供理论依据,防范灾害事故的发生.采用流体力学与离散元耦合方法建立风流瓦斯及粉尘气固耦合的有限元计算模型,设计搭建风流监测及智能调控测试试验平台进行模型的验证,模拟确定关键隐患位置,运用层次分析法构建3层结构的评价指标体系,确定各指标权重.采用混合式两级融合结构对最优加权的数据级融合和灰色关联的决策级融合进行分析,建立5级风险等级评价模型.对陕北某煤矿综掘面进行融合评价分析,发现在出风口距端面最短距离5 m的极端工况下,风流智能调控装置口径为1 m、水平偏转20°、垂直偏转6°时,评价等级为安全,且与调控前对比,不同测点位置处瓦斯体积分数及粉尘质量浓度均有不同程度下降,验证了该模型的有效性.

• 基于Ventsim 的帕鲁特金矿通风网络优化研究

  张浩强,刘大可

  针对帕鲁特金矿井下通风系统所面临的通风能耗过大、深部进风不足、风流短路和循环风以及风流调控不合理等问题,开展了浅部及深部通风系统优化研究.根据帕鲁特金矿井下通风系统现状,通过全矿测风工作全面掌握了井下风速、风流分配情况,分析了全矿通风能力及风阻,采用Ventsim 软件建立井下通风与风阻理论模型. 利用三维通风数值模拟软件,建立帕鲁特金矿通风系统三维数值模型,开展帕鲁特金矿通风系统风流动态模拟等工作,提出优化调整方案并模拟分析调风效果,实现通风网络优化.研究结果表明,帕鲁特金矿矿井通风受自然风压影响较大,各线路自然通风受季节变化显著;依据深部风量分配优化调整方案,大部分风流经西风井送至深部采区,少部分风流经采区斜坡道向深部斜坡道流动,有效解决了深部采区送风量不足的问题.优化后的通风系统稳定性增强,风量分布趋于合理,对帕鲁特金矿矿井通风管理具有较好的指导作用.

• 表面活性剂的苯环结构对煤尘润湿性的影响机制

  寇德瑞

  表面活性剂能够有效辅助抑制煤尘,为了揭示表面活性剂微观结构对煤尘润湿性的微观影响机理,选用了脂肪醇聚氧乙烯醚(AE09)和壬基酚聚氧乙烯醚(OP9)两种表面活性剂,从多个角度、用多种手段分析了苯环结构对煤尘润湿性的影响.采用表面张力试验预测了含有苯环结构的OP9具有更低的表面张力和更快的降低速率;接触角测定和自然沉降试验表明,含苯环结构的OP9能够通过疏水作用和π－π堆叠作用在褐煤表面的吸附量更大,润湿性更好;利用密度泛涵理论(DFT)计算了两种表面活性剂的HOMO和LUMO分布,发现OP9与褐煤具有更多的吸附位点;计算了不同吸附体系的吸附能、相对浓度分布、水分子的均方位移和体系的氢键数量等,结果表明OP9改性后的煤能够产生更多的氢键,从而限制水分子在Z轴的运动,增强了褐煤的亲水性.研究结果可为煤尘的抑制提供有力的理论依据.

• 气液两相喷雾雾化参数对综掘工作面降尘效果的影响

  王建国,金小菊,韩敏

  为系统研究气液两相喷雾雾化参数对综掘工作面呼吸性粉尘降尘效果的影响,以陕北某煤矿42207辅运巷道掘进工作面为原型,建立了单一压入式通风条件下掘进工作面喷雾降尘几何模型,采用数值模拟方法系统分析了雾滴喷射速度、雾滴粒径、雾滴密度对司机呼吸带高度处呼吸性粉尘降尘效果的影响.研究结果表明:在雾滴粒径为5×10－66m、喷嘴质量流率为0.005 kg/s的条件下,随着雾滴喷射速度的增大,粉尘质量浓度呈现先增加后减小的趋势,当雾滴喷射速度为30 m/s时,司机呼吸带高度处粉尘质量浓度由无喷雾状态下的1000 mg/m3 降至168 mg/m3,降尘效率为83.2％,降尘效果较好;在喷嘴质量流率为0.005 kg/s、雾滴喷射速度为30 m/s的条件下,当雾滴粒径为9×10-7 m时,降尘效果较好,粉尘质量浓度降至148 mg/m3,降尘效率达到85.1％;在雾滴喷射速度为30 m/s、粒径为9×10-7 m、喷嘴质量流率为0.02 kg/s的条件下,粉尘质量浓度降至102 mg/m3,降尘效率达到98.8％.研究成果可为井下掘进工作面气液两相喷雾降尘系统优化提供参考.

• 基于组合赋权物元可拓模型的矿山井下泥石流风险评估及防治

  冯兴隆,李争荣,吴爱祥,程海勇,孙伟,刘文连,张京

  矿山采用自然崩落采矿法开采时,在物源、水源、地质等因素综合影响下易出现井下泥石流灾害.为对高原地区某铜矿井下泥石流进行预防和治理,通过分析降雨—造浆—地表塌陷—通道诱发的井下泥石流灾害链,建立了包含5个一级指标,22个二级指标的风险评估指标体系.首先收集领域专家对指标的重要性评分结果;然后利用熵权法、层次分析法组合计算评价指标权重,通过物元可拓模型评价井下泥石流风险等级及各评价指标风险等级;最后结合各指标的权重均值与物元可拓模型指标评估结果,对高权重、高风险指标进行重点防治.结果表明,该矿山井下泥石流风险等级为较高,其中降雨量、冰碛物块度、应急处置等指标风险程度与权重排名较高,通过提出的防治措施可以降低其风险程度,从而减少井下泥石流的发生,为该矿山井下泥石流防治提供了有效指导.

• 强降雨作用下普朗铜矿地表冰碛物固化坡面侵蚀试验研究

  李争荣,冯兴隆,姜明归,黄恒,王少勇,孙伟

  自然崩落法开采形成塌陷区,在降雨侵蚀作用下塌陷区边坡极易失稳形成井下泥石流灾害.为评价注浆固化的冰碛物边坡抵抗强降雨侵蚀作用的效果,利用相似理论建立了塌陷坑边坡室内模型,通过人工降雨与注浆试验研究了不同土浆比下冰碛物固化边坡的抗冲刷性能与径流产流、产沙特征,揭示了土壤侵蚀过程与边坡失稳机理. 研究结果表明:降雨产流时间随土浆比的增加呈线性递增,产沙强度随降雨历时的增加呈线性递减;土壤侵蚀演变过程可分为冲击入渗、充水软化、剥离切割、迁移交叉、稳流平衡5个阶段;土浆比为5∶1时的冰碛物坡面固沙效果与抗渗透性分别是未注浆冰碛物坡面的28.8倍与11.3倍,浆液固化效果显著.该研究可为自然崩落法开采地表塌陷区泥石流灾害防治提供理论支撑.

• 采煤机滚筒载荷特性研究与预测

  王宏伟,郭军军,梁威,耿毅德,陶磊,李进

  为研究采煤机滚筒载荷特性,并实现载荷预测,以山西高河矿E2312工作面为工程对象,利用离散元多体动力学(DEM-MBD)双向耦合技术,构建截割耦合模型.数值模拟与工程试验的平均扭矩误差较小,证明通过双向耦合技术研究滚筒载荷的可靠性;利用希尔伯特黄变换(HHT),分析各载荷的时频特性,研究不同运动参数下总载荷时频特性;基于长短期记忆(LSTM),以数值模拟的载荷为输入样本,实现载荷预测.结果表明:采用DEM-MBD-HHT-LSTM 模型,可实现载荷特性研究和预测.通过时频特性分析发现,滚筒不同运动状态下各载荷具有辨识性和关联性;采用LSTM 算法预测载荷的准确度由高到低依次为总载荷、截割载荷、牵引载荷、侧向载荷.研究结果可为采煤机自适应调速策略提供参考.

• 煤层瓦斯抽采信息化APP智能系统开发与应用研究

  华明国,李安红,刘扬,赵宇杰,崔宝库,姚邦华

  瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要技术手段,数值模拟是指导瓦斯抽采方法选择、评价瓦斯抽采效果的重要方法.而传统的建模流程和所需数学模型非常复杂,导致大部分仿真软件无法大范围普及,为此,基于COMSOL软件开发了综合考虑煤层物理力学参数和瓦斯参数的瓦斯抽采信息化APP智能系统.研究结果表明:APP智能系统数值模拟得到普通钻孔流量与实测数据的误差为7.7％,水力造穴钻孔流量与实测数据的误差为4.9％,钻孔流量衰减规律与实际情况变化规律基本一致,表明了参数优选的正确性以及APP智能系统数值模拟方法的可靠性;该APP智能系统操作简单,可以对抽采方式、抽采参数、增透措施等进行优化,极大简化了瓦斯抽采不同工况下的模拟工作量.依据APP智能系统数值模型模拟计算了山西某矿3#煤层瓦斯抽采情况,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采总量不断增加,产气速率整体上呈现下降趋势.研究成果可为矿井瓦斯抽采方案的制定及相关研究奠定基础.

• 基于博弈论的煤矿生产系统智能化GRA-KL-TOPSIS评价模型

  褚新胜,盛高永,张海云

  为使煤矿生产系统智能化评估更科学,提出了基于博弈论的煤矿生产系统智能化GRA-KL-TOPSIS评价模型.基于全要素、全流程理论,从综采、综掘、运输、综合保障和安全监控功能５个方面构建了生产系统智能化综合评价指标体系;利用G1法、改进CRITIC法和博弈论确定指标综合权重,引入盲数理论改进专家给指标赋值的处理方法,应用GRA-KL-TOPSIS方法,通过计算灰色关联贴近度,实现生产系统智能化排序和评估.以3座煤矿为例进行分析,将所建模型的评价结果与VIKOR模型评估结果对比,并基于雷达图法分析子系统智能化差异.结果表明,所建的模型能客观评估煤矿生产系统智能化水平,评估结果与实际调研结论一致,验证了该模型的适应性,可为煤矿生产系统智能化程度的量化评价提供新思路.

• 梭形三产品旋流器分级性能与流场特性研究

  赵子豪,樊民强,杨润全,樊盼盼,冯明伟

  为降低煤泥浮选粒度上限,减少入浮煤泥量,设计了一种上溢流为细粒级、侧溢流为中间粒级、底流为粗颗粒的梭形三产品旋流器.以－1 mm煤泥为研究对象,对梭形三产品旋流器和普通旋流器的分级性能进行了对比试验,并对其内部流场进行了数值模拟研究.试验结果表明:梭形三产品旋流器侧溢流中的粗颗粒灰分可达到精煤灰分要求,底流口直径为16 mm时,总溢流占比为19.05％,合计灰分为8.67％;梭形三产品旋流器具有分级精细、可直接分离出粗粒精煤的特点,用作浮选入料前的分级,可减少浮选入料量,降低生产成本;与普通旋流器相比,梭形三产品旋流器上溢流中＋0.25 mm粗粒级分配率减少了4.13个百分点,底流侧溢流中－0.074 mm 细粒级分配率减少了11个百分点,旋流器溢流跑粗、底流夹细得到了明显减少.流场模拟结果表明:梭形三产品旋流器下锥体区域零速包络面外移,筒体区域零速包络面内迁,这是减少底流细泥夹带、溢流跑粗的根本原因.

• 立轴冲击式破碎机转子结构对产砂率的影响及其优化研究

  吴灿辉,赵丽梅,李松,孙可

  为了提高立轴冲击式破碎机的产砂率,同时尽量降低破碎机的能耗,提出了以产砂率和转子功率为目标的转子结构优化方法.首先,建立了重复冲击作用下物料颗粒的累积损伤模型,在此基础上构建了适用于立轴冲击式破碎机破碎系统的数值计算模型,分析了物料颗料在破碎机中的破碎规律,并通过破碎试验验证了数值模型的可靠性;然后,采用正交设计分析和极差分析法揭示了转子结构参数对产砂率和转子功率的影响规律,并建立了产砂率和转子功率与转子结构参数的数学模型;最后,利用该数学模型对转子结构参数进行优化.研究结果表明:当转子直径为836 mm、分料锥倾角为38.9°、导料板安装角度为22.5°时,产砂率为47.2％,转子功率为82.5 kW,立轴冲击式破碎机的产砂率和转子功率在转子结构优化后得到了有效改善.研究结果为立轴冲击式破碎机转子结构的改进设计提供了理论依据.

• 基于优化的VGG-16网络模型的煤矸识别研究

  黄可,樊玉萍,董宪姝,马晓敏

  针对复杂工况下煤矸识别效率低、分选难度大的问题,采用VGG-16网络搭建煤矸识别模型,对煤矸识别模型的识别准确率和识别环境影响因素进行了研究,并对VGG-16煤矸识别模型进行了优化.结果表明:(1)优化后的VGG-16网络模型准确率为97.00％,单张煤矸图像识别时间为0.0697 s,单张煤矸图像识别所用时间缩短了0.85％;(2)在不同水分、灰分和粉尘等环境因素下,煤矸识别模型的准确率均达到95％以上,其中水分对模型的识别准确率影响最大,表面浸润30 s比干燥的识别准确率低2.01个百分点;(3)鉴于煤与矸石的共伴生特性,对煤表面夹矸、矸表面带煤两种复杂情况进行了煤矸有效识别.研究表明:优化后的VGG-16网络模型具有一定的抗干扰能力,可以实现复杂情况下煤矸的高效精准识别,可为后续煤矸石智能化分选提供理论基础和技术支撑.

• 巴西某多金属铜矿石工艺矿物学研究及可选性分析

  李硕夫,朱律,朱景和

  为了有效地选别回收巴西某多金属铜矿石的中铜矿物和铁矿物,利用化学多元素分析、光学显微镜和矿物自动分析仪(MLA)等手段,对矿石的矿物组成、矿物赋存状态、矿物嵌布特征和解离特性进行了系统的研究.结果表明,矿石铜品位0.8％、铁品位25.39％;矿石中铜矿物以斑铜矿、黄铜矿为主,含少量辉铜矿孔雀石,矿石中硫化铜矿物集合体的粒度粗细不均,但细粒占比较高;铁矿物以磁铁矿为主,赤铁矿、菱铁矿和钛铁矿的含量较低,磁铁矿的粒度较粗,其中＋0.074 mm粒级占73.56％;脉石矿物主要有紫苏辉石、镁铁闪石、黑云母、斜长石、镁铝尖晶石、绿泥石、钙铝榴石、石英等.当磨矿细度为－0.074 mm粒级占70％时,硫化铜矿物集合体的解离度为66.94％,磁铁矿的单体解离度为81.97％.针对该矿石建议采用优先选铜,尾矿磁选回收铁的工艺对铜、铁进行综合回收.

• 进料方向对浮选柱分选效果的影响

  杜佳睿,樊民强,杨润全,樊盼盼

  为提高浮选柱的分选效果,在浮选柱上同时布置了上升、切向进料管,形成上升流与旋转流相结合的浮选柱.采用分批浮选方式,分别进行了上升、切向和上升＋切向3种进料方向下的浮选试验,并采用ANSYS FLUENT软件,对不同进料方向下浮选柱内的流场特性进行了模拟.结果表明,在相同试验条件下,上升进料浮选的精煤灰分低、选择性好,切向进料浮选的尾煤灰分可达71.66％,浮选回收率高;仅上升进料下浮选柱内产生涡流,矿浆吸取内筒的存在使浮选柱底部产生上升流;浮选柱内存在涡流、柱上段低湍流强度是上升进料方向下选择性好的主要原因;浮选柱底部由锥体与吸取内筒组成的类似于水介旋流器结构的重选作用是切向进料和上升＋切向进料下尾煤灰分高的主要原因.

• 颗粒疏水性对浮选颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响

  刘广山,史文庆,王满,刘佳,李龙,杨海昌

  颗粒疏水性是影响浮选回收率的重要因素,为明晰颗粒疏水性对颗粒气泡涡旋脱附的影响机制,采用自制的浮选颗粒气泡受限湍流脱附测试平台探索了湍流涡中不同疏水性气絮体的脱附行为.结果表明,气絮体在进入壁腔后被涡旋捕获,随后在壁腔内做旋转离心运动.低、高疏水性颗粒在壁腔中的平均脱附时间分别为0.34 s和0.59 s,表明高疏水性颗粒有助于提升气絮体在涡旋中的稳定性.进一步研究了不同疏水性颗粒在涡旋中的脱附机制,创新性地将颗粒气泡气絮体在涡旋中的脱附行为分为流体剪切脱附和颗粒离心脱附.低疏水性颗粒主要在壁腔中心区域发生脱附,全部表现为因离心力过大而导致的离心脱附;对于高疏水性颗粒,虽然离心脱附仍为主导脱附机制,但气絮体有20％的概率会在壁腔顶端位置因受到强烈的湍流应力作用而发生剪切脱附.

• 酸浸提纯某石英岩及浸出动力学研究

  陈意帆,任子杰,何宇豪,高惠民,沈彦旭,宋昱晗

  酸浸提纯法是石英加工提纯方法中最常用的方法之一.为探究高效去除石英中铁杂质元素的工艺及反应机理,以甘肃某地石英岩矿为研究对象,草酸和氢氟酸为浸出剂,探究了不同酸配比、质量浓度以及酸浸温度对酸浸效果的影响,并推导了混酸浸出石英岩矿的动力学模型.结果表明:酸浸温度对酸浸效果影响较大,85 ℃为最佳酸浸温度,1％HF＋10％草酸为最佳浸出剂,酸浸后石英岩矿中的Fe2O3含量由磁选后精矿的442.23 μg/g降低至58 μg/g,除铁率可达86.88％.

• 铁尾矿制备矿物材料研究进展

  孙欣,马艺闻,姚富兴,张伦旭,金丹

  为推动“碳达峰、碳中和”目标的进程和践行固废资源化利用的理念,铁尾矿资源再利用成为亟需解决的关键问题之一.基于铁尾矿与天然砂的成分相似性,开展了铁尾矿资源材料化研究,详细介绍了现有铁尾矿制备混凝土、陶瓷材料、保温隔热材料、免烧砖、微晶玻璃、涂料等矿物材料的技术方法和工艺流程,深入分析并阐述了铁尾矿制备不同类型复合矿物材料的优异性和应用价值.结果表明,铁尾矿制备矿物材料的研究未来可着眼于以下研究方向:(1)建设完善铁尾矿深加工处理体系;(2)探索铁尾矿材料化新技术、新方法;(3)探究活性纤维在尾矿材料化中的作用机理;(4)建立铁尾矿性质与利用技术匹配信息系统及参数优化模型.研究成果可为铁尾矿材料化利用提供有效实现途径,促进铁尾矿的高效资源化利用,实现经济价值和社会效益的有机统一.

• 碳达峰异质情景下省域煤炭供需格局动态演变规律研究

  邹绍辉,崔雪源,吕俊峰,马骁

  碳达峰目标下各省区煤炭产业调整加剧了我国煤炭供需格局的复杂程度,在碳达峰异质情景下分析我国省域煤炭供需格局演变趋势十分重要.引入碳达峰区域异质影响因子,构建了省域煤炭供需SD模型,选取2013—2021年历史数据作为输入参数,预测了2025年我国各省煤炭资源消耗情况,结合煤炭产能调整,计算并讨论了2025年各省煤炭需求缺口及煤炭供需格局. 结果表明:2025年我国煤炭消耗格局向中西部转移,西部煤炭消耗集中度提升,“电煤消耗异地转移”现象持续存在;煤炭供给中心逐步往“三西”地区集中,富煤区域的煤炭生产能力有待加强;区域间供需矛盾逐渐缓和,煤炭长线运输压力减小,省内煤炭运输压力增大.研究结果对保障煤炭稳定供应及能源安全具有一定价值.