矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第11期

• 深海富钴结壳螺旋截齿截割破碎受力特性研究

  江敏,陆新江,陈秉正,艾杨,刘伟

  基于螺旋截齿截割破碎方法,分析了矿体的螺旋滚筒截齿截割破碎行为和截割破碎过程,构建了基于截齿截割的矿体截割破碎动力学模型.基于EDEM 的HMB接触模型,建立了截齿截割富钴结壳矿体的仿真模型,制备了模拟矿体破碎试验平台,进行了单齿和全齿的截割破碎受力特性验证试验.试验与仿真结果整体趋势基本一致,在单齿滚筒试验中,当截割速度从0.05m/s增加至0.1m/s时,截割阻力增长了12.2％;在全齿螺旋滚筒试验中,当截割深度从10mm 增加至30mm 时,截割阻力增长了110％,载荷波动系数增长了43.4％;采用激振辅助破碎方法,当截割深度为10mm 与30mm 时,截割阻力分别下降了16％和10％,在截割深度为30mm 时,载荷波动系数增长了16.7％.试验结果表明:相对于截割速度,截割阻力对截割深度更敏感,截割深度越大或截割速度越快,载荷波动越大;采用激振辅助破碎方法有助于降低所需截割力,但截割振动加剧.研究成果可为深海富钴结壳截割破碎技术作业参数研究和破碎头的研制提供技术支撑.

• 深部采空区叠加影响区覆岩空间结构及支承压力演化特征研究

  刘金海,张桂峰,赵延林,张小龙

  揭示采空区叠加影响区支承压力分布是在该区域掘进期间开展冲击地压防治的基础.以田陈煤矿71330轨道巷掘进为工程背景,通过理论分析、数值模拟,对采空区叠加影响区覆岩空间结构与支承压力演化特征进行了研究,提出了相应冲击地压防治对策,并通过现场监测数据进行了验证.结果表明,单一采空区形成“U”形覆岩空间结构,垂直应力集中程度相对较低;存在多个采空区时,在一侧形成“S”形覆岩空间结构,其叠加影响区垂直应力集中程度较高.在采空区叠加影响区掘进时,垂直应力集中程度进一步增大.采用“释—断—降—抗”对策实现了在采空区叠加影响区掘进期间冲击地压的有效防治.微震事件呈现“高频低能”特征,巷道围岩支护锚杆(索)的载荷低于其破断极限,巷帮应力观测值在布点30d后趋于稳定.研究结果可为类似条件下的冲击地压防治提供借鉴.

• 深地高温环境下片麻岩多尺度损伤效应的试验研究

  茅奇辉,赵伟,范大军,陈军,徐焕

  为探究裂隙岩体在深部地热高温环境下的损伤效应,以片麻岩为研究对象,开展微米CT扫描获取地热高温作用下的岩石微观裂隙演化特征,结合三维渗流模拟和单轴压缩试验分析其渗透性能和强度劣化规律.结果表明:地热高温作用会导致岩体结构损伤,随着热处理温度从25℃(未经热处理)升至800℃,片麻岩试件的质量损失率由0.181％增加至1.767％,强度衰减率达到34.81％,面孔隙率由1.74％增加至6.28％;随着热处理温度提升,片麻岩试件面孔隙率逐渐提高,且孔隙分布的不均匀性也增强,岩石内部非连通孔隙不断扩张和贯通,连通裂隙的体积占比大幅增加;热损伤效应引起的热破裂面的形成、扩展和连通会对片麻岩试件的抗渗性能和承载性能造成不利影响.鉴于地热高温环境对深部岩体造成的多尺度损伤效应,实际工程中须采取有效的裂隙封堵措施,以保障深部采矿的安全作业.

• 深地TBM 双滚刀作用下岩体破碎能量特征研究

  高锋,刘小亮,赵强,邵静静

  针对全断面岩石掘进机(TBM)面临的深地高围压复杂条件下高效破岩技术与理论难题,系统探究了深地TBM 双滚刀破岩能量演化与耗散特征.基于Abaqus非线性有限元软件构建双滚刀侵入破岩数值模型,分析变围压条件下岩体损伤破坏过程与能量演化特征,研究围压、岩石单轴抗压强度、刀刃宽度、刀间距对岩体能量耗散的影响.研究结果表明:围压会显著改变岩体损伤破坏模式,围压较小时,岩体以纵向损伤发育为主导,围压增大会促进侧向损伤发育,出现拉剪复合断裂;围压为25MPa时,能量突变耗散速率达到峰值,最早进入能量稳定耗散阶段;岩石抗压强度与能量耗散呈非线性关联,贯入度大于1mm 时,岩石抗压强度为105MPa能量耗散率最低,该条件下岩石易发生破碎;在高贯入度条件下,增加刀刃宽度和刀间距可以促进岩体内部能量释放,提高TBM 掘进效率.研究成果可为深部工程TBM 掘进节能增效提供理论依据.

• 某破碎厚大矿体稳定性分析及结构参数优化研究

  彭跃金,欧志成,林元生,杨宁,欧任泽,王辉林

  保证采场稳定性是支撑破碎厚大矿体高效安全开采的基础.以某矿破碎厚大矿体开采为工程背景,围绕下向壁式充填采矿法在矿体回采过程中的采场结构参数开展优化研究,从主应力、竖向位移和塑性区3个角度重点分析了进路尺寸、进路布置形式及充填次数对采场稳定性的影响.研究结果表明:开挖区域顶板主应力近似呈均匀分布,最小主应力在上盘及邻近区域表现为拉应力,而最大主应力始终为压应力;采场顶板中央沉降量最大,上盘区域沉降亦较明显,下盘未见沉降,仅出现轻微鼓胀现象.推荐的最优结构参数为:进路尺寸3.0m ×3.0m,进路垂直交叉呈“十”字形布置,并采用一次全高充填工艺.工业试验表明,该优化方案可将采场损失贫化率控制在约5％,采矿成本控制在150元/t,有效提升了资源回收效率与经济效益,为矿山后续安全高效开采提供了可靠的技术支撑.

• 崩落法出矿巷道眉线破坏尺度对放矿效果的影响

  赵江东,温彦良,张冰洁

  为探究眉线破坏尺度对放矿效果的影响,基于随机介质放矿理论,采用物理相似试验方法,建立单分段端部放矿模型,从眉线破坏宽度和高度两个尺度开展眉线破坏下的放矿试验,通过达孔量法确定不同试验参数下放出体形态发育规律,并计算放矿损失贫化指标.结果表明:在相同截止品位放矿条件下,随着眉线破坏宽度的增加,回采进路方向放出体剖面宽度显著增加,而垂直回采进路方向的放出体剖面宽度无明显变化;眉线破坏宽度每增加0.5m,正面废石占比平均增加1.2个百分点,顶部废石占比平均降低0.5个百分点,矿石回收率平均降低0.6个百分点;眉线破坏高度增加时,放出体的发育方向以垂直方向为主,放出体的形态更为瘦长;眉线破坏高度每增加0.5m,正面废石占比平均降低0.2个百分点,顶部废石占比平均增加3.9个百分点,矿石回收率降低5.0个百分点;眉线破坏高度对于放矿效果的影响明显高于眉线破坏宽度.因此,在工程实际中,应优先采取措施避免和降低眉线在高度方向上发生破坏.

• 不同采矿工艺过渡区域组合型隔离矿柱的安全厚度研究

  罗才严,张庆嵩,王玉丁,龚永超,涂旭东,刘建超,李雷,马浩吉

  在由崩落采矿法开采转为充填采矿法开采时,过渡区隔离矿柱的形式与厚度对于矿山生产的安全和效率至关重要.以某金矿崩落法转充填法过渡阶段的矿山生产为背景,提出了一种锅底形隔离矿柱与水平隔离矿柱组合留设的方案,结合理论计算与FLAC3D数值模拟,分析了组合型隔离矿柱的安全厚度及其稳定性.研究结果表明,组合型隔离矿柱的下部水平隔离矿柱的理论厚度为30m,而锅底形隔离矿柱水平厚度为15m.依据最大不平衡力极值和开挖收敛平衡的计算耗时,发现在崩落法转充填法开采的过程中,地压活动总体稳定;在开采过程中,隔离矿柱的拉应力没有超过其抗拉强度,未出现塑性破坏贯通的现象,表明隔离矿柱具备良好的自承载能力,确保了崩落法转充填法同步开采的安全性;充填法的应用显著减缓了隔离矿柱的沉降速率,增强了采场的稳定性.但是,需警惕采场侧帮充填体的局部塑性破坏及上部潜在滑坡风险.

• 某露天转地下矿山保安矿柱厚度的确定和危险边坡预测

  王祥钦,尤祎,段进超,黄毅

  为了确定某露天转地下开采矿山的保安矿柱厚度和预测露天危险边坡,基于Rhino和FLAC3D软件,对该矿区的保安矿柱厚度、采矿方法的可靠性和地下开采结束后边坡的安全系数开展了数值模拟研究.首先,根据矿体赋存特征选择了地下开采的采矿方法,然后根据采矿方法对盘区进行简化建模,并确定相对保守的保安矿柱厚度.随后进一步以精细建模的方式划分盘区,确定选定的采矿方法的可靠性.最后再通过强度折减法搜索相对危险边坡,并确定地下开采结束后露天边坡的安全系数.结果表明,30m 厚的保安矿柱可以保证地下开采的安全生产;地下开采结束后盘区整体上处于稳定状态,选择的采矿方法合理可靠;地下开采结束后边坡安全系数为4,相对危险的边坡位于最终境界中部的北侧.

• 下向进路顶板充填体承载层与接顶层强度设计

  郑聪,乔登攀,龙赣,李子彬,李勇明,廉柏栋,杨天雨

  下向进路充填采矿法中,充填体顶板通常分为承载层与接顶层,其强度是保证进路回采过程中顶板稳定的关键因素.对下向矩形进路进行了受力分析,在考虑进路两侧均为充填体的情况下,结合复变函数矩形孔口应力求解方法与充填体单轴压缩变形试验、剪切强度试验,分别对进路充填体承载层与接顶层的强度进行了设计,并在云南某金属矿山开展现场工业应用以验证设计强度的合理性.结果表明,充填体侧压系数为0.29时,取矩形巷道宽高比为1.0,以安全系数f＝1.5设计承载层抗拉强度σt＝0.26MPa、接顶层抗压强度σc＝2.88MPa,井下采场回采与充填过程中未出现充填体侧向垮塌与顶板冒落现象,设计强度能够满足现场安全作业要求,预计可为矿山节约充填成本558万元/a.

• 超细尾砂充填材料流动性与强度的影响因素分析以及配比预测研究

  林卫星,江科,龚永超,贾皓琦,于振建,欧任泽,贾月飞

  以矿山超细尾砂为试验研究对象,通过坍落度、强度配比试验以及响应面分析法,探究自流和泵送工况下的料浆最佳质量浓度,分析影响充填体试块的抗压强度的关键因素,并采用NGO-BP神经网络模型预测试块强度.结果表明:泵压输送时最佳质量浓度约为74％,自流输送时最佳质量浓度约为70％;灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶20时,所有质量浓度的充填体7d强度均达到0.8MPa,28d强度均达到1.5MPa,满足强度要求;当灰砂比保持不变时,试块的强度会随着质量浓度的上升和养护龄期的延长而上升,在其他变量保持不变的情况下,灰砂比对试样强度的影响尤为明显,灰砂比越高,试样的强度也就越高;养护7d时NGO-BP神经网络较BP 神经网络预测的平均绝对误差(MAE )、平均相对百分比误差(MAPE )、均方差(MSE)、根均方差(RMSE)分别降低了0.47,0.70,0.96,0.66,决定系数(R2)提高了0.26,NGO-BP神经网络模型可用于指导生产实践的充填配比,为充填配比优化研究提供一种新的思路研究.

• 复合添加剂配比对粉煤灰基矿用充填材料性能的影响研究

  何国志,刘国磊,马秋峰,郝喜庆,胡海滨,刘歆瑜,白秉哲

  针对济宁某煤矿当前充填开采工艺充填体强度低、地表沉降量较大的问题,以粉煤灰为主料,石灰、β-石膏、水泥、片碱、复合添加剂(矿渣A 、AEA型膨胀剂B、水泥熟料C)为辅料制备充填材料,探究了添加剂配比对料浆流动性能、充填体单轴抗压强度、水化产物及微观结构的影响.研究表明,料浆流动性能与添加剂中各组分掺量的变化无线性关系,不同添加剂配比下,充填料浆初始流动度≥22.2cm,动力黏度≤218mPa·s,满足自流要求.当其他组分掺量一定时,随着A 、B、C 组分掺量的增加,不同养护龄期的充填体强度均呈现先升高后降低的趋势.不同添加剂配比下,养护28d的充填体水化产物基本一致,但衍射峰强度存在差异.A 、B、C 组分掺量的增加能够有效改善充填体密实度及孔隙发育情况,过量时微观结构出现劣化.当A 、B、C 组分掺量分别为14％、6％、8％时,充填体力学性能最优,早期(8h)强度及长期(28d)强度分别达到0.75MPa和4.33MPa,充填体密实度最高,流动性能优异.

• 固废基相变蓄热充填体性能试验研究

  芮鸿儒,刘音,刘伟韬,闵令冉,房昊,张贺

  为解决深部矿山地热灾害与建筑垃圾堆积造成的环境问题,采用废旧发泡混凝土作为一种新型多孔支撑材料,与固体石蜡结合制备相变蓄热材料,并以不同比例替代部分煤矸石(简称相变蓄热材料替代比)作为骨料,与水泥、粉煤灰共同制备相变蓄热充填体.通过扫描电子显微镜研究相变蓄热材料和相变蓄热充填体的微观性能,并探究不同相变蓄热材料下充填体的力学和热学性能.结果表明:所制备的相变蓄热充填体微观结构均匀致密,且定型效果优异,在较高温度下仍能保持稳定形状;综合考量充填体的力学性能、热学特性及材料经济性,发现当替代比为10％时,抗压强度、蓄热系数和导热系数虽存在一定波动,但比热容已趋于饱和.因此,将替代比控制在10％左右为最优选择.综上,试验制备的相变蓄热充填体在满足抗压强度要求的同时,具备良好的导热与蓄热能力,为深部矿山地热调控与固废资源化利用提供了可行的材料解决方案.

• 粉煤灰基泡沫混凝土试验研究及矿井充填工业应用

  钟兴昌

  为解决洛阳某金矿矿岩破碎区域上向进路充填采矿法的充填需求,采用粉煤灰基泡沫混凝土充填采空区.开展了坍落度试验和单轴压缩试验,探究粉煤灰掺量对充填体抗压强度的影响,并分析了粉煤灰基泡沫混凝土的胶凝机理.结果表明:泡沫混凝土可以通过发泡率(湿容重)控制其流动状态,不同水泥掺量的料浆坍落度值均控制在24~28cm 之间,此时料浆流动性良好,且无泌水现象;无论是否添加粉煤灰,泡沫混凝土试块强度均能满足上向进路充填采矿法的强度要求,但添加粉煤灰可使泡沫混凝土材料成本降低46.7％,粉煤灰基泡沫混凝土具备较好的应用前景;粉煤灰通过生成C S H 凝胶和钙矾石优化孔结构,提高了充填体后期强度.泡沫混凝土现场工业试验累计充填空区体积为525m3,充填材料成本约5.5万元,综合充填成本42元/t,充填料浆流平性好、无泌水,充填体强度与室内试验值一致,充填工业试验达到了预期效果,解决了矿山充填生产的燃眉之急.

• 云南省第三类矿产矿种调整研究

  柏杨,毕晓路,马劼,燕利军,王胜江,殷伟

  云南省第三类矿产种类较少,现有资源分布不均匀,基础设施建设时间和空间具有差异性,导致局部建设高峰时间段砂石骨料供应紧张;同时受生态保护红线影响,部分地区难以新立砂石土类采矿权,资源缺乏的县(市、区)需从邻区输入资源,大大提高了砂石骨料的使用成本.为了高效利用资源,缓解局部地区砂石骨料供应不均衡压力,依据相关法律法规、政策文件,参照其他省份第三类矿产划分经验,通过实地调研,从资源禀赋、市场经济性、已有使用情况3个方面进行评估研究,调增花岗岩、玄武岩、白云岩、凝灰岩、砂岩(其他)5个矿种为第三类矿产,调增矿种可作为资源缺失地区矿产资源补充,同时降低矿政管理风险,减少违法违规开采的行为,有利于砂石土类矿产资源的开发利用.

• 崩落法与充填法采场邻近井筒的稳定性及其影响因素分析

  李晓辉,丛宏章,张庆嵩,张腾飞,龚永超,郭卓越

  矿山井筒的稳定性对矿山开采过程中的安全至关重要.以某矿山崩落法采场与充填法采场邻近的1# 竖井为研究对象,构建了包含有底柱崩落法、无底柱崩落法以及进路充填法3种采场的三维数值模型,分析了不同采矿方法开采扰动对井筒稳定性的影响.研究结果表明,引起井筒破坏的主要原因是该竖井穿过的岩体地质条件差和开采扰动的叠加效应;进路充填采矿法开采引起的扰动对井筒最大变形值的影响程度最大,其次为有底柱崩落法开采引起的扰动,无底柱崩落法开采引起的扰动的影响程度最小,特别是当崩落采场同时进行回采时,开采扰动效应的叠加对井筒的变形影响更加显著.在综合考虑该矿山的现有工程条件的基础上,针对标高＋710m 至＋830m 中段井筒附近矿体的开采过程中可能面临的井筒破坏风险,对1# 竖井设计了帷幕注浆加固方案.该加固方案可保障1# 竖井在后续回采过程中的安全.

• 采空区变截面矿柱承载力学效应研究

  姜立春,韦柳婷,陈俊豪

  受矿岩禀赋和爆破施工质量的影响,变截面矿柱普遍存在于房柱法地下开采矿山中.为研究变截面矿柱承载力学效应,以某石灰岩矿变截面矿柱为研究对象,构建变截面矿柱力学模型,推导其应力和安全系数表达式,分别研究应力及安全系数与变截面矿柱直径d、变截面区半径R 等因素之间的关系,并分析应力分布特征.结果表明:变截面矿柱应力在变截面区域是逐渐变化的,应力幅值随着R 或d 的增大而减小;安全系数随着R 的增大而增大,且变化速率逐渐增大,随着d 的增大同步增大;与等截面矿柱相比,变截面矿柱应力分布更均匀,与顶板相接处应力传递效果更好,安全系数更高,稳定性更好.数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性.

• 基于多算法对比的岩石单轴抗压强度预测

  吴亚娟,黄德昕,温韬,贾文君

  合理有效地确定岩石单轴抗压强度对保障矿山岩体工程安全意义重大.基于两组包括纵波波速、施密特锤回弹值、点荷载强度、施密特硬度等间接指标的岩石单轴抗压强度数据集,选取PSO-BP、PSO-LSTM、CNN-LSTM、PSO-BILSTM 四种组合算法,通过7种评价指标综合评价最优的岩石单轴抗压强度预测算法.结果表明:PSO-LSTM 算法在两组数据集上的预测值与实际值拟合较好,各评价指标均较高;基于指标评分法量化分析各算法的预测性能,PSO-LSTM 在数据集一和数据集二上分别获得27分和21分的总高分,具有最高的预测精度.输入参数关联度分析显示,数据集一中点载荷强度对单轴抗压强度预测结果影响最大,关联度为0.7355;数据集二中抗拉强度对单轴抗压强度预测结果影响最大,关联度为0.8292.同时,各算法在数据集二上的预测效果更好,表明采用与单轴抗压强度关联度高的输入参数能够有效提高预测效果.研究成果可为岩石单轴抗压强度的确定提供参考.

• 基于牛顿-拉夫逊法优化CNN-LSTM 的 岩石抗压强度预测模型研究

  夏永西,刘艳章,黄诗冰,曹文耀,张贺,苏旭

  为提升岩石单轴抗压强度的预测效率与精度,提出一种基于卷积神经网络(CNN)与长短期记忆网络(LSTM)相结合的预测模型,并采用牛顿拉夫逊优化算法(NRBO)对模型关键参数进行优化.通过广泛收集包括点载荷强度、施密特锤回弹数、孔隙率及纵波波速的岩石物理参数试验数据,经预处理后保留381组有效样本,并进行可视化分析与异常值处理.采用CNN进行特征提取,LSTM 捕捉时序依赖,NRBO 优化学习率、正则化系数及隐藏层节点数等超参数. 试验结果表明,NRBO-CNN-LSTM 模型在测试集上表现最优,其决定系数达到0.98,均方根误差为6.27,平均绝对误差为4.82,显著优于其他对比模型,显示出更强的拟合能力与泛化性能.该优化模型能够有效融合岩石多源物理特征,实现高精度、高稳定性的单轴抗压强度预测,可为工程实际提供可靠的技术参考.

• 基于塑性区控制的拱形巷道二次支护方案研究

  刘树新,戴谦君,王译蔚,高文豪

  针对白音哈尔矿巷道围岩岩性坚硬,蚀变严重,稳固性极差的特点,提出了对巷道按照塑性区分布进行二次支护.对于破碎围岩,基于点荷载试验结果以及有关白音哈尔矿建井资料,根据Hoek-Brown强度准则,计算得到了岩体的物理力学参数.利用三种等效半径方式与芬纳公式、Drucker-Prager(D-P)准则公式计算拱形巷道的塑性区范围,并且计算出非均匀应力场中圆孔围岩塑性区边界卡斯特奈近似解.采用数值模拟的方法得到开挖以后的位移、应力、塑性区分布以及原始支护效果.根据原始支护下的巷道围岩塑性区分布,对巷道的顶板、顶角以及底板进行二次支护.结果表明,矩形外接圆等效半径法、D-P准则更加适用于白音哈尔矿巷道塑性区计算,结合数值模拟可知,含金蚀变岩较多地分布于巷道顶角区域.基于巷道塑性区分布进行二次支护后,巷道顶板与底板围岩变形量有了明显减小,顶、底板位移由原来的23mm 分别减小到8mm、10mm 左右,且顶板应力集中减小,塑性区范围显著减小,有助于防止巷道围岩发生剪切破坏.

• 不同预紧力作用下管索组合结构剪切力学特性研究

  王国梁,刘刚,宋威,肖圣超,单仁亮

  利用节理面间无摩擦的双剪试验装置,对锚索和新型管索组合结构(ACC)进行了剪切试验研究,分析了预紧力对两种结构抗剪性能的影响.试验结果表明,预紧力对锚索的负面作用效果要大于ACC,随着预紧力由100kN提升至300kN,锚索的抗剪承载能力最大降低14.82％,而ACC仅降低6.53％.利用有限元模拟深化研究ACC剪切变形特性,结果表明:预紧力越高,ACC峰值剪切荷载与破断位移越低,结构具有更高的抗弯刚度,试块强度被更早调动且试块局部更快失效;低预紧力条件下ACC破断位移大,其原因为相同剪切位移下,预紧力较低会使得结构剪切面位置拉伸变形更小,同时也会导致剪切面位置结构弯曲角度更大.

• 基于组合赋权二元语义的岩爆应急管理能力综合评价模型研究

  贺兵红

  考虑到深井矿山巷道岩爆应急管理能力评估的模糊性和不确定性,建立了基于组合赋权二元语义的综合决策分析模型.首先,以全过程危机管理(PPRR)理论为基础,遴选18个重要影响因素,构建岩爆应急管理能力的多层次评估体系;然 后,利用区间层次分析法、二元语义熵权法相结合的方式确定指标综合权重,基于二元语义原理,合理处理决策者语言信息,通过计算综合评估值,综合判定应急管理能力等级;最后,应用所建立的综合决策模型,以某铜铁矿为例,进行岩爆应急管理能力水平综合分析.结果表明,该矿山岩爆应急管理能力综合加权平均评估值为0.1694,属于“一般”等级,特别是对于应急预防和应急准备两个一级指标,其加权平均评估值分别为0.0493和0.1318,需进一步通过健全完善组织体系、加强隐患点排查、定期检查支护设施状态、加大生产措施费用投入等措施进行提升.研究结果为岩爆应急管理能力评价提供了新思路.

• 不同降雨条件下尾矿坝稳定性的研究

  宋志飞,吴文祥,尤洋,彭瑞雪,张博

  尾矿坝的稳定性直接关系到周围环境和人员的安全.降雨是影响尾矿坝稳定性的重要因素,在不同降雨条件下,尾矿坝的水文、力学特性和变形特征会发生显著变化.通过室内试验测定了尾矿坝的各土层力学参数和渗透系数.结合降雨条件下的孔隙水压力分布与渗流特征进行模拟分析,研究了不同降雨强度和降雨持续时间下的尾矿坝稳定性.结果表明,降雨强度越大、持续时间越长,水分渗透的深度和范围越广,坝体内部的应力分布发生明显变化,从而影响坝体的整体稳定性.降雨不仅会导致尾矿坝表层的湿度增加,以及土壤孔隙水压力上升,也会导致坝体分层结构之间的剪切力减弱,增加了坝体失稳的风险,揭示了尾矿坝在降雨作用下的失稳机制.研究结果为尾矿坝的设计和风险评估提供了参考.

• 细粒含量对铁尾矿静态液化特性的影响

  李武,许强,任凯驿

  细粒含量对土体静态液化特性的影响机制较为复杂,且深受土体性质的影响.鉴于长江上游的攀枝花地区存在大量铁尾矿库,深入理解其静态液化特性对于确保尾矿库的安全至关重要.因此,为探究不同细粒含量对攀枝花地区铁尾矿静态液化特性的影响,采用固结不排水三轴试验,对细粒含量为0、20％、40％、60％、100％的铁尾矿进行研究,主要分析细粒含量对铁尾矿应力应变行为、静态液化潜势和临界状态线的影响.试验结果表明:细粒含量对铁尾矿的静态液化特性具有显著影响;铁尾矿抗液化能力随细粒含量增加表现为先增加、后减小、再增加的复杂趋势,在该过程中存在两个阈值,其阈值会随着围压的增加而减小;由临界状态线可知,攀枝花铁尾矿在细粒含量为600％时最易液化.研究可为深入理解攀枝花地区铁尾矿库的静态液化特性提供参考.

• 基于演化博弈的矿山恢复治理模式研究

  李红兵,刘晓晓

  矿山的恢复治理工程是推动绿色发展的重要环节,研究相关利益者如何博弈和协调以推进矿山绿色发展十分重要.首先,从矿山恢复治理利益相关者视角,借助有限理性的演化博弈工具,构建矿山恢复治理地方政府、矿山企业、当地居民三方演化博弈模型.其次,引入湖南湘西某矿山公司实际运营数据,结合系统动力学对利益相关者长期动态博弈过程进行建模和分析,研究矿山恢复治理主体行为策略的影响因素.研究表明,政府对企业的补贴力度、政府对企业的惩罚力度、企业公关费、企业额外成本收益差和居民监督力度这5个影响因素均会对利益相关者的策略选择产生影响.从利益相关者的角度分别根据5个影响因素制定了矿山恢复治理的定向措施建议,以期为各决策者的矿山恢复治理策略提供参考.根据研究结果,有望提出矿山恢复治理最优的运行模式和可持续发展路径,促进矿山在经济、社会、环境上的可持续发展.

• 基于区间层次分析和模糊物元分析的钾盐矿采运装备方案优选

  高新,周勇,魏学谦,贺保龙,李畅,刘洋

  钾盐矿采运装备的合理选择关系到钾盐矿生产能力的实现及开采成本的控制.为了全面科学地优选钾盐矿采运装备方案,采用区间层次分析法构建了优选指标体系,并分析计算优选指标权重.以模糊物元分析法构建了钾盐矿采运装备方案多目标优选模型,对各备选的钾盐矿采运装备方案进行了综合相对优属度的分析计算.结果表明:购置投资、采运能力和采运成本等因素对钾盐矿采运装备方案优选影响较大,而污染物排放、操控性能及可靠性等因素对于钾盐矿采运装备方案优选影响相对较小;连采机＋柴油梭车的方案(方案2)综合相对隶属度为4个方案中最高,确定该方案为最优方案;方案２的采运费用、安全性、环保性均优于该矿前期使用方案,且采运成本和污染物排放分别减低了1.4元/t和6个百分点,安全性能提升了10个百分点.研究结果证明了区间层次分析法和模糊物元分析法可以对钾盐矿采运装备方案进行更加科学合理的优选,进而为钾盐企业提高经济效益和综合效益提供参考借鉴.

• 抗弯定向钻杆接头结构设计与性能分析

  刘时焰,舒将军

  在多分枝孔钻进作业中,定向钻杆接头因反复弯曲而频繁失效.利用有限元分析方法模拟了定向钻杆接头在弯曲载荷下的力学行为,得到了定向钻杆接头的应力分布规律,基于此,提出了一种新型抗弯钻杆接头结构,并通过有限元模型对比了其与普通钻杆接头在弯曲及抗弯曲载荷性能上的差异.结果表明,在相同弯曲角度下,抗弯钻杆接头的最大应力值降低了27％~60％;在100kN横向力作用下,抗弯钻杆接头的最大应力值减小了99MPa以上,可知新型抗弯钻杆接头在弯曲性能和抗弯曲载荷方面均优于普通钻杆接头.通过钻杆弯曲试验,得到了接头位置的详细应力分布数据,对比分析显示,试验数据与数值仿真结果的误差控制在12.52％以内,验证了数值模拟方法的有效性.研究结果为定向钻杆接头设计提供了优化方案,对减少定向钻孔作业中接头失效的可能性、提高作业安全性和效率具有重要意义.

• 落地式多绳摩擦式提升系统天轮动力学特性研究

  李卫民,王金颖,刘克宇,吴超,唐兆庆

  天轮装置是矿井提升系统中用来改变钢丝绳转向、支撑和传递动力的关键部件,其性能直接影响提升系统的运行安全与工作效率.针对矿井提升系统向大井深、高速化、重载化方向发展所带来的强冲击与高应力问题,以纱岭金矿1547.5m 深矿井提升系统为研究对象,优化提升系统天轮结构以降低其应力集中,保障提升系统安全稳定运行.首先,基于启动冲击最小的理论原则,采用梯形加速度控制曲线计算天轮关键运动学参数;然后,采用ABAQUS软件对天轮进行瞬态动力学分析;最后,对天轮结构进行优化设计以缓解其应力集中现象.结果表明,梯形加速度控制曲线能有效控制提升系统启动、制动阶段的冲击载荷;天轮在轮辐与轮缘、轮毂的连接处存在明显的应力集中现象,最大应力达3.576 MPa;在天轮结构的轮辐与轮缘、轮毂连接处引入过渡圆角可显著改善应力分布,当过渡圆角半径为４０mm 时,天轮所受应力值较原结构天轮所受应力降低了22.13％,即合适的过渡圆角设计能有效优化天轮结构的应力分布,提升矿井提升系统的运行稳定性和可靠性.

• 天井钻机钻杆自动输送技术研究与应用

  颜武刚,张连军,唐世浩,谭崎文,熊钰明

  针对传统天井钻机施工依赖人工辅助完成钻杆的搬运和输送,存在自动化程度低、劳动强度大、效率低、安全风险高等问题,为满足天井钻机单班无人化施工要求,提出了“钻杆输送钻杆抓取钻杆转运钻杆接卸”的自动化解决方案.首先,通过对天井钻机钻杆自动输送过程进行分析,明确了钻杆自动输送的功能需求和运动特点;其次,研发了钻杆自动输送装置和液压机械手,并应用有限元分析软件对其进行强度校核;最后,研究了自动输送液控系统及其控制逻辑,并通过现场应用验证了该技术的可行性.生产实践表明,天井钻机钻杆自动输送技术具有良好的定位精度、运动性能和稳定性,可准确、快速地输送、抓取、转运和存放钻杆,能够实现减少作业人数、降低安全风险和提升综合作业效率,满足天井钻机单班无人化安全高效施工的实际工程需求.

• 基于矿山机械设备多跳智能检索的OPCUA 信息解析方法

  姚胜卿,史义存,李凯,韩一搏

  为提升矿山机械设备基于OPC UA 网络通信协议的数据解析能力,提出了一种基于矿山机械设备多跳智能检索的OPCUA信息解析方法.该方法首先设计了一种针对矿山机械设备的多跳智能检索模型,通过融合GCN 和RoBERTa网络实现设备实体的多跳推理,从而推断未知的实体关系与属性.在此基础上,构建了基于OPCUA 的系统信息模型架构,将其划分为基础功能组件、生产设备信息模型、作业进度信息模型及安全监测信息模型等四个子模型,并对机械设备的传感器组件进行实例化解析.最后,通过对多跳智能检索模型进行试验分析,并对基于OPCUA 的智能系统信息模型进行测试验证.结果表明,相较于较优的MIMKGISI多跳智能检索方法,在短期语境下Hit＠1性能指标提高了1.7个百分点,Hit＠5性能指标提高了1.2个百分点,在长期语境下Hit＠10性能指标基本持平.

• 基于改进白鲸优化算法的矿山智能配矿技术研究

  王彦斌,李树芳,高婧琦,张磊

  为了提升矿山配矿效率和资源利用率,以白鲸优化算法(Beluga Whale Optimization,BWO)为基础算法,提出了一种结合混沌映射和Levy飞行策略的改进白鲸优化算法(IBWO),并与POS算法、WOA 算法、SSA 算法及BWO 算法的性能进行对比.结果表明,相较于其他４种算法,IBWO 算法的收敛速度和全局最优解搜索能力上表现出明显优势,收敛速度提升了31.2％~165.9％.配矿优化数值仿真试验结果表明,IBWO 算法在迭代31次时平均利润为25.06万元,利润提高了14.69％~17.93％.研究结果为矿山配矿优化提供了新的解决路径,有望为矿业生产中的资源高效利用和经济效益提升提供理论基础.

• 基于线性可变形卷积的煤矿输送带异物检测算法研究

  王瑞,司蕊,郝朝瑜,元永国

  针对煤矿输送带上的异物因形状特殊、特征不明显,导致现有机器视觉方法无法有效检测出异物的问题,提出了改进YOLOv11模型.首先,采用线性可变形卷积构建C3k2-LDC特征提取模块,使模型具备对不规则形状异物的特征提取能力;然后,引入边缘增强模块,采用多尺度特征融合策略,有效强化了弱特征异物的边缘信息;最后,提出基于WIoU 的损失函数优化方案,减少低质量数据样本对训练的影响.通过消融试验、对比试验、热力图及可视化分析,验证改进YOLOv11模型的有效性及鲁棒性. 结果表明:改进YOLOv11 模型的mAP50 为90.2％,相比RT-DETR、EfficientDet-D2、YOLOv8n、YOLOv11s模型分别提升了4.0,9.1,7.4,5.7个百分点;轻量化方面,改进YOLOv11模型的浮点计算量和参数量分别为6.8×109、2.6×106,检测速度为127帧/s,可在保证检测精度的基础上实现实时异物检测任务;相比原模型,改进模型对复杂异物特征的关注度更高,具有良好的鲁棒性.研究结果可为矿山安全管理提供技术支撑.

• 黄沙坪多金属选厂钼铋硫选矿工艺优化试验研究

  张永忠,肖舜元,何湛,纪道河,陈鹏飞

  针对黄沙坪多金属选厂因混浮工艺中过量使用硫化钠导致铋、硫分离困难,并产生大量低品位铋中矿堆存的问题,在对原矿工艺矿物学研究的基础上,开展了钼铋硫选矿工艺优化研究.结果表明,原矿含钼0.061％、铋0.048％,采用药剂B11和CK-S,通过“磨矿除铁钼铋等可浮钼铋粗精矿分离等可浮尾矿选硫”工艺流程,最终获得Mo品位为38.57％、回收率为45.10％的钼精矿及Bi品位为37.21％、回收率为68.38％的铋精矿;选钼铋后的尾矿经“一粗三精两扫”选硫流程,获得硫精矿的S品位为23.17％、回收率为32.66％的选矿指标.与原工艺相比,新工艺使Bi品位从4.86％大幅提升至37.21％,并新增硫精矿产品,实现了铋、硫的高效回收,有效解决了原工艺回收率低、资源浪费严重的问题.

• 矿石含水率对高压辊磨机粉碎效果影响的仿真模拟研究

  刘三阳,张成龙,赵礼兵,来有邦,吴照永,张迪,栗明媚

  优化高压辊磨机的粉碎效果对于提高矿石加工效率、降低能耗和提高产品质量具有重要意义.为探究矿石含水率对高压辊粉碎效果的影响,以冀东地区磁铁矿石为研究对象,采用颗粒表面能表征物料的含水率,结合SolidWorks建模和EDEM仿真,对不同入料含水率条件下高压辊与颗粒间的相互作用开展模拟研究.仿真结果表明,当颗粒表面能从０增加到25J/m2时,颗粒在高压辊中的粉碎效果呈先增强后减弱的趋势,颗料表面能达到20J/m2 时粉碎效果最优.不同入料含水率条件下的高压辊开路试验结果表明,入料含水率由0.11％增大到6％时,高压辊粉碎效果不断优化后变差,与仿真结果规律一致;入料含水率在1.5％~4.5％范围时,高压辊磨机粉碎后的产品粒度更细,粉碎效果较好.