矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第1期

• 高应力条件下深部巷道受循环扰动诱发岩爆特征试验研究

  李占金,刘紫琼,李群,梁锐,杨思浩,胡子浩

  深部工程爆破开挖等扰动容易诱发岩爆.为研究不同应力条件下深部巷道受循环扰动诱发岩爆的条件及岩爆特征,利 用含直墙半圆拱形贯穿巷道的花岗岩试件开展真三轴扰动岩爆试验,分析深部工程岩爆的发生条件、岩爆特征、声发射演变过程以及岩石内部能量演化特征.试验结果表明:扰动幅值大于10MPa时试件会发生岩爆,扰动幅值每增加10 MPa,从开始扰动加载到试件发生岩爆破坏的时间就相应减少30％左右,扰动幅值越大试件破坏越剧烈,岩石表面产生的剪切裂纹越多;循环扰动对剪切裂纹的产生与扩展起到显著的促进作用,扰动不仅增加了剪切裂纹的数量,还加速了裂纹的扩展速度;试件内部积聚的弹性应变能随扰动幅值的增大而提高,当试件发生破坏时,这些积聚的能量会迅速释放,导致试件破坏更加剧烈.

• 晒旗河磷矿岩爆防治注水参数优化

  王其虎,李炎,姚囝,伍蒙,骆效兵,黄兆云

  湖北宜昌晒旗河磷矿目前已进入深部开采,掘进工作面岩爆灾害频发,在工作面采用注水软化围岩,以防治岩爆,合理 的注水参数影响岩爆防治效果.对不同含水状态下的磷块岩进行单轴压缩试验,基于岩石强度脆性系数,分析了含水率与磷块岩岩爆倾向性的关系;采用数值模拟探究了工作面注水围岩含水率分布特征,确定了晒旗河磷矿掘进工作面最优注水参数.结果表明:当磷块岩含水率达到0.424％时,磷矿层处于中等岩爆倾向,并且再注水后强度脆性系数随含水率变化的程度不再明显;当注水时间为1h、钻孔深度为10m 时,有效湿润距离增长率最大,注水效果最优.研究结果可为改善磷块岩注水工艺参数、降低磷矿岩爆风险提供一定参考.

• 基于Ansys的行走履带脱附性能数值模拟研究

  邱显焱,王孟坤,陈秉正

  合理的喷嘴结构参数对于深海采矿车行走履带的脱附性能至关重要.以采矿车行走履带间黏附底质为研究背景,针对 喷嘴的结构参数和布局设计,运用Ansys软件对行走履带脱附效果进行数值模拟研究,从射流冲击履齿速度和履齿板表面动压分布情况进行计算分析,确定行走履带脱附的最优喷嘴参数.研究结果表明:当淹没深度为5000 m 时,喷嘴的空化作用非常不明显,深海淹没射流的喷嘴设计可不考虑空化效应;增加喷嘴直径能明显增大射流核心区长度,对于10 mm、20 mm 和30 mm 直径的直形喷嘴,射流速度分别在0.09 m、0.2 m 和0.31 m 左右开始快速衰减;采用7个直径为30 mm 的直形喷嘴且以90°的角度喷射时,行走履带的脱附效果最优.数值模拟结果可为深海采矿车海底行走履带脱附性能研究提供有力的理论依据.

• 机械化上向水平分层充填采矿法在缓倾斜薄矿体中的应用

  廖九波,曾令义,王宇

  针对贵州某萤石矿缓倾斜薄矿体开采难度大、机械化程度低、资源利用受限等问题,结合该矿体赋存特征和开采技术条件,推荐采用机械化上向水平分层充填采矿法回采,根据采场结构参数、回采工艺,使用Mathews稳定图法和数值模拟软件分析了采场的稳定性.结果表明,采场跨度、上盘及顶板暴露面积均小于理论极限,采场顶板沉降量介于0.96~4.32mm 之间,底部最大底鼓量为3.5mm,矿房所受最大压应力为9.8MPa,拉应力值远小于充填体抗拉强度0.44MPa,塑性区未形成贯穿,采场始终保持稳定;现场应用后,矿块生产能力达150t/d,采切比为12.96m/kt,损失率为10％,贫化率为8％,取得了较好的经济效益.

• 帕鲁特金矿破碎矿体嗣后充填采矿法采场结构参数优化

  刘大可,张浩强,郭翔,苏贺鹏,姜昌宏,谭杰

  针对帕鲁特金矿2230m、2170m 中段采场生产能力低、采切工程多、成本高、作业环境差、安全隐患多、风险高等问题,在岩石物理力学性能试验和RMR(岩体地质力学分类指标)的基础上,采用Mathews稳定图解法,得到了合理的采场尺寸;并将采场由原来的4个12m 低分段改为2个21m 高分段,以采矿宽度为变量,采用FLAC3D数值模拟“隔三采一”条件下采场的稳定性,确定最优的采场宽度为11~12m.工业试验表明,采用结构参数优化后,采场生产能力提高了20％,损失率降低了4.67个百分点,贫化率降低了3.25个百分点,千吨采切比降低了36％,且采场并未出现垮塌现象,达到了预期效果.研究表明:基于岩石物理力学性能试验和RMR岩石分类,采用Mathews稳定图解法和FLAC3D数值模拟优化采场结构参数并进行工业试验验证的方法具有较高的应用价值.

• 香炉山钨矿浅埋深点柱资源低扰动充填回采方案研究与实践

  吴飞,孙健,万林海,欧任泽,高涛,刘冬春

  为提高香炉山钨矿点柱资源利用率,控制浅埋深点柱资源回采而产生的影响,首先针对井下残留点柱开采技术条件进行分析,并结合目前常见的点柱回采方案及选取原则,确定了两种适用于香炉山钨矿浅埋深点柱资源的充填回采方案;然后通过数值模拟对各方案在埋深分别为50m、100m、150m、200m 的情形下,进行位移、塑性破坏计算分析;同时,为减少井下爆破振动对古建筑物的影响,计算了地下爆破许用最大单段药量空间距离的关系;最后,在香炉山钨矿井下610采场进行工业试验,对回采方案进行验证.研究结果表明,回采方案在实施过程中,地压、位移监测数据无明显变化,采空区稳定性良好,合计采出矿量约2.1万t,盘区采场空顶高度内残矿回采率达到了38.33％,取得了良好的经济效益.

• 某铜矿人工假顶条件下采场点柱参数优化研究

  彭晨鑫,黄德镛,段泽锋,史凯东

  矿山的采场结构参数是保证采场安全高效开采的重要因素.以云南省某铜矿Ⅰ号矿体为背景,通过工程类比法制定出4种不同的点柱尺寸,采用FLAC3D数值模拟软件对不同点柱尺寸下采场的位移、应力进行了分析.分析结果表明:开挖至第四分层时,4m×6m 与5m×5m 点柱方案超出采场所能承受最大拉应力,两方案排除;采用5m×6m 与6m×6m 采场所受拉应力均未达到极限状态,但长方形点柱优化效果明显好于正方形点柱优化效果,最终确定合理的点柱尺寸为5m×6m,该参数可为矿山的采场试验提供参考.

• 缓倾斜中厚矿体回采效果优化以及矿废运移规律研究

  高雄,陈旭,孙德宁

  为了探讨缓倾斜中厚矿体回采效果优化以及矿废运移规律,以草沟矿内－400m 中段至－360m 中段内缓倾斜中厚矿体为研究背景,设计了三种不同回采顺序的物理试验,研究回采顺序对矿体回采效果的影响,并采用离散元软件PFC2D研究矿废运移规律.结果表明:(1)回采顺序Ⅲ的矿石回采率为45.56％,矿石贫化率为19.29％,回贫差为26.27％,且相较于回采顺序Ⅰ和回采顺序Ⅱ的回贫差分别增加了1.95个百分点和4.01个百分点,因此回采顺序Ⅲ为最优回采方案,即交替回采3号、2号口上部崩落矿体三个循环后持续回采1号口上部崩落矿体,待1号口回采完毕后再交替回采2号、3号口上部崩落矿体;(2)在放矿前期,放矿口上方以及四周的矿废颗粒位移矢量均趋于放矿口轴中心,在放矿后期,放矿口上方矿废颗粒位移矢量逐渐向左倾斜;(3)在放矿开始前以及放矿结束后,矿废颗粒接触力链均处于平衡状态,在放矿过程中,矿废颗粒接触力链处于不平衡状态.

• 含水率与细颗粒含量协同影响下的矿石放出体形态特征研究

  张军,刘艳章,王文杰,孙明伟,武忠英,胡谱达

  矿石放出体形态是确定无底柱分段崩落法采场结构参数的基础,而矿石含水率与细颗粒含量是影响放出体形态的两大重要因素.以某铁矿崩落采场覆岩下矿石为研究对象,在矿石含水率为0~8％与细颗粒含量为5％~25％的条件下进行了放矿相似物理试验与数值模拟研究,将竖横轴比λ1、λ2 作为评价放出体形态的指标,探究含水率与细颗粒含量协同影响下的矿石放出体形态特征.结果表明:物理放矿试验与数值模拟放出体的λ1、λ2 值具有一致性.随含水率或细颗粒含量减少,放出体λ1、λ2 值随之减少,放出体形态越接近“倒水滴”形;反之,放出体形态越接近“椭球”形.当矿石含水率为0且细颗粒含量为5％时,放出体形态发育最好,放矿效果最佳;当矿石含水率为8％且细颗粒含量为15％~25％,放矿发生堵塞,放矿效果最差.当含水率为2％且细颗粒含量在5％~25％范围变化,或细颗粒含量为10％且含水率在0~8％范围变化时,放出体的λ1、λ2 值变化均最小,此时放出体形态受含水率与细颗粒协同影响最小.研究成果对无底柱分段崩落法采场结构参数的优化提供了参考.

• 某铅锌矿分段凿岩阶段矿房法采场稳定性研究

  段泽锋,黄德镛,贾子月,彭晨鑫,史凯东,陈治宇

  某铅锌矿采用分段凿岩阶段矿房法开采急倾斜中厚矿体,在保证采场稳定性的基础上,为进一步提高矿山开采的收益,以矿山的Ⅰ号矿体为研究对象,运用Mathews稳定图法对采场稳定性进行分析,通过计算稳定性系数、水力半径,得到顶板围岩和侧帮围岩的极限跨度分别为55.79m 和44m,说明现在的矿房跨度为50m 是合理的.结合计算结果,制定了不同阶段高度、顶板厚度的9种方案,运用FLAC3D开展9种方案的采场稳定性数值模拟研究,对比分析不同方案的最大主应力、最小主应力、顶板位移和塑性区分布.通过分析模拟结果可知:顶板厚度由之前的8m 优化为7m,阶段高度为40m 是最佳的参数配置,既可以保证采场稳定,又提高了矿山开采的收益.

• 基于低活性矿渣的充填胶结剂配方试验研究

  王旭,张荣荣,王长军,余胜利

  为了降低矿山充填成本,利用Timok金铜矿周边低活性矿渣及其他辅料,开展了充填胶结剂试验研究.采用正交试验得到最优配方为矿渣∶石灰∶烧碱∶脱硫石膏＝81.5∶10∶1∶7.5.通过XRD和SEM 分析方法研究了矿渣基胶结剂的水化机理.结合当地材料价格及加工成本测算矿渣基胶结剂的生产成本,并推荐其应用范围.研究结果表明,该矿渣基胶结剂的28d胶结效果稍低于当地水泥,其矿渣基成本较当地水泥可下降30％.在Timok铜金矿,将胶结剂应用于分段空场嗣后充填法采场的充填,可使胶结成本下降13％,年节约充填成本128.1万欧元,具备一定的应用价值.

• 基于ANSYSＧFLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管输状态数值模拟研究

  廉柏栋,乔登攀,杨天雨,王俊,李勇明,郑聪,高博,龙赣

  尾砂料浆从选矿厂向充填制备站的管输过程中,改变进料参数会使管道内的尾砂固体颗粒空间分布发生变化,进而影响料浆管输的安全性与稳定性.以云南某锡矿选矿厂向充填制备站进行管道输送的硫化矿尾砂为研究对象,通过流变试验获得尾砂料浆的流变参数,采用ANSYS-FLUENT数值模拟软件对尾矿料浆管输进行模拟计算与结果分析,并对底床层相对高度与进料参数的关系进行拟合,建立了底床层相对高度与进料速度及体积浓度的三维关系模型.结果表明:底床层相对高度与进料速度及体积浓度的三维关系模型拟合效果良好;大部分＋120目的较粗颗粒在底床层中有沉淤现象,120~200目之间的细颗粒在进料速度为1m/s时,部分在管道底部有沉淤现象,在进料速度为2m/s以上时分布于载体层中,－200目的更细颗粒均分布于载体层中;管道顶壁边界层中存在水以及部分极细颗粒与水形成的稀浆,共同形成边界层;尾砂料浆沿径向的体积浓度变化可分为4个区域,在管道底壁至载体底床分界面处存在梯度递减效应,在载体底床分界面至料浆径向体积浓度稳定不变处逐渐升高至稳定,在径向体积浓度稳定不变区达到最大值后保持稳定,径向体积浓度稳定不变处至管道顶壁处逐渐降低.

• 基于PSO-SVM 的尾砂仓储浓密机放砂稳定性分析

  袁子淇,黄腾龙,林敏,杨双有,陈久吾

  为提高充填效率,实现尾砂仓储浓密机的连续稳定放砂,结合矿山的实际情况以及静态、动态絮凝沉降的试验结果,采用粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)回归分析方法,建立了放砂稳定性预测模型,并利用混合加点法更新预测模型,通过寻优算法确定出最优参数,实现尾砂仓储浓密机放砂稳定性预测.以东辛庄铁矿为例,完成了基于PSO-SVM 的浓密机结构参数及放砂参数的最优方案,并进行工业试验验证.结果表明,泥层高度以及泥层高度、放砂浓度、浓密时间的联合作用对放砂稳定性的影响最大,PSO-SVM 预测模型预测放砂稳定性的精度较好,相对误差为1.36％.研究结果能为浓密机外形参数和放砂参数的选择提供理论依据,能有效提高浓密机的放砂稳定性.

• 矿井水对赤泥基充填体侵蚀性能的影响

  宋永明,李驰,高瑜,王晓荣

  赤泥作为矿山充填材料可解决其堆存问题,但矿井水中金属离子和酸根离子会侵蚀充填体,影响其稳定性.以补连塔矿和寸草塔矿为背景进行室内模拟试验,采用抗侵蚀系数表征矿井水对充填体抗压强度的影响,确定原材料的最佳配合比.分析充填体在矿井水中抗压强度的变化规律,通过抗压强度折损率、表观破坏路径等指标评价矿井水对充填体的侵蚀程度,并结合扫描电镜和能谱分析等测试手段,揭示矿井水对充填体的微观作用机理.结果表明:料浆质量浓度为56％,赤泥、煅烧高岭土、水泥的配合比为5∶4∶1时,试件28d抗压强度为1.98MPa,料浆的初始流动度为260mm,满足充填体性能要求且实现了赤泥的大规模消纳;经硫酸和氢氧化钠溶液浸泡28d后的试件抗压强度较纯水浸泡条件下分别下降7.3％和2.8％,对应的抗侵蚀系数分别为0.92和0.97;微观测试结果显示,充填体长期处于酸碱环境中,Si—O—Al键断裂,凝胶解聚,导致充填体抗压强度逐渐降低.研究结果可为赤泥基充填材料在矿井水中的工程应用提供理论参考.

• 基于RSM-FLAC的石墨矿采空区失稳概率定量评价

  叶海旺,邓毕军,陈东方

  在石墨矿开采过程中,由于石墨围岩的稳固性差,给矿山的安全生产带来了极大的威胁.针对现有响应面法计算石墨矿失稳概率未考虑岩体力学参数空间变异性的现状.首先,基于变异函数和协方差函数相结合的数理逻辑,解析各变量之间的关联关系,构建能够反映岩体参数空间变异性的区域化互相关随机场.然后,与破坏接近度指标相结合,构建裂隙岩体失稳的极限状态方程.最后,采用响应面法对采空区进行失效概率分析,实现考虑参数空间变异结构和响应面法的石墨矿采空区失稳风险定量评价.结果表明:蒙特卡洛法所计算的两帮失稳概率为17.67％,顶板失稳概率为30.19％;响应面法所计算的两帮失稳概率为17.71％,顶板失稳概率为29.57％.响应面法仅用蒙特卡洛法计算时间的1/4就得到较为精确的可靠度计算结果,简化了计算过程,提高了计算效率.

• 覆岩离层注浆充填降载减冲研究

  郭庆瑞,余波,孙振于,徐乐,谢红光,刘鹏,武智东,张娣

  我国部分矿区煤层顶板上方存在巨厚岩层,巨厚覆岩运动不仅会诱发冲击地压灾害,还会造成大能级矿震.分析了巨厚覆岩型冲击地压的发生机理,提出了覆岩离层注浆充填防治巨厚覆岩型冲击地压的思路.结合理论分析,采用数值模拟方法研究了覆岩离层注浆充填的降载减冲作用.研究结果表明,由于巨厚覆岩厚度大、强度大以及极限跨距大,覆岩悬露产生的应力集中程度和运动时产生的动载强度大,易发生冲击地压灾害;覆岩离层注浆充填能够充填离层空间,充填体与四周岩体共同支撑巨厚覆岩,减小巨厚覆岩的下沉,控制巨厚覆岩的破断和运动,从而降低动静载荷,达到减少冲击的目的.数值模拟结果显示,相较于未注浆充填,当注浆充填率为30％、60％、90％时,离层空间周边应力集中系数分别下降了8.89％、18.59％和35.96％,巨厚覆岩塑性区发育高度和破坏程度大幅度降低,表明覆岩离层注浆充填可达到降载减冲的目的.

• 多尺度复杂环境下的锚孔定位方法

  杨焜,王宏伟,张夫净,李进,张之好,李正龙

  煤矿掘进巷道锚护作业是影响掘进效率的关键因素,在干扰因素众多的巷道条件下,精准确定锚孔位置是提高锚护速度的关键环节之一.目前,大部分锚孔定位的研究对干扰因素的考虑较为单一,尚未研究多尺度变化下复杂因素对锚孔识别的影响.对此,提出一种改进的YOLOv8s多尺度复杂环境下的锚孔定位方法.首先,根据巷道实际锚护情况总结了光照强度、粉尘浓度、水雾浓度、拍摄距离等影响锚孔定位的4种主要因素,并建立三级影响尺度,通过各影响因素的组合构成初始数据集,锚孔识别前先进行图像预处理操作,对图像整体质量进行优化.然后,对YOLOv8s深度学习网络模型进行改进,增加了多尺度空洞注意力机制(MSDA),提高了模型在复杂条件下小目标的特征提取能力.最后,将锚孔中心的像素坐标经过运算后,求得其实际三维坐标.结果表明:改进YOLOv8s模型的平均检测精度达到91.6％,相较于YOLOv8s模型提高了5.3个百分点;改进YOLOv8s模型有更好的检测能力,能够在不同尺度组合影响因素的干扰下准确检测出图像中的锚孔位置;改进YOLOv8s模型每秒处理图像的帧数保持在171帧,可满足模型检测功能的实时性要求.

• 采动诱发近距离煤层覆岩损伤演化规律及模拟研究

  邵轩,陈林林,史开文,陈结,蒲源源,黄慧琼,许乐

  为研究采动下近距离煤层覆岩损伤效应及覆岩移动失稳破裂特征,以神东矿区某近距离煤层开采为背景,采用损伤理论分析了采动下近距离煤层覆岩失稳变形特征及微震时空演化规律,探讨了考虑微震监测数据的近距离煤层损伤特征,采用3DEC软件模拟研究了采动下近距离煤层覆岩失稳破裂及应力传递规律.结果表明:覆岩损伤演化随着上下煤层工作面距离不断靠近而增加,不同监测方案下最小损伤度为0.31,最大损伤度为0.77;检修过程中微震事件无明显增加或降低趋势,煤矿开采过程中随上下煤层工作面距离靠近微震事件数不断增加;下煤层工作面不断推进造成覆岩位移增加,最大覆岩位移为45.9cm.研究结果对类似近距离煤层开采覆岩稳定性控制及煤矿安全高效开采具有重要意义.

• 渗流-应力耦合作用下砂岩蠕变特性与损伤特征研究

  许江,崔梦芹,彭守建,陈奕安,饶豪魁,曹琦

  为降低渗透水压作用下蠕变对工程长期稳定性造成的不利影响,利用渗流应力耦合伺服控制加载试验系统开展不同水力梯度下的蠕变试验,探究砂岩的流变特性和渗流特性;结合三维数字图像相关技术(3D-DIC),研究砂岩的微裂纹演化规律及变形局部化特征;同时基于CT扫描技术探究砂岩的裂纹损伤特征.结果表明:(1)水力梯度越大,蠕变变形量越大,微裂纹发育扩展速率更快,应变场云图变化越明显,相较于轴向应变场云图,径向应变场云图中更早出现较大应变点和应变局部化特征;(2)水力梯度越大,应变增量越大,应变变化速率越快,砂岩蠕变寿命越短,通过建立虚拟应变片,发现砂岩局部破坏带内外的应变变化不一致,表明砂岩蠕变变形过程中存在局部化特征;(3)低水力梯度下,孔裂隙更多被压密闭合,渗流通道减少,流量不断减小,高水力梯度下,损伤不断积累,渗流通道增多,流量出现增加现象;(4)通过CT扫描可知,3条主裂纹贯通整个试样,引导砂岩破坏,同时生成次生裂纹,促进裂纹扩展,靠近砂岩的加载端,施加的渗透水压更大,砂岩上部分衍生出的次生裂纹更多,形成复杂的裂纹网络结构.

• 珊瑚钨矿岩体质量分级与基于Hoek-Brown强度准则的岩体强度估计

  雷显权,刘福春,熊有为,张军,刘恩彦

  岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数.结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得准确可靠的岩体强度参数.研究结果表明:(1)灰岩岩体的优势节理面走向为NNW-SSE或NW-SE,倾向为NE或SW,倾角较大,体积节理数Jv 为7.07~9.88条/m3,完整性系数Kv 为0.55~0.63,岩体总体较完整;(2)灰岩岩体的[BQ]值、Q 值和RMR89值分别为380.96,5.58和59,岩体质量等级为Ⅲ级或一般;(3)根据BQ 分级结果,当巷道或采场跨度小于5m 时,围岩可基本稳定;根据Q分级结果,巷道或采场的最大不支护跨度约为6.35m;根据RMR分级结果,当巷道或采场跨度为5m 时,围岩平均自立稳定时间可达7d;(4)基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得了灰岩岩体的Hoek-Brown强度参数和等效Mohr-Coulomb强度参数,为采矿设计和岩体稳定性分析提供了准确可靠的力学参数.

• 横观各向同性黏弹性岩体位移反分析的唯一性研究

  张志增,余浩然,刘晓丽,宋丹青,刘伟建,史砚青,龚凯,葛磊

  为了研究黏弹性岩体位移反分析的唯一性问题,根据弹性和黏弹性对应原理推导了横观各向同性黏弹性岩体中的圆形巷道的径向位移解析解,根据参数可辨识条件研究了横观各向同性黏弹性岩体位移反分析的唯一性.结果表明:仅知道测点位移不能唯一地反演出全部参数,至少需要已知3个岩体力学参数,才有可能唯一地反演出其他岩体力学参数;竖向初始地应力与横向初始地应力的取值对反分析的唯一性有显著影响;待求参数越少,参数的可辨识性越强;初始地应力参数的辨识性最优,其次是泊松比、各向同性面上的弹性模量和黏性系数,各向同性面法向上的弹性模量与黏性系数最差.研究结果为岩体参数的反分析计算提供了理论依据.

• 本溪某铁尾矿絮凝剂沉降过程优化及细观结构研究

  王丹,张艺邺,王宁,胡国光,冉迪

  为了解决本溪某选厂铁尾矿沉降慢的问题,通过絮凝剂优选试验选择合适的絮凝剂,运用单因素试验探究了矿浆质量浓度、絮凝剂单耗和矿浆pH 对絮凝沉降的影响,对沉降过程的细观结构进行显微观察,总结了铁尾矿的沉降规律.结果表明:自然沉降在600min时基本结束,到达沉降临界点后的沉积物还会经历主固结阶段和次固结阶段,主固结阶段在2000min时结束,次固结阶段在3500min时结束,澄清层高度随即保持稳定;在絮凝剂为阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)、矿浆质量浓度为15％、絮凝剂单耗为20g/t、矿浆pH＝9的情况下絮凝效果最好,此条件下的10min含固率为233.13mg/L,10min沉降率为67.15％.

• 风速对低凹露天矿装载扬尘扩散和质量浓度影响研究

  蒋玉文,柯丽华,张光权,余晓轲,贺振祥,黄兆云

  为了降低低凹露天矿装载扬尘对作业人员职业健康的不利影响和制定有效的降尘措施,基于气固两相流理论,采用欧拉拉格朗日模型,利用Fluent数值模拟软件,探究了不同风速对低凹露天矿临近边帮处装载扬尘扩散和质量浓度分布的影响.研究结果表明:风流经过台阶后发生流动分离,形成了低速湍流区、逆时针结构漩涡和车厢内顺时针小漩涡,使露天矿－12m 水平采装工作面和矿车车厢附近的流场结构非常复杂;随着风速的增加,装载扬尘在车厢里的聚集时间缩短,装载扬尘扩散速率增大,沿X 轴扩散污染影响的距离增加,结构漩涡内聚集的最大扬尘质量浓度明显降低,车厢内扬尘质量浓度高于100mg/m3,在呼吸带高度处的扬尘质量浓度沿程递减,且扬尘质量浓度降低幅度减小.根据数值模拟结果和职业接触限值8mg/m3,确定装载扬尘污染影响较严重的区域为车头前方15m 以内,并制定了采用雾炮车、洒水车降尘和配备防护装备等措施,获得了较好的除尘效果.

• 抓斗卸料气幕隔尘与负压吸气综合抑尘研究

  苏东波,孟文俊,张汉中,李佳琦

  针对抓斗卸料过程中粉尘扩散现象,将气幕隔尘与负压吸气技术相结合,采用CFD-DEM 双向耦合仿真方法,对四周环绕气幕隔尘与负压吸气综合抑尘系统进行研究.通过四周环绕气幕隔尘性能仿真研究得出,气幕射流速度大于8m/s时可以实现粉尘的有效阻隔.同时,基于负压吸气理论,通过CFD流体力学方法,推导出吸气口气流质量流量与卸料时间的关系式,建立抓斗卸料仿真模型,通过仿真提取卸料平面流场分布及隔尘料斗口平面逸出含尘气流质量流量,以反映料斗内部含尘气流的运动情况,通过试验对比分析加装气幕及负压吸气装置前后卸料粉尘运动规律及抑尘效果.结果表明:与传统抓斗相比,加装气幕及负压吸气装置后,料斗口粉尘质量浓度最大值降低了738.3mg/m３,降低了约95.3％,粉尘完全沉降时间缩短了60％,为高效解决卸料粉尘扩散问题提供了参考.

• 综掘面不同人员活动区降尘风流智能调控研究

  龚晓燕,李宇杰,常虎强,刘壮壮,陈龙,付浩然,王新雨,王帅

  目前传统的综掘面“通风总量”控制方式不能动态调控降尘,而且降尘过程中没有考虑人员活动区通风环境,造成了工作区粉尘聚集.因此,建立了风流与粉尘气固耦合的有限元计算模型并进行井下验证.根据粉尘运移分布规律及井下人员活动范围,划分了不同的人员活动区.模拟获取不同风流智能调控方案的粉尘质量浓度样本数据,利用K-means算法对数据进行离散化处理.基于免疫遗传算法,将降尘方案作为抗体,不同人员活动区粉尘质量浓度作为抗原,开发了不同人员活动区的风流智能调控降尘方案获取算法.以陕北某矿为研究对象,获得了人员处于粉尘聚集区(5~15m)的最优降尘方案:出风口口径1.2m、水平偏转5°、距迎头5m.对该方案的降尘效果进行测试验证,结果表明:在试验平台应用该方案后,粉尘聚集区的平均粉尘质量浓度由原来的163.77mg/m３降至91.32mg/m3,降低了44.24％,司机位置处粉尘质量浓度由原来的161.94mg/m３降至78.90mg/m３,降低了51.28％.在井下应用该方案后,粉尘聚集区的平均粉尘质量浓度由原来的182.81mg/m3降至113.94mg/m3,降低了37.67％,司机位置处粉尘质量浓度由原来的179.65mg/m3降至101.27mg/m3,降低了43.63％.

• 多源固废联合碳酸盐矿化菌对西北干旱矿区土壤改良协同固碳效果研究

  尚海丽,杨宏宇,郑春丽,邱守文

  为了改善西北干旱矿区土壤养分贫瘠和碳固存能力有限的问题,结合田间试验和静态箱法,利用多源固废(煤矸石和污泥堆肥)联合碳酸盐矿化菌改良采煤沉陷区的砂质退化土壤.结果表明:添加多源固废和碳酸盐矿化菌促进了紫花苜蓿生长及其根系的发育,提高了紫花苜蓿的碳氮含量;多源固废联合碳酸盐矿化菌显著提高了土壤碳氮含量和土壤微生物碳氮代谢相关酶的活性,且多源固废与碳酸盐矿化菌联合的改良效果优于单独施加菌剂;添加固废和碳酸盐矿化菌后,砂化土壤的净生态系统交换速率(NEE)均降低,生态系统总初级生产力(GPP)均提高.结构方程模型表明,多源固废和碳酸盐矿化菌的添加是影响GPP的重要因子.因此,多源固废协同碳酸盐矿化菌在西北干旱矿区土壤修复中具备提质增效、固碳减排的应用潜力.

• 潜孔钻机冲击频率采集系统研发与应用研究

  谢科尧,侯晓倩,孙远朋,刘殿书,屈晨亮

  针对露天潜孔钻机冲击频率采集问题,基于TAIYE-３９０-Ⅱ分体式液压露天潜孔钻机钻进声信号特征,分析了冲击频率采集系统及采集方法,在恒风压、恒轴压条件下开展钻进声学实验及炮孔窥视实验,对系统稳定性及冲击频率在岩体结构面识别的可行性进行研究.结果表明:６kHz为冲击段波形最明显的信号优势采样频率;基于Hilbert变换、变分模态分解(VMD)及SavitzkyＧGolay滤波的钻进过程声信号冲击频率采集方法可准确提取钻进实时冲击频率,误差控制在1Hz;冲击频率对岩体结构响应较为明显,在遇到各类结构面时,冲击频率数值会下降1~3Hz.研究结果在潜孔钻机冲击频率采集和岩体结构面识别等方面具有重要的理论意义和应用价值.

• 平板磁选机平面挤压磁系结构参数优化研究

  莫民坤,滕家皇,梁超旭,黄福川

  为了提高平板磁选机的磁场性能并降低制造成本,运用有限元法、响应面法和多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)对平面挤压磁系结构设计参数进行多目标优化分析.首先,以挤压磁系设计参数为变量,进行响应面分析试验设计,并通过数值模拟计算面积场强和磁体效率密度的响应值,构建目标函数的回归模型,并用方差分析评估各回归模型的拟合精度.然后,构建以面积场强、磁体效率密度和磁极数量为目标的多目标优化模型,计算Pareto解集获得一系列优化方案.研究结果表明:面积场强和磁体效率密度的回归模型拟合精度较高,具有良好的预测能力;Pareto解集揭示了面积场强与磁体效率密度、磁极数量之间存在冲突关系;多目标优化模型与仿真结果误差值范围为0.73％~5.30％,验证了多目标遗传算法用于平面挤压磁系设计参数优化的可靠性.

• 基于物联网的拉斯邦巴斯矿山数字运营中心运维实践

  吴立活

  拉斯邦巴斯(Las Bambas)高海拔矿山地理位置偏远、环境恶劣,基于Las Bambas矿山迈向智能化矿山的核心需求,以及不利于在现场直接部署大量人员参与矿山运营等诸多问题,剖析Las Bambas矿山运营价值链上的所有功能支持,对现有智能化系统进行审查优化,建立Las Bambas矿山数字运营中心,并对其实施效果进行总结分析.结果表明:矿山数字运营中心的建立提升了矿山运营的数字化、自动化、智能化水平,简化了工作人员审批流程,实现了100％的远程集成操作;数字运营中心实现了人员、设备、环境的安全集成管理,有效率达97.7％,疲劳预测准确性达94.7％,重型卡车撞击初级破碎机结构的次数减少了90％;矿山生产的20个岗位的角色变化,涉及63位员工的现场迁移,实现了流程整合与现场工艺调度的远程处理.研究结果可为同类型高海拔偏远地区的矿山在人员缩减、远程办公调度、数字运营等方面提供参考.

• 提高某钨钼铋多金属矿钼选矿回收率的试验研究

  李杰,祁忠旭,纪道河,陈学松,王传龙,孙大勇,朱志伟

  针对湖南某钨钼铋多金属矿原矿含磁性铁、钼品位低且波动大、泥质脉石含量高等特点,为提高钼选矿回收率,开展了选矿工艺及药剂制度优化试验研究.研究结果表明:采用“先磁后浮—钼铋等可浮—混合浮选剩余硫化矿”工艺,CD-N 为调整剂,B-８与丁黄药组合为硫化矿捕收剂,F6为起泡剂,可获得较好的选矿指标.选钼闭路试验获得Mo品位为3.46％、Bi品位为2.03％、Mo回收率为85.40％、Bi回收率为80.05％的钼铋混合精矿,较现场生产条件下钼回收率提高了近5个百分点,实现了钼的高效回收.且新药剂体系不影响后续白钨浮选,为该钨钼多金属矿后续选厂改扩建提供了技术依据.

• 都龙矿区磁铁矿和磁黄铁矿高效分离降低锡损失试验研究

  陈华萍,兰希雄,谢贤,符海桃,黄渝芝,王丛正

  华联锌铟选矿厂产出的铁精矿的主要成分是磁铁矿和磁黄铁矿,存在含硫超标、品质差、销售价格低,铁精矿中锡金属损失率偏高等问题.采用铁粗精矿＋弱磁＋预先脱磁＋分级再磨＋预先脱磁＋浮选脱硫＋磁选的工艺流程,实现了磁黄铁矿和磁铁矿高效分离.最终得到铁品位为66.62％,含硫0.65％的高品质铁精矿,产出含硫25.61％,硫回收率96.06％,含铁59.52％的高铁硫精矿,同时降低了铁精矿中锡的损失率,产出锡富集比为3.69倍的硫中矿,从而降低了锡金属的损失.

• 复合式干法分选技术对准东煤除铁效率的影响研究

  马风兰,熊赛,王鹏,程泽宁,王婷婷

  受独特的成煤环境影响,准东煤中碱金属、碱土金属元素含量高,部分矿区伴有高铁、高钙等问题,这些元素在煤的燃烧过程中会导致锅炉结渣沾污,极大限制了准东煤的开发利用.为了实现准东煤的高效清洁利用,从根本上减少准东煤中碱金属以及铁的含量,通过论证发现,煤灰中Fe2O3 主要来源于煤的伴生矿物,因此通过分选降低煤灰含量,可以在一定程度上脱除煤中铁元素.对现有较为成熟的几种分选技术进行了对比分析,受制于准东煤田西黑山矿区煤质较脆,遇水易碎的特点,难以通过湿法分选技术对其进行提质利用;磁选技术设备成本高且入料粒度小,不仅增加破碎成本,也不符合煤矿实际生产销售情况;复合式干选机利润水平、产量较高,符合煤矿实际生产需求,推荐选用复合式干选机分选技术对矿区原煤提质降铁.复合式干选机分选技术可以降低研究区原煤灰中约30％的Fe2O3,将分选后的精煤进行脱粉处理,可将精煤中的铁元素含量降至20％以下,从而满足市场需求.

• 基于遗传算法优化的LightGBM 浮选尾煤灰分预测模型研究

  韩杰,王然风,付翔,王珺,魏凯,张茜

  为了提高煤泥浮选过程灰分在线检测的水平,研究了煤泥浮选过程中尾煤灰分的预测,并建立了基于遗传算法优化的LightGBM 浮选尾煤灰分预测模型.通过采集的生产过程数据,包括矿浆流量、浓度、起泡剂量、捕收剂量和干煤泥量,构建了模型训练数据集,并对模型进行了测试验证.试验结果显示,该模型预测结果的平均绝对误差为0.72,比未优化的LightGBM模型提升了11.1％的预测精度,相较于其他模型,GA-LightGBM 模型预测结果的平均绝对误差降低了15.8％,进一步证明了所建模型在尾煤灰分预测精度上的有效性,为实现智能化浮选提供了新的技术支持.