矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第2期

• 矿山深部破碎站右侧硐段应力结构性破坏研究

  薛晓强,段振国,张立立,孟森,张思达,辛杰

  为解决深部破碎站右侧硐段开挖后可能引发的应力结构性破坏问题,使用无人机采集了掌子面地质条件和岩体产状信息,结合显式离散元数值模拟软件3DEC构建了深部破碎站右侧硐段的三维岩体结构数值计算模型,探究深部岩体在高应力条件下的变形特征、破坏机制和失稳模式,并提出防治措施.研究结果表明,该硐段的围岩稳定性受到红褐色花岗岩地层和灰黑灰色片麻地层接触区以及地应力场的双重控制,导致硐段应力结构性破坏的原因是破碎站开挖卸荷导致JSet＃2与JSet＃3节理组与开挖面易形成不利块体.因此,对于节理发育的硐段,应力结构性破坏灾害是破碎站开挖后需要特别关注的围岩稳定性问题.建议采用“优化开挖参数＋联合支护形式”的方法,从表层、浅层和深层3个层次系统地控制破碎站开挖卸荷后的应力结构性破坏.

• 基于DEMATEL-ISM 的深部矿山充填管道磨损风险影响因素分析

  张振华,杜兆文,陈学华

  为更好地揭示深部矿山充填管道磨损致因,基于文献分析法、标准法和专家讨论法,归纳识别了12个风险影响因素.应用DEMATEL(决策实验室分析法)和ISM(解释结构模型)集成分析法,通过对指标因素数据进行处理,确定指标因素影响程度和指标因果属性特征,并将各影响因素按照直接、过渡、根本3个阶次进行分解,构建多层级递阶结构模型.结果表明:DEMATEL-ISM 法能够较为全面客观地体现指标因素的关联性,相应的递阶结构可以划分为4层3阶,其中管道内径、充填倍线为根本致因和关键影响因素;管道绝对粗糙度、粗颗粒占比、料浆质量浓度、料浆流速与临界流速之比、充填料浆腐蚀性等是过渡致因;偏斜率、加权平均粒径、管道铺设质量、骨料形状等是直接致因.研究结果可为制定针对性措施预防和降低管道磨损失效提供理论参考.

• 大冶铁矿两中段接续开采关键工序设备调度和采场布置优化

  王其虎,徐天超,张增贵,张国权,张勇,丰庆

  大冶铁矿正处于－270m 中段与－360m 中段接续开采阶段,－270m 中段剩余矿量已不足,-360m 中段投产初期将面临采场生产能力不足的问题.根据上向水平分层充填法和分段凿岩阶段出矿空场嗣后充填法的工序特点,基于大冶铁矿－360m 中段各采场分布、回采工序、回采设备现状,建立了回采设备调度优化模型,运用遗传算法模拟出最紧凑的工序排布,基于设备利用率函数求解出最大同时回采的采场数,并提出了单中段、两中段两种开采方案.结果表明,当－270m 中段可同时回采采场数为3、－360m 中段可同时回采采场数为５时,日产能达到最大值4218t/d.两中段开采方案的开采效率高,出矿能力稳定,生产能力达到143.7万t.优化后的两种开采方案有助于解决大冶铁矿在两中段接续开采期间产能不足和产量不稳定的问题.

• 某铁矿床充填采矿方案优选及采场结构参数优化

  梅林芳,邓朋,何志义,毛少波,宋卫东

  为优选某高价值铁矿床的充填采矿方案及优化采场结构参数,结合该矿床－120~－180m 阶段的开采技术条件,将采矿方案优选视作一个典型模糊决策问题.采用层次分析法得到的11个指标权重,结合模糊数学进行综合评价,优选出某铁矿采矿方案为分段凿岩阶段空场嗣后充填法.基于数值模拟对优选的采矿方案的4种采场结构参数进行优化,模拟结果表明:在矿房回采过程中,各方案拉伸破坏明显,矿柱与顶板汇合处均出现应力集中现象,方案Ⅱ的采场两帮中心监测点最大水平位移和顶板中心监测点最大垂直位移分别为9.4mm、9.6mm;在矿柱回采过程中,各方案剪切破坏明显,方案Ⅱ的采场顶板中心最大垂直位移为28.0mm.从安全、经济角度比较出某铁矿最优采场结构参数为矿房宽度15m、矿柱宽度15m.该方案与优化的采场结构参数在矿山生产中取得了良好的经济效益.

• 高阶段充填采场顶板稳定性及支护参数优化研究

  王社光,向伟华,赵兴东,路燕泽,于庆磊,蔺增元,张鹏海,杨学瑞,王立杰,曲效成

  在地下金属矿山开采中,采场顶板稳定性直接关系到高阶段充填采场的整体安全.以中关铁矿两类不同高度采场为工程背景,通过测试未受采动影响下预控顶巷松动圈范围,选取合适的长度锚杆,提出4种不同排距的“预应力长锚索＋锚网喷”联合支护方案,模拟对比分析在不同锚索排距条件下,多重采动过程中采场顶板稳定性,以确定最优锚索排距等支护参数.结果表明:30m 高度采场预控顶巷帮部松动圈范围为1.6~2.0m,60m 高度采场松动圈范围为1.4~2.3m,选取锚杆长度为2.4m;当锚索排距分别为3.5m、2.5m、1.5m 时,30m 高度采场支护控制效果较无锚索、锚索排距3.5m、锚索排距2.5m 分别增长37.15％、37.50％、26.25％;当锚索排距分别为5m、4m、3m 时,60m 高度采场支护控制效果较无锚索、锚索排距5m、锚索排距4m 分别增长36.65％、34.00％、30.35％;综合考虑经济成本及施工强度,确定30m 和60m 高度采场预控顶巷锚索排距分别为2.5m 和4.0m.经工程实践验证,回采过程中未发生垮冒,稳定性较好,回采率88.25％,贫化率10.39％,可进一步推广应用.

• 某铅锌矿脉外巷道支护参数设计优化研究

  覃美满,寇向宇,廖宁,董培林,魏星,张柏

  针对某铅锌矿脉外巷道支护出现局部支护参数过大、支护耗材量过多导致较长的支护周期和较高的年支护成本等问题,以该矿2416分段12~15线区脉外巷道支护为工程背景,基于岩体质量评价和试验测定岩体相关力学参数等理论分析,运用数值模拟和现场试验相结合的方法对比支护效果和成本,得出最优支护方案.结果表明:采用“锚杆＋钢塑格栅网＋双筋条＋喷砼”的联合支护方式能够满足该矿脉外巷道使用期限内的稳定性,其中锚杆选用长度为2.4m、直径为18mm 的树脂锚杆,采用MSCKa树脂锚固剂,锚杆间排距为1.1m,钢塑格栅网规格为4.5m×2.5m、孔网为6cm、抗拉载荷为60kN,双筋条直径为6mm,喷射砼强度为20MPa,平均节约支护成本599.46元/m.研究结果可为类似矿山的井下巷道支护设计提供借鉴与参考.

• 基于岩爆防治的鄂西磷矿脆性直接顶板巷道断面形状优化

  周俊宝,王其虎,姚囝,骆效兵,伍蒙,张震,凌济锁,黄兆云

  岩爆是困扰鄂西地区磷矿安全开采的主要技术难题,为了降低鄂西磷矿脆性直接顶板岩爆风险,以晒旗河磷矿＋80m工作面为研究对象,分析了不同巷道断面形状在脆性直接顶板矿山的适用性,并提出了利于岩爆防治的倒梯形断面方案;采用数值模拟手段研究不同断面形状下围岩应力、弹性能和位移分布特征,优选出最优断面形状,并优化设计出相对安全经济的断面参数,最后在工作面现场进行工程验证.结果表明:对于脆性直接顶板矿山,矩形断面顶板应力集中最显著;正梯形断面顶板沉降较大,而倒梯形断面顶板应力分布相对均匀,其顶板应力和弹性能得到了明显释放,从而降低了岩爆风险,故倒梯形断面为最优断面形状,其最优断面参数上底宽为3.4m,下底宽为3m,高度为4m;巷道断面优化后的工作面现场直接顶板岩爆现象明显减弱,为鄂西地区类似矿山巷道岩爆防治提供了成功范例.

• 基于RSM 的高浓度膏体充填材料配比优化试验研究

  张培森,鞠照强,胡昕,许大强,肖鹏,徐泽林,方家鑫

  为优化充填材料性能的同时降低充填成本,开展充填材料配比研究.基于RSM-CCD法设计4因素5水平试验,构建粉煤灰质量分数A 、水泥质量分数B、碳酸钙质量分数C、料浆质量分数D 为因子,充填料浆坍落度及充填体7d、28d单轴抗压强度分别为响应值的响应曲面回归模型,分析单因素及各因素交互作用对材料性能的影响,并在满足性能要求的基础上寻求成本最低的充填材料配比方案.结果表明:(1)高浓度充填料浆坍落度仅受线性单因素影响,交互作用对其无显著影响,坍落度随A 、B、C 增加先增大后减小,随D 的增加而减小;(2)线性及交互作用对高浓度充填体7d、28d强度均有显著影响,交互作用AC 与充填体强度不存在显著关系,AB、CD 为一种因素的增加会促进另一种因素对充填体28d抗压强度的增强作用,交互作用AD 、BC、BD 为一种因素的增加会抑制另一种因素对充填体28d抗压强度的增强作用;(3)考虑性价比的充填材料最优配比方案为粉煤灰质量分数为18.0％,水泥质量分数为10.9％,碳酸钙质量分数为1.3％,料浆质量分数为84.0％,该配比方案满足工程实例膏体充填设计标准.

• 佩吉铜金矿二采区充填材料配合比的优化与应用

  张金坤,何银东,刘龙琼,易云佳

  为了满足塞尔维亚佩吉铜金矿矿区二步骤采场回采对充填体强度的要求,同时降低充填成本,对充填材料配比进行了优化设计.通过理论计算初步确定采场不同部位的充填体强度,并进行了多组室内充填料配比试验.试验表明,随着充填料浆质量浓度和灰砂比的增大,充填体的单轴抗压强度逐渐增大,当质量浓度为68％、灰砂比为1∶6和1∶8时充填体强度可以满足理论计算的充填体强度要求.在此基础上进行工业试验,结果表明,一步骤采场底部采用1∶6的灰砂比、顶部及中部采用1∶8的灰砂比进行充填,可以满足二步骤采场回采对充填强度的要求,同时与采用原充填配合比方案相比,充填成本可减少2.53元/t.

• 循环温度养护尾砂胶结充填体损伤演化及破坏特征研究

  胡谱达,刘艳章,冯毓松,张贺,张军,叶涛

  回采工作面附近的充填体大都处于循环温度的环境中.为了研究循环温度对尾砂胶结充填体损伤演化及破坏特征的影响,采用数字图像相关法(DIC)和声发射(AE)技术,对6种不同循环温度养护后的尾砂胶结充填体进行单轴压缩试验,分析了不同循环温度下的尾砂胶结充填体的破裂过程及声发射行为特征,并建立了不同循环温度下的尾砂胶结充填体的损伤模型及本构方程.研究结果表明:随循环温度的升高,尾砂胶结充填体的抗压强度、弹性模量及峰值应变均呈现先增大后减小的趋势,且都在循环温度为25~40℃时达到最大值;随着循环温度的升高,尾砂胶结充填体的破坏形式由剪切破坏转变为拉伸剪切复合破坏,再转变为拉伸破坏;初始压密阶段与峰后破坏阶段的声发射振铃计数信号强弱因循环温度的不同而存在差异,可将声发射振铃计数的突变作为充填体破坏的前兆;通过充填体参数的本构模型理论计算值与试验实测值的对比,验证了模型的可靠性.研究结果可为回采工作面附近充填体的设计提供参考.

• 废石-风积沙胶结充填体细观力学特性研究

  熊博,邢军,孙晓刚,邱景平,胡世利,张庆嵩

  废石骨料粒径分布与充填料浆灰砂比对废石胶结充填体的力学特性有显著影响.为探究二者与充填体力学特性的关系,开展了充填体配比试验,构建了颗粒流模型,分析了废石胶结充填体单轴压缩过程中裂纹发育、力链演化和颗粒破坏的规律.结果表明:灰砂比越高,废石胶结充填体强度对骨料粒径分布分形维数变化的敏感性越高,灰砂比从1∶8提高至1∶4时,不同分形维数试样的强度极差从0.40 MPa增加至1.54MPa;胶结充填体中,骨料与胶结基质间的界面易沿骨料边界破坏,并沿该界面发展,随着分形维数的增加,试样中细骨料占比增加,剪切裂纹的占比增加;此外,分形维数越高越有利于胶结基质均匀分布,胶结基质能更好地参与承载;在充填方案设计时,可以通过改变废石骨料的分形维数,灵活调整充填体的强度以满足实际需求.

• 膏体充填多孔等量泄流原理试验研究

  王勇兵,白龙剑,王洪江,袁龙森,张润芳,石宏伟,滕高礼

  充填管道多孔等量泄流技术能够消除由膏体自流坡度形成的未接顶空区,提升采场接顶效果,避免顶板下沉问题.首先,通过理论分析初步确定多孔等流量泄流管道沿程水头损失和各泄流孔处的压力水头,并基于此得到泄流孔直径.然后,采用自主研发的多孔等量泄流试验装置,通过试验研究了入口流量、开孔个数和孔间距对等量泄流效果的影响.最后,采用数值模拟方法分析了泄流管道的压强和流量变化规律.结果表明:泄流孔间距对泄流孔的泄流均匀度影响最显著,其次为开孔个数;孔间距为14.5cm、入口流量为330mL/h、开孔个数为6个时,泄流均匀度高达96％.膏体在水平管段流动时,管道静压沿流动方向呈下降趋势,在泄流孔口处出现负压,且越靠近膏体入口端的泄流孔处压强差越大;膏体达到稳定状态后各泄流孔出流量基本一致,均匀度系数达98.8％,即膏体可以实现多孔等量泄流.

• 保护层工作面过硬岩断层超深孔松动预裂爆破技术研究

  杨战标,申成杨,段守德,王旭锋,王袭冰,王鑫,谢昌雄

  保护层开采过程中经常会遇到硬岩断层、硬结核等,致使采煤机在直接推采时截割困难、截割部件磨损严重,严重制约了工作面推进速度.为解决上述问题,以平煤十三矿己15-17-１３０７０软岩保护层工作面为工程背景,明确了超深孔松动预裂爆破机理,计算得出了断层硬岩裂隙区半径范围为0.7~1.2m,通过数值模拟方法研究孔径和孔间距对爆破效果的影响,确定了孔径和孔间距分别为94mm 和2.0m,提出了可实现推进、爆破平行作业的“两巷超前钻孔＋工作面超深孔松动预裂爆破”技术方案并进行了工业试验.试验结果表明,采用该技术方案后,断层硬岩破碎充分,采煤机截齿磨损最大降低约40％,工作面推进速度增加约25％,爆破预裂效果显著.

• 屯兰区块水平井压裂后产能影响因素分析

  陈伟东,宋晓夏,杜立强,阎纪伟,刘彦飞,郭浩,王昱

  根据屯兰区块7口水平井的排采资料,分析了水平井的产能特征,发现水平井的产水、产能出现较大的差异.从煤层埋深、煤层厚度、顶底板岩性等方面分析了地质因素对产能的影响,从压裂曲线特征、平均排量、压裂液用量和加砂量等方面分析了工程因素对产能的影响,以及从井口套压、排采连续性和产水量等方面分析了排采因素对产能的影响.结果表明:水平井的产气量受产水量影响,一般情况下,二者呈正相关关系,但产水量过大会导致产气量降低;水文地质条件对部分水平井的产能存在影响,煤层埋深、煤层厚度、顶板泥岩厚度的增加,均有利于煤层气的抽采;低排量压裂的水平井产气量低,压裂液用量与加砂量也应保持在一定范围,用量过大会导致产气量降低;下降型和稳定型压裂曲线占水平井压裂曲线的81.4％,曲线占比越高,产气量越大.在排采过程中,卡泵检修时间长、井口套压降低、产水过高均会导致产气量降低.采用灰色关联分析法分析得出,煤层含气量是水平井产能的主控因素.研究结果可为屯兰区块水平井开发提供参考.

• 纳米硅基微泡沫钻井液的研制及应用效果分析

  贠建林,袁进科,王胜,李伟,赵军学,刘昕伟

  针对甘肃平坡煤矿地质钻探中破碎地层的孔壁失稳问题,通过综合分析煤系地层中泥页岩矿物组成、微观结构和孔隙特征,发现该地层以伊利石和蒙脱石为主的黏土矿物含量高,矿物颗粒胶结程度较低,同时大孔和中孔孔隙占总孔隙体积的80％以上,在流体介质侵蚀下易引起孔壁失稳.通过室内试验优选出了性能优良的纳米材料和微泡剂,并结合低固相钻井液研发了适合煤系破碎地层钻探的纳米硅基微泡沫钻井液,该钻井液流动性及滤失性好,能够有效抑制煤系地层变形和孔壁坍塌,具有较强的入渗封堵性能和抑制能力.该新型钻井液在煤系地层钻探的现场应用结果表明,钻探的纯钻率提高了40％,岩芯采取率达到95％,台月效率提升了72％,证明该新型钻井液在煤系破碎地层中具有良好的护壁防塌功能.

• 磷矿巷道岩爆风险的可视化及特征增强研究

  秦沛强,聂传杰,吝曼卿,卢永雄,张岸勤,何家冰

  岩爆风险的可视化对深部磷矿资源开采具有重要意义.首先,通过铝金属单轴加载试验,证明因力热耦合导致的温度变化可以被MicroIIIS系列640型红外热像仪检测到,应力增大是导致力热耦合温度升高的核心原因.然后,针对实际磷矿巷道内红外图像模糊和无关高温体介入影响红外图像中有效红外辐射特征信息的问题,通过自适应灰度拉伸算法增强原始灰度图像,使信息熵、直方图均衡度、全局对比度得到优化;并应用基于温宽调整的非线性映射伪彩色变换,增强实际磷矿巷道内岩爆风险可视化检测视觉效果.最后,通过磷矿巷道现场检测试验,证明经过红外图像增强后的DMYB-03手持式岩爆检测仪不仅能更清晰地显示磷矿巷道中的细节和应力集中导致的红外辐射特征,还可以通过风险区域与安全区域颜色亮度指标,将应力集中程度分为稳定、中等应力集中和高应力集中,高应力集中比稳定的图像信息熵高26.55％,亮度均值高25.08％,亮度直方图均衡度提高了8.36％,全局对比度提高了243.38％,半定量地反映了岩体应力集中程度.研究成果为矿山、交通等领域的岩爆风险可视化检测提供了技术支持.

• 大直径抗滑桩在矿山边坡治理中的应用

  魏宸昌,马增,张忠光,肖玉军,费汉强,孙春辉

  在揭示曙光金铜矿潜滑带边坡形成机理和发展机制的基础上,开展潜滑带边坡治理工作.通过现场工程地质调查和极限平衡分析,研究了潜滑带的形成因素和过程.基于工程地质调查,将潜滑带形成因素分为内在和外在因素,并将其形成过程划分为边坡裂缝的产生、发育和贯通3个阶段.结合治理条件,制定了大直径抗滑桩治理方案.通过工程地质调查和参数反算,确定了潜滑带岩体参数和滑面位置.依据剩余下滑力计算,在590m 平台施工直径为800mm、长度为32m、孔间距为4m 的单排圆形抗滑桩.采用3种极限平衡分析方法对治理后的边坡稳定性进行了验算,结果表明抗滑桩能够有效抗滑.研究成果可为矿山安全生产与边坡治理提供参考.

• 高头窑煤矿２-３煤顶板涌(突)水危险性评价和涌水量预测

  穆金霞,杨义娜,郭晓帅,侯美玲,武强,曾一凡,赵菱尔

  为探明高头窑煤矿２-３煤层顶板开采水害的影响,运用GIS与AHP耦合的“三图双预测法”,构建了２-３煤层顶板充水含水层富水性评价模型,综合对比FLAC3D数值模拟、经验公式计算、类比实测多种方法,修正了传统导水裂隙带高度计算公式.在此基础上,复合叠加得到２-３煤层顶板充水含水层涌(突)水危险性分级分区图,并采用数值模拟对高头窑煤矿进行涌水量预测.结果表明:高头窑煤矿中部和西南部突水危险性较高,西北部和东部突水危险性较低.高头窑煤矿的正常涌水量为465m３/h,最大涌水量为558m３/h.针对矿井未来面临的水害问题,综合提出了可行性防治措施.

• 基于矩估计理论的滨海金矿涌水风险GRA-VIKOR 评价模型

  向韫,曹明

  针对滨海金矿涌水风险具有随机性和模糊性的特点以及评价指标之间复杂的关联性问题,为使滨海金矿涌水风险评估更科学,建立了基于矩估计理论的滨海金矿涌水风险GRA-VIKOR评价模型.首先,从工程地质和水文地质2个方面,选取10个典型影响因素,构建了评价指标体系;其次,采用区间层次分析法(IAHP)、序关系分析法(G１)、熵权法(EM)和改进相关性法(ICRITIC)4种单一赋权法计算指标主、客观权重,基于矩估计理论,改进主、客观权重集成优化方法;根据GRA-VIKOR原理,通过计算综合评价值,分析判定涌水风险状态;最后,将该模型应用到山东省某金矿9个中段涌水风险评估中,确定各中段涌水风险等级和排序.结果表明,该模型评价结果准确合理,符合实际,可为滨海金矿涌水风险评估工作提供参考.

• 基于优化极限学习机模型的采空区多源指标危险性辨识研究

  苏成哲,邹阳耀,张殿明

  为了提高对采空区多源指标危险性辨识的预测精度,基于粒子群(PSO)算法优化极限学习机(ELM)的输入权重和阈值,提出一种PSO-ELM 的方法对采空区多源指标危险性进行辨识.采用影响华南某矿山采空区危险性的开采深度、采矿方式、采空区采高、采空区最大暴露面积、采空区最大暴露高度、采空区最大暴露跨度、矿区矿柱、实测体积和治理率9项指标作为主要输入值,并以135个实测采空区数据为例进行危险等级预测.研究结果表明:径向基函数和传统极限学习机的预测精度分别为88％和92％,而经过粒子群算法优化的极限学习机模型的预测精度为96％.与径向基函数和传统极限学习机相比,PSO-ELM 算法在测试集表现得更好,稳定性和泛化能力更优良,具备良好的指导意义和实用性,适用于实际工程应用.

• 冻融循环对不同饱和度红砂岩力学特性和破坏特征的影响

  于超云,黄生辉,吴祥业,田宇航,李俊昆

  在广泛寒区工程中,岩体的冻融破坏是一种无法忽视的自然灾害.为探究冻融环境对寒区岩体工程稳定性的影响,以寒区红砂岩为对象,开展不同冻融次数(0,10,20,30次)和不同饱和度(0、20％、40％、60％、80％、100％)岩石的单轴压缩试验,并对岩样进行SEM 微观结构分析.研究表明:随着冻融循环次数和饱和度的增加,红砂岩的裂纹闭合应力σcc、起裂应力σci、损伤应力σcd、峰值应力σc和抗冻系数Kfm 均逐渐降低,内部损伤逐渐加剧;红砂岩试件破坏形态由斜剪破坏和张拉破坏逐渐向“X”形破坏转变,并伴有少量碎块剥落;循环往复的冻融作用致使岩石内部原有微裂隙扩展和新裂纹出现,揭示了砂岩在不同冻融条件下的损伤演化特征.研究成果可为寒区岩体工程的稳定性及岩石的力学性质研究提供一定参考.

• 酸性溶液侵蚀红层软岩流固耦合蠕变特性分析

  伊正男,张树光,漆文浩,范明卓,孙晔

  为探究酸雨作用下风化红层软岩的损伤劣化和滑坡失稳机制,进行酸性溶液反复侵蚀下红层软岩应力渗流耦合蠕变试验,分析岩石耦合蠕变力学行为及损伤演化机制.通过分析不同试验条件下岩石蠕变时间应变曲线,以及水化学损伤前后岩石蠕变速率与渗透率的相互关系,探究化学应力渗流耦合作用下岩石损伤劣化机理及影响岩石损伤的主要因素.结果表明:水化学作用会对岩石三轴强度造成折减,最低降低幅度为36.31％,最大降幅为48.03％,同时受水化学反复侵蚀作用后的岩石蠕变曲线发散性更强;不同水力条件下岩石损伤规律与应力水平呈现良好的正相关性,水化学损伤破坏程度远高于渗流及应力作用破坏程度,受水化学损伤后岩石渗流及应力作用均会加剧岩石损伤劣化,高渗流压力作用下,岩石蠕变效应更加明显.最后引入化学损伤因子,建立了包含化学损伤的应力渗流耦合作用下的三轴非线性损伤蠕变模型,该模型可以描述水化学作用下红层软岩流固耦合蠕变特征,拟合效果良好.

• 层状复合岩的能量演化及破坏特征模拟研究

  胡量,肖桃李,折海成,赵云峰,郑远龙

  在岩土工程中,失稳破坏常会同时发生于多层岩体内,其不同的组合方式、岩性等因素均会影响裂纹的发展趋势.研究采用离散元PFC2D软件建立试样模型,并模拟单轴压缩试验揭示软硬岩层占比对岩样力学性质、破坏特征及能量演化规律的影响.研究表明:(1)层状复合岩样中的硬岩部分占比是影响岩样峰值强度的主要因素,随着硬岩部分占比增大,岩样的峰值应力逐渐增大;(2)层状复合岩样的微裂纹数及输入总应变能均在相邻岩层厚度比(R)最小时取得最小值,表明R 的减小会导致岩样破坏的提前发生;(3)在层状复合岩样的能量分析中引入弹性能耗比K ,并验证了K 值的增大可以作为岩石发生变形破坏的预警信号;(4)层状复合岩样的主要破坏模式为张拉剪切混合破坏,宏观裂纹基本起裂于软岩部分,而后由于软岩部分横向应变的急剧增大,裂纹向硬岩部分贯通,揭示岩样的破坏是一个逐步丧失承载力的过程.研究成果可为实际工程提供参考.

• 金属露天矿土壤重金属迁移扩散规律与防治技术研究进展

  刘思懿,顾晓薇,胥孝川,曹洋,吕蒙,朱振国,赵昀奇

  金属露天矿开采过程中,排弃大量废石、尾矿等固体废弃物,在风吹、日晒、雨淋作用下,废弃物中的重金属等有害物质进入土壤,导致矿区及周边的土壤受到污染.因此,研究露天矿区土壤重金属元素的产生、迁移和富集对指导矿山重金属污染防治具有重要意义.介绍了露天矿中污染源类型、土壤性质以及水力作用对污染物迁移的影响规律,并总结了矿区土壤重金属污染风险改善措施,指出了进一步研究土壤理化性质对重金属迁移的影响规律并建立相应数值模型的重要性,以及针对性形成全面立体化重金属污染防治体系的必要性,为矿区土壤污染治理提供理论支持.

• 铅锌矿集区土壤重金属含量高光谱反演方法研究

  李会玲,刘严松,沈杜衡,薛凯伦,聂诗音,唐方强

  铅锌矿区存在严重的重金属复合污染问题,可利用高光谱遥感技术,提取土壤光谱信息中重金属吸收特征波谱,实现矿区土壤重金属含量反演.以西藏斯弄多铅锌矿集区土壤为研究对象,基于高光谱开展了土壤重金属元素(Cd、Pb、As、Hg)含量的反演研究.对土壤样品进行高光谱数据采集,并进行一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、倒数对数(AT)、倒数对数一阶微分(AFD)、倒数对数二阶微分(ASD)多种光谱变换,筛选出与重金属实测含量相关性较强的特征波段,最后建立多元逐步回归(SMLR)、支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)4种反演模型,选取决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)评价模型精度,得出各重金属的最优反演模型.研究结果表明:(1)不同光谱变换方式的数据降维效果与特征波段筛选区间不同,５种变换中SD变换效果最好,能够有效区分出特征波段,其次为ASD、AFD变换;(2)RF模型反演效果最好,适用性和反演精度优于SMLR、ANN和SVM;(3)As的最佳反演模型为AT-RF模型,Cd的最佳反演模型为SD-RF模型,Pb的最佳反演模型为ASD-RF模型,Hg的最佳反演模型为ASD-SMLR模型;(4)土壤的Cd、Pb、As、Hg含量模型评价均值超出西藏土壤背景值的124.2,89.8,0.70,1.24倍,说明该矿集区的土壤以Cd和Pb为主要污染因子,同时伴有As和Hg的复合污染.

• 利用充填巷道作矿井降温热汇的可行性研究

  赵杰,金开玥,裴鹏,唐龙

  随着矿井深度的增加,热害愈加明显,仅通过优化通风的方式难以满足深部矿井的降温需求.利用制冷循环对矿井降温的关键是选择合理的热汇(冷源).以贵州某金矿矿井热害治理需求为背景,基于能源隧道的概念,提出将充填后的废弃巷道作为冷源接收从新风入口或井下工作面转移的热量,从而达到对井下空间降温的目的.测量了废弃巷道充填材料和围岩的热物性参数,并建立了废弃巷道冷源模型.模拟了20a时长的运行,得到了两种的运行模式和三种换热管布局场景下的出口水温、换热功率和系统能效.研究表明:仅通过增加换热管数量,并不能明显地提升技术经济指标;间歇运行模式可以缓解热汇的热堆积,并提高单位管长换热强度,有利于系统的长期稳定运行.根据工作面冷负荷设置了报废功率阈值,计算了服务年限内热汇的蓄热总量,并结合单位管长换热强度,对比评价了不同应用场景的可行性.研究结果对废弃矿井空间再利用以及井下热害治理提供了一种新的思路.

• 非煤矿山地下开采碳排放核算系统研究

  冯俊,党帅珂,任高峰,葛永翔,张露伟,张聪瑞,李吉民,曹泽伟

  我国矿山开采普遍存在着碳排放强度大、能源粗放式消耗的问题,且目前对于矿山开采仍处于碳排放理论层面的核算,缺少对矿山生产过程中碳排放整体统一的管理分析.针对地下开采碳核算现状,梳理总结现有核算方法,采用全生命周期评价法与碳排放系数法,并结合矿山生产管理数据和工艺设备等参数构建了碳排放预测与实测模型.基于此,采用MVC软件架构模式搭建地下矿山开采碳排放核算系统平台,并按照生产数据录入、预测模型计算、实测模型计算、数据对比核算、碳视角分析、基础数据管理等6个主模块进行功能分解与界面设计.通过对程潮铁矿进行实例应用得出,除提升、通风等大功率高耗能工艺设备外,运输、支护以及风动钻孔设备等均为重点排碳点,且预测数据与实测值的误差小于10％,符合精度要求,表明所构建的系统可有效实现地下矿山开采碳排放的预测与数据分析.研究结果对矿山后续减碳工作具有指导意义.

• 选矿废水处理技术研究进展

  杨超,杨丽静,卜显忠,薛季玮,刘童,杨怡琳

  选矿废水处理对减少环境污染、节约水资源、促进矿业可持续发展具有重要意义.对选矿废水处理技术现状进行了综述,在分析选矿废水来源、特点及其危害的基础上,总结了选矿废水的物理、化学和生物等处理技术的研究进展.结果表明,混凝絮凝和吸附等物理方法处理速度较慢,且对有机药剂等复杂污染物的去除效果有限;芬顿法和臭氧法等高级氧化技术因其操作简单、效率高,有望成为未来选矿废水处理的重要发展方向;微生物法具有无二次污染的显著优势,但亟需解决处理时间长及微生物对选矿废水环境难适应等问题.未来可将不同的工艺进行组合,形成针对不同回用需求的选矿废水处理技术体系.

• 基于围岩电性响应特征的钻孔雷达探测技术研究与应用

  胡洁,张义平,郑禄林,兰红

  煤矿防突(涌)水关键在于厘清煤系地层含水层之间的水力关系与精准探明异常区赋存情况,及时采取防治措施.以 矿区地质特征与突水评价为基础,建立煤岩水耦合赋存下电性试验系统,探究介质在钻孔雷达外磁场下电激励响应特征与信号衰减特征.结果表明:工作面导水裂隙带高度为56.64m,超过隔水层高度,工作面受长兴组含水层与采空区水威胁,突水危险性较高;LCR数字电桥试验中全频率段介电常数随频率增加而减小,100 MHz时介质电性特征、电容-介质损耗(Cp-D )特征峰值差异明显且信号传输稳定;钻孔雷达探测剖面在100MHz时分辨率增高、成像稳定,低阻异常区主要为岩层分界处与长兴组灰岩含水异常区,且部分裂隙带、破碎带已出现导通含水情况.将研究成果纳入工程前期考量,从量化角度进一步解析物探成果,为同类工程地质探水工作提供一定实践参考.

• 基于香橙派OrangePi５B开发的矿石识别系统

  付琴,林奇兵,常周林

  针对目前矿石检测技术准确性不高、效率低、实时性差以及环境适应性弱等问题,提出了一种基于香橙派的矿石识别系统.该系统利用高清摄像头实时捕获矿石图像,并通过香橙派OrangePi5B开发板搭载YOLOv４-tiny-tf2模型处理图像数据,实现矿石种类的高效准确识别.结果表明:轻量化的YOLOv4-tiny-tf2模型在不牺牲模型精度的情况下简化了其结构,更适合在配置较低的设备上部署,具备了较高的便携性;相较于传统的人工视觉检测和化学分析方法,基于香橙派OrangePi5B的矿石识别系统能够实时识别矿石,识别准确率达到93.75％,具有较高的可靠性和稳定性.

• 从某铁矿磁选尾矿中回收铜的试验研究

  梁斌珺,邹尚,肖斌,胡海祥,曾祥荣

  针对安徽某铁矿磁选尾矿中铜资源的高效回收问题,研究了其中铜、锌、硫矿物的赋存状态,并通过浮选试验优化了影响铜回收的关键工艺条件.结果表明,磁选尾矿中品位0.10％的铜主要以黄铜矿形式赋存,品位0.37％的锌主要以闪锌矿形式赋存,品位3.22％的硫主要赋存于黄铁矿中,各矿物均呈细粒嵌布.采用混合浮选优先浮铜流程,确定了条件试验的最佳药剂组合:捕收剂PQ-5用量为70g/t;闪锌矿抑制剂为400g/t硫化钠、500g/t硫酸锌和400g/t亚硫酸钠的组合;黄铁矿抑制剂PZ-1用量为300g/t.闭路试验采用“一粗三精两扫”流程,最终获得的铜精矿铜品位为20.85％、铜回收率为81.41％,铜精矿中锌和硫的去除率分别达到94.12％和96.30％,实现了铜与其他矿物的有效分离.研究结果可为该铁矿磁选尾矿中铜的高效回收提供参考依据.

• 重金属镉对矿渣微晶玻璃微观结构与理化性能的影响

  马瑞,崔秀涛,吴楠楠,欧阳顺利

  为了将矿渣资源化利用和无害化处理,以尾矿和粉煤灰等固体废弃物为主要原料,通过添加不同含量的镉,利用微晶玻璃制备技术成功制备出了CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系矿渣微晶玻璃,通过差示扫描量热法(DSC)、XRD、SEM 和拉曼光谱等手段对添加不同含量镉的微晶玻璃的析晶特性进行了表征,分析了不同镉含量微晶玻璃的体积密度、抗折强度、热膨胀系数、维氏硬度、毒性浸出浓度.结果表明,随着镉含量的增加,析晶峰的半高宽逐渐减小,促进了微晶玻璃的析晶,但是主晶相并未发生明显改变;微晶玻璃内相关元素因为镉的加入发生了解聚效应,改变了玻璃的微观结构;微晶玻璃的抗折强度、维氏硬度和体积密度随镉渣含量的增加呈增大趋势;毒性浸出试验的结果表明,镉的浸出浓度最高为0.03037mg/L,远低于国家规定的危险废物最高浸出浓度.

• 氨基和巯基双官能团修饰煤矸石对铅离子的吸附性能研究

  雷锐,董宪姝,樊玉萍,马晓敏

  煤炭开采和洗选过程中产生的固体废物煤矸石以及工业废水排放的Pb(Ⅱ)给生态系统和人类健康带来了巨大危害,研究Pb(Ⅱ)的高效去除方法和煤矸石的合理利用对生态环境保护具有重要意义.提出以煤矸石接枝3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)制备一种低成本氨基巯基双官能团改性煤矸石(CG-SHNH)复合材料.通过XRD、XRD-EDS、XFR、FTIR、SEM、Zeta电位等手段对吸附材料的物理和化学特性进行全面分析,发现复合材料在2930cm－1和2560cm－1处出现新的谱带,分别对应C—H 和S—H 拉伸振动,在3367cm－1处出现了新的峰,为N—H 键的吸收峰,说明CG-SHNH 表面分布有丰富的氨基和巯基官能团.N2 吸附脱附分析结果表明,CG-SHNH 平均孔径明显增加,从17.33nm增加到24.54nm.CG-SHNH 对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究结果表明,在CG-SHNH 添加量为1g/L、接触时间为20h、温度为25℃,pH 为6.6,Pb(Ⅱ)溶液初始浓度为600mg/L时,CG-SHNH 对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳,吸附容量为125mg/g.吸附机理研究表明,CG-SHNH 氨基和巯基双官能团对Pb(Ⅱ)螯合吸附能够协同促进,展现出优异的重金属离子吸附能力.