矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第5期

• 急倾斜薄脉群采空区处理及深部矿体协同开采技术

  张金来,汪光鑫,叶光祥,汪杰,郭成淋

  针对赣南某钨矿山矿脉密集型矿体中难采矿体的回采问题,基于协同开采理论,重点解决了采空区隐患处理、隐患资源回采及深部矿体的安全高效开采等技术难题.提出了4方面的开采创新设计:开采方法由空场法转为崩落法、隐患资源作为深部开采覆盖岩层、采空区作为切割槽与垫层的自由爆破空间、浅孔与中深孔爆破技术协同应用,并以此进行了分段凿岩阶段崩落法的开采设计与应用.矿山开采实践结果表明,分段凿岩阶段崩落法适合密集型脉带开采,相较于原用的浅孔留矿法,该采矿方法采矿损失率由22％降低至3％~5％,采场日生产能力由65t增加至260t,炸药单耗由1.18kg/t降低至0.57kg/t,矿石吨矿成本由65.54元降低至33.26元,表明协同开采理论在钨矿山矿脉密集型矿体开采中具有显著的应用价值.研究结果为矿山处理类似问题提供了可借鉴的技术方案.

• 金川二矿深井大断面硐室稳定性控制研究

  郭彩守,吴德芳,赵瑞昌,张军德

  随着浅部开采资源的逐步减少,矿山开采逐渐走向深部.为解决深井大断面硐室围岩稳定性难以控制、支护成本加剧的问题,并保障941m 搅拌站硐室群稳定运行,开展了大断面硐室围岩稳定性控制研究.采用了实验室测试、数值模拟以及实地监测等多元技术手段,通过对比分析,优化出合理的施工工序及支护设计,发现硐室按照配料机硐室—搅拌机硐室—水泥仓硐室的次序进行开挖时围压稳定性最好.然后采用正交设计试验优选出最佳支护参数为锚杆间排距为2m×2m,锚索长度为6m,混凝土衬砌厚度为600mm,提出锚网喷＋注浆锚杆初期支护和现浇钢筋混凝土＋锚索构成的联合支护方案,现场支护结果表明,围岩的变形得到了有效控制.

• 缓倾厚大矿体深部开采垂直隔离间柱优化与应用

  王国禄,孙泽宁,张静,张勇,王怀佳,丛宇,王艳军,梁小明

  为探究垂直隔离间柱对缓倾厚大矿体深部开采过程中围岩稳定性的影响,针对山东某铁矿深部开采工程,采用数值模拟的方法对比分析了4组方案下围岩沉降、应力及塑性区变化,提出垂直隔离间柱单位体积优化比率,并据此对方案进行优选.结果表明:缓倾厚大矿体深部开采过程中垂直隔离间柱的留设体积和留设位置对其优化效果起着决定性影响;在产生沉降峰值的8＃ 垂勘线留设宽度为20m、厚度为41m 的垂直隔离间柱(方案4)产生的沉降峰值、应力峰值和塑性区单位体积优化比率最大,为最优方案;方案4较方案2可更有效地保障围岩的稳定性,较方案3可多开采出461700t铁矿石,多提取出272403t的铁矿石精粉,为企业增加约纯利润约5448万元,提高约11.20％的纯利润收入.研究结果可为同类型矿山的垂直隔离间柱留设方案优化与应用提供一定借鉴.

• 急倾斜薄矿体中直径深孔采矿方法研究

  郭云鹏,潘冬,刘志军

  为解决铁山垅钨业黄沙矿区原采矿工艺机械化水平低、采准切割工程量大、劳动强度大、贫化损失率较大等问题,提高机械化程度和矿石利用率,根据相似矿山中直径深孔开发经验,结合中深孔拉槽工艺,实现上向中深孔与下向中直径深孔的协同高效落矿,开发了中直径深孔阶段嗣后崩落法开采急倾斜薄矿体,并选择了具有代表性的试验矿块进行工业试验.工业试验结果显示:中直径深孔阶段嗣后崩落法较分段凿岩阶段崩落法炸药单耗降低了36.5％,损失率、贫化率分别降低60％和16.8％,同比矿石量和WO3 金属采出量分别增加了16.7％和19.0％,新增净利润72.95万元.研究结果证实了急倾斜薄矿体中直径深孔采矿工艺的显著经济效益和社会效益,为急倾斜薄矿体的深孔爆破开采提供了可行方案.

• 司家营铁矿露天转地下采矿方法设计与优化

  李华,田益琳,秦敬武,路增祥,王薪荣

  针对司家营铁矿区由露天转地下开采过程中采矿方法选择所面临的难题,基于矿区复杂的矿床赋存特征与开采地表环境等开采技术条件,提出了阶段空场嗣后充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法,并对矿石运输的传统错段式布置进行优化.结果表明:采用阶段内铲运机与坑内卡车联合出矿的采矿方法,有效缩短了铲运机的运输距离,提高了运输效率;优化后采矿方法的阶段高度为60m 时,采区溜井高度降低了30m,盘区内的溜井数量由原设计的6条减少至2条,减少了采准工程量,降低了采矿成本.指出了该矿区采矿方法选择与实施过程中应关注的重点问题,以期为司家营铁矿开展的露天转地下开采工作提供指导.

• “双碳”目标下考虑碳绩效的采矿方案优选

  裴明松,刘林,代光俊,李小伟,陈爱章,刘海,斯小华

  矿产资源开发利用不仅为国民经济发展提供物质基础,还是“双碳”目标下碳减排的关键“战场”.为了实现矿山低碳开发,在以往采矿方案优选评价指标的基础上,引入碳绩效相关指标,构建了考虑碳绩效的加权灰色关联采矿方案优选模型.以国内某矿山为例,除安全、经济、技术方面的指标外,引入了平均碳绩效等碳绩效相关指标,利用博弈论思想综合确定各指标权重,对阶段矿房嗣后充填开采、露天分层台阶式开采、露天分层台阶式开采(35％)和阶段矿房嗣后充填联合开采以及露天分层台阶式开采(60％)和阶段矿房嗣后充填联合开采4种采矿方案进行评价,最终确定露天分层台阶式开采为最优方案.与不考虑碳绩效的优选结果相比,碳绩效指标的引入使得各方案的加权灰色关联度发生了变化,证明在“双碳”目标下考虑碳绩效指标具有重要意义,符合发展绿色矿业的要求,可为“双碳”目标下矿山采矿方案优选提供参考.

• 电石渣和硅灰协同提升β 半水磷石膏充填胶凝材料性能研究

  王利军,郭育霞

  为解决β 半水磷石膏作为充填胶凝材料时的凝结时间短、耐水性差及强度不足等问题,引入了两种工业固废电石渣和硅灰,分析了其对β 半水磷石膏工作性能、耐水性能及强度的影响,使用扫描电镜探究了改性后β 半水磷石膏充填体的微观形貌及孔隙结构,并对改性后β 半水磷石膏的环境行为、成本和碳排放进行了评估.结果表明:电石渣与硅灰共同作用能够显著延长β 半水磷石膏料浆的凝结时间并提升其流动性;经过改性处理,β 半水磷石膏充填体的抗压强度得到了大幅增强,28d的强度值可达36.6MPa,吸水率降低至2.7％,同时软化系数提高到0.885;掺硅灰和电石渣改善了β 半水磷石膏充填体的微观形貌和孔隙结构,生成的水硬性水化产物水化硅酸钙提高了充填体的致密性;电石渣和硅灰有效中和了半水磷石膏中的残余酸并固化充填体内部的磷及重金属元素;当电石渣掺量为10％、硅灰掺量为15％~20％时,β 半水磷石膏胶凝材料具有较好的经济效益和环境效益.

• 冶金固废基充填胶凝材料配比及其应用研究

  蔡曙光,朱晨迪,符洲云

  针对西部矿业集团有限公司固废物储存量大、处理成本高的问题,为实现固废物的再利用,同时降低矿山采空区充填成本,以锡铁山及博伦矿业为试点对象,通过室内试验和现场工业试验,开展了基于工业冶炼固废物替代水泥的充填胶凝材料配比及应用研究.研究结果表明:锡铁山采用新型固废基胶凝材料对矿山一、二步骤采场进行充填,两种配比方案下的28d充填体强度分别为2.50MPa和1.10MPa,全年可消耗固废物14625t,节约充填成本203.61万元;博伦矿业采用新配方对充填层进行处理,充填体28d强度为0.99MPa,全年可消耗固废物5623,增加充填成本43.24万元;西部矿业集团有限公司通过固废资源化利用,全年可处理固废20248t,节约充填成本160.37万元.

• 基于正交试验的注浆材料力学性能及最优配比研究

  沈玉旭,王成帅,郭俊庆,郭凯洋,曹文权

  为研究碳纳米管改性超细水泥基注浆材料的力学性能与最优配比,基于3因素4水平正交试验,以碳纳米管、超细水泥、分散剂、消泡剂、聚丙烯酸酯乳液为原材料,将水灰比、碳纳米管和聚丙烯酸酯乳液的掺量作为控制因素,测试注浆浆液的黏度、流动度、凝结时间、单轴抗压强度及弹性模量,通过极差分析、方差分析,确定各因素对各指标的影响,选取单轴抗压强度、弹性模量作为指标进行耦合,对耦合值进行极差分析、方差分析及多元线性回归分析,得出最优配比并进行验证.试验结果表明:随着水灰比的增加,试块的单轴抗压强度及弹性模量均呈减小趋势;随着碳纳米管掺量的增加,试块单轴抗压强度呈现先增后减的变化趋势,弹性模量呈现先增后减再增的变化趋势;随着聚丙烯酸酯乳液掺量的增加,试块单轴抗压强度呈现先增后减趋势,弹性模量呈现减小趋势.对试块单轴抗压强度和弹性模量进行归一化处理后给予0.6∶0.4的权重相加耦合,并对其进行极差分析、方差分析,得出注浆材料最优配比.通过多元回归分析及室内试验验证,最优配比为水灰比0.6,碳纳米管掺量0.4％,聚丙烯酸酯乳液掺量2.5％.研究结果可为碳纳米管改性超细水泥基注浆材料的最优配比设计提供参考.

• 水泥-固硫灰煤矿充填材料试验研究

  高鹏,毋东良,喻世涛,梅文政,秦志庆,周明凯

  为了解决循环流化床锅炉固硫灰(CFBFA)综合利用率低的问题,以固硫灰为主材,添加少量水泥制备煤矿充填材料. 对比研究了固硫灰与普通粉煤灰的物理化学特性差异,在此基础上,采用控制变量法探讨了质量浓度、水泥用量和增效剂用量对水泥固硫灰充填料浆流动性、泌水率和充填体抗压强度的影响规律,优选配合比并依托山西某煤矿充填工程进行了工程试验.试验结果表明:固硫灰需水量大、活性高,配制的充填材料性能主要受质量浓度和水泥用量影响,质量浓度越高,充填料浆流动性越差、泌水率越低,充填体强度越高;水泥用量越高,充填料浆流动性越好、泌水率越高,充填体强度越高;不添加增效剂,质量浓度低于0.555,水泥用量为200kg/m3 时,充填料浆满足流动度≤20s,28d抗压强度≥3.0MPa的设计要求,但泌水率均大于2％,不满足设计要求;增效剂能够显著提高充填料浆流动性、降低泌水率,并最高减少水泥用量90kg/m3,适宜的增效剂掺量为5.0kg/m3.工程试验表明,添加增效剂后,充填料浆易拌性和易泵性明显提高,按质量浓度0.595、水泥用量120kg/m3、增效剂用量5.0kg/m3 的配合比在充填站现场配制的充填料浆的流动性、泌水率和充填体抗压强度满足工程设计要求.

• 基于AHP-TOPSIS评判模型的尾砂浓密装置优选

  吴灿,江科,刘立辉,邱镜煌,仵锋锋,彭亮,胡凡,龚永超

  为解决尾砂浓密装置多样性给矿山选择符合实际的尾砂浓密装置带来困难的问题,提出一种基于AHP-TOPSIS评判模型的浓密装置优选方法.结合某多金属矿山的充填实际情况,从经济、场地条件、技术等方面选取13个评判指标,通过专家打分的方式对3种浓密装置方案(立式砂仓、深锥浓密机、膏体仓储浓密机)进行综合评判优选.通过计算分析,得出了3种方案的综合优越度分别为49.51％、17.42％、80.11％,因此判定膏体仓储浓密机方案为最佳方案.该结果与现场实际应用情况相符,某多金属矿山采用基于膏体仓储浓密机的充填工艺,单台膏体仓储浓密机尾砂处理能力超过100t/h,尾砂存储能力超过1600t,浓密机最高底流质量浓度达74％,充填效果良好.该评判模型为尾砂浓密装置的选择提供一种新方法.

• 基于可视化图谱分析的国内充填管道输送发展研究

  李宁峰,郑伯坤,李军,陈国辉,刘子强

  为清楚呈现料浆输送的发展历程,全面分析不同阶段有关管道输送研究的重点,运用文献计量分析工具CiteSpace软件对中国知网(CNKI)文献总库2006—2023年收录的494篇文献进行了共现分析和聚类分析.结果表明:发文量变化趋势整体上呈现M 形,根据时间顺序分为初步探索期、高效增长期和平稳发展期;研究主体围绕部分专家呈现群星分布,研究视角存在局限性;研究内容集中在材料制备、输送工艺、采场充填三方面,其中料浆配比从关注尾砂粒级分布拓展至外加剂应用,各学科融合性增强.后续需要强化相关矿业研究机构的核心地位,重视跨机构的协作交流,扩大研究群体,细化管道输送的研究范围,强化充填料研究,深化深井输送降压处理,尝试融合非牛顿流体研究方法,丰富国内学术界对充填管道输送方面的研究.

• 流砂层与采空区叠跨赋存条件下地表道路工程下沉规律研究

  武泽惠,葛永翔,张露伟,任高峰,谭星宇,马凯,于燕

  为研究流砂层与采空区叠跨赋存条件下地表道路工程下沉规律,以当阳石膏矿采空区上省道S342改扩建工程为背景,采用FLAC3D对流砂层、采空区及二者叠跨赋存条件下的地表位移分布规律进行了研究,评价了流砂层运移与采空区对地表道路段稳定性的影响,并提出空区治理方案.研究结果表明:在流砂层运移与采空区作用下,地表沉降量由空区中心向四周逐渐减小,沉降峰值集中在K5＋617~K5＋717区间;道路中线中心区域位移沉降较大,自西向东呈先增大后减小的规律,南北两侧沉降较小,道路北线、中线、南线地表最大沉降量分别为69mm、167mm、31mm;流砂层上方覆岩沉降量随着与地表距离的增大,中心区域(K5＋630~K5＋730区间100m 范围)位移量呈现减小趋势,其他区域位移量呈现增大趋势,因此流砂层空区作用下的地表岩移范围圈定为100m.研究成果可为流砂层赋存条件下的道路扩建工程提供理论依据.

• 托克逊某矿梯形巷道支护方案优化研究

  黄令金,管伟明,刘明洪,李增峰,张雪卫,温颖远

  为解决梯形巷道掘进期间易失稳、支护困难以及支护成本高的问题,以托克逊某矿为研究背景,运用理论分析、数值模拟方法提出105工作面巷道的支护方案,并运用实测数据对支护效果进行验证.研究结果表明:现有支护条件下,104工作面巷道矿压显现不明显,围岩稳定性较好,没有产生大幅度离层现象,可在此基础上对105工作面进行支护;通过与理论分析值相比较,现有支护方案存在一定的优化空间,可对其进行优化设计;优化后的支护方案对巷道顶板及两帮控制强度有所减弱,但支护成本降低了32.5％;现场应用情况表明,巷道掘进期间顶板、低帮和高帮变形量较小,最大位移量分别为19.6mm、21.2mm 和26.8mm;工作面回采期间,巷道及工作面围岩比较稳定,无大能量微震事件的发生,优化后的支护方案能够满足巷道掘进以及工作面回采的安全要求.

• 软岩巷道预应力锚杆支护设计与参数优化

  高杨轶,王贻明,张纯锋,付琛,张宏荣

  针对某铜矿南北缘接触带－４００m 水平沿脉巷道围岩软化、原有支护方式失效、掘进过程中巷道冒落现象时有发生的问题,采用岩石力学特性试验确定了工程岩体强度,分析了原有支护失效的原因,采用FLAC３D数值模拟软件探究了预应力锚杆的合理支护参数及支护原理,对比不同支护方案对围岩的控制作用.在此基础上,提出了锚间距为0.9m、预紧力为90kN、喷射混凝土厚度为100mm 的联合支护方案.数值模拟结果表明,该方案能有效减小围岩的塑性区体积,并将巷道的顶板下沉量、两帮移近总量分别控制在21mm、19mm 以内,对比无支护分别缩小了44.9％、56.2％,支护效果良好.现场应用结果表明,巷道变形在第42天后趋于稳定,在第91天时,顶板下沉量达28.74mm,两帮移近总量达22.32mm,该方案能满足矿山安全生产需要,基于FLAC3D设计并优化软岩巷道预应力锚杆支护参数是合理可行的.

• 突出煤层顺层钻孔机械造穴卸压增透试验研究

  谢俊,朱健,胡国忠

  顺层钻孔采前预抽是工作面煤层消突的主要方法之一,然而我国大部分突出煤层渗透性低,造成瓦斯抽采效果不理想,严重限制了这一技术措施的实施.针对寺家庄公司15111工作面顺层钻孔抽采条件,提出了顺层钻孔机械造穴卸压增透装备体系与工艺流程,研究了机械造穴钻孔周围的煤层应力与瓦斯含量的变化特征,揭示了造穴钻孔直径对煤层卸压增透的影响规律,确定了15111工作面机械造穴钻孔工艺参数;在此基础上,开展了15111工作面回风巷机械造穴卸压增透工业性试验.结果表明,顺层钻孔机械造穴增大了钻孔周围煤体的暴露面积与卸压范围,提高了钻孔瓦斯抽采影响半径;机械造穴钻孔的瓦斯抽采量是普通顺层钻孔的8.06倍,其抽采瓦斯体积分数较普通顺层钻孔提高了153.4％,增透效果显著.研究结果为类似条件矿井的区域防突提供了经验参考.

• 沿空巷坚硬顶板走向爆破合理参数研究

  张修峰,牟宗龙,王浩,蒋春龙,陈洋,庄佳鑫,满操,曹京龙

  沿空巷侧向坚硬顶板垮落不及时会引起顶板和实体煤侧产生应力集中,对工作面安全构成重大威胁,常采用爆破手段对其进行弱化.以某工作面沿空巷为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践的方法,研究了沿空巷坚硬顶板走向爆破角度、爆破高度与卸压效果之间的关系.结果表明:沿空巷爆破时,断裂位置沿采空区侧最有利于维持巷道围岩稳定性,爆破角度应高于关键层运移破断时形成的破断角,同时避免爆破后顶板压在煤柱上方;在合理爆破角度范围内,随着爆破角度的增大,卸压效果有所提高;爆破高度达到组合亚关键层顶部时,能达到较好的卸压效果.现场工程实践表明,在参数选择合理的情况下,对沿空巷顶板实施走向爆破可以有效降低冲击危险,确保工作面安全生产.研究成果可为类似条件的矿井提供理论及工程依据.

• 高温-水冷却作用下含孔砂岩动态力学特征试验研究

  平琦,钱明,孙栋,刘子训,孔德龙

  为探究高温和水冷却对含孔砂岩动态压缩力学性能的影响,对天然和经200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃和1000 ℃高温水冷却含孔砂岩试件进行XRD和SEM 试验,利用SHPB试验装置开展冲击压缩试验,并增加高温自然冷却条件做对照.结果表明:天然砂岩结构致密,主要矿物成分为方解石、白云石和石英,经高温水冷却处理后,方解石和白云石逐渐分解成氧化钙,遇水生成氢氧化钙,断面覆盖微米级颗粒;随着作用温度升高,试件颜色由灰白色逐渐变至褐色,体积膨胀,质量、密度和纵波波速均减小;不同高温水冷却处理后试件的动应力应变曲线变化规律相似,分为弹性、塑性和破坏3个阶段;动抗压强度与作用温度呈二次函数负相关,动应变和平均应变率与作用温度呈二次函数正相关;随着作用温度升高,试件冲击破碎程度加剧,由破坏成若干碎块转变为粉末状;与高温自然冷却含孔砂岩试件相比,高温水冷却含孔砂岩试件的动抗压强度和平均粒径减小,动应变和平均应变率增大.高温水冷却作用使含孔砂岩试件的内部结构损伤,作用温度越高,试件结构损伤劣化越严重,动力学特征下降越明显.

• 不同初始损伤砂岩力学特性与声发射响应研究

  赵雪,王龙,鲁明星,李富平

  在露天矿生产过程中,开采扰动会对围岩不同区域造成不同程度的损伤,最终导致围岩的力学特性发生改变.为探究不同初始损伤等级对砂岩力学特性以及声发射特征的影响规律,通过分析砂岩试样荷载过程中声发射撞击参数,确定砂岩的特征应力数值,并对4种不同初始损伤等级的砂岩开展辅以声发射监测系统的单轴压缩试验.结果表明:初始损伤对岩石的力学性质产生了显著影响,随着初始损伤程度的增加,岩样的抗压强度减小了33.6％,弹性模量降低了43.4％,泊松比降低了64％,且峰值应变点逐渐后移;不同初始损伤等级砂岩的声发射特征信号与应力应变曲线有着良好的一致性,随着初始损伤等级的增加,声发射局部信号突增特征明显;随着损伤等级的增加,岩石的裂纹破坏模式产生变化,由无损伤岩样的张拉破坏演变为张拉剪切混合破坏.

• 基于声发射的不同倾角裂缝巴西圆盘试验及其数值模拟研究

  张清桃,旷文静,李修磊,陈臣,刁航

  为研究不同预制裂缝倾角对岩石的力学特性、声发射特征及岩石破裂过程中裂缝扩展机理和破裂模式的影响,通过预制不同倾角裂缝的圆盘试件进行巴西圆盘试验,以声发射技术和扩展有限元法进行观测和分析,探究不同裂缝倾角下岩石的破裂演化规律.结果表明:随着倾角的增大,裂缝起裂位置由预制裂缝尖端向中部转移,岩石的起裂荷载、峰值荷载等参数呈先减后增的变化趋势.声发射参数分析结果表明,试件呈现多样的破坏模式,中等倾角的试件主要发生剪切拉伸破坏,倾角较高或倾角较低的试件则以张拉劈裂破坏为主.声发射累计振铃计数、累计幅度、累计能量与承载能力随预制裂缝倾角的变化趋势一致.数值模拟结果与室内试验结果一致,证实了该数值模拟方法在预测岩石裂缝扩展方面的有效性.研究结果有助于预测和控制采矿、隧道掘进等领域的岩体在工程作业中的破裂行为,为解决行业工程安全问题提供有效参考.

• 尾矿库排水井的振动台试验研究

  朱佳妮,王瑶,魏作安,路停,杨永浩,张雪怡

  排水井作为尾矿库的重要安全设施,其结构稳定性直接关系到尾矿库的整体安全.基于相似性原理,采用振动台试验系统地研究尾矿库排水井在不同地震加速度和不同埋置深度工况下的动力响应特性和变化规律.研究结果表明:地震加速度峰值从0.315g 增大到1.5g 的过程中,排水井筒中的加速度放大系数呈先增大后减小的趋势,井壁由弹性逐渐向弹塑性转变,且刚度逐渐衰减;在1.5g 地震加速度峰值作用下,排水井在全埋工况下的最大相对位移为0.967mm,远小于不埋工况下排水井的最大相对位移5.295mm,说明在地震作用下,排水井周围的尾矿对排水井筒起到稳固作用,排水井的抗震性能提高;地震加速度峰值从0.315g 增大到1.5g 的过程中,排水井在不埋、半埋和全埋工况下的一阶频率较初始自振频率分别下降了29.17％、27.05％、22.74％,排水井的刚度在不埋工况下退化最快;在地震作用下,井筒中不同位置的应变峰值与地震加速度峰值成正相关,最大应变值出现在排水井的底部,说明此处最易被震动破坏,在设计中应该提高排水井的底部抗震性能.

• 废弃露天采场生态恢复规划设计及实践

  李学良,李凤明,王峰,任慧君

  废弃露天采场对矿区及其周边的生态环境造成了严重破坏,引发了地质灾害、水土流失、景观破坏等一系列问题.开展废弃露天采场的生态恢复治理工作既是建设绿色矿山的有效手段,又是推动资源型城市可持续发展的重要途径.以赤峰市某石材开采区域为研究背景,分析了该区域废弃露天采场破坏现状、存在的问题及危害,针对性地提出了适用于该区域的规划思路与治理模式,并对工程实施过程中涉及的7项工程部署和对应的主要技术措施进行了详细探讨.结果表明:废弃露天采场治理技术难度大、生态恢复成功率低,尤其是裸露坡体及岩壁区域需要加大研究深度及治理力度;废弃露天采场治理模式多样,需根据其立地条件和影响因素选择合适的一种或多种组合模式,并与当地各级规划相衔接;废弃露天采场的治理涉及采场、废渣堆、边坡、取土场等多个治理目标,其治理是一个复杂的系统工程,规划设计时需兼顾各方面因素,避免盲目治理.

• 基于MBE-YOLO 的轻量化井下行人检测模型

  张娜,彭文韬,赵强,汝洪芳,吴信元

  针对目前地下矿山行人检测算法计算量大、检测速度慢的问题,在YOLOv8n的基础上提出了一种MBE-YOLO 的轻量化井下行人检测模型.首先,在加权双向特征金字塔网络基础上设计出一种更加轻量的颈部结构,能够简单高效地融合多尺度信息;其次,采用共享卷积的方式对原有网络的检测头进行重设计,并引入幻影卷积获取丰富有效的特征表示,解决了原始检测头参数量巨大的问题;最后,考虑到轻量化模型对精度的影响,添加了较为轻量的混合局部通道注意力机制,通过在全局和局部层面上自适应调节不同区域的重要性,进而提高精度.试验结果表明,相比于基准模型YOLOv8n,MBE-YOLO 模型的mAP ＠0.50.95提升了0.2个百分点,计算量下降了44％,FPS上升了4.3帧/s,参数量下降了46％,模型大小减少了43％;与5种主流模型相比,该模型的检测精度和轻量化程度都具有较大的优势,更适合于实时检测场景.

• 改进YOLOv８n的矿井火灾检测算法

  苗作华,周浩,王巧稚,徐厚友,王梦婷,张立,白宇宸

  针对传统火灾检测算法效率低且难以应用于资源有限的嵌入式设备等问题,提出一种改进YOLOv8n的火灾检测轻量化算法.首先,为大幅度减少模型参数量,将YOLOv8n模型中的C2f模块改为C2fGhost模块.其次,为防止模型轻量化后重要特征丢失,强化特征提取能力并降低图像中无关信息干扰,在YOLOv8n模型的Backbone部分加入EMA 注意力机制.最后,为提升模型泛化能力,将YOLOv8n模型中的CIoU 损失函数替换为WIoU.试验结果表明,改进后模型的参数量下降30.1％,mAP50-95提升了0.6个百分点,精确率仅下降了0.2个百分点.改进后的模型能够对矿井火灾进行实时高效检测,并且该检测算法对矿井安全管理具有参考价值.

• 露天矿山基础数字化的技术研究与工程实践

  边璟洋,李杰,王杰栋,钱荣荣,徐佳阳

  为响应浙江省全面推进矿山数字化建设的号召,致力于实现矿山数字化转型升级,助推企业高质量发展.针对中小型露天矿山基础数字化的体系建设要求,引入实景三维、数字孪生、物联网和人工智能等现代信息技术,深入分析并研究了系统架构、关键技术以及核心模块等内容,构建了具备跨时空、全周期、多领域数据融合的矿山基础数字化管理系统,并在浙江临海市、温岭市的多个中小型露天矿山进行应用,其强大的数据融合能力和智能化管理水平推动了矿山企业从“碎片化”管理向“一体化”管理的转型,实现了数据资源向数据资产的转化,引导了企业从传统思维向现代系统思维的转变,同时,也为全国中小型矿山的数字化建设和智能化升级提供了借鉴.

• 高分遥感影像在露天矿山越界开采动态监测中的研究

  李立,刘健康,刘慧林,匡文龙,刘丙秋

  矿产资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础.为加强对露天矿山越界开采的监管,提出了基于高分辨率遥感技术的露天矿山越界开采动态监测,选用3期高分辨率遥感影像,提取湘潭市内省、市级发证在采露天矿山的越界开采图斑变化信息,开展露天矿山越界开采的遥感动态监测研究.建立了研究区露天矿山开发的遥感解译标志库;探索出了一套较为完善的露天矿山越界开采动态监测技术方法;疑似越界开采图斑与矿山开发占地图斑精度验证正确率为100％和90.3％;湘潭市2016—2020年省、市级发证的在采露天矿山的越界开采矿山数、图斑数和总面积总体呈减少趋势.研究结果表明,高分遥感技术在露天矿山越界开采动态监测中实用性强、精度高,能实现对越界开采动态变化的有效监测,研究结果可为湘潭市露天矿山越界开采动态监测提供技术支持.

• 基于无人机激光雷达技术的露天矿炮孔布置方法研究

  高飞,陈辉,伍秀君,周文斌,年国辉,喻智

  为解决传统的RTK线放样布孔方法效率较低、人工成本较高、无法满足大规模布孔需求的问题,探索了无人机激光雷达布孔技术在露天矿的应用,以南露天煤矿为研究背景,分别从布孔误差、作业效率、环境适应性和经济性等方面与传统RTK线放样布孔方法开展对比试验.实地测试及数据分析结果表明,无人机激光雷达布孔技术可将布孔误差由17.4m 缩小至0.1cm,作业覆盖能力提高了200％,10年内累计作业成本可节省193.1万元,且在应对复杂地形、高温环境以及夜晚作业方面具有突出的适用性.同时,该技术可为智能钻机、验孔机器人等设备协同作业提供精准坐标,推动智能爆破发展,为矿山开采智能化进程提供关键技术支撑,具有广阔的应用前景.

• 国外某高硫赤褐铁矿选矿试验研究

  杨含蓄,高春庆,王海亮,骆洪振,张凛,徐健

  国外某高硫赤褐铁矿含硫5.68％、含铁45.95％,铁主要赋存在赤褐铁矿中,硫主要以硫化物的形式存在.为了合理开发利用该矿石,在研究原矿性质的基础上,采用磨矿浮选选硫强磁选选铁的工艺流程进行了试验.在磨矿细度－0.074mm含量占80％的条件下,试验获得了硫品位为41.31％、硫回收率为69.74％的硫精矿,铁品位为60.84％、铁回收率为86.92％的铁精矿.铁精矿的含硫量符合质量标准的要求,实现了高硫赤褐铁矿石资源的综合回收利用.

• OP-10与PEO 协同增强高灰微细粒煤泥浮选及其机制研究

  唐利山,刘道园

  通过浮选回收高灰微细粒煤泥中的优质碳组分可以实现资源的高效持续利用.以高灰微细粒煤泥为研究对象,通过将辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)与聚氧化乙烯(PEO)进行复配预处理并与单一药剂预处理浮选对比,发现两种药剂通过协同作用大幅提升了煤泥的可浮性.在此基础上通过激光粒度仪、接触角测量仪、红外光谱仪(FTIR)、Zeta电位仪及原子力显微镜(AFM)对其介观作用机制进行了分析.结果表明:两种药剂由于竞争吸附关系,PEO 药剂优先与煤样表面通过极性作用力产生吸附并暴露烷基链,增强部分疏水性,同时会压缩煤泥表面的水化层,降低界面间的静电斥力,促使微细粒煤泥开始絮凝为小絮团;PEO 药剂作用完成后,OP-10药剂开始吸附在絮团表面,压缩煤泥的双电层,对电负性离子产生屏蔽作用;药剂的两端结构通过极性作用产生吸附后,使得中间的芳香烃部分暴露在煤样表面,表现为疏水改性作用最明显.总体上,复配药剂通过静电作用力及极性作用力以单层吸附和双层吸附的形式产生吸附,以增强煤样的疏水性,且经过复配药剂作用后黏附力大幅降低,浮选效率大幅提升.

• 基于响应面法优化生物捕收剂浮选铜离子的研究

  董梦,杨富,封东霞,童雄,罗选旭,郭明龙

  采用新型生物可降解表面活性剂N-月桂酰肌氨酸钠(LS)进行铜离子浮选研究. 采用单因素条件试验探索LS与 Cu(Ⅱ)的质量浓度比(ρLS:ρCu(Ⅱ))、溶液pH 以及浮选时间对铜离子浮选效果的影响,并通过Box-Behnken响应面法优化浮选条件,最后基于优化结果进行验证试验.单因素试验结果表明,ρLS:ρCu(Ⅱ)＝2.5,pH 为8浮选时间为5min为最佳条件,Cu(Ⅱ)去除率可达97.97％.验证试验结果表明,在ρLS:ρCu(Ⅱ))＝2.5,pH 为9,浮选时间为4min的条件下,3次验证试验获得Cu(Ⅱ)去除率平均值达到99.71％,与软件拟合所得预测结果基本吻合,表明预测模型的拟合程度和可靠性好.形貌和元素分析结果表明,LS-Cu络合物组织松散且稳定,与LS相比,LS-Cu(Ⅱ)络合物中Cu(Ⅱ)的质量浓度从0.00上升至5.15％,表明LS对Cu(Ⅱ)具有较好的吸附能力.

• 苛化淀粉制备条件对赤铁矿反浮选脱硅的影响研究

  来有邦,袁腾,边新峰

  针对河北某鞍山式赤铁矿,系统探讨了苛化淀粉制备条件对赤铁矿反浮选脱硅效果的影响.通过单因素变量试验和闭路流程试验,明确了苛化比、苛化温度及苛化时间等关键制备参数的优化组合方案.结果表明,在苛化比为8∶100、苛化温度为90℃及苛化时间为30min的最佳试验条件下,苛化淀粉的选择性抑制性能得到显著提升.闭路试验中,铁精矿和尾矿铁品位分别为67.02％和20.65％,铁回收率达到87.63％.红外光谱及Zeta电位分析揭示了苛化淀粉在分子结构和吸附性能上的变化机理,结果证实,淀粉经苛化处理后,可使其羟基与羧基得到有效暴露,这一机制增强了抑制剂与赤铁矿表面的化学吸附能力,从而实现了对赤铁矿的选择性抑制.研究结果为赤铁矿反浮选脱硅工艺的绿色可持续发展提供了新思路.

• 热-化学活化铁尾矿制备地质聚合物及其机理研究

  刘刚,胡晨光,白瑞英,李秋明,安宇坤,封孝信

  为了解决铁尾矿在制备地质聚合物时反应活性低、使用量受限的技术瓶颈,分别以高硅型铁尾矿和低硅型铁尾矿为主要原料,采用热化学活化对其进行活性激发,然后以偏高岭土为校正材料,水玻璃为碱激发剂制备铁尾矿基地质聚合物.利用XRD和SEM/EDS等测试方法分析铁尾矿活化前后的矿物组成变化,研究了500 ℃和700 ℃热化学活化对地质聚合物微观形貌和结构的影响.结果表明,两种铁尾矿经热化学活化处理后的反应活性显著提高,制备的地质聚合物微观结构致密,抗压强度显著增大,较适宜的热化学活化温度为500℃.80μm 筛余为10％的铁尾矿经相同的热化学活化温度处理后活性最高,由其制备的地质聚合物的抗压强度最高;与低硅型铁尾矿相比,高硅型铁尾矿经热化学活化后可以获得更高的反应活性,由其制备的地质聚合物抗压强度更高.热化学活化使铁尾矿中的低活性矿物发生部分转化,形成了可溶性的硅酸钠及介稳态的不定形物质等高活性矿物.

• 资源型城市矿产-经济-矿山环境耦合协调发展研究

  王箫航,赵连荣,劳昕

  为促进资源型城市高质量发展,通过构建矿产经济矿山环境指标体系,运用综合评价模型、耦合协调度模型和障碍 度模型,对2020—2022年我国84个资源型城市矿产经济矿山环境综合评价指数、耦合协调度与障碍因子进行了研究.结果表明:矿产、经济及矿山环境综合评价指数均有所增加,不同类型、不同地区资源型城市差异明显;资源型城市耦合协调度较低,绝大部分城市都处于失调状态,耦合协调整体水平呈上升态势;矿产系统的主要障碍因子为矿产品销售收入、矿山工业总产值与矿山企业利润总额,经济系统的主要障碍因子为进出口贸易总额、专利授权数与规模以上工业企业利润,矿山环境系统的主要障碍因子为当年恢复治理面积、累计恢复治理面积和当年恢复治理投资额.