矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第6期

• 深部大规模矿山岩体质量评价与巷道支护技术研究

  于振建,龚永超,廖敦霞,林卫星,陈超,王玉丁,徐敏,江科

  为解决李楼铁矿深部－625m 中段28~48线矿体区域受到风化带及断层切割的影响,岩体力学强度显著降低、完整性差和开采技术条件极为复杂等问题.对该矿体区域上下盘4种矿岩进行了岩体质量评价,发现顶板围岩性质较差,脉外巷道应尽量布置在下盘稳固的大理岩中;基于岩体质量评价和巷道破坏机理分析,选取无支护、锚杆＋钢拱架支护、锚喷支护、锚喷＋钢拱架联合支护4种方案,运用FLAC3D软件对4种支护方案下的深部－625m 中段巷道围岩稳定性进行了数值模拟分析.结果表明:相较于无支护条件,锚杆＋钢拱架支护、锚喷支护、锚喷＋钢拱架联合支护方案下的最小主应力分别降低了4.05％、14.02％、11.59％,顶板的竖向位移最大下沉量分别降低了10.33％、42.46％、43.35％,巷道围岩的支护效果由弱到强依次为无支护＜锚杆＋钢拱架支护＜锚喷支护≈锚喷＋钢拱架联合支护,其中锚喷＋钢拱架联合支护方案的支护效果最佳.综合考虑认为,选用锚喷支护方案已能满足矿山大部分风化带区域的支护要求,只有在极破碎区域建议选用锚喷＋钢拱架联合支护方案.研究成果可为后续深部中段巷道的作业生产及采场回采提供依据.

• 基于塑性区范围的深部破碎围岩巷道支护技术研究

  朱豪,江科,龚永超,胡力可,林卫星,胡军生,刘建坡,熊晓晨

  为解决深部破碎围岩巷道支护困难的问题,对围岩塑性区范围进行了研究.以某矿山破碎段巷道为工程背景,对巷道破坏现状进行调研,并从巷道围岩自身物理性质出发,通过理论与数值模拟系统分析了黏聚力与内摩擦角对塑性区的影响.结果表明:巷道在原支护下产生破坏的原因为围岩性质差与支护参数忽视塑性区范围;围岩的黏聚力和内摩擦角对塑性区范围具有显著影响,当黏聚力和内摩擦角较大时,塑性区范围较小,巷道围岩趋于稳定;当内摩擦角为35°、黏聚力为3MPa时,塑性区半径的变化曲线出现转折,表明该组合参数为围岩承载能力的关键阈值;根据理论分析和数值模拟结果,提出了“锚(杆)、网、喷＋全断面锚索”的联合支护方案,现场位移监测显示,两帮位移最大变形量为40mm 左右,顶底板围岩最大变形量为61mm 左右,有效保障了巷道围岩的稳定性.研究结果为深部破碎围岩巷道支护技术提供了理论依据.

• 进路式充填采场围岩强度特征及稳定性分析

  余一松,李地元,刘家明,葛文杰,罗平框,茹文凯,杨嘉明

  随着浅部资源的开采殆尽,深部开采成为我国矿产资源开发的常态.以云南某矿山埋深1000m 处的进路采场为研究对象,进行钻孔取芯并开展了单轴压缩试验和巴西劈裂试验,基于Hoek-Brown准则和莫尔库仑准则,得到了围岩岩体力学参数,开展了不同进路布置方向下的数值模拟研究,探讨主应力方向对进路采场围岩稳定性的影响,并优化进路布置方案.试验结果表明,1000m 埋深范围赋存的岩石其平均单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量分别为96.48MPa、3.92MPa和33.87GPa,岩体具有明显的脆性特征.进路布置方向对采场的稳定性有着显著的影响,模拟结果表明,随着进路方向与主应力方向的夹角增大,围岩的位移变形范围增大,当进路方向与主应力方向平行时,围岩的位移变形量最小,稳定性最好.基于数值模拟结果,以主应力方向作为掘进方向,开展了机械采矿工业试验,并将采场进路尺寸扩大至4m×4m,发现在机械采矿较小的作业扰动下,进路采场稳定性良好.

• 基于MIDAS数值模拟的充填法采场结构参数优化研究

  葛菊花,刘彦宾,费汉强

  针对复杂开采技术条件下安徽某大型铁矿面临的安全高效开采技术难题,在资源禀赋特性、开采技术条件和采空区现状全面调查分析的基础上,构建采场三维可视化模型,并初步确定采用上向水平分层充填法和分段空场嗣后充填法的协同开采方案.利用MIDAS数值模拟软件对采场结果参数进行优化,结果表明,－470~－390m 矿段采用上向水平分层充填法,最优采场跨度为15m,顶板最大拉应力为0.795MPa;－390~－330m 矿段采用分段空场嗣后充填法,最优采场跨度为１18m,顶板最大拉应力为1.763MPa.工程实践表明,采用协同开采方案进行回采,采场生产能力为287~354t/d,回采率为76.65％~90.82％,贫化率为3.95％~4.61％,显著提高了矿山经济效益.

• 滦州某铁矿隔水矿柱尺寸优化与稳定性分析

  卢宏建,常星航,李胜,张培智,汪永强,张友志

  为合理确定滦州某铁矿第四系隔水护顶矿柱厚度和断层隔水矿柱宽度,以滦州典型充填法开采矿山为工程背景,通过理论分析,在对矿山隔水矿柱尺寸优化的基础上,运用大型有限元数值计算模型对优化后的尺寸进行了稳定性评价.结果表明:设计矿体开挖充填后,位移最大值影响区域高度未侵入第四系下风化层;最大、最小主应力均为压应力,未发生拉应力区域,未超过围岩抗压强度,接近风化层抗压强度;风化岩未产生塑性区破坏单元.断层和矿柱最大、最小整体位移敏感区域分布在0~30m;断层和矿柱主应力均为压应力,未发生拉应力;断层与围岩接触区域压应力达到塑性强度,矿柱区域主应力未超出矿柱强度;断层与矿柱接触区域、断层与围岩接触区域局部产生塑性区,未形成贯通区域.矿山－110m 水平以上矿体留设为护顶矿柱,满足风化岩层隔水开采安全要求;断层北侧留设100m 隔水矿柱、南侧留设60m 隔水矿柱,满足隔水开采安全要求.研究结果可为类似矿山地下开采过程中隔水矿柱留设和评价提供参考.

• 某铁矿露天转地下开采隔离层安全厚度确定研究

  曾庆隆,雷秀文,杨珏,吴嘉骏,李杰林

  针对某铁矿露天转地下开采工程隔离层的安全厚度问题,采用理论计算与数值模拟相结合的技术手段,分析了不同厚度隔离层条件下地下矿体回采过程对地表沉降及岩层移动情况的影响.结果表明:基于理论计算方法确定的该铁矿隔离层安全厚度范围为11.25~24.41m;采用数值模拟方法得出了隔离层厚度为15m、20m、25m 时,地表构筑物、露天边坡以及排土场地表沉降位移均较小,满足岩体的稳定性评判标准;考虑矿山安全开采同时避免矿产资源损失,推荐矿山采用隔离层安全厚度为20m.该方案实施后,预计矿山综合生产能力提升20％,安全事故率下降53％,在安全可靠性、技术可行性和经济合理性方面均有优势,为类似矿山开展露天转地下开采提供了重要参考.

• RSM-BBD 在矿渣基尾砂胶结充填材料配比优化中的应用

  宋兴,张海云

  为降低充填采矿成本,以矿渣粉水泥作为复合胶凝材料,利用响应面法,获取可满足某矿山充填体强度要求的充填材料最优配比.首先,通过开展不同胶砂比(矿渣粉水泥∶尾砂)充填体强度试验和不同料浆质量浓度塌落度试验,初步确定了矿渣粉掺量和料浆质量浓度范围;然后,基于RSM-BBD模块建立了不同龄期的矿渣基胶结充填体强度回归模型,分析矿渣粉掺量、胶砂比、料浆质量浓度对胶结充填体强度的作用关系.研究结果显示,矿渣粉掺量与料浆质量浓度、矿渣粉掺量与胶砂比、胶砂比与料浆质量浓度3组交互作用分别对充填体的3d强度、7d强度和２28d强度影响显著.最后,结合工程需求,推荐了充填材料最佳配比. 矿山实践表明,采用矿渣基胶凝材料代替水泥用于矿山充填,可降低充填的胶凝材料成本 12％~13％.

• 酸性环境和粉煤灰添加量对硫铝酸盐基注浆充填体早期强度的影响

  刘兴,郭家栋,杨浩泉,孔少奇

  为研究酸性环境下不同粉煤灰添加量的硫铝酸盐基注浆充填体的强度形成机制,结合单轴抗压、XRD物相分析、热重分析(TG)和MIP压汞仪孔隙测试等方法对其早期强度发展和微观结构演化进行了表征分析.结果表明:注浆充填体中粉煤灰添加量为10％时,水化1d的强度为11.05MPa,水化7d强度达到26.73MPa,当粉煤灰添加量增加至50％时,水化1d的强度仅为4.06MPa,而水化7d强度为10.05MPa,这表明高含量的粉煤灰导致的强度折损明显;酸性环境影响下,各个配比的注浆充填体强度均有下降,10％粉煤灰添加量样品的强度损失分别为17.60％、19.36％和21.42％,50％粉煤灰添加量样品的强度分别下降了21.01％、28.89％和39.45％;较高粉煤灰添加量和酸性环境提高了充填体的阈值孔径和孔隙率,致使充填体水化早期强度降低.在实际注浆加固时,应充分考虑酸性环境和外添加剂对胶凝体系的凝结速率和充填体的早期强度的负面效应,以保障煤巷注浆加固效果.

• 破碎矿岩崩落法扇形炮孔装药结构参数优化研究及应用

  秦国玉,龚臻,何建元,张刚刚,粟登峰,谭宝会,鲁旭

  扇形炮孔的爆破质量对于无底柱分段崩落法的应用效果影响显著.针对龙首矿西二采区在矿岩破碎条件下,使用无底柱分段崩落法时出现的眉线破坏严重、爆破块度不均匀、损失贫化大等问题,采用ANSYS/LS-DYNA 对落矿扇形炮孔的装药结构参数进行了优化研究.研究结果表明,采用孔口“W”形交错装药、孔底起爆以及排内微差爆破,可有效改善扇形炮孔的爆破效果.将优化的炮孔装药结构参数应用于现场生产实践,使矿石回采率提高了约36％,矿石贫化率降低了约31％,大块率降低52％,且眉线破坏的情况也得到了明显减少.

• 露天矿运输道路水稳层改性材料综合性能研究

  黄敏,温晨,黄明发,高忠,饶帝军

  针对露天矿山传统碎石运输道路耐久性、水稳定差等问题,利用矿山周边固废对运输道路进行改性,通过实验室试验确定水稳层的爆破废石与周边土的比例,探讨含不同固化剂掺量水稳层的无侧限抗压强度、水稳定性能及耐久性能.研究结果表明,未改性材料的无侧限抗压强度低于0.2MPa,而当爆破废石与路边土比例为4∶6时,可以充分发挥爆破废石强度且路面可以较好成形;固化剂可以显著提高材料强度,当固化剂掺量为8％时,无侧限抗压强度超过2.5MPa,水稳性系数为137.68％,试样的饱水抗压强度超过初始无侧限抗压强度,在干湿循环试验中,试样抗压强度随着循环次数的增加先大幅增长后略微下降,当固化剂掺量大于6％时,耐久性有明显提升.采用石土比4∶6、掺量8％的组合开展弯沉值试验,并进行综合成本分析,结果显示,改性后路面弯沉值为9.07(0.01mm),路面质量显著提升,综合成本为47.5元/m2,较原碎石路面成本降低明显.

• SBAS-InSAR 技术融合SOA-BP模型的矿区地表大范围沉降预测模型

  朱董,徐良骥,刘潇鹏,曹宗友

  针对传统预测模型易陷入局部最优解等问题,通过海鸥优化算法(SOA)对BP神经网络的权值和阈值进行优化,构建了SOA-BP预测模型,该模型基于多个高相干性点的时序沉降值,可实现对矿区地表沉降的大范围精准预测. 采用SBAS-InSAR技术处理59幅研究区SAR影像,并提取了该区域6997个高相干性点的时序沉降值,基于监测数据,采用SOA-BP预测模型对研究区开展地表时序沉降预测,并计算了预测精度.研究结果表明:SOA-BP模型相较于BP模型的最大均方根误差降低了82.77％,最大平均绝对值误差降低了81.13％;随着时间推移,SOA-BP模型残差分布在±5mm 范围内的样本占比从79.59％提升至91.91％,最大残差极值从16.7224mm 缩小至9.4219mm.SOA-BP模型预测精度较高,能够准确预测地表沉降规律.

• 急倾斜多矿脉岩移角的合理确定方法研究及应用

  刘亚雄,张海云

  针对急倾斜多矿脉地质条件下传统岩移角确定方法的局限性,提出了一种基于临界散体柱理论与数值模拟的综合分析方法.以河南发恩德矿区沙沟采区为研究对象,通过工程类比、理论分析及数值模拟,深入研究了急倾斜多矿脉开采对岩移角的影响规律,揭示了岩移角与矿脉距离、矿脉数量及矿体倾角的非线性关系,并建立了相应的经验公式.结果表明,矿区岩移角范围为69°~78°,临界散体柱高度占比为15.8％~20.7％;结合临界散体柱高度与岩移角动态修正模型,优化保安矿柱的圈定方案,使得资源利用率提高至82.3％;基于理论计算及工程实践结果,提出了多矿脉耦合作用下岩移角的动态修正模型,突破了传统单矿脉类比法的适用边界,为类似复杂急倾斜多矿脉的安全开采提供了有力依据.

• 不均衡数据下融合优化算法的CNN-LSTM岩爆烈度等级预测模型

  郑来耀,梁鹏,李国庆,刘言,刘天一,王聚贤

  针对岩爆烈度等级预测模型构建时样本数据不均衡和预测准确度不高的问题,在岩爆样本数据均衡化策略下,融合贝叶斯参数优化算法(BO)和多头注意力机制(Multi-head Attention),提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)的岩爆烈度等级预测模型(BO-CNN-LSTM-Multi-head Attention).收集国内外224组岩爆案例,并采用Box-Cox变换和支持向量机合成少数类过采样技术(SVM SMOTE)对岩爆样本数据进行正态化和平衡化处理.将处理后的数据集输入CNN-LSTM 预测模型进行训练和预测,并逐步使用贝叶斯参数优化算法、多头注意力机制对模型进行优化.模型预测结果表明:Box-Cox变换与SVM SMOTE采样可以有效减少离群点和数据不平衡对模型的影响,增强数据集可分性;BO-CNN-LSTM-Multi-head Attention岩爆烈度分级预测模型预测准确率为95％,该模型能有效提升岩爆烈度预测在样本数据不均衡情况下的预测精度,具有较高的可行性和实用性.

• 地下金属矿山层状岩体巷道围岩变形破坏特征研究

  王胜开,方旭刚,李华华,郭奇峰,周关虎,刘家明,肖磊,梁深林

  云南某铅锌矿埋深为1500m 的主沿脉巷的岩体层状特征明显,地压显现剧烈,围岩体稳定性控制难度大.基于工程地质调查及试验资料,采用3DEC数值模拟软件,建立工程地质体数值模型,对不同岩层倾角中的巷道在无支护和有支护两种工况下的围岩变形破坏特征进行模拟分析和比较,并进行巷道变形现场监测.研究发现,巷道水平位移和竖向位移受岩层倾角影响显著,随着岩层倾角增大,水平位移逐渐增大,竖向位移逐渐减小;巷道支护后围岩变形明显减小,塑性区形状与无支护巷道相似,但有支护巷道的围岩塑性范围比无支护巷道明显要小.对巷道施加支护后开展了巷道顶板位移现场监测,监测结果表明,随着时间的推移,顶板位移量逐渐增加并在约第70天后趋于稳定,且顶板的位移量随着岩层倾角增加而逐渐减小.因此,矿山使用的支护体系能有效减小深部层状岩体中的巷道的变形量,尤其对巷道拱顶的水平变形和右边帮的竖向变形影响效果最优,有利于维护巷道的长期稳定.

• 下部空腔对进路稳定性的影响及支护方式研究

  张刚刚,梁博,谭宝会,马国虎,粟登峰,王惠芬

  当巷道围岩中存在空腔时会对巷道的稳定性产生严重不利影响.为解决金川龙首矿崩落法采场最末分段回采进路受底板下方充填不接顶空腔影响而发生的显著变形和破坏问题,通过现场调查、数值模拟和现场试验的方法对回采进路的破坏机制和支护方式进行研究.结果表明,进路开挖后不接顶空腔在应力集中作用下发生变形,进而引发进路围岩协同变形,且空腔的存在为围岩变形提供了发展空间,这是造成进路出现严重变形和破坏的主要原因;根据空腔位置及其对回采进路稳定性的控制作用,提出了非对称支护方案,该方案将不接顶空腔部位视为整个支护系统的薄弱点来进行强加支护,从而降低空腔对进路稳定性造成的不利影响.现场应用结果表明,相较于原始支护方案,非对称支护方案显著改善了支护效果,使得进路两帮变形量减小了80％以上,支护成本降低约11.7％,在提高采场稳定性的同时保障了采场安全生产.

• 基于XGBoost的采场岩巷按需支护智评 优化设计系统及工程应用

  林景尚

  为避免出现好岩过强支护而差岩欠强支护现象,基于XGBoost算法结合巷道安全系数,开发了龙桥铁矿按需支护智评优化设计系统.采用影响龙桥铁矿巷道稳定性的７项按需锚网支护指标和5项按需素喷支护指标作为主要输入值,以60个巷道实际数据为例,进行按需优化支护设计和效果评价.结果表明:在－370.0m 水平试算处围岩等级较好,安全系数较大,可不采取支护措施;在－382.5m水平和－395.0m水平试算处围岩等级略差,安全系数略低,需采用素喷支护形式;在－407.5m水平和－420.0m 水平试算处围岩等级均为3级以上,围岩性质较差,均需要采取锚网支护形式.按需支护智评优化设计系统为龙桥铁矿提供了实时的岩体质量评估和支护方案优化,有效提高了巷道的安全性,显著节省了支护成本.

• 不同降雨条件下离子型稀土矿边坡入渗深度监测与稳定性分析

  方棱,薛少琪,李俊杰

  降雨是诱发离子型稀土矿边坡失稳的关键因素之一,尤其是离子型稀土矿原地浸矿后修缮的边坡更易受降雨入渗影响.以华南地区某离子型稀土矿边坡为研究背景,基于土壤湿度监测数据与有限元模拟,系统分析了降雨量、持续时间和降雨类型对边坡稳定性的影响.研究表明,单峰型与多峰型降雨的深层入渗(＞60cm)事件占比(19.79％),显著高于集中型(1.04％)和均匀型(5.21％).数值模拟显示,低雨量(10~20mm/d)条件下边坡稳定性排序为集中型＞均匀型＞单峰型＞多峰型;高雨量(50mm/d)时单峰型稳定性最差.随着降雨持续时间的增加,集中型和均匀型降雨条件下边坡稳定性系数呈先缓慢下降后快速下降的趋势,单峰型和多峰型降雨条件下边坡稳定性系数呈先快速下降后缓慢下降的趋势,这与峰值降雨强度导致的基质吸力突变密切相关.研究结果可为离子型稀土矿降雨型滑坡防控提供理论依据.

• 基于DIC方法的NSCB脆性试样抗拉性能及断裂特征研究

  刘龙飞,丁宏磊,石鑫,袁瑞甫,吴俊杰,侯志强,李小军

  为研究预制裂隙长度对不同岩石材料抗拉性能及裂隙变形特性的影响,选择花岗岩、中砂岩、石灰岩3种典型脆性岩石制备了直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circular bend,NSCB)试样并进行了加载试验,采用数字散斑相关法(digital image correlation,DIC)监测了试样破坏过程中的变形.结果表明:岩石试样的断裂韧度与抗压、抗拉强度及弹性模量等力学参数成正相关,NSCB试样的承载能力与已存在的裂缝长度成负相关;当裂纹长度超过一定值(a≥3mm)时,NSCB试样的承载力与裂纹长度成负指数关系;NSCB试样的变形特性受岩石晶体结构和微裂纹分布的影响显著,岩石矿物质的胶结程度越高,结构越致密,微裂隙不发育,则起裂应力高,破坏前的变形程度较小,反之亦然.研究结果为进一步认识岩石材料裂隙扩展机理及预测其扩展范围提供了依据.

• 动态扰动损伤状态对砂岩特征应力及声发射响应特征的影响

  赵钺,肖彤,赵红超,王立

  矿产开采过程中岩体往往承受着不同程度的动态载荷,通过一系列动态冲击试验与单轴压缩试验,对冲击作用后砂岩的特征应力和声发射特征参数进行了分析,研究了动态扰动损伤对砂岩试件力学行为及声发射响应特征的影响.结果表明:随着冲击速度的增大,冲击试验后的砂岩试件纵波波速呈逐渐下降的变化趋势,而其内部损伤变量呈现逐渐增大的变化趋势;随着冲击速度的增大,砂岩试件裂纹闭合应力与峰值应力的比值在逐渐增大,起裂应力与峰值应力的比值以及损伤应力与峰值应力的比值均在逐渐减小;在岩石变形破坏过程中,声发射活动表现出显著的阶段性演化特征,其活动强度及其频率特性随岩石内部的损伤演化会发生显著的阶段性变化.研究结果可以为爆破扰动下巷道围岩稳定性评价与支护设计提供理论依据.

• 基于NRBO-RF的井下粉尘浓度预测模型研究

  郭福明,李姗姗,郑春山

  为实现矿井粉尘浓度的准确预测,利用陕西某矿井采煤工作面的现场监测数据,采用随机森林(RF)模型,将温度、湿度、风速和当前时刻的粉尘浓度作为输入向量,构建多因素粉尘浓度预测模型;并提出使用4种智能优化算法(牛顿拉夫逊优化算法(NRBO)、麻雀搜索算法、灰狼优化算法和鲸鱼优化算法)对随机森林的参数(树的数量和叶子节点数)进行寻优,通过决定系数(R２)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)评价模型的优劣.结果表明:粉尘浓度预测的最优模型是NRBO-RF模型;与RF模型相比,NRBO-RF模型的R２ 提高了0.0303,RMSE 降低了0.5728,MAE 降低了0.0749,其拟合能力和预测精度最高.研究结果可为矿井粉尘的智能预测及防控提供参考.

• 大型锑矿区生态修复工程对地下水中锑迁移释放的影响机制

  兰建梅,唐晖,周楚韵,周建伟,王飘奕,龙馨洁

  为探究湖南锡矿山生态修复工程对地下水中锑迁移释放的影响机制,通过对2016年与2023年采集的锡矿山地下水样品水化学对比和水文地球化学模拟,分析了生态修复前后地下水水化学特征和锑含量的变化规律.结果显示:生态修复对矿区3个不同灰岩裂隙含水层中的锑含量有不同程度的影响,其中佘田桥组和锡矿山组受采矿活动和外源污染影响显著,锑质量浓度普遍升高;下石炭统组含水层地下水水位较低且存在隔水层,锑含量降低;生态修复前后Sb的来源具有较强的分异性,迁移转化受大规模的覆土、覆绿工程影响明显;生态修复工程改变了氧化还原环境,加快了地下水中Sb(Ⅲ)的氧化,地下水中锑的主要存在形态为SbO－3 .研究成果可为矿区生态修复工程中的重金属污染防治提供科学依据.

• 基于煤矸石改良的西北某矿区土壤重构研究

  曹珊,汪天宇,徐万茹,刘衡秋

  针对西北矿区表土稀缺和固废资源化不足的问题,开展以矿区煤矸石为基质的土壤重构技术研究.选用陕西铜川某煤矿的煤矸石(CG)、岩土剥离物(RS)和表土(TS)为原料,按不同比例混合配制成重构土壤进行苜蓿盆栽试验.结果表明,不同配比条件下的重构土壤理化性质有所差异,总体上重构土壤增加了土壤的养分和含水率,更有利于苜蓿的生长发育.与TS相比,重构土壤的pH 减小,有机质、全氮和速效钾均有所增加,而有效磷有所降低.CG40％和RS15％的处理对苜蓿的生长最有利,苜蓿最高株高为54.60m,最长根长为23.20cm,最大鲜重和干重分别为14.814g和4.849g.以上结果说明以CG为基质形成的重构土壤对开展西北地区矿山植物修复具有可行性,为CG综合利用提供了新的选择.

• 四川省非煤地下矿山隐患统计分析及安全管理对策研究

  梁永昌,邓利民,周帅,范永鑫,王清旭,程安虎

  为强化非煤地下矿山安全管理,厘清非煤地下矿山隐患特点,统计分析了52座非煤地下矿山隐患总量、隐患类型以及重大隐患特点.统计分析表明,一般隐患数量约是重大隐患数量的11.8倍,现场管理类隐患数量约是基础管理类隐患数量的1.1倍;现场管理类重大隐患数量约是基础管理类重大隐患数量的1.3倍;重大隐患主要集中在第二十三条、第二十条、第四条和第三十一条,分别为28,21,19,,13项.针对重大隐患特点,提出矿山企业要加强组织机构建设、足额投入安全经费和完善健全安全设施,以及安全管理部门要延伸监管触角、创新监管模式和强化监管兼容性的安全管理建议.研究成果将为非煤地下矿山安全管理工作提供参考借鉴.

• 基于数据驱动的矿用卡车驱动系统智能运维系统研发与应用

  何慧,曾鹏,周永强,刘周超,徐晓贞

  针对矿用卡车驱动系统诊断难的问题,融合小波包、集合经验模态分解(EEMD)方法,提出了一种智能故障诊断模型,将其集成于智能运维系统,并应用于矿用卡车.首先,采用小波包对驱动系统中轴承和齿轮的振动信号进行降噪处理,再通过EEMD算法将信号分解为若干个本征模态函数(IMF)分量,从包含主要状态信息的IMF分量中提取得到特征向量;其次,利用支持向量机(SVM)对故障模式进行分类,通过粒子群(PSO)、遗传算法(GA)和多种群遗传算法(MPGA)对SVM 的惩罚参数C 和核函数参数h 进行参数寻优,分别构建了SVM、PSO-SVM、GA-SVM、MPGA-SVM 四种故障诊断模型,分析得出MPGA-SVM 为最优故障诊断模型,轴承故障和齿轮故障的诊断准确率最高,分别为98.75％和96.67％;最后,针对XDE320电驱动矿用自卸车RE1060驱动系统,利用MATLAB和LabVIEW 开发了一套包含信号采集与存储、时频分析、故障特征提取和智能故障诊断四个模块的智能运维系统.研究表明:智能运维系统可实现在线监测并诊断已有故障,对提高矿用卡车的安全高效运行具有重要意义.

• 地下矿山安全智能管道油料垂直输送系统设计研究

  余洪伟,陈淼,谭一帆,周建,夏浩宇

  为研究地下矿山多中段管道油料垂直输送系统的安全性设计和智能化设计,建立了安装过程中最大推力和单根杆长的数值关系模型及不同截面尺寸、不同长度的垂直输油管道动态振动分析模型;构建了油料输送系统水锤效应和泄压输送数值模型,研究分析了不同输油流量和不同关阀时间条件下水锤压力动态响应特性.结果表明:单根管道长度在某一特定值时,安装推力随着管道直径增大而急剧增大;采用管道填砂方法可以减小主管因气泡激励引起的振动;减小输油流量或增大关阀时间可以有效降低水锤压力.同时提出了智能加油技术、智能调度技术、智能监测技术、智能消防和自动灭火技术等智能化设计方案,对深入研究管道油料垂直输送系统的安全智能设计具有重要作用.

• 基于DEM-CFD 耦合的立式螺旋搅拌磨粉磨性能研究

  邹德芳,贺子涵,于文达,曲迪,路社斌

  为探究立式螺旋搅拌磨机结构参数对粉磨性能的影响机制,采用离散元(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合方法,系统分析了磨机底隙、侧隙及搅拌器螺旋升角对粉磨性能的作用规律.首先,构建了立式螺旋搅拌磨机的数值模型,通过仿真揭示了粉磨过程中介质的动力学特性;其次,基于试验台开展了粉磨试验,以螺旋搅拌器驱动转矩为指标验证了仿真模型的准确性,结果显示最大误差仅为3.85％;最后,通过多参数仿真与正交试验,量化了各结构参数对粉磨性能的影响程度,并提出了以能量利用率、转矩、平均法向力和切向力为指标的综合评价方法.研究表明,磨机侧隙对粉磨性能的影响最为显著,其次是底隙和螺旋升角;最优参数组合为底隙与介质球径之比A ＝4.0、侧隙与球径之比B ＝3.0、螺旋升角C＝0.61.研究可为立式螺旋搅拌磨机的结构优化与性能提升提供参考.

• 不同磁化方式对赤铁矿反浮选的影响机理研究

  来有邦,柴思杨,李凤久,孟奥书,贾清梅,赵留成

  为探究磁化处理对十二胺木薯淀粉体系下赤铁矿反浮选行为的影响机理,分别对水、淀粉、十二胺、矿浆进行磁化,通过检测不同磁化方式下的药剂吸附量、接触角和Zeta电位的变化,分析了磁化处理在赤铁矿反浮选中的作用机理.结果表明,在pH＝9、淀粉用量为800g/t、十二胺浓度为20mg/L、浮选机转速为2100r/min的条件下,磁化水、磁化淀粉和磁化矿浆分别可使赤铁矿的浮选回收率提高2.78,4.16与3.84个百分点.磁化水、磁化淀粉和磁化矿浆可以提高赤铁矿颗粒表面的淀粉吸附量,并降低溶液在其表面的接触角,同时磁化水、磁化淀粉还会使赤铁矿颗粒的Zeta电位正移,磁化十二胺则使Zeta电位负移.磁化水与磁化淀粉促进了淀粉在赤铁矿表面的吸附,磁化十二胺则抑制了淀粉在赤铁矿表面的吸附,磁化矿浆促进了赤铁矿表面的水解,使赤铁矿颗粒表面能够吸附更多的淀粉,从而提高了赤铁矿回收率.

• 一种新型抑制剂在铜硫浮选分离中的选择性抑制机理研究

  鲁路林,付晓坤,陈玉贞,张行荣,陈建华

  针对铜硫浮选分离过程中采用石灰抑制剂存在的管道堵塞和环境污染等问题,开发了一种新型抑制剂PN 用于铜硫分离.通过系统试验对PN抑制剂在浮选过程中的选择性抑制性能和吸附机理进行了研究.结果表明:PN 抑制剂对黄铁矿具有良好的选择性抑制作用,而对黄铜矿几乎无影响;人工混合矿分离试验结果表明,在低碱条件下(pH＝8),PN 抑制剂用量为5mg/L时实现了最佳的黄铁矿和黄铜矿分离效果,可获得铜品位为31.3％,铜回收率为92.9％的铜精矿;接触角测量结果表明,PN抑制剂可选择性增强黄铁矿表面的亲水性能;PN 处理前后黄铁矿的微观形貌特征与元素含量变化分析进一步证实,PN抑制剂在黄铁矿表面发生了物理吸附,可实现对黄铁矿的选择性抑制.研究结果表明,PN 抑制剂具有在铜硫分离中替代石灰的应用潜力.

• 津巴布韦某磁赤铁矿选矿试验研究

  何湛,肖舜元,冯程,宋水祥,陈巧妹,龙姓也

  津巴布韦某磁赤铁矿TFe品位为42.01％,矿石嵌布粒度细且硅酸盐矿物含量高,为实现铁矿物与脉石的有效解离,提升铁资源回收率,采用弱磁强磁反浮选联合工艺进行试验研究. 通过磨矿细度试验确定粗磨细度为－0.074mm 占比81％,弱磁精矿再磨至－0.037mm 占比90％,强磁精矿再磨至－0.037mm 占比85％.磁场强度试验表明,4次弱磁作业磁场强度分别为0.33T、0.20T、0.15T、0.10T,强磁作业磁场强度为1.0T时,可获得Fe品位62.26％、Fe回收率12.25％的弱磁精矿和Fe品位51.32％、Fe回收率64.76％的强磁精矿.针对强磁精矿,通过反浮选条件试验优化药剂制度为矿浆pH＝11.0,玉米淀粉用量500g/t,CaO 用量800g/t,自研捕收剂CK-T1用量300g/t.闭路试验采用“一粗两精两扫”流程,最终铁精矿Fe品位提升至65.95％,Fe回收率达81.45％.研究表明,细磨与弱磁强磁反浮选联合工艺的结合显著提高了微细粒磁赤铁矿的分选效率,为同类难选矿石的高效回收提供了技术参考.

• 新疆某低品位微细粒铜钼矿选矿试验研究

  江旭,李杰,刘峰,陈巧妹,李昭旺

  针对新疆某斑岩型铜钼矿品位低、嵌布粒度细、铜钼分离困难等问题,对该矿石进行了矿石性质和选矿工艺试验研究,确定了“铜钼混浮精矿再磨铜钼分离”的原则工艺流程,通过单因素条件试验,确定了各浮选作业的关键技术参数,并在此基础上进行了全流程闭路试验.结果表明:阶段磨矿阶段选别可有效调控目的矿物解离度,并避免易泥化脉石矿物的过磨,“一粗三精两扫”铜钼混浮、“一粗七精一扫”铜钼分离全流程闭路试验获得了Cu品位为23.58％、含Mo0.046％、Cu回收率为82.97％的铜精矿和Mo品位为34.21％、含Cu0.96％、Mo回收率为66.38％的钼精矿,实现了铜与钼的有效分离回收.研究结果为该铜钼矿产资源的高效开发与综合利用提供了技术依据.

• 基于模糊小波神经网络的磁铁矿石分选方法研究

  凌彩勇,潘春荣,冯凯,曾德灿

  为了提高20~50mm 粒度磁铁矿石的分选精度并适应矿石品质的变化,提出了一种基于模糊小波神经网络的磁铁矿石分类方法(IGWO-FWNN).首先,对数据集进行特征提取,并通过模糊化和量化处理来增强模型的适应性.然后,采用改进的灰狼算法优化模型的初始参数,确保了模型训练的高效性.在训练过程中,通过梯度下降算法不断更新模糊规则参数,以优化网络模型的性能.试验表明,与优化前的GWO-FWNN模型相比,优化后的IGWO-FWNN 模型准确率达到0.9667,F１值提升到0.9512,同时模型的收敛速度也提高了24％.验证了该方法在磁铁矿石识别分类中的有效性,为磁铁矿石分选技术的发展提供了新的思路.

• 刚果(金)某铜钴选矿厂的药剂制度优化研究

  代定,张书超,郭明泽,盛涛

  针对刚果(金)某选矿厂硫化铜钴矿和硫氧混合铜矿硫化浮选工艺存在硫化剂药剂用量大、成本高的问题,开展了药剂制度优化研究,通过添加石灰调节矿浆pH 和矿浆浮选环境,降低了Na2S药剂用量.随着石灰用量的增加,Na2S的用量不断下降,而铜钴回收率受到的影响均较小,但石灰用量增加到一定值后再增加,Na2S用量的降幅较小,而硫化铜钴矿的钴回收率下降比较明显,两种矿石的铜回收率也表现出下降的趋势.对于硫化铜钴矿,当石灰用量为500~700g/t时,Na2S的单耗由不加石灰时的637.71g/t降低至312.48g/t,铜钴回收率分别为93.38％,91.82％;对于硫氧混合铜矿,当石灰用量小于350g/t时,Na2S的单耗由不加石灰时的732.57g/t降低至517.35g/t,铜回收率为86.01％.药剂制度优化后,硫化铜钴矿的浮选药剂成本由原来的1.77美元/t降低至1.58美元/t,降幅为10.73％;硫氧混合铜矿的浮选药剂成本从原来的2.12美元/t降低到1.74美元/t,降幅为17.92％,均具有较好的经济效果.

• 中国矿产资源开发利用形势分析及展望

  吴琪,葛振华,高宇,张必欣,仇巍巍,朱先云

  在全球经济增长放缓、地缘政治冲突加剧、能源转型加速等多重因素的影响下,矿产资源市场呈现出复杂多变的特点.为更好地把握中国矿产资源开发利用的现状及发展趋势,采用定量与定性相结合的研究方法,综合运用统计学、对比分析法等,对国内外矿产资源市场数据进行深入分析.通过对矿产品产量、价格、投资、进出口等关键指标进行梳理,揭示了中国矿产资源市场的运行态势;将中国与全球主要经济体的矿产资源开发利用情况进行对比,明晰了中国在全球矿产资源市场中的地位与特点;对中国矿产资源开发利用进行全面剖析,把握其发展面临的内外部因素.研究结果表明,2024年全球矿业市场走势分化明显,能源矿产价格回落,有色金属价格多数上涨,黄金等贵金属价格持续大幅上涨;中国矿业投资力度加大,地质勘查投资和采矿业固定资产投资均保持较高增长态势,矿产资源开发向西部转移趋势显著,西部地区相关指标占全国比重持续上升,以国有控股企业为主的多元化矿业开发格局更趋合理,矿山企业生产效率不断提升;矿产资源开发利用总体呈现“量增价跌”态势,全国原矿产量持续增长,但矿产品价格普遍下跌,致使采矿业工业总产值、矿产品销售收入和企业年利税总额均同比减少.展望2025年,全球经济增速放缓和供给增加将导致国际大宗矿产品市场走弱,不同矿产品价格走势分化;全球地质勘查投入回落,但国内地质勘查投入有望继续增加;中国矿业产品生产预计保持平稳,但企业经济效益和利润有所下降;能源转型将大幅推动清洁能源技术的矿产需求增长,关键矿产品的市场价值有望在2040年达到7700亿美元.为此,中国需充分发挥国内统一大市场和经济内循环优势,强化实体经济;依靠科技创新推动能源和矿产资源产业转型升级;加强国际合作,保障境外矿产资源有效供给;促进矿产资源可持续开发利用,为经济高质量发展提供坚实保障.