矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第7期

• 超深井大载重高速提升工况空气流场动态变化研究与分析

  杨锦涛,王西涛,李广,周建

  随着矿山浅表资源逐步枯竭,深井开采成为一种重要的资源获取方式.以国内某在建超深井大载重高速提升金属矿山为研究对象,通过对比不同井筒提升容器布置方式及运行工况的空气流场动态变化,开展提升容器气动压力分布规律的仿真分析.采用流体力学中的标准k-ε 湍流模型,基于Fluent软件对提升容器运行时的井筒气流状态进行数值模拟,分析了容器提升过程中的周围气动压力分布、计算了容器偏移量,进而揭示井筒内提升容器的气动力特性及横向摆动规律.研究结果表明,当两个相向运行的提升容器在井筒中交会时,会产生明显的气动冲击力及冲击力矩,且井筒双容器的横向气动力大于井筒四容器的横向气动力,双容器井筒布置的活塞效应较四容器井筒布置更为明显.从空气动力学角度来分析,超深井提升系统应优先采用四容器布局,其次考虑双容器布局.

• 深部高含硫矿石固结特性及其开采过程中的防固结措施研究

  韦军,熊信,高峰,罗先伟,黄世顶,周科平

  针对深部高含硫矿石开采过程中因氧化固结引发的资源浪费与安全隐患问题,以高峰矿高含硫矿石为研究对象,通过增重法定量分析矿石固结特性,开展含硫矿石防固结试验研究,并根据试验结果提出含硫矿石开采的防固结措施.试验结果表明:矿石固结程度随时间推移呈上升态势,且对矿石施压能促进其固结,矿样的12d最大增重率达0.460％;用碳酸氢钠(NaHCO3)和羟乙基纤维素(HEC)制备的复配防固结剂可显著抑制矿样固结,当两者质量比为1∶2、溶质质量分数为2％时,防固结系数达85.5％,矿样27d增重率为0.215％.结合试验成果,提出优化爆破参数控制矿石粒度、分阶段连续出矿缩短暴露时间、喷洒防结剂等防固结工艺措施.研究成果可为深部高含硫矿山安全高效开采提供理论依据和实践指导.

• 铜坑矿业关键工序时空协同多装备无人作业系统开发与应用

  张永玺,郭伟,王雷,黄立,周科平,杨承业,吴乐文,成锡良

  针对我国地下金属矿山资源中小型矿山多、矿体复杂、安全管控难的问题,提出了一套智能化开采系统解决方案.以铜坑矿复杂破碎矿体为背景,采用分段空场嗣后充填工艺,构建了基于“时空协同”理念的智能化系统.该系统通过全域无线定位网络,实现了凿岩、装药、铲运等关键工序的无人化、少人化作业和多装备跨时空协同调度,创新性地将矿石流与装备流深度融合.在铜坑矿的实际应用中,系统稳定运行一年,建成了3套标准化智能采矿工艺、1套多工序多装备协同支撑系统,1套完整智能装备链和1套调度平台等,安全释放隐患区资源,累计完成穿孔超4000m、出矿8万t,显著提升了作业效率和安全性.研究成果为复杂矿体智能化开采提供了可复制的技术路径,对推动矿山无人化作业和装备智能化提供了参考.

• 充填体包覆条件下残留矿柱回采方案及结构参数优化研究

  程斌,杨宁,吴会明,符洲云,彭跃金

  某高品位铁矿山局部残留多处由充填体包覆的间柱及顶柱.为尽可能回收高品位铁矿资源,对残留间柱及顶柱的回采方案进行了研究.通过对下向进路充填采矿法与分段充填采矿法进行技术经济指标对比分析,选择回采工艺简单、开采强度高、生产成本低的分段充填采矿法作为回采残留矿柱的最佳采矿方法.根据选择的采矿方法,通过数值模拟手段,分析不同矿房结构参数下的采场围岩及充填体位移、应力、塑性区分布,对606＃ 间柱以及－525m 分段位置顶柱回采的矿房结构参数进行了优化研究.模拟计算结果表明,回采606＃ 间柱的最佳矿房结构参数方案是矿房长度为30m、不留设顶柱,此方案的矿房顶板位移最大值为50.00mm,顶板塑性区体积最小,为1534.55m３;回采顶柱的最佳矿房结构参数方案是一、二步骤矿房的跨度分别为8m 和10m、长度为25m,此方案的矿房顶板位移最大值为57.64mm,顶板单位面积塑性区体积较小,为1.02m3,采场内部充填体塑性区无明显的贯通.

• 不同分段高度条件下端壁倾角对放矿效果的影响研究

  王亮,张治强,马绪骁,洪芷彤,王薪荣

  针对无底柱分段崩落法放矿过程中损失贫化大的问题,进行了不同分段高度及端壁倾角条件下的物理放矿试验,得到了放出体形态变化规律及矿石贫化率、回采率的变化特征.结果表明:当分段高度一定时,随着端壁倾角的增加,放出体沿进路方向的水平厚度增大,轴偏角增大,沿端壁面的宽度及垂直高度减小;放矿过程中,废石的主要来源由上部废石为主转为正面废石为主,且分段高度越大,废石放出的时间越晚,累计矿石贫化率越小;对于不同分段高度,当端壁倾角为90°时,达到截止品位后,各分段高度下的累计矿石贫化率均为最小;随着端壁倾角的增加,各分段高度下的矿石回采率先增大后减小,并在端壁倾角为85°时取得最大值;当端壁倾角为85°、90°及95°时,随着分段高度的增加,矿石回采率先减小后增大,分别在18.8m、19.17m、18.73m 分段高度处取得最小值.

• 基于重度增加法的露天坑底矿柱系统失稳特征

  李胜,荣辉,张杰,马强英,路增祥,李角群

  司家营铁矿露天转地下开采工程采用空场嗣后充填采矿法,需留设水平隔离矿柱以实现露天与地下开采系统的隔离,从而确保地下开采的安全.为提高矿区开采的整体稳定性,基于重度增加法,研究了露天坑底境界矿柱厚度为45m 和盘区间柱宽度为20m 时,重力加速度对露天坑底矿柱结构系统的应力场、位移场和塑性区分布的影响.研究结果表明:(1)初始重力加速度下,矿柱结构系统基本处于稳定状态,随着重力加速度的增加,矿柱结构系统应力集中现象不断增强,当重力加速度增大到初始重力加速度的2倍时,最大主应力达到了56.98MPa,拉应力分布范围也随着重力加速度的增加逐渐扩大,最终拉应力会达到岩体的抗拉强度;(2)初始重力加速度下,矿柱结构系统的最大位移量为259mm 且分布范围较小,处于稳定状态,随着重力加速度的增大,位移量呈指数型增长态势;(3)矿区N22~N26勘探线范围的坑底境界矿柱与盘区间柱是易发生失稳的高风险区域,很可能引发多矿柱连锁失稳破坏问题;(4)在矿山设计与开采过程中应采取增大盘区间柱承载能力和提高N22~N26勘探线范围内采空区充填质量等措施,以确保司家营铁矿露天转地下开采安全可靠.

• 普朗铜矿二次破碎的矿岩块度与能量耗散研究

  万再春,曾庆田,黄恒,李志钧

  为解决普朗铜矿自然崩落法开采中产生的尺寸超过1.2m 的大块矿岩导致设备堵塞、成本增加的问题,借助有限元数值模拟方法,详细分析了不同炮孔数目下3种典型大块矿岩二次破碎的块度分布及能量分布特征.首先,通过图像处理与现场测量获取了矿岩的块度分布数据,并对矿岩进行分类.其次,利用有限元软件模拟爆破应力演化、裂纹扩展和能量耗散.结果表明,不同炮孔数目对大块矿岩的破碎效果有显著影响.随着炮孔数目的增加,岩石内部应力分布更均匀,破碎效果增强.炮孔数目相同时,3种典型大块矿岩在距离炮孔相同距离时受到相近的爆炸荷载压力.爆炸荷载压力随着与炮孔距离的增加而迅速衰减.多孔爆破时,两孔分布中心线上的应力值最大,三孔分布中心线上的应力值最小.随着炮孔数目的增加,裂纹数量相应增加,并在矿岩中形成更长的裂纹或更广泛的裂纹网络,且多孔爆破形成定向裂纹或裂纹带.多孔爆破后的矿岩块度分布特征表现为均匀且破碎.炮孔数目与动能和内能的最大值成正比,相同炮孔数目条件下,各尺寸矿岩内能保持稳定,岩石的动能和内能之比随着大块矿岩尺寸的增加而降低.因此,在普朗铜矿岩石二次破碎施工中,小型大块矿岩可采用单孔爆破,中型和大型大块矿岩可采用双孔爆破.

• 预留护壁式上向水平充填采矿法采场稳定性研究

  梁巨理,张庆嵩,林卫星,龚永超,欧任泽

  合理的采矿方法和采场结构参数对于确保矿山的安全与高效生产至关重要.针对某铜矿矿体厚度变化大的特点,结合岩体节理裂隙分析、岩体完整性评价、矿岩允许暴露面积及岩体自稳能力,优化了矿体回采方案.通过FLAC3D数值模拟软件分析了护壁式上向水平充填采矿法中采场内部的应力、位移与破坏规律.结果表明,回采过程中最大拉应力始终未超过矿体的抗拉强度.随着开采的进行,最大压应力由采空区左下侧尖端迁移至顶板靠近右上尖端,且随着分层的增加,尖端的压应力逐渐减小.在暴露面积确定的条件下,短边跨度越小,顶板下沉量越大.开采进程导致底部应力和变形的加剧,充填体底板与下盘围岩底鼓现象显著.剪切破坏主要集中在采空区尖端,并向围岩深部延伸.侧帮由于上盘护壁的存在,有效隔断了围岩破坏区向采空区的扩展,提高了采场的稳定性.

• 松散软弱地层双圈冻结孔温度场分析及优化布置研究

  廖敦霞,刘文汇,万文,林卫星,盛佳,龚永超,肖宇,王玉丁

  以莱州某矿主井冻结段的松散软弱地层为研究对象,采用现场实测、ANSYS数值模拟手段对双圈冻结孔的温度场分布规律进行对比分析,发现双圈冻结孔的冻结效果并不理想,在全面研究双圈冻结孔冻结壁形成和发展规律的基础上,提出一种新型三圈冻结孔的优化方案,即布置井筒内壁单圈冻结孔＋外壁双圈冻结孔,并运用ANSYS有限元软件分析对比优化前后的温度场冻结效果.结果表明:优化方案的交圈时间缩短了10d以上,有效降低了井筒内部温度并缩短了冻结壁交圈时间;优化方案冻结60d时的冻结壁厚度已经达到了4.8m 左右,远远大于原方案的冻结壁厚度,且温度比原方案低4~5 ℃左右.这说明在井筒内加一圈冻结孔是行之有效的方法,能快速将井筒周围温度降到最低,对井筒掘砌安全施工、冻结难度大等地质条件复杂的立井开挖起到一定指导作用.

• 大直径深孔空场嗣后充填采矿法采场充填体合理强度研究

  杨宁,席世强,马志平,欧任泽,阚晓平,张庆嵩,赵恒兵

  采场充填体的合理性设计对于保障矿山的安全高效开采至关重要.以某大直径深孔空场嗣后充填采矿法采场为工程背景,结合理论计算与数值模拟方法对采场充填体合理强度进行研究,探究了采场充填体内部的应力、位移及地表沉降变形规律.结果表明:充填体内部的最大主应力随着开采的进行逐渐增加,应力主要为压应力,在顶、底板处更加明显.充填体强度变化对最大和最小主应力峰值影响不大,但充填体强度的增加减小了应力辐射范围.充填体强度的增加减少了顶板下沉空间并限制了顶板变形,其对顶板的约束效果优于地表.受开挖扰动的影响,充填体内部的位移呈现阶梯状的变化规律.在采场充填体顶、底部10m 强度为2.5MPa、中部强度为1.5MPa的工况下,地表监测线的最大倾斜变形、曲率、最大X 方向水平变形和最大Y 方向水平变形分别为0.109、0.181×10－3、－0.024和0.059mm/m,均满足安全规程允许的地表沉降对构筑物影响的要求.

• 基于正交试验的尾砂废石复合胶结充填体强度研究

  张耀平,朱训文,雷大星,刘波,邹雄刚

  为解决某矿山固废堆积严重、充填体整体强度低等问题,以尾砂、废石为充填骨料,并添加聚丙烯纤维制备充填料,通过正交试验,探究了灰砂比、废石级配指数、纤维掺量对充填料浆坍落度和充填体强度的影响,并确定最佳充填材料配比.结果表明:影响充填料浆坍落度的主次因素依次为废石级配指数、纤维掺量、灰砂比,而影响充填体28d抗压、抗拉强度的主次因素则依次为灰砂比、纤维掺量、废石级配指数;灰砂比减小和废石级配指数增大均削弱充填体强度,纤维掺量为0.6％时,充填体强度最大;构建了主要因素耦合影响下的充填体强度及坍落度的拟合函数,根据拟合函数建立了主要因素与充填体性能各指标之间的影响关系三维模型图,均符合Z＝Ax2＋By2＋Cx＋Dy＋Exy＋F 的关系;基于正交试验和矿山实际需求,得到最优充填材料配比参数:灰砂比1∶5、废石级配指数0.8、纤维掺量0.6％,在此条件下,充填料浆的流动性和充填体强度均能满足矿山的充填要求,且充填材料的成本相对较低.

• 掺有碳酸钙的膏体充填体力学特性试验研究

  胡昕,杨生彬,陈新泽,饶虎,鞠照强

  碳酸钙可作为缓凝剂来提高充填料浆的可流动时间,为研究碳酸钙对膏体充填体力学特性的影响程度,采用单因素及正交法设计充填体材料配比方案制备充填体,对充填体试件开展单轴压缩试验,实时监测加载过程中充填体的声发射变化,并利用SEM 观察试件裂纹处的微观形貌,研究各因素对充填体抗压强度的影响规律及权重顺序,从多角度分析充填体破坏机制.结果表明:随着碳酸钙质量分数的增加,充填体强度先降低后升高,掺加碳酸钙后,粉煤灰、水泥及固料质量分数对各养护龄期(3d、7d、28d)充填体强度的影响规律与未掺之前基本一致,碳酸钙对充填体抗压强度的劣化作用较弱,但具有价格优势,可作为充填材料缓凝剂使用;基于极差分析可知,各因素对充填体28d强度影响的权重顺序为:水泥质量分数＞碳酸钙质量分数＞固料质量分数＞粉煤灰质量分数;由充填体破坏特征可知,随着养护龄期的增加,充填体破坏形式由延性劈裂向脆性剪切破坏转变;声发射振铃计数在充填体初始压密接近弹性变形阶段及峰值应力前后发生突变,揭示了充填体内部损伤演化过程.

• 掺粗骨料膏体充填料浆输送性能与充填体强度优化研究

  李创起,祝鑫,赖伟,彭亮,王英乐,李文波

  膏体充填料浆输送性能与充填体强度是充填工艺的重要内容,为探究某矿山掺粗骨料膏体充填料浆输送性能和充填体强度演化规律,运用响应面分析方法开展了充填料浆流动性试验和充填体强度配比试验,基于响应面试验结果分析了粗骨料掺量、灰砂比、质量浓度等单因素及多因素交互作用对充填料浆输送性能及充填体强度的影响.研究结果表明:在单一因素影响下,对于充填体强度而言,敏感度因素从大到小依次为灰砂比、质量浓度、粗骨料掺量,对于充填料浆坍落度而言,敏感度因素从大到小依次为粗骨料掺量、质量浓度、灰砂比;基于响应面法建立了充填料浆坍落度和充填体强度配比的响应回归模型,模型预测值与试验值有较好的线性关系,模型的拟合度高、可靠性高;质量浓度和灰砂比交互作用对充填体强度影响最为显著,粗骨料掺量和质量浓度交互作用对料浆坍落度影响最为显著;对充填体强度和充填料浆坍落度进行了参数优化,最终得到优化后的参数为:粗骨料掺量30.7％、灰砂比1∶6、质量浓度82％,该参数下充填体强度和料浆坍落度试验值与预测值误差均在5％以内,验证了应用响应面分析法对充填体强度和充填料浆坍落度进行优化是可靠的.

• 大冶铁矿全尾砂充填料浆流变参数与输送特性研究

  张增贵,李锦想,谭玉叶,张勇,陈迪云,宋卫东

  管道输送是矿山充填系统的关键组成部分,充填料浆流变参数是管道输送设计的依据.以大冶铁矿全尾砂充填料浆为研究对象,通过流变试验及Fluent数值模拟对其流变参数及管道输送特性进行了研究.结果表明:料浆质量浓度在60％~70％时,剪切应力与剪切速率的拟合关系曲线符合H-B模型变化规律;随着料浆质量浓度的增大,其屈服应力和黏度系数均呈指数上升规律,黏度系数在料浆质量浓度达到70％时显著增大;当质量浓度为60％~65％时,料浆流动不稳定,管内压力分布不均匀;当质量浓度为68％~70％之间时,料浆流动状态相对稳定,压力沿管径呈对称分布;管道阻力损失与料浆质量浓度和料浆流量成正相关,当料浆质量浓度达到68％时,阻力损失开始大幅增加;建议将大冶铁矿充填料浆的质量浓度控制在65％~68％之间,考虑到料浆的最大流速均出现在垂直弯管底部(拐点D 处),此处应采用耐磨材料.研究结果可为矿山充填系统管道输送参数设计提供理论依据.

• 某磷矿地下开采诱发地表沉降的数值模拟研究

  武尚荣,李超相,陈帮洪

  针对某磷矿阶段空场嗣后充填法开采诱发地表沉降对地表工业场地的影响问题,利用FLAC3D建立了矿体自上而下分阶段开采后充填的三维模型,对不同开采阶段上覆岩层及地表沉降的变形进行了数值分析,得到了不同开采阶段下地表位移沉降分布规律:随着阶段回采的进行,累计回采空区体积增加,地表最大沉降值也逐渐增加,且呈现前中期沉降值较大、后期较小的特征,地表最大沉降值为72.94mm.结合地表近工业场地位置位移、倾斜值及曲率计算结果可知,所选测点变形移动值满足Ⅰ级、Ⅱ级的保护等级要求,设计的地下开采方案对地表工业场地安全影响满足规范要求.研究结果可为类似大型矿山自上而下阶段空场嗣后充填法开采过程中地表沉降及地压控制研究提供有益参考.

• 某露天矿已有老滑坡体边坡勘察及稳定性分析研究

  李青松,黎剑华,董勤喜

  已有老滑坡体边坡作为露天矿采场的重大安全隐患,其稳定性研究对保障露天采场的安全生产具有重要意义.采用多种物探方法＋模式搜索法对某露天矿已有老滑坡体的边坡稳定性进行研究.首先,通过地震映像法,并辅以瞬变电磁法及其他物探方法,对已有滑坡体的滑动面进行勘察,获得已有滑动面的位置;然后,采用模式搜索法对整个边坡最危险滑动面进行搜索,再结合毕肖谱法(Bishop法)分析其稳定性.结果表明:地震映像法和瞬变电磁法经过相互验证,均可作为勘察已有滑坡体滑动面的有效方法;已有老滑动面的安全系数均大于1.15,表明滑动面整体较为稳定.通过模式搜索法搜索出了已有滑坡体滑动面以外的潜在最危险滑动面,P1边坡在自重＋地震工况下,共搜索出8处不安全滑动面,主要位于已有老滑坡体的外部、坡体的顶部和已有老滑坡体坡脚的下方,即坡度较陡且有变化的位置,以及局部突出的位置;P1边坡在自重＋暴雨工况下,共搜索出3处不安全滑动面,主要位于已有老滑动面出口的下部;P2边坡则基本为稳定状态.研究结果可为边坡监测及地质灾害防治提供参考.

• 锡铁山多中段回采变形行为及规律研究

  高天宇,张海云,蔡泽山,李正明,张忠传

  针对深部矿山多中段联合采动诱发动力灾害显现的问题,对多中段回采区域应力演化规律及围岩变形行为特征进行了研究,通过地质调查、理论分析、数值模拟等方法对锡铁山铅锌矿2402~2522m 东部03~011线多中段回采区域的稳定性进行了分析,对开采过程中的围岩及矿体变形破坏行为进行了论证.结果表明,锡铁山多中段回采区域变形破坏主要发生于个别矿体厚大采场以及区域回采中部位置.开采现状的中段顶柱位置最大沉降接近4cm,暂无较大风险.后续开采2462m中段中,14003-3采场位移最大,沉降值超出6cm,两侧多个采场位移约为5cm,可能存在部分采场的垮冒.结合多中段回采变形破坏时空演化特征,针对开采过程中潜在的地压问题,对开采设计进行了回采规划优化.研究可为后续矿山区域内多中段安全高效开采提供理论支撑.

• 基于激光雷达的矿山工作面顶板形变监测研究

  於家成,权安鑫,陈江,吝曼卿,熊伦,卢永雄

  针对复杂环境下矿山工作面顶板形变监测高精确度要求,设计了一套基于激光雷达的工作面顶板形变监测系统,开发了配套形变监测数据算法,并对形变风险进行评估.监测系统采用间隔时差扫描获取矿山工作面两期点云数据,经角度变换和ICP配准等预处理后,结合高精度三轴倾角传感器实时校准激光雷达姿态,精确提取顶板点云形态;再利用Delaunay三角网格划分处理两期点云,并创新性地融入点面监测算法,计算第二期中心点与第一期三角面的距离,以提高形变监测精度;最后基于DBSCAN聚类算法提出了形变点云密度聚类滤波算法,识别并标记形变区域,并在此基础上作出风险等级评估,实现顶板形变的智能监测.现场研究结果表明,2024年4月和7月0~5mm 的形变位移范围内处于中风险等级,需要引起关注并采取相对应的监测和管理措施,5~10mm 的形变位移范围内处于低风险等级,需持续监测以防止风险升级;该监测系统在监测精度上达到了1~5mm 的范围,相较于传统监测方法,其精度显著提升,且能够实现形变区域的可视化精准标记.研究结果为矿山安全生产提供了强有力的技术支撑,进一步增强了矿山作业的安全性与可靠性.

• 基于多点位移数据和动态加权ARIMA预警矿山顶板动力灾害的研究

  司凯文,刘宏杰,朱德智

  矿山顶板动力灾害监测预警事关矿山生产和人员安全.传统多点位移监测预警方法基于监测数据的单一绝对阈值预警,灵敏度与可靠性较差.因此,提出了一种基于多点位移数据和差分自回归移动平均(ARIMA)模型预测矿山顶板动力灾害预警方法.该方法使用叠加技术增强了多点位移时序数据的信噪比,提出了联合增强型加窗波形特征函数比值和峰度值的分级预警方法,改善了传统阈值预警适应性不足的难题;构建了基于动态加权参数的ARIMA模型以预测位移数据,联合监测数据与预测数据来实现矿山顶板动力灾害的预警.该方法的理论测试预警误报率为13.3％,二级及以上预警特征值平均误差为15.4％;两个时间段的工程实际数据测试结果表明,预警误报率分别为11.8％和6.7％,二级及以上预警特征值平均误差分别为15.1％和14.4％.提出的矿山顶板动力灾害预警方法具有较高的应用价值.

• 长历时降雨后排土场边坡稳定性动态变化研究

  马增,费汉强,孙春辉,何环莎,牛小明,王旭

  为了揭示长历时降雨后排土场边坡渗流场和稳定性动态变化规律,以刚果(金)某排土场为例,基于饱和非饱和土力学理论,采用Geo-Studio软件进行了长历时降雨后排土场边坡地下水渗流场模拟和极限平衡分析.结果表明:降雨初期以垂直入渗为主,后期以侧向渗流为主,初始水位上升较快,降雨后2d逐渐下降,25d时趋于稳定;短历时降雨条件下,边坡安全系数存在波动,而长历时降雨条件下,边坡安全系数先减小后增大,最小安全系数出现在降雨后4d左右;降雨对排土场边坡稳定性影响具有一定的持续性和滞后性,对于初始稳定性不好的边坡,应采取安全防控措施.

• 爆破作用下邻近巷道围岩响应特征的3DEC模拟

  文兴宝

  为研究爆破作用对邻近巷道的动态响应特征,以某矿山邻近巷道为工程背景,采用3DEC离散元仿真软件,建立考虑岩体非连续特性的黏结块体模型,模拟爆破载荷作用下邻近巷道围岩的振动速度场、应力波传播及裂隙演化规律,分析不同爆破上升时间下的围岩响应特征.结果表明:短上升时间使爆破波能量集中释放,导致围岩质点峰值振速较高,但衰减迅速,而长上升时间使爆破波能量分布更均匀,但围岩质点峰值振速显著减小,对围岩的累积损伤更显著;裂隙分形维数演化呈现两阶段特征,爆破初期急剧增加,后期缓慢增长,长上升时间对围岩损伤范围扩展的促进作用更强;基于应力波传播与围岩质点峰值振速分布规律,短上升时间适用于高效爆破场景,而长上升时间需配合装药控制以减少围岩损伤.研究成果为邻近巷道爆破开挖的安全设计与施工控制提供了理论依据.

• 双排微型桩及框架结构加固皮带廊地基的应用

  陈耀煌,王发刚,虎万杰,郑广斌,苏伟,黄腾骁

  针对塞尔维亚紫金铜业有限公司MS矿南露天采场矿石运输皮带廊S2—S3段地基开裂变形问题,开展了地基裂缝现状调查、地基岩性勘察和地基变形监测.分析认为地基岩性差是导致皮带廊地基开裂变形的主要原因,皮带廊自身荷载和运行振动、采矿爆破振动、降雨降雪等也是诱发地基开裂变形的重要因素.为保障该皮带廊的地基稳定性,提出了采用双排微型桩和框架结构加固地基的处理方案.监测结果表明,在采取加固措施前,皮带廊S2—S3３段地基在持续沉降,紧邻皮带廊的西侧边坡出现了滑移的趋势;实施加固措施后,取得了良好的加固效果,此皮带廊地基的开裂变形趋势得到了抑制,有效地控制了裂缝的发育和扩展,提升了地基的整体性和承载力,有效控制裂缝的扩展传导.研究结果可为类似的岩土工程加固治理提供参考.

• 基于地下水数值模拟的控制疏干方案优化及矿坑涌水量预测

  王亮,滕龙,刘超,马俊生,张帅,高超

  地下矿山的矿坑涌水量及地下水渗流场时空变化的预测对于矿山防治水工程具有重要意义,直接关系到矿山安全生产和环境保护.刚果(金)某铜钴矿位于“赞比亚刚果(金)”成矿带的一个小型推覆体中,水文地质条件复杂.若采用传统疏干方案,预计矿坑涌水量将超46000m3/d.通过现场水文地质条件调查,利用矿区含水层垂向存在的多元结构和控制梳干原理,提出单层控制疏干方案.运用地下水流动理论和数值模拟技术,建立了能准确反映矿区水文地质特征的三维地下水数值模型.结合井下开拓期间的涌水点优化疏干钻孔布设方案,并预测940m 中段开采期的矿坑涌水量可降低至25260m3/d.矿山按优化后的控制疏干方案施工,实现了首采矿段带压开采,相对于传统疏干方案,每年节约排水费用约234万美元.单层控制疏干方法可为非洲类似大水矿山提供借鉴,从而实现降低矿坑涌水量、保护矿区水资源,达到高效带压开采.

• 高温作用下富黏土砂岩强度强化与劣化机制研究

  谢伟,倪彬,张伟,王军,王立

  为了研究热处理对富黏土砂岩物理力学特性和强度变化机制的影响,对富黏土砂岩试件进行了温度分别为25℃、200℃、400℃、600℃和800℃的热处理,并对热处理后的试件进行了物理参数测量试验和单轴压缩试验.结果表明,随着热处理温度的升高,砂岩试件的质量不断减小、波速和弹性模量呈现出先增大后减小、孔隙率和峰值应变呈现出先减小后增大的变化趋势;砂岩试件的强度在25~600℃热处理温度下呈现出强化特性,而在600~800℃热处理温度下呈现出劣化特性.最后,从颗粒热膨胀、矿物脱水、矿物相变与热分解3个方面揭示了富黏土砂岩的强度变化机制.研究结果为富黏土砂岩热特性的研究提供了借鉴,为高温作用下地下空间岩石工程的修复加固奠定了理论基础.

• 多软弱夹层岩质边坡失稳特性及非饱和渗流特性研究

  周新涛,张电吉,朱元栩,伍超,聂正

  软弱夹层通常是岩质边坡失稳的主要内部因素,降雨则是边坡失稳的主要外部因素,对于含软弱夹层的岩质边坡,研究其失稳机制及渗流特性对防治边坡失稳具有重要意义.以湖北赤壁南山某含多条软弱夹层石灰岩的露天边坡为研究对象,通过数值模拟方法深入探究边坡失稳特性,基于非饱和渗流理论研究边坡非饱和渗流特性,最后,采用Morgenstern-price法计算渗流场影响下各潜在滑移面的安全系数.研究结果表明:无论是边坡整体沿软弱夹层失稳破坏还是台阶局部失稳破坏,软弱夹层都是导致边坡发生失稳破坏的主要原因;降雨影响下,边坡内孔隙水压力的变化逐渐由地表往深处发展,但影响深度有限;对于距离边坡表面有一定距离的特征点,其孔隙水压力和体积含水率的提高存在“滞后”现象;在降雨影响下,边坡各潜在滑移面的安全系数降低,且在降雨前期降低幅度较大,后期则趋于平稳.

• 杨晓亮,汪云峰,盛建龙,周新,王楠,周文

  杨晓亮,汪云峰,盛建龙,周新,王楠,周文

  寒区岩质边坡失稳和隧道坍塌灾害均涉及岩体裂隙冻结渗流问题.为探究岩体裂隙低温冻结渗流演化规律,研发了岩体裂隙低温冻结渗流可视化试验平台,开展了不同流量条件下岩体裂隙低温冻结渗流试验.采用图像处理技术量化液冰相变的动态发展过程,并分析了液冰相变与冻结渗流特性的关系.结果表明:在冻结渗流过程中,由于液相与裂隙壁面之间热交换强度存在差异,液相在裂隙出口上、下两侧区域最先冻结;随着冻结渗流时间推移,冰相面积逐渐增加,渗流通道减小,导致恒定流量条件下液相流速加剧、热对流强度增强,因此在裂隙两侧冰相外凸处出现冰相消融现象;当冻结渗流达到稳态时,液相流动雷诺数显著大于初始值,压力梯度与流量大致成线性关系,较大流量对冰相冻结速率有明显的抑制作用.

• 谦比希铜矿涌水水化学特征及防治技术应用

  张兵,张梦昭,梁权宇,樊勇,孙伟,钱涵

  谦比希铜矿是非洲典型的高涌水量矿山,其矿坑涌水水文地球化学研究对地下水防治工程至关重要.采集地表河水样2组,矿坑涌水样16组,结合Piper三线图、离子比例系数、Phreeqc模拟等方法,解析了水化学特征及主控因素,揭示了主矿体、西矿体涌水水源以及水化学演化机制.结果表明,矿坑涌水水化学类型以SO4-Ca·Mg型为主,水化学组成主要受石膏和白云岩的溶解控制,少量源于长石的溶解;燧石白云岩含水层作为主要充水水源,区域范围内分布连续;矿区范围内地下水从西矿体区域向主矿体区域径流,主矿体区域受崩落法采矿影响,燧石白云岩含水层直接补给矿体含水层;石英岩隔水层分布不均,部分区段存在厚度变薄或缺失的情况,自然条件下燧石白云岩含水层与矿体含水层存在水力联系.结合矿区现状和涌水水化学特征提出“封堵为主,疏排为辅”的防治对策,为井下防治水及安全生产提供依据.

• 氧化石墨烯对硫铝酸盐水泥基注浆材料性能影响研究

  赵钰彬,NathanS．TEAH,刘昶,廖志凌,薛婉文,廖霖

  探究了氧化石墨烯(GO)对硫铝酸盐水泥基注浆材料性能的影响.通过宏观性能测试发现,随着GO 掺量的增加,浆液的流动性降低,但对硫铝酸盐水泥基注浆材料的力学性能有显著提升作用;当GO 掺量为0.01％、0.03％、0.05％、0.07％时,与对照组相比,7d抗压强度分别提高了4.7％、14.1％、13.3％、11.7％,其中,当GO 掺量为0.03％时,材料的力学强度提升效果最为显著,表明GO 对硫铝酸盐水泥基注浆材料水化反应有显著的促进作用,0.03％为最优掺量.通过微观XRD和SEM 分析发现,GO 通过桥联作用优化微观结构,虽未生成新产物,但显著提升了硫铝酸盐水泥基注浆材料的稳定性和材料在井下环境中的耐久性.研究表明,GO 能够提高硫铝酸盐水泥基材料的早期强度和长期耐久性,对工程应用具有重要价值.

• 露天石灰岩矿山生态脆弱性评价及修复策略探讨

  赵振华,韩琳,徐扬,袁辉,孙雅飞,徐英乾,郝杰

  针对济南市露天石灰岩矿山生态退化与损伤机理,基于“压力状态响应”(PSR)模型框架,构建了包括矿区生态要素和环境要素的济南市露天石灰岩矿山生态脆弱性评价指标体系,并在济南市李家窝废弃露天矿进行了工程应用分析.研究表明,崩滑流易发程度、矿区地表塌陷程度、植被覆盖率以及土壤侵蚀程度4个指标可在短期内完成修复,可用于矿山生态修复项目的验收与短期修复成效的评价,为实现矿山生态系统的短期修复成效所采取的措施,可视为人工促进自然修复模式的起点.基于生态综合指数EVI 界限值的逆推法可用于量化人工干扰程度,认为EVI＝3.75时的植被覆盖率能够实现较理想的自然修复效果.研究提出了“生态重塑、区域整治、景观重建”的生态修复策略,可为类似矿区的生态修复工作提供理论依据和实践指导.

• 爆炸性环境用本安电源过流保护短路瞬态能量抑制方法研究

  隆腾舞,宗乐文,梁龙,费汉强

  针对在爆炸性危险环境中,截流型本安电源在半导体开关元件切断过流主回路时,仍存在瞬态能量向负载传递的问题,提出在过流保护电路中增设瞬态抑制元件,降低短路电流上升速率从而抑制瞬态能量的方案.通过分析短路放电过程,建立短路放电数学模型,并采用Multisim 对不同电感值的保护电路进行仿真分析,得到电感参数与瞬态能量的非线性关系:增大电感可抑制瞬态电流幅值,但过量电感会延长保护响应时间,导致能量累积.基于短路放电模型,设计和制作了本安电源,试验结果表明,增加电感能有效抑制短路电流和瞬态能量,47μH 电感可使短路电流降低至0.988A,瞬态能量降低至1.17μJ,较无电感电路分别减少了87.3％和33.9％.结合并接续流二极管,瞬态电压峰值被限制在安全阈值内,为本安电源的瞬态抑制设计提供了理论与试验依据.

• 新型辅助捕收剂SN-F浮选锡石的试验研究

  蔡贵红,张自江,李祖忠

  针对云南某选厂锡石浮选中磷酸三丁酯辅助捕收剂对工艺条件敏感、泡沫不稳定、回收率低及药剂用量高等问题,开发了一种新型辅助捕收剂SN-F.通过条件试验和工业试验,对比考察了两种辅助捕收剂在不同矿浆pH、矿浆质量浓度、磨矿细度及充气量等条件下的适应性.结果表明,SN-F在矿浆pH 为6~８8和矿浆质量浓度为45％时表现最佳,对磨矿细度－37μm 占比72.11％锡石的回收效果显著优于磷酸三丁酯.工业试验结果表明,SN-F可提高锡石回收率10.69个百分点,提升精矿品位0.63个百分点,同时降低药剂成本34.31％,辅助捕收能力与泡沫稳定性良好,对复杂矿泥适应性更强,为细粒锡石的高效分选提供了经济可行的解决方案.

• 新型矿泥抑制剂在国外某铜钼矿浮选中的应用研究

  张慧,周浩,韩远燕,刘佳燕,方佳浚

  巴基斯坦某铜钼矿主要有价元素为铜、钼、金、银,原矿含铜0.55％,含钼0.01％,伴生金、银分别为0.1g/t和1.15g/t.矿石中绢云母、绿泥石等易泥化脉石矿物含量较高,导致铜精矿品位不高.为解决上述问题,开发新型抑制剂CD-B抑制泥化脉石矿物,采用“粗磨—三次粗选抛尾—粗精矿再磨再选”的工艺流程,可获得铜品位为26.76％、钼品位为0.451％的铜钼混合精矿,铜回收率为94.49％,钼回收率为77.48％;铜钼混合精矿中含金2.06g/t、含银32.66g/t,金回收率为40.17％,银回收率为55.38％,选矿指标良好.新型抑制剂CD-B为小分子有机物,零毒性,零污染,药剂单耗低,属于高效绿色环保药剂.与常规药剂水玻璃相比,采用CD-B可大幅提高铜精矿的品位,CD-B单耗是水玻璃的1/15,便于采购、储存和使用.

• 基于博弈论组合赋权-改进物元可拓模型的 有色金属企业绿色发展能力评估

  王训洪,马聪,胥孝川,王海英

  为解决有色金属企业绿色发展能力指标之间的不相容性及指标赋权过程中未能充分考虑主观性与客观性的问题,提出了一种基于博弈论组合赋权改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估模型.首先,通过文献分析和咨询专家,构建了有色金属企业绿色发展能力评估指标体系;其次,分别采用遗传层次分析法和CRITIC法计算评估指标主观权重和客观权重,并依据博弈论理论计算综合权重;最后,运用非对称贴近度准则替换最大关联度准则,建立基于改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估模型,并进行实例研究.研究结果表明,评定等级与上一年的偏向程度均一致,验证了基于改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估具有一定可靠性和准确性.