矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2025年第9期

• 基于多孔阶跃模型的深海微生物取样装置性能优化研究

  艾杨,臧龙,陈秉正,李江明,江敏

  以微生物取样器过滤膜为研究背景,采用多孔阶跃模型模拟微生物取样膜的结构,通过有限元方法对取样器内部流场 进行数值模拟研究,从过滤压降、流速变化规律和取样器内部速度与压力云图分布情况进行模拟分析,研究流体入口速度参数对深海微生物取样装置性能的影响,从而确定深海微生物取样器的最优流体入口速度参数.研究结果表明:在入口速度分别为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5m/s条件下,取样器过滤膜两侧的压降分别为36,82,139,207,288Pa,取样器过滤膜两侧的流速差分别为0.05,0.16,0.26,0.34,0.38m/s;取样器过滤膜两侧的压降和膜两侧速度差均随入口速度的增大而增大,且过滤膜后的压力随速度的增大呈减小趋势;当流体入口速度为0.3m/s时,取样器的过滤性能最优.数值模拟结果可为深海微生物取样装置的过滤性能研究提供理论依据.

• 基于微震监测技术的深部金属矿大范围采动应力场反演方法

  孙玉福,常家晖,崔松,刘建坡,王晓南,范彦迪

  深部金属矿山大范围多中段、多采场强回采造成围岩应力场频繁剧烈调整,极易诱发片帮、冒落等工程岩体灾害.针对现有采动应力场反演过程中存在多点测试成本高、反演时效性差等问题,提出了基于微震震源半径动态优化邻域搜索范围的改进密度聚类算法,将微震活动划分为多个内部关联性高的簇族.在此基础上,采用自然邻点插值方法,建立了“微震信号视应力—微震事件视应力—微震簇视应力—采动应力场”反演方法.深部金属矿工程实践表明,微震数据聚类簇族的平均轮廓系数为0.56，验证了该改进密度聚类算法对微震数据聚类的可靠性,且该方法获得的视应力集中区与实际地压灾害事件所在区域高度吻合.研究结果可为深部金属矿采动地压潜在危险区域识别和风险管控提供理论和技术支撑.

• 缓倾斜厚大矿体充填开采采场结构参数优化研究

  王平,齐梦寒,程爱平,韩亚民,李吉民

  程潮铁矿－675m 水平以下缓倾斜厚大矿体采用分段凿岩空场嗣后充填两步骤回采.根据理论分析结果制定3种矿房(柱)跨度的数值模拟研究方案,对比分析各方案的应力、位移及塑性区的分布情况,探究不同矿房(柱)跨度对采场稳定性的影响.结果表明:当矿房(柱)跨度为15m 时,采空区顶板所受最大拉应力均小于2MPa,最大压应力均小于5MPa,在岩体可允许范围,采空区顶板最大沉降值均小于5cm,未超过容许极限位移量,采空区结构面没有出现大面积的塑性区贯穿;当矿房跨度18m时,顶板沉降量为52.3mm(超警戒值50mm),确定矿房(柱)跨度15m为最优方案;顶板中心监测点的最大垂直沉降值为0.0337m,围岩中心监测点的最大垂直沉降值为0.0314m,根据地面变形对建(构)筑物影响等级评定结果,开采－675m 水平以下的矿体对地表建(构)筑物会产生轻微的影响,其影响程度在允许范围之内,保证了程潮铁矿地表新程潮大湾村的安全性.

• 不同采高下覆岩强度劣化模型及合理初采高度研究

  陈伟崇,黄晶柱,肖剑,吴锐,孙俊涛

  为研究采高对覆岩强度的劣化规律,以郭家湾51208工作面初采阶段合理初采高度的确定为背景,采用裂隙密度函数衡量采高对覆岩强度的劣化,建立不同采高下覆岩强度劣化的理论模型和数值分析模型,结合回采工作面的参数,得出采高对覆岩稳定性的影响规律.结果表明,随着采高的增加,回转角逐渐增大,承载层所负载的岩层厚度逐渐减小,岩层更易发生回转变形失稳.工作面推进长度为40m 时,采高2.5m 和采高4.0m 的覆岩位移最大值、基本顶的塑性区分布基本一样;工作面推进长度在50m 及以上时,采高4.0m 的覆岩位移最大值较采高2.5m 增加了10％以上,基本顶的塑性区明显增加.超前支承压力峰值随着采高的增加而增加,初次来压步距随着采高的增加而减小,采高2.5m 的初次来压步距为70m.采用初采高度为2.5m、在老顶初次来压后逐渐将采高调整为实际煤厚(4.0m)的方案,工作面初采更为高效和安全.研究结果可为工作面初采顶板控制问题提供参考.

• 高浓度尾砂料浆管道输送性能优化研究

  赵江涛,赖伟,祝鑫,杨鑫,彭亮,石勇,周晃

  尾砂料浆管道输送是矿山高效排尾的关键.为探究矿山尾砂料浆在管道输送过程中的流动阻力变化规律,通过正交试 验分析了流速、输送管径、料浆质量浓度等多因素及其交互作用对于尾砂料浆输送流动阻力的影响,并对尾砂料浆管道输送参数进行了优化.结果表明:(1)建立的沿程阻力回归模型F 值为4660.66,P 值＜0.0001,拟合值R2 为0.997,表明模型可靠性高,模型能够准确表征不同工况下料浆输送沿程阻力的变化;(2)沿程阻力损失对料浆流速变化较为敏感,当流速较低时(1~2m/s),沿程阻力损失变化曲线斜率较小,当流速大于2m/s时,沿程阻力损失变化曲线更为陡峭,阻力急剧增加;(3)多因素交互作用影响程度由大到小依次为尾砂料浆流速和质量浓度交互作用、尾砂料浆流速和输送管径交互作用、料浆质量浓度和输送管径交互作用;(4)优化后的管道输送参数为:料浆输送质量浓度为56％,料浆输送速度为1.6m/s,输送管径为127mm,预测沿程阻力为0.242kPa/m,而试验实测沿程阻力为0.233kPa/m,误差仅为3.7％,处于可控范围内,表明预测模型的准确性较高,且该工况下沿程阻力较小,满足长距离输送的要求.试验结果可为矿山高质量浓度尾砂料浆高效管道输送设计提供参考.

• 难沉降细尾砂絮凝沉降特性与浓密机理研究

  庞建涛,李树建,彭亮,凡杰

  为定量评价絮凝剂的絮凝效果及絮团孔隙结构的变化规律,引入分形理论,分析了ZYD、JYC-1、JYC-2和ZYZ四种絮凝剂的分形维数及絮凝效果.利用三维重构和CT切片分析了不同絮凝剂内部的孔隙结构,揭示了尾砂絮凝沉降机理.通过开展静动态絮凝试验,确定最优絮凝剂类型及工艺参数,并推导料浆底流质量浓度与泥层高度之间的关系.结果表明:ZYZ型絮凝剂的分形维数最大,为1.8423,絮凝沉降效果最佳;ZYZ型絮凝剂形成的絮团尺寸较大,沉降速度较快,且形成了较好的导水通道,浓密效果显著;通过静动态絮凝试验,确定了矿浆质量浓度20％、絮凝剂单耗20g/t为最佳絮凝工艺参数,计算出若尾砂底流质量浓度要达到70％,需要沉降的泥层高度为731mm.现场工业应用表明,浓密机放砂平均质量浓度为70％,泌水率≤5％,料浆流动性好,充填效果良好.

• 工业镁渣激发高硫尾砂充填体的力学性能研究

  张明,路彦忠,潘泽,余江明,杜佳新,薛改利

  以高硫尾砂和戈壁料为混合充填骨料,探讨工业镁渣激发高硫尾砂充填体的力学性能.进行了不同镁渣掺量对充填体 抗压强度影响的初探试验,并采用NaOH 作为碱性激发剂,通过正交试验系统分析了高硫尾砂充填体的配比参数对抗压强度、应力应变曲线特征及破坏模式的影响.结果表明,当尾砂∶戈壁料为1∶1,NaOH 掺量为1％时,充填体28d抗压强度达到最大值,为4.54MPa.NaOH 对镁渣激发高硫尾砂充填体力学性能具有优化效果,合理控制高硫尾砂、NaOH 与镁渣掺量可显著提升充填体抗压强度.提高NaOH、镁渣、高硫尾砂掺量能够提升充填体力学强度,但会导致其破坏模式向脆性转变,加剧局部破坏特征.研究成果可为镁渣和高硫尾砂的资源化利用和矿山充填材料的性能优化提供依据.

• 基于坍落度试验的溜井内矿石流动性研究及预测

  刘傲,叶义成,姚囡,张震

  为提高基于数值模拟及室内相似试验针对溜井贮矿段中矿石流动性预测的准确性,在数值模拟过程中引入了基于坍落 度及扩展度试验获取的平行黏结模型参数,采用该方法获得的数值模拟结果与室内相似试验高度一致.研究结果表明,在含水率0~9％范围内,矿石的流动性呈明显的下降趋势.特别是当含水率为7％~9％时,矿石容易发生堵塞,因此在实际放矿操作中应尽量避免该含水率区间.而含水率为3％~5％时,矿石的流动性最佳,建议在实际工程中应将矿石含水率控制在此范围.此外,研究发现,当贮矿高度从20m 增至40m 时,矿石的流动性显著提升,并在40m 时矿石质量流率达到峰值;当贮矿高度继续增至60m 时,矿石的质量流率趋于平稳,并出现轻微下降.

• 起爆次序对深埋巷道直眼掏槽爆破效果的影响

  丁勇,郝琪琪,崔松,王晓南,苏伯阳,刘传义,张凤鹏

  针对深埋巷道掘进爆破效率低的问题,研究了高应力条件下起爆次序对直眼掏槽爆破效果的影响.通过物理模型试验 与数值模拟相结合的方法,揭示不同起爆次序下应变场演化、裂纹扩展及槽腔成形的动态规律.采用金属丝电爆炸技术模拟炸药爆破,结合围压加载装置施加静压力,利用数字图像相关方法(DIC)与超高速相机捕捉试样表面应变场及裂纹扩展过程,并基于三维扫描结果分析不同起爆次序的槽腔形态差异.结果表明:当首爆孔位于最大主应力方向(起爆次序二)时,空孔环向应变显著增强,且易形成贯穿性裂纹.三维扫描结果显示,起爆次序二的槽腔体积较起爆次序一大,孔底残留率降低.数值模拟进一步验证首爆孔沿最大主应力方向时,损伤区分布更均匀,槽腔张开角增大,能有效提升后续炮孔的能量利用率.研究证明,优先起爆最大主应力方向炮孔可优化损伤区分布、改善槽腔形态并减少孔底残留.

• 金川二矿区深部三中段协同开采期巷道稳定性评价

  康超凡,陈仲杰,赵学科,王文杰

  针对金川二矿区三中段协同开采期巷道稳定性问题,选取最大主应力、巷道收敛速率、岩体完整性(Kv)、岩体质量 (RQD)和支护效果作为评价指标,基于组合赋权边界云模型算法,对深部三中段协同开采期巷道稳定性进行综合评价,并与现场工况对比.结果表明:不同开采期1018m、934m 及814m 分段巷道的稳定性等级整体上均以Ⅱ~Ⅲ级为主,但各中段主要巷道稳定性存在差异.现行开采阶段,１０１８m 分段巷道稳定性整体上优于934m 分段和814m 分段巷道,1018m 分段西部和东部区域巷道的稳定性优于中部区域巷道的稳定性,934m 分段和814m 分段中部和东部区域巷道的稳定性优于西部区域巷道的稳定性.开采后期阶段,各中段主要巷道的稳定性等级由较稳定逐渐变为一般稳定,稳定性有所降低.评价结果与工程实际相吻合,可为金川二矿区三中段协同开采后期的巷道支护提供参考依据.

• 富水破碎矿体高阶段采场顶板支护参数优化研究

  向伟华,周涛,王社光,路燕泽,甘德清,杨志强,刘志义,王立杰

  为解决顶板支护参数取值不合理导致顶板失稳、材料浪费的难题,以中关铁矿北区采场为研究背景,进行支护参数优化研究.首先,基于悬吊理论和松动圈理论,并结合未支护时数值模拟结果,将塑性区作为松动圈判定依据,得出松动区厚度,进而得出锚杆长度为2.4~4.4m;其次,根据岩体质量,设计锚杆间排距分别为0.8m×0.8m 和1.2m×1.2m,锚杆长度分别为2.4m 和4.4m,锚固力分别为17.5MPa和20MPa,采用FLAC3D软件建立回采模型,对比分析各方案顶板竖向应力、竖向位移、塑性区分布规律;最后,以模拟结果为基础,采用指标满意度法,选取顶板沉降量、应力释放区高度、塑性区面积以及锚杆总长度等指标,建立了综合考虑安全与经济效益的锚杆参数优选模型,计算得出综合满意度最高为0.899,确定锚杆间排距0.8m×0..8m、锚杆长度4.4m、锚固力20MPa为最优方案.模拟结果为该矿体锚杆参数的确定提供了理论支撑.

• 双框百叶式风窗流场模拟及局部阻力研究

  阴岳飞,周春山,张玉龙,齐金龙,周雍

  矿井通风系统作为矿山地下工程中的重要子系统,对其风量的精准调控是实现通风系统优化的基础,局部阻力则是影 响风量的重要因素之一.为了研究双框百叶式风窗的局部流场特征,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟软件,分析不同进口风速和不同叶片开启角度下百叶式风窗局部流场的动态变化特征,建立风窗有效开启面积与风量及局部阻力间的关系函数,并与实测结果进行对比.结果表明:当叶片开启角度为45°时,风窗入口处逐渐形成高速流场,随着进口风速的增加,流场风速峰值与流场面积随之增大;叶片开启角度从60°增加到90°时,风窗处局部阻力减小,后方流场分布特征发生改变;风流经过风窗的过程中,静压能与动能之间发生相互转换,增压减速区域及风门背风面形成的涡流区域成为影响双框百叶式风窗后方流动场内局部阻力及能量损耗的关键因素;风窗的局部阻力系数取决于有效过风面积,其与叶片开启角度之间呈幂函数关系;推导公式计算的风窗局部阻力与实测结果的最大相对误差为5.57％,表明公式计算得出的局部阻力较为准确.

• 基于G１-FDEMATEL-区间逼近的煤矿机电系统安全评价模型研究

  褚新胜,盛高永,孟磊,吕现波,张海云

  针对煤矿机电系统安全评估的复杂性和模糊性,为提高评估结果的客观性和可靠性,引入区间逼近理论,建立基于G１-FDEMATEL-区间逼近的煤矿机电系统安全综合评价模型.首先,根据事故致因交叉理论,从“人、机、管、环”4个维度,筛选17项指标构建评价体系;其次,耦合G１-FDEMATEL法获取指标综合权重,基于区间逼近原理,以区间估计法确定指标评估数据,弥补传统模型点估计值不连续、信息缺失的局限性,通过计算综合距离,判定煤矿机电系统安全等级;最后,以5座煤矿为例,应用G１-FDEMATEL-区间逼近模型分析机电系统安全状态.结果表明:5座煤矿机电系统安全等级均为“较安全”,与专家结论一致,较传统VIKOR、TOPSIS模型更能有效反映机电系统安全真实状态,验证了该模型的适应性和科学性,可为防范和处理机电系统安全事故提供理论支撑.

• 矿山低碳生态建设效果评价方法研究及关键影响因素分析

  柯丽华,张格格,姚囝,时诣涵,张衎瑞,凡雅雯

  为客观地评价矿山低碳生态建设效果和促进矿山企业经济建设与环境保护协同发展,基于DPSIR框架构建评价指标体 系,结合DEMATEL法和AHP法,构建DPSIR-DEMATEL-AHP指标权重算法,并利用区间数距离算法和二元联系数优度算法,提出了基于区间数优度的矿山低碳生态建设效果评价方法,客观地揭示矿山企业发展驱动力、生态环境压力、矿区环境质量状态、矿山开采对环境的影响和矿山企业响应反馈之间的紧密联系程度,为动态评估矿山各年的低碳生态建设效果和分析影响矿山低碳生态建设的关键因素识别提供依据.应用该模型方法评价某露天矿低碳生态建设效果和分析其关键影响因素,研究结果表明:该矿山2021年的低碳生态建设效果最优,2020年最差;提高矿山低碳生态建设效果的重要措施包括提升矿山利润率、矿山节能增效和减少CO2 排放、提升单位工业产值固废利用量、增加矿区绿化覆盖率、实施有效的降尘措施、加强矿山生产关键工作流程管理、提升节能减排宣传和培训的覆盖率等.

• 基于ANP-TOPSIS的非煤地下矿山安全绩效评估

  刘业娇,高富,滕婷,佟瑞鹏,姜丰懿,闫文杰,马敏

  为评估非煤地下矿山安全管理工作实施成效,建立了非煤地下矿山安全绩效评估指标体系,其中包括6项一级指标和 30项二级指标;构建了基于ANP法和TOPSIS法的非煤地下矿山安全绩效评估方法,通过ANP法确定评估指标权重,结合TOPSIS法进行综合评估;最后以XD公司为例进行实证研究.评估结果显示:XD公司2023年的安全绩效评分最高,安全绩效为Ⅱ级,2020—2023年安全绩效综合得分年均增幅为5.36％;XD公司在安全教育培训方面相对较好,在风险分级管控与隐患排查治理方面相对薄弱;评估结果可为矿山企业的安全管理工作提供指导.

• 矿物组分对花岗岩微裂纹扩展及静力学特性的影响

  曾其明,冷光涛,吴英,邓勇军

  为了研究花岗岩中矿物成分含量对其微裂纹扩展及静态力学参数的影响,结合薄片鉴定分析及颗粒流离散元软件PFC2D,建立了考虑岩石细观组分的数值模型,通过静态单轴压缩试验标定了模型细观参数,讨论了矿物组分含量对花岗岩微裂纹扩展、抗压强度、弹性模量的影响规律.结果表明:随着石英含量增加,岩石的破坏模式由“y”形剪切破坏向“X”形剪切破坏转变;随着钾长石含量的增加,岩石的破坏模式由斜截面剪切破坏向“y”形剪切破坏转变;随着斜长石含量的增加,岩石的破坏模式由“V”形剪切破坏向“X”形剪切破坏转变;黑云母对岩石破坏模式的影响最大,随着黑云母含量的增加,岩石的破坏模式由“V”形交叉剪切破坏过渡到单斜截面剪切破坏,再转变为复合型剪切破坏;花岗岩的弹性模量与钾长石、斜长石呈负相关,与石英和黑云母呈正相关;黑云母对花岗岩抗压强度的影响最大,其次是斜长石,然后是石英,影响最小的是钾长石.进一步引入了刚度非均质因子(SHF)分析矿物成分含量与岩石力学参数的关系,发现岩石的峰值应力、弹性模量随刚度非均质性因子的增加呈线性减小.

• 冻融循环下非贯通节理岩体抗剪强度准则的改进与验证

  张耀平,赖春奇,雷大星,刘波,邹雄刚

  寒区节理岩体的工程稳定性常受冻融循环损伤作用影响而引发地质灾害,其核心控制因素为岩体抗剪强度的劣化.针 对寒区节理岩体面临的冻融循环和剪切荷载耦合作用的工程背景,现有冻融节理抗剪强度计算方法存在一定偏差.为此,提出一种考虑冻融循环下节理岩体强度弱化的修正抗剪强度准则.通过相似材料试验方法,系统开展了冻融循环剪切耦合试验研究.基于冻融节理直剪试验结果,揭示了岩桥在冻融剪切耦合作用下的弱化机制:非贯通节理岩体的抗剪强度均由非弱化区岩桥的抗剪强度、弱化区岩桥的抗剪强度以及节理面的抗剪强度3部分共同组成.建立了以剪切模量为变量的岩桥耦合损伤模型,实现了岩桥弱化规律的定量表征.在此基础上提出的修正Jennings抗剪强度准则具有以下优势:理论预测值与试验结果的平均相对误差仅为3.28％,较修正前的Jennings准则显著提高了预测精度,能准确反映冻融作用下非贯通节理岩体的强度特性,为研究寒区节理岩体的冻融损伤机理及其安全防护提供了可靠的理论依据.

• 矿用退锚机器人整机稳定性及行走机构动力学仿真分析

  孔庆宇,李永安,顾喜鹏,李佳浩,周建平,王宏伟

  基于矿用退锚机器人的使用工况、结构组成与工作原理,利用三维软件SolidWorks建立了整机模型,分析整机及破锚机械臂在不同位姿下的整车重心位置变化规律及履带行走系统的动力学特性.结果表明:在理想状态下,能满足退锚机器人正常作业的最大横向坡角为10°;在前进和转弯工况下,矿用退锚机器人运动过程中的履带板与驱动链轮之间的作用力在垂向、纵向和横向3个方向的变化规律十分相似,Y 方向上作用力近似呈正弦曲线变化,Z 方向上的作用力几乎在零值附近波动;数值对比发现,履带板转弯时所受到的力是前进时的2~3倍,因此履带板转弯时更容易发生损坏,在设计与强度校核时应充分考虑其最大承载能力.研究成果可为矿用退锚机器人研发提供理论依据和技术支持.

• 矿山无人运输系统无信号交叉口车辆通行协同优化控制方法

  齐月,折小江

  针对矿山无人运输系统无信号交叉口车辆高效、安全通行难题,提出了一种基于冲突路权决策和行车风险场的协同优 化控制方法.首先,通过引入安全裕度信息建立车辆冲突状态检测模型,并构建“先到先离负载优先优先路权决策库”的三级路权体系;其次,依据矿山工况特征建立行车风险场,作为无信号交叉口协同优化控制的安全性优化依据;最后,融合环境影响因素建立以通行风险最小为主要目标,通行效率为次要目标的优化目标函数.设计了包含多种冲突情况的露天矿运输验证场景,对协同控制方法进行验证,仿真结果表明:协同控制方法可实现多台车辆保持最小安全距离的前提下协同有序地不停车通过无信号交叉口.研究成果可为智慧矿山无人运输系统提供安全高效的无信号交叉口通行方案.

• 基于多元宇宙优化算法的带式输送机智能控制系统研究

  张润华,孟巧荣,辛佳龙,张琛,马志坤

  为实现龙泉煤矿4205工作面采区巷道带式输送机的煤流均衡控制及节能提效的目标,通过建立该带式输送机的数学模型,采用多元宇宙算法(MVO)优化模糊PID控制器,并基于MATLAB进行仿真与现场实际数据对比验证.结果表明:(1)相较于传统PID控制,MVO 算法优化模糊PID控制使调节时间和超调量分别下降了46.4％和34.49个百分点,适应度值从初始迭代的1022收敛至901.8,表明系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力显著提升;(2)对比分析带式输送机上5个时间段300s内带式输送机的实际带速与MVO-Fuzzy-PID的调控带速,验证调控带速能更准确地接近设定值;(3)从功率角度分析,MVO-Fuzzy-PID调控后所对应的电动机总功率显著降低.因此,MVO 算法优化带速实现了节能控制与煤流量快速匹配.

• 基于IWOA-LightGBM 模型的矿用挖掘机发动机故障诊断研究

  顾清华,白书宇,王丹

  针对矿用挖掘机发动机故障类别不均衡,导致故障诊断精度不高的问题,提出了一种改进的鲸鱼算法(WOA)优化轻量 级梯度提升机(LightGBM)的矿用挖掘机发动机智能故障诊断方法.首先,利用递归特征交叉验证消除法(RFECV)对采集的挖掘机发动机故障数据的特征进行提取,删除不相关的特征.其次,采用Focal-Loss改进LightGBM 的损失函数,提出一种改进的WOA对LightGBM 的超参数寻优,构建新的诊断模型.最后,利用某矿山挖掘机发动机故障数据进行验证,并与常见的集成模型、调优框架和诊断算法进行对比分析.结果表明:所提出的矿用挖掘机发动机故障诊断模型IWOA-LightGBM 的准确率和F1 分数分别为98.08％和98.53％,诊断性能较好,可为矿山机械设备的智能诊断提供参考.

• 微型凿岩台车在急倾斜薄矿脉开采中的应用研究

  颜武刚,张连军,王锋,代建龙,尹千才,未崴

  针对国内急倾斜薄矿脉浅孔留矿采矿法开采存在采幅过大、矿石贫化率高、机械化程度低、安全风险高等问题,以国内某金属矿赋存条件为工程应用背景,提出了浅孔留矿法机械化开采工艺,确定了采用微型凿岩台车上向浅孔凿岩的机械化开采思路.首先,基于试验采场的作业条件,确定了微型凿岩台车的设计原则和主要技术参数;其次,整机采用模块化和4个自由度凿岩定位的设计方案,对微型凿岩台车狭小复杂环境下的通过性、凿岩定位、整机稳定性和原地转向驱动系统进行了计算和模拟分析.结果表明,微型凿岩台车可满足急倾斜薄矿脉浅孔留矿法开采狭小空间转场行驶、凿岩定位及视距遥控作业的实际工程应用,单孔进尺速度最快可达2.2m/min,人工凿岩平均效率为1.35m/min,设备凿岩效率为1.69m/min,综合凿岩效率比人工凿岩效率提升25％以上,同时,通过视距遥控可有效减少作业人数、减小采幅、降低安全风险和提升综合开采效率,为开采倾角＞65°、脉厚＜0.8m 的急倾斜薄矿脉机械化改选提供装备方案参考.

• 基于改进YOLOv10s的矿井火灾烟雾目标检测

  武晔秋,石泽来,朱慧敏,刘玥

  矿井火灾烟雾目标检测是防止矿井内发生火灾事故的重要预防措施之一.为了提高矿井内火灾烟雾检测的精度与速 度,提出了一种基于改进YOLOv10s的矿井火灾烟雾检测方案.首先将收集的矿井火灾烟雾图像数据集通过在线平台完成标注,然后按7∶2∶1划分为训练集、验证集及测试集,在训练前对图片进行小波降噪及Auto-Msrcr算法增强处理;其次使用Focaler-IoU 重构原始YOLOv10损失函数,以及添加强化卷积神经网络性能的注意力模块CBAM 和使用跨阶段部分网络模块VoV-GSCSP替换颈部网络中的第三个C2f模块,从而提高模型的表征能力和决策性能,最终提高对矿井火灾烟雾识别的特征权重.试验结果表明,改进后的YOLOv10s模型与原模型相比准确率提升了3.5％,平均精度均值mAP＠500和mAP＠50-95分别提升了0.7％和2.2％,检测帧率提高了11.9帧/s;相较其他主流YOLO 模型,改进后的YOLOv10s模型检测精度和速度更高,具有更好的综合检测性能,适用于高精度和高实时性的矿井火灾烟雾检测场景.

• 井工煤矿AI预警管理系统的模块算法与多场景应用

  马昆,冯建权,冯晓彤,刘涛,杨洋,董霁红

  煤矿AI管理系统模块算法的实现与应用是智慧矿山建设领域的核心问题,促进矿井一体化管控有助于提高矿山智能 监测能力.基于矿山智能识别技术构建了三级五层矿山AI管理系统架构,开发了包括综采模块、掘进模块、运输模块、通用模块的矿山AI管理系统算法,形成了软件＋服务器智能视觉应用模式.综采模块采用CNN、YOLO-FastestV2和YOLOV3模型实现采煤设备识别、区域目标和支架姿态检测;掘进模块使用YOLO 模型识别前探梁支护和人体相关检测;运输模块利用YOLACT模型识别皮带运行状态、异物和大块煤;通用模块通过OpenCV、YOLO 和YOLOv4模型实现安全帽、人员行为和环境检测等.其中,YOLACT模型训练预测框的平均精度均值为86.79％,掩膜的平均精度均值为83.58％,均处于较高水平.综采工作面实时展示设备、人员、环境等状态结果;掘进工作面实现危险区域人员入侵、作业工艺异常识别及报警;运输系统实现皮带煤量、大块煤、异物等监测,对目标实时跟踪监视并预警异常行为;通用场景对井下重点区域的不安全行为及时进行报警,实现整个矿区的综合监管.研究成果推动了AI技术与煤矿安全生产深度融合,实现煤矿降人提效的智能化应用场景,对我国煤矿智能化开采具有重要意义.

• 矿区声环境自动监测技术可靠性分析与应用研究

  周桑扬,刘艳菊,肖金,龙睿,刘源源,唐彬

  矿区噪声污染是绿色矿山建设中的突出问题,实现噪声自动、精准、连续监测对环境保护与职业健康至关重要.为解决传统的噪声人工监测在矿区应用中存在时效性与连续性不足的问题,以湖南省某典型矿区为研究背景,选取露天采场、选矿厂、运输工区、生活区等8个功能区域,开展了24h连续的人工与自动噪声监测.通过对比超过190组小时等效声级数据,进行了线性回归与偏差分析,以验证自动监测技术的可靠性.结果表明:自动监测与人工监测结果高度一致,其线性回归斜率介于0.9835~1.0554之间,相关系数(r)均高于0.997,绝对偏差控制在±1dB以内,充分证明了噪声自动监测系统在复杂矿区环境下的适用性与准确性.监测数据同时揭示,生产区(70~85dB)噪声水平显著高于生活区(＜55dB),且经防治措施治理后,声级较其原本等效声级降低了约20~30dB,防治效果显著.最后针对性地为该矿山提出了噪声管理建议.

• 菱镁矿浮选除杂捕收剂的研究进展

  董丽鑫,代淑娟,周晓蕾,周滨,李鹏程

  随着高品质菱镁矿资源的逐渐枯竭,通过选矿手段对低品位菱镁矿石进行精细提纯具有重要意义.最有效的菱镁矿选 矿方法是浮选法,而决定浮选效果的关键因素是浮选捕收剂.介绍了菱镁矿浮选捕收剂的国内外研究现状,并从宏观角度常规表征测试技术和微观角度分子模拟技术两个方面分析了捕收剂与菱镁矿及其脉石矿物作用机理的研究进展.通过综合分析认为:需加强对协同除杂新型捕收剂方面的研究;通过试验与分子模拟技术相结合来验证捕收剂的浮选性能和作用机理将是今后研究的热点;新型捕收剂的研制在具有高选择性和捕收能力的同时,还应具备绿色、环保无污染的特性.研究结果可为菱镁矿资源的可持续发展和浮选药剂的研制提供参考.

• 助磨剂在铁矿磨矿领域的研究进展

  周桂石,王泽红,刘文宝

  我国铁矿资源丰富,但呈现贫、细、杂的特点,98％以上的铁矿资源需要经过选矿加工方可有效利用.粉磨工艺作为铁矿石加工利用的准备工序,对后续选别指标具有举足轻重的作用,但能耗钢耗高、能量利用率低,特别是细磨和超细磨时,能耗更高,不利于降低选矿成本.在磨矿过程中加入助磨剂,是提高磨矿效率、降低生产成本的有效措施之一.通过回顾助磨剂在铁矿磨矿领域的研究和应用现状、新型助磨剂的研制及应用、助磨剂对后续作业的影响以及助磨剂的作用机理,指出铁矿助磨剂的选择及应用需要与矿石性质、磨矿环境及磨矿条件相适应,应加强新型助磨剂的研制以及助磨剂对后续选矿作业的影响研究,以期为助磨剂在铁矿磨矿领域的选择和应用提供指导.

• 微细粒铁精矿细磨深选尾矿浮选钛铁矿试验研究

  李维斯,严伟平,杨耀辉,曾小波,邓建,李伦,张博远

  以攀西地区某厂微细粒铁精矿细磨深选尾矿为研究对象,其TiO2 品位为19.51％,脉石矿物主要为辉石、绿泥石和闪石等.针对该矿石特点,研发了BY系列抑制剂,搭配捕收剂MOH 使用,通过抑制剂筛选试验、抑制剂用量试验、捕收剂用量试验和pH 条件试验,确定最优药剂用量,并进行浮选闭路试验.结果表明:综合考虑钛精矿品位及回收率指标,确定以BY-3作抑制剂,其最优用量为1500g/t,捕收剂MOH 最优用量为2500g/t,粗选时pH 控制在3.5左右;通过“一粗一精脱硫—一粗一扫四精,中矿顺序返回选钛”的闭路流程,可获得产率为30.98％、TiO2 品位为46.94％、TiO2 回收率为74.54％的钛精矿,以及TiO2 品位5.27％的尾矿.研究结果可为同类型矿石高效回收利用提供参考.

• 秘鲁某选铁尾矿铜铅锌再选试验研究

  苗梁,李振宇,侯凯

  秘鲁某选铁尾矿含有铜、铅、锌等有价金属,该尾矿铜品位为0.38％,主要以原生硫化铜和次生硫化铜的形态存在;铅品位为0.79％,主要赋存于硫化物和碳酸盐矿物中;锌品位为2.68％,主要赋存于硫化物中;硫品位为8.45％,主要以硫化物的形式存在.采用“铜铅锌部分混浮铜与铅锌分离铅锌等可浮再分离”工艺流程进行浮选药剂种类优化试验,确定混浮粗选作业采用石灰＋CL合剂作为调整剂、丁基黄药＋酯-112作为捕收起泡剂,铜与锌分离作业采用硫化钠＋焦亚硫酸钠抑制剂体系,铅锌等可浮再分离作业采用25＃ 黑药作为捕收起泡剂.基于全流程浮选开路试验结果和中矿循环方案设计了闭路浮选试验.结果表明:铜精矿铜品位为22.03％、铜回收率为64.93％;锌精矿锌品位为47.12％、锌回收率为72.00％;铅锌精矿铅品位为21.65％、锌品位为25.13％,铅回收率为58.64％、锌回收率为19.95％.

• 低温萤石捕收剂CK-1的研发在承德某萤石矿的应用

  肖舜元,祁忠旭,高志勇,徐世红

  为解决承德某萤石选矿厂冬季生产采用油酸做捕收剂时,因油酸水溶性和分散性差等因素造成的捕收能力不足、耐低 温性能差,需加温矿浆至20℃以上,导致生产成本及能耗较高的问题,通过使用高低不同碘值油酸磺化后复配—皂化—乳化等方式,研发了一种新型低温萤石捕收剂CK-1.应用捕收剂CK-1后,夏季常温生产条件下,较原有生产指标,萤石精矿的回收率提升了0.77个百分点,在冬季矿浆温度为12℃的情况下,获得了与原夏季矿浆温度为25 ℃、使用现场油酸作捕收剂的条件下相近的选矿指标,但降低了吨矿加温成本11.03元,实现了该选厂的冬季不加温浮选,经济效益显著.在我国北方地区每年冬季萤石选矿的加温费用达到数千万元,因此CK-1在我国北方地区具有良好的推广应用价值.

• 基于响应面法的煤气化渣火山灰活性复合激发优化

  白晨阳,郭育霞,胡维扬,史昀辑,万颖

  为促进煤气化渣(CGS)的资源化利用,采用响应面法研究了4种激发剂复合激发对CGS火山灰活性的影响,分别测量 所制试样不同龄期的抗压强度,再计算出相应的活性指数以评估火山灰活性.同时建立了4种激发剂掺量对活性指数的四元二次多项式回归模型,并通过多目标优化获得CGS的最佳复合激发配比.结果表明,在复合化学激发过程中,水玻璃对CGS的3d和7d活性指数影响最大,电石渣对CGS的28d活性指数影响最大.3个回归方程模型的多元相关系数接近于1,证明模型具有良好的拟合效果.利用Design-Expert软件的Numerical功能对多目标进行优化,获得复合化学激发的最优配比:电石渣、脱硫石膏、元明粉和水玻璃的掺量分别为0.97％、1.61％、2.55％和10％,3d、7d和28d活性指数的实测值与预测值的绝对误差均未超过14％,相对误差均未超过7％,说明回归模型具有可靠性.

• 全球干热岩勘探开发研究态势分析

  赵婉雨,贾苹

  干热岩勘探开发研究对推动全球能源结构转型、实现清洁能源可持续利用以及助力碳中和目标具有重要意义.为全面 宏观地了解干热岩勘探开发领域最新研究进展和技术发展态势,对干热岩领域相关论文和专利进行了计量分析和主题挖掘,分析了发文趋势、专利申请趋势、主要国家与机构分布、研究主题及研究热点等.分析表明,全球范围内干热岩领域研究处于快速发展时期,中国在基础研究和技术研发方面已占据主导地位,但研究质量和国际化进程仍有提升空间;研究热点集中在地热能提取与利用、干热岩成因机制与资源勘探、储层力学特性与热储建造、储层监测与评价、地震预测与控制等5个方面,其中高温环境与应力耦合作用机制、低温压裂技术、核磁共振技术的应用等是近年来的重要研究领域.尽管干热岩的开发利用正逐步进入工程示范阶段,但商业化开发仍面临技术瓶颈、环境风险和经济性不足等挑战,未来应进一步加强地球物理勘探技术的研发和应用,提升热储改造技术,优化水力压裂和钻井工艺,深入探索裂缝网络的动态演化、热储层的长期稳定性,优化热储层的热能提取过程,提高热提取和换热效率;同时持续深化基础研究与应用技术的协同发展,突破技术瓶颈,降低开发成本,推动干热岩资源的可持续开发利用.

• 中国电动汽车产业关键稀土需求与新质生产力发展路径

  高风平,程超莹,赵宇,阿如汗,玉小

  为缓解电动汽车产业部分关键稀土金属供需失衡的局面,采用Gompertz模型和物质流分析方法,预测了2024—2050年中国电动汽车的理论需求量,探讨了电机技术创新与资源综合利用两条路径对电动汽车产业中4种关键稀土金属钕、镝、镨和铽供需状况的影响.结果表明,在电机技术创新效应较弱的既定情景下,镨和钕供应充足,镝和铽至2050年仍供不应求;而在电机技术创新效果较显著的半去稀土化情景和激进情景中,镝分别于2043年和2039年实现供需均衡,铽分别于2041年与2031年实现供应充足.在资源综合利用路径中,回收利用在长期内对缓解稀土供需失衡局面具有显著效果,受限制的电动汽车产量整体下降幅度为79％;而混动汽车降低了稀土资源的使用量,提高了配置效率.电机技术创新与资源综合利用两条路径通过促进新质生产力发展,可以有效缓解关键稀土金属供需失衡的局面.