矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2026年第1期

• 基于室内载荷试验的模拟月壤承载力研究

  高辉,邢书婷,张宇欣,方小红,谭松成,肖龙,段隆臣

  我国未来将实施载人登月,并在月球表面建立永久基地,实现月球矿产资源的开发和利用.为了解决月面建造过程中月壤承载力确定的问题,提出采用小尺寸室内载荷试验推演大尺寸基础下模拟月壤容许承载力和沉降量的方法.首先,使用直径为6cm、8cm、10cm 的圆形载荷板对相对密实度为78％的模拟月壤进行平板载荷试验,得到模拟月壤的实测荷载 沉降(p-s)曲线,通过对该曲线的拟合获得模拟月壤的初始切线模量和极限承载力,采用切线模量法建立模拟月壤的切线模量与其初始切线模量、受到的附加应力和极限承载力的关系,进而依据沉降计算理论计算任意尺寸基础下的p-s曲线,通过小尺寸载荷试验的结果验证,计算的p-s曲线和实测的p-s曲线吻合.其次,依据该方法计算大尺寸基础下的p-s曲线,并通过极限承载力和沉降控制方法对大尺寸基础下的容许承载力进行综合表征.对大尺寸的圆形、方形基础下的模拟月壤承载力分析结果表明,随着基础的尺寸增大,两种载荷板下模拟月壤的容许承载力均增大;相同尺寸方形基础下的模拟月壤承载力比圆形基础下的大.从计算的p-s曲线中可知,所取的容许承载力对应的模拟月壤的沉降量满足要求.按照常规载荷试验中圆形载荷板的直径为30cm,推测出本次试验所用的模拟月壤的容许承载力为122kPa.提出的模拟月壤容许承载力的确定方法可为月球基地建造及矿产资源开发过程中月壤承载力的确定提供一种途径和思路.

• 深海沉积物剪切作用下羽流激发特性的数值研究

  李凯辉,陈秉正,马玉祥,江敏

  多金属结核在开采过程中产生的沉积物羽流对海底生态有极大影响.为探究集矿车剪切扰动下沉积物激发扩散现象,基于有限元分析的 Eulerian模型进行了模拟研究.研究分析了在不同滚筒速度(0.1~0.9m/s)和压陷深度(33cm 和18cm)下的羽流扩散情况,并评估了护罩羽流的抑制效果.结果显示,当滚筒速度超过0.3m/s时,羽流规模和高度显著增加羽流高度,最高可达1.4m.在降低压陷深度的情况下,羽流扩散平均速度和羽流规模明显减小.另外,添加羽流护罩后,羽流规模减少约51％,羽流高度下降25％,扩散趋势降低至46％,表明护罩等羽流抑制装置对羽流起到了良好的抑制效果,为深海多金属结核采矿沉积物羽流控制提供了参考.

• 某金属矿山深部辅助斜坡道的支护模拟研究

  朱志岗,侯克鹏,孙华芬,者亚雷,虞云林,牛向东,杨梅,杨勇

  深部巷道稳定性是深部开采的关键问题之一,同时也是难点之一.以某硬岩金属矿山深部开采为工程背景,根据地应力测试结果,应用 FLAC3D构建数值模型,选择5个代表性的高程,从应力、位移、应变和塑性区四个方面,定量分析不同支护方案下的辅助斜坡道稳定性.研究表明:采用厚度为110mm 的 C30喷射混凝土支护圆弧拱时,高程2325m 及以上的辅助斜坡道可以保持稳定,在高程2175m 和1950m 处表现为不稳定状态,需要加强支护;底板采用厚度为300mm 的 C30浇注混凝土铺设,在高程2850m~1950m 范围内底板均表现为不稳定状态;分别研究了仅提高圆弧拱支护体的喷射混凝土强度、仅增加喷射混凝土支护厚度、延伸圆弧拱支护体为圆筒状支护结构等3种加强支护的方案,结果均不能保持辅助斜坡道深部段的稳定性;提出“圆筒状结构＋喷射钢纤维混凝土＋滞后造底”联合支护方案,经计算,验证该支护方案可行,推荐矿山在高程2325m 以下的辅助斜坡道使用该支护方案,支护体为100mm 厚的圆筒状 CF35喷射钢纤维混凝土.

• 三鑫金铜矿地层储冷降温技术研究

  胡勇,刘东锐,高航,张忠传,廖宁,钟生元

  针对三鑫金铜矿井下高温热害问题,基于地层储冷技术,依托矿山恒温带废弃巷道构建预冷系统,冬季储冷、夏季释冷,可实现井下风流整体降温.通过理论计算,结合该地区地温情况,最终形成经济可行的综合降温方案;采用 Ventsim 软件对通风系统进行模拟优化,验证所选方案的可行性.结果表明:矿山预冷线路选定为线路一,该线路通风阻力为801.71Pa,可匹配 K40-6No.18型风机,确保冷能高效输送;通风系统优化前,模型底部中段夏季风路温度为29.5 ℃,优化后降至25.3 ℃,降幅达4.2 ℃,起到了较好的降温效果.现场应用表明,采取地层储冷降温优化后,深部中段各测点的平均湿球温度降低至24.62℃,平均风速提升至1.27m/s,降温后的风路温度满足低于27 ℃的规程要求.

• 深凹露天坑挂帮矿体安全高效开采技术研究

  田世国,李广涛,乔登攀,孙进辉,李子彬,杨天雨,熊志朋

  挂帮矿开采作为一种介于露天开采与地下开采之间的过渡方案,对于确保矿山在时间、空间以及产量上的无缝衔接具有重要意义.以落凼矿区西区的挂帮矿体为研究对象,鉴于该矿体位于高边坡之下且紧邻露天运输系统的复杂地质条件,采用两步骤条带式上向水平分层充填采矿法回采.采用 FLAC3D数值模拟软件对挂帮矿回采过程中采场、边坡以及露天运输系统的稳定性进行了深入的模拟分析.研究结果表明,采用该采矿方法回采挂帮矿体时,采场顶板塑性区范围和位移最大值分别为3.4m 和6.6mm,边坡及露天运输系统塑性区范围和位移最大值分别为9.5m 和5.8mm;采场、边坡及露天运输系统拉应力最大值为1.2MPa,整体稳定性良好;在挂帮矿回采过程中,采场距边坡的距离与采场稳定性之间呈显著的负相关关系.研究可为相似矿山开采挂帮矿体提供理论参考.

• 基于蚁群优化算法的动态规划改进及大型露天矿山高效采剥规划

  吕玉琪,王孝东,黄雪林,向弘,滕英超

  为提高大型露天矿山采剥规划的效率与精度,提出了一种融合蚁群优化(ACO)算法与动态规划(DP)的开采增量体动态排序方法(ACO-DP).结合 ACO 的分布式搜索机制,重构状态转移路径选择策略,显著降低计算复杂度.通过广东某露天采石场的实际应用,验证 ACO-DP方法在提升采剥规划效率、优化资源配置和提高经济效益方面的显著作用.结果表明,ACO-DP方法将采石场的规划时间从3000min缩短至6.45min,效率提升了99.8％,采剥比从0.39优化至0.124,降幅为68.2％,净现值从24499万元逐步增加到峰值25393万元.ACO-DP方法可集成至矿山数字孪生系统,支持实时动态调整与多目标协同优化,为“双碳”目标下的矿山智能规划提供了新思路.

• 露天转地下纵向分区开采的水平隔离矿柱厚度优化

  巩瑞杰,叶会师,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为实现1500万t/a的采矿生产能力,采用了纵向分区开采方式,上、下采区之间需留设水平隔离矿柱.为提高矿区开采的整体稳定性,采用 FLAC3D数值模拟方法,研究了5种不同厚度水平隔离矿柱内的应力场演化特征、变形破坏发展规律和隔离矿柱厚度对露天坑地表沉降变形的影响,最终确定了该矿水平隔离矿柱的安全厚度为18m.结果表明:(1)随水平隔离矿柱厚度的增大,矿柱内集中应力显著减小,最大主应力分布趋于均匀,拉应力分布范围显著减小,主要分布在开采盘区的采场部位;(2)水平隔离矿柱内位移随着矿柱厚度的增加呈现出明显的非线性递减变化规律,较大位移产生于矿柱靠近矿体上盘的位置,当矿柱厚度为18m 时,最大位移为36.2mm;(3)矿柱内塑性区体积随着水平隔离矿柱厚度的增大呈非线性减小的趋势,当矿柱厚度为16m 时,塑性区不再连通,而当矿柱厚度达到18m 时,仅在局部出现少量塑性破坏,隔离矿柱处于安全状态;(4)露天坑表面的变形沉降量随矿柱厚度的增大逐渐减小,最大位移产生的部位与隔离矿柱发生最大位移的部位一致,当矿柱厚度为18m 时,露天坑表面沉降量为10.8mm,稳定性良好.

• 露天转地下开采隔离矿柱厚度优化及稳定性分析

  张冰洁,陈晓青,杨宇江,王薪荣,赵江东

  针对露天转地下开采过程中隔离矿柱安全厚度留设及稳定性问题,以国内某露天转地下开采金属矿山为工程背景,基于双剪统一强度理论的质点安全系数计算方法与数值模拟,对不同隔离矿柱厚度、不同回采步骤条件下的采场进行动态模拟和对比分析.结果表明:(1)矿房宽度为20m 时,采场隔离矿柱最优安全厚度为39.37m,此时隔离矿柱底面质点安全系数最小值为1,满足工程安全需求,结合工程实际考虑隔离矿柱厚度为40m;(2)隔离矿柱底面质点安全系数随厚度增加呈非线性增长趋势,空间分布特征相近:上盘围岩接触区域安全系数低于下盘,顶板宽度方向上底边中心处安全性低于两端,顶板长度方向自西向东呈递增趋势;(3)开采扰动导致隔离矿柱稳定性劣化,随着采空区暴露面积的增加,危险范围随之扩大,越靠近采空区质点安全系数越小,危险区域随回采推进由底面中心迁移至长边中点.研究提出的基于临界安全厚度阈值与动态风险演化的隔离矿柱厚度优化方法,可为露天转地下开采矿山隔离矿柱安全厚度留设问题提供参考.

• 某铜镍矿高品位底柱超前回采与人工假顶构筑研究

  冯福康,杨甜滋,刘东锐,盖向阳,马磊

  针对某铜镍矿因备采中段和采场数量不足、出矿品位波动大等导致的高品位底柱回采难题,提出了3种回采技术方案:盘区机械化上向进路充填采矿法、下向进路充填采矿法、上向进路＋分条中深孔联合采矿法,通过综合对比分析各方案优缺点及技术经济指标,确定盘区机械化上向进路充填采矿法为最优方案.基于古典杨森散体压力理论计算底柱压覆荷载,并采用简支梁、软支弱板力学模型分析人工假顶厚度与最大压应力之间的关系.综合考虑人工假顶构筑形式和胶凝材料力学性能,确定了人工假顶的充填构筑参数:假顶厚度7.0m,充填体28d强度为4.5 MPa.针对人工假顶构筑中存在的质量、安全与成本问题,通过优化构筑方案,确定当人工假顶作为下部采场10m 顶柱的直接顶板时(优化方案一)为最佳方案,人工假顶采用底筋 腰筋 顶筋组合的配筋设计方案.应用结果表明,该底柱回采方案切实可行,底柱采场盘区生产能力提升至276/d,矿柱回采率达82％,采场地压活动稳定,人工假顶构筑工艺操作性强、安全可靠,实现了底柱资源的安全高效回采,为同类矿山底柱回采工作提供了技术借鉴.

• 水平矿柱回采进路荷载力学分析及结构参数优选

  刘波,张耀平,雷大星,邹雄刚,张超美

  为安全高效地回采地下矿山水平矿柱并确保采场稳定,以某铜矿为工程背景,进行采场回采进路参数优化研究.基于简支梁结构力学模 型,分析进路顶板拉应力随进路宽度变化的规律,初步确定进路宽度与预留顶板厚度;进一步采用FLAC3D数值模拟,对比不同预留顶板厚度下进路宽度对采场整体稳定性的影响.结果表明:基于简支梁结构力学模型,优选进路结构参数为预留顶板厚度２m、进路宽度４m;以方案３(进路宽度3.5m,进路高度4m)为例,理论计算显示其顶板最大拉应力为0.37MPa,安全系数为1.86,数值模拟中最大拉应力为0.49MPa,采场顶板位移较小且顶板基本未发生塑性破坏,结构保持稳定.采用简支梁理论与数值模拟相结合的方法,能够准确预测水平矿柱回采中的荷载变化与应力分布,为类似矿山工程的回采进路结构参数优选提供依据.

• 基于采场结构参数的充填体强度预测模型及参数优化

  田文东,秦帅,胡胜,武鹏杰,李成龙,王少勇

  针对充填体强度设计常通过室内配比试验或工程经验法来确定,而忽略了采场高度、采场长度及采场宽度等采场结构参数对所需充填体强度的影响.以某铜矿为工程背景,基于 L-L强度解析法,通过正交试验分别计算不同结构参数下,一步骤采场和二步骤采场的充填体理论强度值.结果表明,采场结构参数影响充填体理论强度的影响权重排序为:采场高度＞采场宽度＞采场长度.构建了一步骤采场和二步骤采场的充填体强度预测模型,结合现有充填工艺,反向优化采场结构参数,最终推荐最优采场结构参数为:采场高度为5~25m,采场宽度为9~12.5m,采场长度为80~120m.将该采场结构参数进行现场生产应用,严格管控采场施工规格,杜绝超挖、欠挖现象,实践结果表明,现场因采场结构参数不合理、充填体强度不足导致的垮冒现象基本消失.研究结果可为充填体理论强度预测及采场结构参数优化提供参考.

• 基于ERT的全尾砂膏体管输过程中颗粒迁移行为研究

  王辉,刘云峰,冯兴亮,刘佳鹏,杨思敏,赵俊波,赵海平,李旭

  为研究全尾砂膏体料浆管道输送过程中颗粒迁移规律与沉降行为的竞争机制,采用电阻层析成像技术(ERT),对质量浓度为60％、粗颗粒掺量分别为0、5％、10％、15％的膏体料浆开展管道输送试验.基于麦克斯韦方程建立电导率 质量浓度映射模型,通过电导率分布重构柱塞流结构,建立柱塞区质量浓度与粗颗粒掺量的回归方程.结果表明:管道中心区域的电导率与料浆质量浓度均高于边壁区域,颗粒迁移行为形成典型柱塞流结构,且随着粗颗粒掺量的增加,存在粗颗粒掺量“最优点”(4.3％)和“平衡点”(9.6％).当粗颗粒掺量为4.3％时,颗粒迁移效果最优,形成“细颗粒承载、粗颗粒被载”的稳定颗粒结构流;当粗颗粒掺量超过9.6％后,沉降作用开始占据主导,管道底部颗粒堆积显著增加.ERT技术成功实现了膏体管输浓度场动态可视化,揭示了颗粒迁移 沉降的动态平衡规律,提升了“柱塞结构”稳定性并降低了堵管风险,对膏体充填安全输送具有参考价值.

• 柔性导向复合桨叶对多性态物料连续均化搅拌的影响研究

  李创起,赖伟,李平,袁子淇,段弘宇

  为实现充填料浆高效、稳定的连续制备,运用计算流体力学数值模拟方法,对比分析了传统刚性桨叶与柔性导向复合桨叶在连续搅拌过程中对多性态物料流场结构、速度分布及混合特性的影响规律.重点探究了柔性导向复合桨叶对料浆混合均匀性、混合时间及能耗的作用机制,结合室内试验验证其在多性态物料均化搅拌中的技术优越性,并进行工业应用.结果表明:柔性导向复合桨叶通过弹性变形和刚柔耦合作用,显著扩展了料浆湍动能分布范围,形成了轴向导流 径向扩散的搅拌流场,实现了多性态物料的广域弥散,与传统刚性桨叶相比,柔性导向复合桨叶下颗粒分散效率提升了51.8％;在等效混合效果下,柔性导向复合桨叶的功率降低了15.3％;在等效功率下,其搅拌效果显著优于传统刚性桨叶.目前,柔性导向复合桨叶已成功应用于矿山生产,其搅拌后的料浆均化效果优良,料浆质量浓度稳定于70％,且波动范围≤１1％.研究结果为细粒级料浆制备提供了新方法.

• 机械振动在尾砂浓密与放砂中的协同作用及试验研究

  刘明杰,赖伟,高峰,张高飞

  为揭示机械振动对尾砂浓密与放砂的协同作用机制,在尾砂料浆振动浓密机理的基础上,依托自主研制的振动浓密试验系统,开展振动作用下非连续浓密及放砂试验,验证机械振动对提高尾砂料浆浓密效率,促进底流活化放砂的技术可行性.结果表明:尾砂颗粒在浓密机体内以锥体结构堆积是提高底流质量浓度的关键;偏心振动机构以正弦简谐运动方式传导能量,振动杆激振作用范围与料浆容重、振动器质量相关;振动过程中振动杆周围形成圆柱体的活化区域,屈服应力越低、塑性黏度越高,作用半径越大;相较于无振动条件,振动作用下随着给料速度的增加,底流质量浓度平均提高7.74％,溢流水含固量平均提高10.11％,而溢流水上升速度增加不明显.研究成果为开发机械振动辅助高效浓密设备的研制提供了依据.

• 某金矿井筒保安矿柱周边回采区域安全性评价

  王亚军,李向东,陈寅,张庆嵩,张云韦,龚永超,刘金海,曹港

  井筒保安矿柱的安全性是矿山安全开采的重要保障.对某金矿保安矿柱周边的回采区域地压活动的调查与分析,并结合主要风险因素,提出了一种综合考虑多个影响因素的安全性评价模型,对井筒保安矿柱周边回采区域的现状安全性进行了评估.研究表明,浅部地压活动由地质因素与采矿扰动共同作用引起的;深部局部变形破坏则由开采深度、地应力增大及地质因素综合影响所致.保安矿柱的安全性受自然条件、回采扰动和生产管理等3大类因素的影响,具体涉及11个影响因素.保安矿柱周边41个采场的安全评估结果显示,大多数采场的安全等级为Ⅱ级,整体安全状况较好.矿体赋存条件、地质构造、采矿方法及井筒保安矿柱位置是影响矿柱安全性的主要因素.矿体连续性好、围岩稳定性高的区域安全性较优,且离井筒保安矿柱较远的区域,回采扰动对井筒区域的影响较小,保安矿柱安全性较高.

• 齐大山露天采场粉尘浓度弥散特征与影响机制分析

  曹洋,赵玉琪,胡振涛,刘少迁,刘述栋,陆占国,吕蒙,赵昀奇

  以齐大山露天采场为研究对象,通过实地勘查,在穿孔、爆破、采装、运输环节进行固定点位与车载移动连续监测,记录气象参数并拍摄粉尘运移过程.基于现场监测数据,对露天矿山生产过程中不同环节的粉尘弥散特征与影响机制进行分析.结果表明:PM2.5与PM10浓度存在显著的相关关系,三次项曲线模型的拟合优度最高,决定系数为0.945,对关系的解释能力最强;不同生产环节的产尘浓度平均值及扩散范围差异明显,爆破环节单次作业产尘浓度最高,达324.4μg/m3,且粉尘扩散范围最广;穿孔、采装和运输环节的单次作业产尘浓度分别为59.8μg/m3、88.2μg/m3 和61.8μg/m3;此外,坑底区域的粉尘浓度显著高于闭合圈,其浓度均值约为闭合圈粉尘浓度均值的５倍.研究成果揭示了露天采场粉尘浓度的变化规律,可为粉尘防控提供理论支持.

• 法向应力下的裂隙岩体有效导热系数模型研究

  盛建龙,吴兵,王楠,杨晓亮,杨一宏

  深部隧道温度场及深部矿产资源开发均涉及岩体导热性能问题.针对法向应力下的裂隙岩体有效导热系数非线性变化规律,基于双弹簧 Hooke模型与有效导热系数串并联理论,建立了法向应力作用下裂隙岩体有效导热系数理论模型,分析了模型参数对应力作用下的裂隙岩体有效导热系数的影响,并通过尼格隧道温度场变化的数值模拟结果,验证了该模型工程应用的可靠性.结果表明:理论模型预测结果与试验数据吻合较好;低应力条件下,裂隙岩体有效导热系数主要受软体孔裂隙闭合影响,有效导热系数随应力增大呈非线性增大;高应力条件下,裂隙岩体有效导热系数主要受硬体孔裂隙闭合影响,有效导热系数随应力增加呈近似线性缓慢增大;裂隙面与热传递方向夹角越大,相同应力条件下的岩体有效导热系数越小,随应力变化的非线性程度越高.数值模拟结果与实测数据的对比表明,完整岩体导热系数偏大,与应力无关的有效导热系数模型得到的有效导热系数值偏小,而法向应力与导热系数耦合模型得到的结果更符合实际测量值.

• 某铅锌矿膏体充填体对地下水重金属污染特征及其作用机理的研究

  苏凤波,李云龙,高兆全,张平发,张春龙,杜召龙,王建栋

  为探究某铅锌矿井下膏体充填对地下水环境的影响,通过开展充填体浸泡与淋溶试验,系统考察了充填质量浓度和灰砂比对浸泡液和淋溶液pH 及电导率的影响规律.结果表明:浸泡液和淋溶液的电导率随时间呈先增大后减小的趋势.当灰砂比为1∶4、1∶10、1∶20时,浸泡液的最大电导率值分别为2050μS/cm、1910μS/cm、1220μS/cm,淋溶液 pH 在前14d的下降速率分别为0.11d－1、0.12d－1、0.18d－1,在后14d的下降速率分别为0.08d－1、0.06d－1、0.03d－1,表明灰砂比越大,浸泡液的pH 下降幅度越小,最大电导率值越高,淋溶液pH 前期下降速率越慢,后期下降速率越快;质量浓度对浸泡液和淋溶液pH 和电导率随时间的变化影响较小.毒害离子溶出行为主要由水化产物吸附和孔隙结构作用共同决定,前期以水化反应为主,后期碳化反应影响更显著.研究结果显示,充填体释放的重金属离子浓度远低于相关国家标准允许值,表明该膏体充填方案具备良好的环境保护性能.

• 考虑多轮注浆下 MICP加固砂土介质的二维渗流扩散研究

  张志军,刘秉政,郑槐淼,田亚坤,胡林,伍玲玲

  微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Carbonate Precipitation,MICP)技术因其具有环境友好性与可持续性特征,在尾矿库生态加固工程中展现出显著潜力.然而,微生物注浆过程中渗流扩散的定量化研究仍是制约其应用的关键.针对多轮微生物注浆加固场景,系统考虑砂土介质在渗透系数动态衰减与孔隙率梯度演化过程中对浆液扩散行为的协同作用,通过多尺度试验与理论建模相结合的方式,综合一维砂柱试验、中等尺度二维平面物理模型试验及 FLAC3D 流固耦合数值模拟,构建了基于柱形扩散理论的渗透扩散半径预测模型.结果表明:垂直维度受重力效应主导,浆液扩散呈现显著非对称性,形成下宽上窄的类宝塔形分布,最终底部扩散半径为顶部扩散半径的3.91倍;水平维度则遵循扩散效果径向衰减规律,加固强度与注浆管中心距呈反 比.理 论 模 型 验 证 显 示,第 2~5 轮 注 浆 最 大 扩 散 半 径 与 预 测 值 的 相 对 误 差 范 围 为43.89％ ~63.72％,误差范围在合理范围之内.研究结果可为 MICP工艺参数优化及工程尺度扩散预测提供定量化理论框架.

• 不同饱水时长下磷矿岩压缩力学特性及破碎规律研究

  李欣倡,张智宇,刘浩杉

  为研究饱水时长对磷矿岩力学特性与破碎规律的影响,对自然状态、饱水48h及饱水3个月的磷矿矿岩分别开展了不同应变率下的静、动态力学试验.试验结果表明:在静载(低应变率)条件下,矿岩强度随饱水时间的增加而不断降低,但强度降低速率呈先(48h以内)快后慢的变化趋势,饱水3个月矿岩的抗压强度较饱水48h降低21％;在动载(中高应变率,43~146s－1)条件下,矿岩强度受其内部自由水弱化作用和强化作用的相互博弈、协同作用影响,表现为随着饱水时间增加,岩石强度先提高后降低,饱水3个月矿岩的动态抗压强度最小,与饱水48h矿岩强度相比,降低了25.9％~28.5％,与自然状态下矿岩强度相比,降低了7.0％~19.7％;饱水作用可以提高矿岩动态抗压强度对应变率的敏感性.矿岩的破碎形态与其强度密切相关,动态抗压强度越大,其破碎后的块度越小;在同一应变率区间内,冲击后矿岩的平均粒径从大到小依次为饱水48h的矿岩、自然状态下的矿岩、饱水3个月的矿岩.长期饱水(如3个月及以上)会显著降低磷矿岩强度,使破碎更加彻底,此时可适当减小炸药单耗,避免能量过剩而引发飞石等安全隐患.

• 基于高光谱的尾矿有机质含量估测模型研究

  吴梓敬,谷海红,成少平,周征,任宇松,邵佳丽,艾艳君,田桂娥

  矿产资源的过度开发加剧了矿区生态环境压力,尾矿作为含潜在重金属的固体废弃物,其堆存对土壤有机质(SOM)的破坏已成为生态修复的关键问题.基于高光谱遥感技术建立尾矿 SOM 监测体系,以河北唐山某矿区为研究对象,通过 ASD地物光谱仪与 GF-5卫星获取植被冠层高光谱数据,采集对应点位尾矿样本进行理化性质分析,结合 Boruta算法筛选敏感波段,构建多元逐步线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极端梯度提升(XGBoost)等四类模型并进行精度验证.结果表明,ASD光谱数据采用 XGBoost模型的预测效果最优(R2＝0.92,RMSE＝0.37),适用于精细化监测;GF-5卫星数据以 XGBoost模型表现最佳(R2＝0.73,RMSE＝0.53),可满足大范围快速评估需求.研究证实,通过光谱数学变换与线性、非线性模型协同优化,可实现地面 空天多尺度SOM 监测,较传统检测方法效率显著提升.研究结果可为矿区生态修复提供科学依据,促进矿区环境管理和矿业可持续发展.

• 张家口市历史遗留废弃矿山现状及地质环境修复对策研究

  田彦清,李博

  废弃矿山地质环境修复是协调矿产资源开发与生态保护的重要途径,也是深化生态文明建设的重要举措,对推进美丽中国建设、改善人居环境具有重要意义.为科学推进张家口市历史遗留废弃矿山修复与利用,以遥感监测为基础,结合资料收集与实地勘查,统计分析废弃矿山现状特征,识别主要问题,并依据区域实际,提出修复对策.结果表明:(1)截至2023年底,查明张家口市各地区待治理历史遗留废弃矿山475座,总面积约11.29km2;(2)长期粗放式的开采活动导致地形地貌景观破坏面积约6.8552km2,造成显著视觉污染和局部生态退化;(3)大规模的废弃矿山普遍存在地形损毁、地质灾害、土地压占、水生态破坏、土壤植被严重受损等5类问题,已对矿区及周边地质地貌、土地和水资源、居民生产生活安全和生物多样性等造成严重影响;(4)建议遵循“顺应自然、系统修复,突出重点、因地制宜,创新机制、政策驱动”的原则,构建以生态修复、产业修复和价值修复为框架的废弃矿山综合交互修复模式,探索将地质环境修复与产业、经济发展相结合,以实现修复经济效益、生态效益和社会效益的叠加,为废弃矿山地质环境修复和推动我国绿色矿山建设提供参考.

• “双碳”目标下广西采掘业绿色低碳发展水平及影响因素分析

  王伟,王国强,刘翔,李奇

  采掘业绿色低碳转型是实现高质量发展的关键环节.在“双碳”目标视域下,从经济发展、生产规模、环境压力和低碳水平等四方面构建绿色低碳发展水平评价指标体系,通过博弈论组合赋权法及改进云熵的云物元模型,对广西采掘业绿色低碳发展水平进行评价,并结合灰色关联度及障碍因子进一步剖析其影响因素.研究结果表明,2005—2022年广西采掘业绿色低碳发展水平评价等级经历了先缓慢上升后下降再上升并趋于稳定的过程,从落后阶段(Ⅳ)逐步提升至推进阶段(Ⅱ),整体波动明显.此外,灰色关联度结果表明,采掘业大型矿山企业占比、采掘业发展水平及采掘业发展潜力为关键影响因素,灰色关联度分别为0.8623,0.8087,0.7938.障碍因子呈阶段性变化,2005—2018年低碳水平和环境压力对绿色低碳发展水平阻碍较大,而2018—2022年经济发展阻碍度更显著.研究结果可为采掘业绿色低碳转型提供参考.

• 数据驱动的数字孪生技术在智慧矿山中的应用进展

  祝坚,郭彪,刘庆富,曹鑫,乔旭,梁熙蓉

  随着中国人口老龄化的加剧,依赖技术人员经验的传统矿山运营模式难以适应现代矿业可持续发展的需求,亟需引入数字孪生等先进技术,推动矿山向智能化、绿色化转型.数据驱动的数字孪生技术在矿山建设方案、矿山生产安全、矿山生产优化等场景中的应用日益广泛,数字孪生技术凭借其数据驱动特性,为矿山建设方案提供精准模拟,通过整合地质、地理等多源数据,构建出与矿山对应的虚拟模型,优化布局规划,减少实际建设中的资源浪费与风险.但受当下认知水平、技术水平以及基础设施的限制,构建的虚拟模型无法完全确保数据真实性与可靠性,致使预测结果产生偏差.通过构建完善的标准体系,增强数据融合与处理能力,优化智能算法与模型,强化跨学科合作与技术集成,推动矿山朝着无人化、智能化的方向转型.

• 液压支架姿态数字孪生监测虚实同步映射方法研究

  张勇

  针对液压支架内部姿态测量准确性低、可靠性差以及维护成本高的问题,开展了液压支架姿态数字孪生监测虚实同步映射方法研究.首先,通过对支架结构进行解析,构建了液压支架内部姿态参数化表达模型,并研究了传感器数据处理关键技术;然后,构建了液压支架运动仿真模型,并将液压支架的参数化表达模型编入仿真系统底层进行初步应用;最后,基于实验室条件对所提出的支架姿态虚实同步映射方法进行了试验验证.试验结果表明,该方法测量的支架内部姿态角误差均控制在2°以内,能够满足实际监测需求.研究成果为液压支架的虚实同步映射提供了新思路,对矿山智能化建设具有一定的意义.

• 不同应力水平下截齿侵入角度对机械破岩效果的影响

  林卫星,龚永超,王少峰,尹土兵,陆锦涛,曾维豪

  非爆破机械掘进采矿相对于钻爆法具有扰动小、效率高、支护成本低、巷道成型效果好等优点,优化选取截齿参数对高效掘进具有重要意义.根据某金属矿山－525m、－606m、－653m 中段地应力实测数据及围岩力学试验结果,建立 PFC颗粒流截齿破岩模型,在三个中段应力水平下设置90°、60°、45°三种截齿侵入角度进行单向卸荷后的截齿破岩数值模拟分析.研究结果表明,伴随应力水平上升,截齿破岩形成的密实核面积减小,条状裂纹扩展长度缩短,破岩过程中产生的微裂纹数量也随之减少,表明高应力条件对岩石破碎具有抑制作用;45°侵入角破岩工况下截齿的牵引力及切割力波动程度较小且切割力始终保持较高水平;同时,45°侵入角破岩产生的微裂纹数量也远大于60°和90°侵入角.综合力学响应与岩石破碎效果分析,45°侵入角在不同应力水平下均具有最优的破岩性能.

• 基于3D点云数据的多槽煤泥浮选泡沫工况识别方法

  李品钰,王然风,付翔,刘洋,张长明,秦新凯,窦治衡

  针对传统二维图像在煤泥浮选泡沫识别中存在空间信息丢失及单槽数据片面性问题,提出一种基于三维点云数据的多槽特征融合方法.该方法通过图漾红外双目FM855-E1工业相机采集浮选机每个浮选槽的泡沫三维点云数据,采用预处理与数据增强技术优化数据集,利用非共享权重的 PointNet网络提取各槽高维特征,经多层感知机降维后,通过拼接函数融合为多槽泡沫特征,最终由多层感知机和Softmax函数实现工况类别判定.试验结果表明:多槽网络的分类准确率达94.89％,显著优于其他网络,损失值降低至0.2169,具有良好的鲁棒性和泛化能力.研究证明,多槽泡沫特征融合显著提升了浮选工况识别精度,为煤泥浮选智能化提供了高可靠性的三维视觉解决方案.

• 煤矿用纤维增强复合材料隔爆外壳的安全性研究

  刘隽宁,刘得英,赵军,任飞,辛丽娜,柴妤卓

  为满足煤矿井下设备轻量化与防爆安全需求,采用玻璃纤维/环氧树脂复合材料(GF/ER)制备出一种容积为19.5L的Ⅰ类非金属轻型隔爆外壳,并通过材料性能测试、有限元仿真及多项防爆安全试验分析 GF/ER 型隔爆外壳的综合性能.结果表明:GF/ER型隔爆外壳满足煤矿井下设备对高力学强度、高阻燃性(V-0级)和抗静电性的要求;GF/ER 型隔爆外壳的拉伸性能、弯曲性能及冲击强度变化率均小于10％,表明其具有优异的耐久性和环境适应性;在参考压力测试中,GF/ER 型隔爆外壳的最大爆炸压力达0.496MPa,极限承压能力为3.1 MPa,远超标准要求的1.5MPa;在工作载荷下,GF/ER 型隔爆外壳隔爆面间隙变形小于0.15mm,结构稳定可靠;与同等尺寸金属隔爆箱相比,GF/ER 型隔爆外壳实现了超过50％的减重效果,显著降低井下作业负担,提升了移动设备续航能力.研究成果为矿用装备轻量化提供了可行的技术路径和理论依据.

• 新型常温捕收剂 MY对赤铁矿反浮选行为影响研究

  姚富兴,马艺闻,刘杰,李洋,孙欣,孙竞珲,郑梦可

  鞍山式赤铁矿在我国已探明的铁矿资源总储量中占比约为55.20％,其在浮选时一般需采用加温(约35℃以上)条件,增加了生产成本.采用自研的新型捕收剂 MY 进行赤铁矿、石英浮选行为研究,并与油酸钠浮选体系进行了对比,通过接触角、Zeta电位和红外光谱等检测分析手段,探讨了 MY 在矿物表面的作用机理.单矿物浮选结果表明:MY 在15~35℃温度范围内,pH 为11.5,捕收剂用量为200mg/L条件下,石英、赤铁矿回收率分别可达87.25％、92.50％以上.在25 ℃时,在淀粉、CaO、捕收剂3种药剂相互作用下,MY 浮选体系下,石英、赤铁矿单矿物回收率最大差值为89.25个百分点,相较于油酸钠浮选体系(回收率最大差值为56.25个百分点)明显提高.机理分析结果表明,MY 捕收剂在石英矿物表面发生了静电吸附、氢键作用以及化学 键 合 作 用 等 多 效 协 同 吸 附 作 用,在 赤 铁 矿 表 面 以 分 子 吸 附、静 电 吸 附 作 用 为 主.MY 因 其 结 构 中 存 在S=O、—NH2、C=O等多种活性基团,可形成多活性位点的耦合协同作用,增强其对石英的捕收能力,并增大了石英与赤铁矿间的可浮性差异,在常温反浮选体系中可有效促进赤铁矿与石英的分离.

• 超声波辅助工艺对细鳞片石墨浮选的影响

  王守彬,钱玉鹏,杨兹栋

  以黑龙江萝北某石墨矿为研究对象,为提高石墨浮选精矿固定碳含量,通过纯矿物浮选试验,分析典型脉石石英进入石墨精矿的机制,探索超声时间和超声功率对石墨和石英人工混合矿浮选的影响,并采用超声波辅助工艺进行实际矿石浮选试验,评价超声波预处理对石墨精矿固定碳含量的影响.纯矿物浮选试验结果表明,石墨在疏水作用下形成絮团,使得细粒石英通过夹带、夹杂作用进入精矿,超声波预处理可以强化颗粒分散,降低水回收率,减少石英上浮.实际矿石浮选试验表明,采用“五磨六浮”的开路浮选流程,在再选三至再选六浮选前进行超声预处理3min,可获得固定碳含量为94.61％、回收率为81.66％的石墨精矿,精矿的固定碳含量较无超声处理提高了3.10个百分点.研究结果为超声波辅助工艺提高再磨再选阶段石墨精矿的固定碳含量提供了参考.

• 基于响应曲面法的苛化淀粉制备优化与浮选脱硅性能研究

  王帅,马婷婷,周兰,宋宝旭,李鹏

  为提高铁矿反浮选脱硅过程中苛化淀粉的抑制性能及铁精矿回收率,采用响应曲面法中的Box-Behnken设计,系统研究了苛化时间、苛化温度和苛化比三因素及其交互作用对铁精矿回收率的影响.结果表明,苛化温度对回收率影响最显著,影响显著性排序为:苛化温度＞苛化时间＞苛化比,其中,苛化温度与苛化比的交互作用也具有明显影响.经优化得到的最佳制备条件为:苛化温度95 ℃、苛化时间80min、苛化比0.07.在此条件下,铁精矿回收率为63.65％,较初始条件下的铁精矿回收率提高1.3％.红外光谱分析结果表明,制备条件优化后,苛化淀粉的 O—H、C=O、C—OH 和 C—O—C特征峰强度显著增强,说明分子内氢键网络更加稳定,结构更为有序,抑制性能显著增强.验证了响应曲面法在浮选药剂优化中的有效性与可靠性,为苛化淀粉的工业化应用提供了理论基础和技术支持.

• 江西某钨矿石的矿物学研究及可选性初步评价

  殷建忠,张婷,邹松,戴昌璐,李振飞,余新阳

  为给某钨多金属矿产资源综合利用可行性评价提供依据,开展了详细的工艺矿物学研究和初步可选性评价.首先利用矿物解离分析仪(MLA),结合镜下鉴定、化学分析、X射线衍射分析等多种分析方法,对该矿石的化学成分、物质组成,以及主要目的矿物的产出形式、嵌布粒度及解离度等关键工艺矿物学特性进行了重点研究.然后依据矿石特性,对影响选矿效果的主要矿物学因素进行了讨论分析,推荐采用“预选抛废—重选富集—精选提质—细泥归队—硫化矿综合回收”的选矿工艺流程,并简化采用“浮选—摇床重选—离心重选”流程进行了矿石可选性试验.结果表明,原矿属花岗岩型含钼铋的浸染型钨矿石,其主要有价组分为 WO3,含量为0.31％;主要伴生组分为 Mo和 Bi,含量分别为0.043％和0.024％.可选性试验获得了Mo品位1.40％、Bi品位0.79％,回收率分别为97.51％、84.67％的硫化矿,WO3 品位69.00％、回收率76.58％的钨精矿,若计入细泥粗精矿和钨中矿中的 WO3,WO3 总回收率达87.04％.试验验证了该矿石具有良好的可选性和回收价值.

• 用于制备单组分地聚物的铜尾矿热-碱活化研究

  贡嘎顿珠

  尾矿的综合利用是当前矿山绿色发展的重点之一,而将尾矿制备为地聚物具有广阔的前景.由于尾矿活性较低,热 碱活化能够有效提升其反应活性,优化地聚物性能.采用 X 射线衍射技术(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测,分析了活化过程中物相和化学键的变化,探讨了活化机理.结果表明:热 碱活化的尾矿地聚物7d强度最高达15.58MPa,相较于未活化时强度提升了10倍以上;随着碱掺量、煅烧温度、煅烧时长的增加,地聚物的抗压强度逐渐提高.热 碱活化过程中,尾矿中的白云母以基团取代而发生结构畸变,转化为无定形相,碱掺量和煅烧温度对活化效果影响显著.研究结果可为尾矿制备地聚物的筛选及活化提供理论参考.