矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2026年第2期

• 深部采场充填体力学响应特征及数值模拟研究

  范纯超,李祖贵,丁红梅,张仲毅,李国清,王春来

  为揭示深部采场充填体在高地应力与采动扰动下的力学响应规律,以焦家金矿八中段采场为研究对象,通过布设压力盒与沉降计,获取了充填体在不同采动阶段的应力与变形数据,建立了深部采场充填体三维数值模型,得出了充填体在多层回采条件下的应力重分布及变形演化规律.结果表明,充填体在采动扰动过程中的应力呈阶段性波动,爆破阶段最大应力波动幅度约为0.02MPa,充填体主要表现为弹性应变;回采过程中充填体内部测点应力普遍高于外围测点,竖直方向应力增幅最大.数值模拟结果表明,层间应力传递特征明显,整体呈现由上至下的逐层传递规律,充填体在承载早期变形较为集中且幅度较大,后期则趋于稳定.研究结果可为深部金矿充填体设计与采场稳定性控制提供理论依据和技术参考.

• 高应力巷道循环爆破开挖的围岩累积损伤效应及支护改进

  幸波,左宇军,陈庆港,郑禄璟,金开玥

  围岩爆破损伤是诱发巷道失稳的重要因素之一.针对锦丰金矿埋深超800m 的巷道,通过ANSYS/LSＧDYNA 建立全断面爆破开挖的数值模型,进行了5次全断面爆破开挖模拟计算,在巷道断面上选取4个典型位置,分析多次爆破对围岩的累积损伤作用.基于围岩损伤分布特征,提出“围岩注浆＋长锚杆＋金属网＋喷射混凝土”的支护方式,并进行了现场应用.结果表明:在单次全断面爆破中,前两段爆破振动会诱发围岩损伤区扩展,导致后两段爆破时围岩位移与损伤加速增大;多次全断面爆破中,既有损伤区会侵入后续爆破开挖岩体范围,新、旧损伤区贯通并加速扩展,新损伤区范围较前次增大约20％;优化支护方案后,巷道顶底板和两帮的收敛位移量降幅分别达41.37％和42.03％;锚杆拉拔试验表明,新支护方案的锚杆位移量较原支护方案的锚杆位移量减少了37.2％,且锚杆回弹系数显著提升.研究可为深部高应力巷道掘进爆破的围岩损伤计算与支护设计提供参考.

• 基于径向导向槽工艺的定向气体压裂试验与数值模拟研究

  谭涛,陈天宇,金长宇,赵福权

  岩体弱化技术中,气体压裂相较于水力压裂更易形成复杂的裂缝网络,为了研究定向压裂技术领域中的气体压裂裂缝扩展机理,开展了基于径向导向槽工艺的定向气体压裂室内物理试验与数值模拟研究.提出了径向导向槽制备方法,模拟封隔器的原理设计了特制密封夹具,并借助声发射装置对气压致裂过程进行了实时监测.试验结果表明:径向导向槽在一定尺度内能显著改变气体压裂裂缝的扩展方向,且对比无径向导向槽试件降低了约30％的起裂压力;气体压裂动态加载方式下出现特有的主裂缝＋次生微裂缝的裂缝网络,且裂缝宽度相对准静态加载方式增加了2~3倍.在此基础上,基于LS-DYNA 进行了有无导向槽的瞬态气体压裂动力学数值模拟,对比分析了有无径向导向槽模型的有效塑性应变、范式等效应力等指标,模拟结果与室内试验结果一致.研究结果可推动深部硬岩定向压裂技术与岩体弱化方法的发展,为定向气体压裂技术的工程应用提供技术支撑.

• 分段中深孔嗣后充填采矿法在某多金属矿中的应用及优化

  王亚军,王维,陈寅,廖敦霞,赵海洋,盛佳,张海云,李守强

  针对矿山井下部分采场布置区域位于破碎氧化带范围内,在生产过程中出现的顶板垮落和侧帮垮塌情况,以及分段中深孔采场底部留有落矿堑沟便于出矿,导致采场完成生产后,底部三角矿柱受较差充填体质量影响无法有效回采,造成资源极大浪费等开采技术难题.以某多金属矿为研究对象,通过现场调研、理论分析及参考同类型矿山经验,提出了喷锚网加长锚索注浆联合支护方案,对采场顶板进行预加固支护,以确保破碎氧化带范围内矿石的安全开采;同时优化了中深孔爆破工艺,通过补充浅孔实现无堑沟同排回采底柱的目的.工业试验结果表明:采用“预控顶加固＋补充浅孔同排回采底柱”的优化方案后,采场顶板稳定性及矿石资源回采率得到了显著提升,采场综合生产能力较原方案提高了21.54％,损失率及贫化率降低至8％,可在井下生产区域内推广应用.

• 某铁矿崩落转充填采矿方法优选及采场结构参数优化研究

  朱晨迪,杜键,万孝衡,欧任泽,刘奇,符洲云,张忠传

  某铁矿自开采以来一直采用无底柱分段崩落法开采,由于地表塌陷严重、矿石贫化损失大等问题,矿山计划对深部矿体采用充填采矿法回采.结合矿岩稳固程度,对围岩稳定性较差区域提出三种充填采矿方案,分别为预控顶护帮的分段充填采矿法、预控顶上向台阶进路充填采矿法、下向进路与上向中深孔联合开采法,综合对比不同方案的技术经济指标及优缺点,最终确定采用下向进路与上向中深孔联合开采法回采深部不稳固区域矿体.在中段高度及采场跨度一定的条件下,采用数值模拟的方式优化分段高度,依据矿山对产能需求,优化分析得到最佳分段高度为20m.在该矿应用优选的采矿方法累计采出32.4万t难采铁矿石,为矿山创收6930万元,并带来770万元利润.

• 某铜镍矿下向进路充填法工艺优化与产能过渡研究

  冯福康,朱浪,黄发凯,刘东锐,宫元章

  针对某铜镍矿因地质条件变化导致的深部充填法采矿工艺受限、生产能力下降等问题,开展了下向进路充填采矿法工艺优化、生产能力校核以及产能过渡方案研究.结合矿山开采技术条件及采矿方法现状,以实现下向进路充填法连续高效生产为优化研究目标,提出了沿走向布置下向进路、垂直走向布置下向进路和斜交方向布置下向进路3种采矿方法,通过对各方案优缺点及技术经济指标进行综合对比分析,确定沿走向布置下向进路充填法为最佳方案.研究提出了盘区连续出矿条件下的产能计算方法,结合矿山中段矿体赋存特征划分为三类盘区分别进行生产能力计算,在此基础上完成分段生产能力校核计算,制定了新老采矿工艺的产能过渡方案,明确了过渡期的工作部署.研究结果表明,优化后的充填采矿法技术上可行,且安全高效,产能过渡方案可操作性强,可为该矿山的采矿生产与产能过渡提供技术支持.

• 崩落法转充填法隔离矿柱留设厚度研究

  唐维洲,刘扬,韦峰,杨杰星,袁学浩,王堃

  以铜坑矿由崩落法转充填法开采区域为研究对象,运用Bieniawski矿柱强度公式和K.B.鲁佩涅依特理论,计算得到垂直隔离矿柱和水平隔离矿柱厚度应分别不小于9.00m 和9.36m.基于FLAC3D构建三维精细化矿体开采模型,分析在不同隔离矿柱厚度下回采全过程对采场稳定性的影响.数值模拟结果表明,垂直隔离矿柱厚度为10m 时,采场竖向位移小于0.1m,最大主应力为50MPa,最小主应力为7.5MPa,安全系数大于8.0;垂直隔离矿柱厚度为8m 时,采场周边位移明显增加,塑性破坏区范围明显增大,安全系数略有下降.因此,推荐铜坑矿崩落法转充填法开采区域的垂直隔离矿柱厚度为10m.

• 低碳固废胶结黄金尾矿矿山充填的研究

  张毅恒,孙希刚,潘锋２,姜宏健,张苏坤

  以柿树底金矿分级尾矿充填为研究对象,分析了分级尾矿及工业固废物理化学性质,以矿渣粉、钢渣粉及F-石膏为主要原材料,以氢氧化钠、硅酸钠和硫酸铝为复合激发剂制备低碳固废胶凝材料.通过响应面法中的混料设计模型,分析各组分不同质量掺比对抗压强度的影响,分析模型的可靠性并给出低碳固废胶凝材料拟合配比为矿粉∶钢渣∶F-石膏∶激发剂＝70.69∶10.52∶18.79∶5.采用XRD、SEM-EDS和水化热分析对低碳固废胶凝材料物相组成、微观形貌及水化动力学进行分析,得出低碳固废胶凝材料水化产物主要为C-S-H 凝胶、钙矾石以和方解石,水化放热速率及水化放热总量相比水泥降低30％以上.试验结果表明,在达到相同技术指标下,低碳固废胶凝材料替代水泥用于黄金尾矿充填可以节约胶凝材料50％以上,尾矿利用量提高10％以上,充填成本降低30％以上,碳排放量降低90％,具有良好的经济效益和社会效益.

• 强弱组合复合充填结构体蠕变特性及本构模型

  王其虎,涂镇帆,姚囝,刘洋,王为琪

  两步骤充填开采形成的强弱组合复合充填结构体共同承担顶板荷载,其整体蠕变特性直接影响充填采场的长期稳定性.通过开展单轴分级加载蠕变试验,分析了不同强弱介质组合对复合充填体试样蠕变特性的影响.在此基础上,考虑材料力学性能随时间的劣化效应和加速蠕变阶段特征,建立了能够表征复合充填结构体蠕变特征的改进西原模型.研究结果表明:强介质对复合试样整体蠕变特性的影响更为显著,随着强介质强度从23.60MPa增加到33.80MPa,弹性模量从1.85GPa增加到2.18GPa,试样在前三级应力水平下的轴向蠕变应变增量分别减小了59.72％、57.35％和55.08％,瞬时蠕变速率分别减小了31.55％、21.46％和23.14％,强弱介质横向应变差由260με、368με和524με增加至685με、895με和1032με;试样整体蠕变破坏形式由剪切破坏转变为压缩劈裂破坏;改进西原模型对试验数据的拟合精度均高于0.93,能够模拟复合充填结构体蠕变的全过程.

• 云南某小倾角露天靠帮边坡预裂爆破参数研究

  刘浩,赵泽虎,吕增在,严硕,高镜明

  云南某露天采场当前在靠帮边坡施工中未采用预裂爆破技术,导致边坡成型效果不理想.为提升该采场内小倾角靠帮边坡的成型质量与设计符合率,针对靠帮55°缓边坡开展预裂爆破试验研究.采用控制变量法,以预裂孔孔距、线装药密度、孔径为变量开展现场对照试验.试验结果表明:在该爆破区域内采用预裂爆破方法实现55°小倾角靠帮缓边坡的成型是可行的,爆破后边坡质量得到显著改善,设计符合率较高;当孔距为1.3m、孔径为115mm、线装药密度为0.8kg/m 时,该试验区域取得最佳爆破效果,炮孔残留孔痕率约为80％.

• 爆破应力扰动下采空区群结构动力响应分析方法及算例研究

  陈俊豪,姜立春

  为研究爆破应力扰动下采空区群的动力响应及其稳定性问题,基于采空区群的结构特征及其与围岩的相互作用,构建采空区群动力响应模型,创建动力响应分析方法,提出动力失稳判据,并研判其稳定性.以某地下石灰岩矿为对象进行计算分析,与数值模拟及现场监测结果对比验证,并研究不同爆破频率、空区跨高比及矿柱高宽比对采空区群动力响应的影响规律.结果表明:在爆破应力扰动下,动力响应分析方法计算结果与数值模拟、现场监测结果趋于一致;采空区群速度、位移响应主要集中在x 与y 方向;爆破频率显著影响采空区群速度、位移响应,两类峰值与频率关系曲线呈“单峰”状特征;速度峰值随空区跨高比增大呈先增后减变化,x 与y 方向速度峰值曲线拐点分别为0.8与0.6;位移峰值随空区跨高比增大呈线性增长,x 与y 方向线性变化斜率分别为0.926与0.670;速度、位移峰值随矿柱高宽比增大呈负指数缓慢增长,对采空区群稳定性影响较弱.研究成果可为采空区群动力响应问题提供新方法.

• 富水岩溶含水层下开采隔水层厚度优化及稳定性分析

  向伟华,路燕泽,王社光,王宪朋,甘德清,赵鹏飞,刘志义,王立杰

  为解决富水断层破碎带中大量的裂隙水导致采场突水失稳的难题,以中关铁矿北区采场为背景,开展水压监测试验,利用FLAC3D探究采场稳定性对水压变化的敏感程度,得出变化较为明显的水压梯度.然后,建立关于“水压隔水层厚度”的数值模型,探究不同水压值与隔水层厚度对采场稳定性的控制效果,以顶板应力、位移、塑性区分布为指标,分析其稳定性及变化规律,得出水压与隔水层厚度的关系.结果表明:中关铁矿北区矿体属于典型的大水矿床,水压值位于0.1~2.0MPa之间;当水压大于1.0MPa时,水压对顶板稳定性的影响显著;综合应力、位移、塑性区变化趋势得出水压为0.1MPa时,隔水层厚度需不小于1.8m;水压为0.5MPa时,隔水层厚度需不小于3m;水压为1.0MPa时,隔水层厚度需不小于4m;水压为1.5MPa时,隔水层厚度需不小于5.6m;水压为2.0MPa时,隔水层厚度需不小于7.1m.模拟结果为该矿体不同水压值下隔水层厚度的确定提供了理论支撑.

• 小保当煤矿超长工作面顶板破断方式及影响因素分析研究

  赵斌,马超,李垚志,潘卫东,张坤铭

  为探究超长工作面(倾向长度≥300m)顶板破断特征与矿压分布规律,有效指导顶板控制,以小保当煤矿132205超长综采工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟与现场实测进行研究,揭示了工作面顶板受超前采动裂隙与原生裂隙耦合作用形成的“中部优先破断向两侧迁移”分区破断机制,其演化经历中部峰值区破断、非峰值区应力迁移和两侧峰值区失稳三阶段;基于FLAC3D数值模拟,阐明了工作面长度对矿压显现的影响规律:当长度从250m 增至450m 时,顶板下沉量增长数倍,初次来压步距降至75m,矿压分布形态由“拱形”单峰值向“M”形三峰值转变,液压支架现场实测数据验证了模拟结果的可靠性;创新提出了“分区协同移架”液压支架调控方案,通过高应力区成组移架与低应力区独立移架的差异化策略,使支架阻力均匀性得到了提升,对推动我国西部浅埋煤层规模化开发具有重要工程价值.

• 矿山滑坡治理区激光雷达数据特征提取与应用研究

  白旭明,张锦,何军利

  滑坡是一种极具破坏力的自然灾害,准确评估矿山滑坡治理区的生态恢复效果对保障周边安全与生态稳定有重要意义.采用机载激光雷达数据构建数字高程模型、数字表面模型和归一化数字表面模型提取地形特征,结合可见差异植被指数与纹理信息特征,以杜儿坪煤矿偏桥沟滑坡治理区为研究对象,利用支持向量机结合粒子群优化算法进行地物信息提取与分类.结果表明,该方法分类效果良好,总体分类精度达94.12％,Kappa系数为84.19％,F1指数达到93.52％,优于其他两种传统分类方法,且治理区香农多样性指数达0.9584,验证了矿山滑坡治理措施的有效性,为激光雷达在矿山滑坡治理区的应用提供思路.

• 某铁矿巷道钢纤维混凝土支护遇水耐久性优化研究

  帅平,陈俊智

  针对云南某铁矿巷道钢纤维混凝土支护遇水开裂、耐久性不足的问题,基于三因素三水平正交试验设计,系统开展吸水率与抗硫酸盐侵蚀试验,定量分析水灰比(0.42、0.45、0.47)、钢纤维掺量(2％、3％、4％)及防水剂掺量(0.10、0.12、0.14)对吸水率与抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律,以优化材料的遇水耐久性,并将最优配比应用于云南某铁矿实际巷道支护中进行施工检验.结果表明:各优化配比下的钢纤维混凝土吸水率均较低,防水剂掺量对吸水率的影响最为显著(极差1.73％),掺量为0.14时吸水率降至4.69％.抗硫酸盐侵蚀中试块质量损失比均为负值(－0.35％~－0.14％),抗压强度随着循环侵蚀次数的增加而提高,防水剂掺量对抗压强度影响最大(极差22.7MPa);配比2(水灰比0.42、钢纤维3％、防水剂0.14)综合性能最优,吸水率4.54％,抗压强度由初始70.6MPa增至83.1MPa,提升了17.6％.现场应用结果表明,采用配比2支护后巷道两帮位移稳定于25mm,表面无显著渗漏,验证了优化后配比的可行性.

• 基于PCA-熵值法模型的深部巷道顶板涌水评价及动态防控

  耿铭,王欢,徐青云

  为精准评价深部巷道顶板涌水风险,弥补传统评价方法因指标冗余和主观赋权导致的可信度低的缺陷,提出一种耦合主成分分析(PCA)与熵值法的综合计算方法,利用PCA对多源指标降维以消除信息重叠,提取关键主成分后量化各主成分权重,引入熵值法实现综合评价指数的客观化计算,结合各项指标的样本输入数据集,以“主成分提取综合指数计算模型对比验证动态防控”为逻辑框架,构建煤层顶板涌水评价模型.结果表明:断层导水系数是影响工作面顶板涌水的主控因素,渗透系数次之.基于PCA-熵值法计算的综合指数与现场淋水数据的高拟合特性,划分５种富水性危险等级.判定距1315工作面切眼518~678m 区域处于极高危险性区域,0~425m 处于较高危险性区域.针对不同区域顶板涌水特征,提出“分区防控立体堵截排水优化”的技术路径.研究结果完善了顶板涌水危险的划分与判别体系,为深部资源安全开采提供了新方法.

• 基于LSTMＧDCNN 和迁移学习的矿山地下开采地表沉降预测方法

  张东炜,张艺山,焦诗卉,赵永,邓文学,薛斌,文鑫

  地下矿体开采过程中,采空区坍塌会破坏岩层的应力平衡,进而引发地质灾害并危及地表设施.为在矿山未开采阶段缺乏实际监测数据的情况下提高矿山地表沉降预测的精度,保障人员安全和矿区生产,提出了一种结合神经网络和迁移学习的矿山地下开采地表沉降预测方法,融合长短时记忆神经网络准确提取时间序列特征以及深度卷积神经网络提取数据的局部特征的优点,提高预测模型的准确性.根据中干沟钒钛磁铁矿的开采设计,利用预测模型开展不同开采进度下地表沉降预测.结果表明,随着出矿量的增加,各分段的均方误差均小于0.4,所提出的模型在不同开采进度下的地表沉降预测中表现出较高的准确性.该方法能够为类似矿山的地表沉降预测和安全监测提供参考.

• 基于深度学习的矿渣型泥石流物源识别及运移规律研究

  张磊,郑奥,郝尚凯,王佳源,燕倩如,孙志鹏

  针对当前泥石流物源检测算法的局限性,提出了YOLOv５s-GCE模型,该模型引入了CBAM 注意力机制、Ghost卷积和EIOU 边界框损失函数,以提高其识别精度和效率.为验证YOLOv５s-GCE模型的检测效果,将其与YOLOv４、YOLOv５s模型进行对比分析.结果表明:YOLOv５s-GCE模型的平均精度均值为95.4％,与YOLOv４、YOLOv５s模型相比,分别提升了2.5和8.6个百分点;YOLOv５s-GCE模型对泥石流物源的检测准确率高达96％,检测效果更优.采用颗粒流数值模拟方法对泥石流的运移规律进行研究,模拟结果表明,初始阶段物源体前端破坏并发生运移,水颗粒渗透导致物源体孔隙率增大、结构失稳;物源体中端受到后端挤压与前端约束,孔隙率显著降低、结构致密化且局部出现隆起现象;运移后期大量物源堆积在沟口.泥石流对下游建筑设施的威胁显著,极端天气下物源区中端左侧土体的威胁程度最高.研究结果对矿渣型泥石流的防治工作具有重要意义.

• 酸性溶液对砂岩动态力学特性的影响及细观损伤机制研究

  冯江江,康志强,孙永亮,马延崑,郝明铧

  为研究化学溶液腐蚀对砂岩动态冲击压缩力学特性的影响,以蒸馏水及pH 分别为5和3的HCl溶液加速腐蚀后的红砂岩为研究对象,进行5种不同冲击气压下的动态压缩试验,探究化学溶液的腐蚀作用对砂岩动态力学参数、破碎能耗及破坏形态的影响.利用XRD和SEM 揭示了化学溶液对砂岩的腐蚀过程及劣化机制,并通过盒维数法定量表征了化学溶液腐蚀前后微观分形维数的变化规律.结果表明:酸性环境下砂岩中的白云母和斜长石会转化成石英和软质高岭石,胶结物被溶蚀,颗粒间的接触方式发生改变,导致砂岩微观结构分形维数和损伤率随溶液酸性增加而上升;在酸性溶液作用下,矿物颗粒刚度降低,结构松散,力学性能劣化.以应变率58.06s－1为例,随溶液酸度增强,动态应力峰值降幅分别为17.27％、39.83％、49.63％,动态峰值应变增幅分别为13.04％、31.30％、38.26％.腐蚀后砂岩宏观破碎加剧、耗能比下降、分形维数升高,破坏形式由张拉向剪切转变.该研究系统揭示了化学腐蚀对砂岩动态力学行为的影响机制,为酸性环境下岩体工程的稳定性评估提供了参考.

• 钻进能量与岩石强度关系试验研究

  李淇凡,赵志刚,齐炎山,牛旭,焦月

  准确测试岩石单轴抗压强度是支护设计和岩体稳定性分析的基础.通过开展不同强度岩石的室内钻进试验,分析了钻进过程中的能量转化与耗散情况,研究了钻进过程中多种能量与岩石强度之间的关系.结果表明:钻头输入的机械能中,转矩功占比超过95％,钻压功占比不超过5％,钻头输入能量主要转化为钻屑表面能,平均转化率为95.6％,热能平均转化率为4.2％.不同强度砂浆试块的净钻进比功与单轴抗压强度呈明显的线性关系,拟合得出净钻进比功与强度的关系方程,采用混凝土、砂岩及花岗岩钻进试验结果对该方程进行验证,最大差异率为5.07％.拟合得出钻屑表面能、热能、声能与岩石强度的关系方程,多种能量与岩石强度的关系可以互相验证.基于钻进能量的岩石强度钻测方法具有较好的适用性.

• 干湿循环与硫酸盐侵蚀交替作用下充填体的力学特性及损伤机制研究

  景亚磊,曾胜,李浩

  针对硫酸盐溶液侵蚀和干湿循环导致矿山充填体材料损伤的问题,对充填体试件用自来水和质量浓度分别为3％、6％、9％的硫酸钠溶液进行了干湿循环试验,并利用扫描电子显微镜观察充填体的微观结构.对充填的损失演化规律与腐蚀损伤机理进行了研究.试验结果表明,经过120次干湿循环后,充填体质量在自来水环境下仅下降0.19％,而在3％、6％、9％质量浓度的硫酸钠溶液侵蚀下,质量损失分别为0.73％、1.52％、3.64％,质量下降幅度随溶液浓度呈梯度增长;相同硫酸钠溶液浓度条件下,随着干湿循环次数的增加,充填体试件的单轴抗压强度一般呈现逐渐下降的变化趋势,但在3％的硫酸钠溶液条件下干湿循环30次后,充填体单轴抗压强度由14.36 MPa增至14.85 MPa;硫酸钠溶液中游离的硫酸根离子进入了充填体内部,发生化学反应生成钙矾石,少量的钙矾石充填到充填体内部孔隙中,在一定程度上对充填体力学性能具有增强效应;但随着钙矾石的增多,充填体内微观缺陷密度增大,导致其强度呈现逐渐下降的变化趋势.

• 齐大山铁矿土壤重金属空间分布特征

  柴青平,李雪松,刘思懿,王莉,赵玉琪,赵昀奇

  为探究齐大山铁矿周边土壤重金属污染特征及其空间分布规律,以露天采场、排土场、尾矿库三类单一污染源及其共同作用的多污染源区域为研究对象,通过系统布点采集土壤样品,测定Ni、Cr、Zn、Cu四种重金属的含量及土壤理化性质,结合反距离权重插值法构建空间分布模型,并采用相关性分析,展开了单一污染源和多污染源相互作用条件下土壤污染物迁移规律的研究.结果表明:4种重金属的含量普遍超过辽宁省背景值,其中Ni污染最为突出;水平方向上,单一污染源周边土壤重金属含量随距离的增大而降低,而多污染源复合区呈现中心高的分布特征;垂直分布上,重金属整体表现为表层富集,但在部分区域受雨水淋溶与土壤吸附作用影响,出现“表层低–中层高–深层低”的分布现象.相关性分析表明,重金属空间分布受污染源类型、距离及土壤pH、有机质含量、阳离子交换量等理化性质的共同影响.研究可为矿区土壤污染防控与生态修复提供科学依据.

• 基于多源数据的露天矿区生态修复成效评价方法研究

  丁家有,李少丹,张小霞,刘硕,袁运许,胡引翠

  为科学评价露天矿区生态修复成效,基于遥感、降水、土壤等多源数据,从宏观与微观两个层面,构建了包含植被覆盖度、土壤湿度、水土保持、空气质量及景观生态风险5个指标的综合评价体系.以石家庄鹿泉曲寨水泥矿区为背景,对该矿区2021年和2023年生态修复状况进行量化评估.结果表明,2021—2023年间,矿区植被覆盖度整体提升,土壤湿度改善,水土流失总体减轻,空气质量向好,综合修复效果“较好”以上区域的占比由47.38％增至57.74％,反映修复措施整体有效.然而,“较差”与“差”等级区域的占比亦有所增加,主要与局部景观破碎化、土地利用类型转换带来的生态风险有关.因此,建议针对高风险区域实施精细化治理,优化植被配置与景观连通性,以提升矿区生态修复的整体质量与可持续性.所构建的评价方法可为矿区生态修复的监测评估与科学管理提供参考.

• 基于缓解层级框架的矿山全生命周期生物多样性保护策略分析

  杨春,陆晓惠,周科平,康蔼黎,杨珊,常方蓉,周诗彤,陈立伟

  生物多样性保护日益成为全球关注的热点与可持续发展的核心议题,如何在矿业开发过程中有效嵌入生物多样性保护要求,已成为企业履行社会责任与提升综合竞争力的重要路径.我国矿业生物多样性保护工作正处于由政策驱动向技术融合和系统化实践逐步转型的阶段,亟需在方法体系和实施路径上进一步细化与提升. 基于国际通行的生物多样性管理工具———缓解层级框架,系统梳理并提炼了矿山不同阶段需重点关注的生物多样性保护行动路径:项目开发阶段,开展系统的生物多样性基线调查与社会经济影响评估,制定针对性的生物多样性管理计划;项目运营阶段,严格落实管理计划,持续监测生态变化并动态调整管理措施;运营至闭坑过渡阶段,实施系统性的生态恢复或修复工作,力求重建稳定、具备自我调节能力的本地生态系统;闭坑阶段,聚焦生态系统功能的长期稳定与土地的可持续利用,构建闭环管理与生态补偿机制,确保生态保护与区域发展协调共进.以马达加斯加Ambatovy镍钻矿为典型案例,分析其基于缓解层级理念的生物多样性保护实践,旨在为我国建设全生命周期生物多样性友好型矿区提供借鉴,助力矿业企业走向高质量、绿色发展之路.

• 基于响应曲面法的微生物矿化工业级培养基配比优选

  张志军,白皓,黄梅钟,郑槐淼,田亚坤,胡林,伍玲玲

  为了降低微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的成本,研究了工业级的牛骨蛋白胨掺量、大豆蛋白胨掺量、氯化钠掺量、尿素掺量对培养16h的巴氏芽孢杆菌微生物OD600值和脲酶活性的影响.利用响应曲面法优选工业级培养基的最佳配比.对最佳配比下的菌液进行微生物OD600值和脲酶活性检测.将培养16h的菌液与不同浓度的胶结液反应,对两者反应的碳酸钙生成量进行测定,并对碳酸钙晶体进行扫描电子显微镜(SEM)分析.结果表明:最佳配比为牛骨蛋白胨25g/L、大豆蛋白胨7.5g/L、工业氯化钠5g/L、工业尿素22.2g/L及纯水1000mL.该配比下培养16h的巴氏芽孢杆菌菌液的OD600值为1.672,脲酶活性为0.037mmol/(L·min),均在预测值误差之内,结果具有可行性.两种培养基下的胶结生成的碳酸钙量相差不大,且工业级培养基菌液的胶结效果强于分析纯培养基菌液.研究结果可为MICP的工程大范围应用提供一个成本较低的培养基配比方案.

• 硅酸钠协同巴氏芽孢杆菌加固铀尾砂的试验研究

  刘天明,伍琴琴,黄爱武,焦文磊,汪雨婷,胡林,伍玲玲,喻清

  为探究硅酸钠协同巴氏芽孢杆菌加固铀尾砂的协同机理,以某铀尾砂为研究对象,通过测定巴氏芽孢杆菌在含有硅酸钠环境中的OD 值和pH,分析不同模数、不同质量分数硅酸钠溶液对巴氏芽孢杆菌生长规律的影响.基于微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP),开展硅酸钠协同巴氏芽孢杆菌加固铀尾砂柱的试验,对比分析各组铀尾砂柱的无侧限单轴抗压强度.结果表明,适当质量分数和模数的硅酸钠能显著提高铀尾砂柱的无侧限抗压强度,其中模数为2.3,质量分数为5％的硅酸钠溶液的效果最佳,对应尾砂柱的无侧限抗压强度达284Pa,相较于单一巴氏芽孢杆菌加固组的254Pa增幅达11.8％.X射线衍射(XRD)试验结果表明,所有试验组生成的沉淀均以碳酸钙晶体为主,相较于巴氏芽孢杆菌对照组,其生成的方解石晶体占比更高,结晶热力学稳定性更好.扫描电镜(SEM)图像结合能谱分析(EDS)结果进一步证实,加入硅酸钠溶液后,生成了更多的碳酸钙结晶,且晶体表面更加光滑平整,结构更加致密.研究结果对完善铀尾矿库的加固技术提供了理论指导.

• 基于组合赋权的矿山应急救援体系灰色VIKOR评估模型研究

  朱敏,王亚军,杨春,龚永超,王旭

  为科学合理地评价应急救援体系建设水平,从事前应急预防、事前应急预备、事中应急救援和事后恢复重建4个维度,选取26个指标因素构建指标评价体系,运用区间层次分析法改进CRITIC法计算各指标因素权重,并采用灰色关联法改进传统VIKOR法,提出建立了基于组合赋权灰色VIKOR的金属矿山应急救援体系多准则折衷决策模型.以5座地下金属矿山为研究背景,应用所建立的模型开展应急救援体系评价,将评估结果与加权灰色关联法、加权TOPSIS法相比较,并基于雷达图法进行应急救援体系建设差异化分析.结果显示,该模型评估结果合理可靠,适用性更强,辨识性更高,验证了组合赋权灰色VIKOR模型在金属矿山应急救援体系评估方面具有可行性.

• 基于NbS的广东省矿山全生命周期生态安全监管策略

  宫清华,李宽,刘博文,刘旭,高中原,梁耀辉,王娟,曾晓

  为满足新时期背景下矿山生态安全监管系统化、法治化、科学化、长周期、民主化的监管需求,研究构建了一套基于自然的解决方案(NbS)的综合监管框架.该框架依据问题对象、设计尺度、方案自然属性、效益评估、方案可行性、方案管理流程、适应性管理模式、可持续性方面的8项设计准则,聚焦矿山开采全生命周期的矿山生态安全监管,包括矿山勘察设计、开采运营和闭坑维护阶段.针对广东省矿山生态环境保护与经济发展矛盾、开发空间和保护空间重叠、矿业开发引发的生态环境问题严重等矿山生态安全所面临的风险与挑战,从“前瞻布局、源头控制、强化自然、协同自然、多方共治、技术革新”6个方面,探讨新时期广东省矿山生态安全监管的创新路径和策略.以期为广东省乃至全国的矿山生态安全监管提供科学依据.

• 煤矿井下无轨胶轮车多目标优化调度方法研究

  姚军,吴邦民,贺耀宜

  针对煤矿井下无轨胶轮车人工调度成本高、车辆利用率低的问题,通过构建智能化调度模型协同优化运输效率与环保性能.首先,建立融合硬时间窗、货物禁忌和里程约束的MT-CVRPTW 模型.其次,构建以总成本与碳排放最小化为目标的双目标优化模型,并提出基于并行遗传算法(PGA)和自适应大邻域搜索(ALNS)的PGA-ALNS混合优化框架.仿真试验结果表明,该算法通过PGA的全局搜索与ALNS动态邻域优化的双层协同机制,结合时间敏感权重策略和精英保留机制,使碳排放成本保持最低,相较于遗传算法和模拟退火算法,其运输总成本分别降低了11.1％和7.6％,总距离分别降低了10.7％和4.7％,求解时间分别缩短了40.2％和36.1％.采用PGA-ALNS算法优化后的调度方案,其车辆平均实载率达94.16％.该方法有效提升了井下运输的经济性与环保性,为智能矿山建设提供了技术路径.

• 融合双编码器注意力网络的钻孔结构面分割与参数可视化方法

  时乙入,段东,李杰,冯小静,何家雄,陆卫东,甘元平

  针对钻孔图像光照不均、背景复杂及结构面形态差异大等难题,提出了一种双编码器交互式注意力增强融合网络(DISA-FuseNet).该网络基于UNet编码器解码器架构,采用Swin Transformer和ResNet50双编码器结构,同时捕捉全局上下文信息与局部细节特征;通过统计聚合通道注意力模块(SACA)进行注意力加权,抑制岩体背景噪声和无关信息;底层特征经拼接后输入自适应层级增强模块(AHE),强化网络对多尺度结构面特征的捕捉能力.基于自建钻孔结构面数据集开展试验验证,将DISA-FuseNet与UNet、Deeplabv3+、Trans-UNet、DeepCrack及CrackFormer五种模型进行对比.结果表明,DISA-FuseNet在平均交并比、平均像素准确率、召回率、精确率、F1分数指标上均优于其他模型,各指标较基准模型UNet分别提升了8.44,9.51,8.52,10.60,9.62个百分点.进一步提出结构面参数提取与三维可视化方法,实现结构面参数的精准提取与交互式三维可视化模型构建.经实际工程案例验证,该方法具备良好的有效性和工程适用性.

• 面向矿区风电大基地的大功率永磁发电机设计研究

  王建春,杨波,冯玉洁,阳雪兵,张雅

  针对矿区大型风电大基地风资源时空随机性对大功率风力发电机设计提出的挑战,以内蒙古某矿区风场实测数据为基础,开展了6.0MW 永磁风力发电机的适应性设计与优化研究.基于多维测风数据挖掘,量化了风速、温度及持续时间的联合概率分布,构建了反映实际风况的动态负荷谱模型,以提升电磁性能与降低材料成本为目标,对线圈尺寸与永磁体尺寸进行了协同优化设计.通过有限元仿真验证了电磁方案,实现了效率98％的设计目标.试验结果表明,研制的两台样机的空载及负载特性与仿真结果的误差均在3％以内,验证了模型的高精度;温升试验揭示了发电机在复杂运行条件下的温度场分布规律,并据此制定了热管理控制策略;研究形成了一套“数据驱动建模—多目标优化—仿真验证—样机测试”的完整技术链,不仅为特定风场提供了解决方案,也为大功率永磁风力发电机在风电大基地的工程应用提供了参考.

• 低品位选铁尾矿铜硫分离浮选试验研究

  王万平,黄玉娇,顾恒光,范宛惠,梁斌,余洪,张汉泉

  程潮矿业公司采用先混浮后分离的浮选原则流程从选铁尾矿中回收铜、硫等有价资源,但铜回收率低.因此,针对混合浮选精矿,通过试验详细研究了调整剂、抑制剂、捕收剂、矿浆质量浓度等因素对铜硫分离浮选效果的影响.结果表明,最佳分离浮选条件为:矿浆质量浓度30％,分离浮选活性炭用量120g/t,生石灰用量6000g/t,ZＧ200用量30g/t;在此浮选条件下,采用一粗两精一扫、中矿顺序返回的工艺流程,可获得Cu品位为16.00％、Cu回收率为54.87％的铜精矿,以及S品位为35.10％、S回收率为33.57％的硫精矿,浮选尾矿的铜含量为0.013％,硫含量为6.89％,其中硫化物中铜的含量为0.0063％,97.97％的硫元素主要存在于硫酸盐中,表明所采用的药剂制度和浮选工艺流程能充分回收选铁尾矿中的铜和硫.

• 分级-浮选联合工艺富集煤泥伴生高岭石试验研究

  张晟齐,杨宏丽,高建川,樊民强,邓爱军,董连平

  浮选尾煤作为选煤过程中产生的低值产品,富含高岭石等潜在资源.以马兰选煤厂的浮选尾煤为研究对象,分析其矿物组成、粒度组成,考察了药剂用量及浮选时间对中煤泥回收效果的影响,以及旋流器结构参数与操作条件对高岭石分级富集的效果.在此基础上,开展了三段旋流器分级与浮选联合工艺的流程试验,提出“三段分级粗细浮选”联合工艺回收高岭石.结果表明,样品主要矿物为高岭石与石英;在捕收剂1500g/t、起泡剂150g/t、浮选时间5min的条件下,尾煤灰分可达80.11％;再一定入料压力下,旋流器直径越小,对高岭石的富集效果越显著.采用“三段分级粗细浮选”联合工艺可获得产率20.26％、品位78.88％的高岭石产品,以及产率40.85％、灰分33.87％的中煤泥产品,同时约38.89％的粗砂尾矿(灰分82.45％)可直接抛弃.研究可为选煤厂浮选尾煤的提质与资源化利用提供新的技术途径.