矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2026年第3期

• 思山岭铁矿高地应力层状矿体采场结构参数优化设计

  崔松,幸安康,王晓南,曾子强,丁勇,苏伯阳,马宇东,汪昕

  针对深部矿山采场在高地应力与复杂地质条件下稳定性不足的问题,以思山岭铁矿为工程背景,建立“理论经验数值”协同优化的采场结构参数优化方法.首先,利用Mathews稳定性图解法,依据Q系统修正值和形状因子初步筛选采场暴露面积与矿柱安全范围;其次,通过工程类比分析国内外类似矿山采场尺寸经验,确定合理的顶板暴露面积和采场几何参数;最后,采用三维离散元数值模拟构建采场开挖模型,对3种不同采场结构参数方案的应力、位移、塑性区体积和张拉破裂数进行定量评估,确定最优方案.结果表明:矿房最优参数为80m(长)×20m(宽)×60m(高),该方案顶板沉降量(1.76cm)和边墙位移量(4.46cm)均低于安全阈值,且塑性区体积(23 534m3)及张拉破裂数(2 157个)显著优于其他方案;采场开挖后顶板以张拉破坏为主、边墙呈拉剪混合破坏的应力重分布特征,为支护设计和灾害防控提供了定量依据.多方法协同优化体系为采场结构参数设计提供了科学依据,对千米级深井矿山具有重要工程借鉴价值.

• 基于非均质-节理有限元方法的深部节理硬岩巷道的变形控制研究

  温恩泽,朱德福,席培淇

  准确地认识深部硬岩巷道围岩失稳机理,对巷道支护参数的设计具有重要的工程意义.以金川矿千米埋深的大理岩巷道为研究对象,采用连续非连续数值模拟方法,基于RS2内置的voronoi节理网与Weibull分布函数开发了自定义非均质材料程序,建立了非均质节理有限元岩石、岩体模型,标定了大理岩变形参数与力学参数,揭示了深部硬岩变形破坏规律.考虑巷道围岩节理特征,构建了非均质节理有限元巷道模型,复现了深部硬岩巷道破坏特征;针对无支护巷道破坏规律提出了局部支护方案.研究表明:基于非均质节理有限元法构建的岩石、岩体模型可以表征深部硬岩变形破坏规律;非均质节理有限元巷道模型模拟结果与现场巷道破坏情况一致,验证了此方法的合理性;相较于无支护情况,应用局部支护方案后巷道左、右帮塑性区最大深度分别减小了62.9％、58.0％,块体、节理破坏数量分别减少了83.0％、74.5％,巷道最大变形量减小了33.8％,证明了局部支护方案的可靠性.研究成果为深部硬岩巷道围岩破坏特征分析提供了参考,拓展了深部硬岩巷道围岩变形控制的思路.

• 基于模糊数学法的深部砂岩岩爆倾向性评价

  任湘霖,曹发跃,王硕,魏更强,徐世达

  随着矿山开采深度增加,高地应力和复杂地质环境的共同作用导致岩爆灾害事故频发,但目前缺乏考虑多因素影响的深部矿岩岩爆倾向性综合评价方法.基于新疆某铁矿矿岩岩石力学参数测试,分别采用强度脆性系数、改进脆性指数、最大储存弹性应变能和应变能指数4种指标对－450~－600m 中段矿岩的岩爆倾向性进行评价,发现基于不同的单个指标得到的评价结果离散性较大,仅凭单一指标难以准确判定实际岩爆倾向性.在此基础上,构建了基于模糊数学法与熵权法相结合的的岩爆倾向性综合评价模型,对该矿－450~－600m 各中段的砂岩岩爆倾向性进行综合评判,岩爆倾向性均为中等岩爆倾向.现场实地勘察结果显示,基于模糊数学法的多指标岩爆倾向性综合评价方法得到的评价结果与现场破坏情况一致,能够准确评价岩爆倾向性等级.研究成果可为矿山安全生产和岩爆防治提供理论依据与技术支持.

• 深竖井破碎岩体井壁破裂特征与支护加固技术研究

  王国元,牛鹏翔

  深竖井是深部资源开发的关键通道,其围岩稳定性对于保障矿山开采的安全与高效至关重要.针对破碎岩体竖井井壁围岩稳定性问题,以三山岛金矿西岭矿区为背景,采用离散元软件中黏结块体模型(BBM)构建三维竖井数值分析模型,研究1 600~2 500m 埋深条件下井壁的损伤破裂特性,提出了高应力破碎岩层环境中井壁的6种支护加固方案.研究表明:高应力环境下深竖井井壁围岩的变形与破裂行为受水平地应力影响,随着埋深增加,井壁围岩的最大位移和变形范围增大,最大主应力方向位移变化显著,最小主应力方向为剪应力的主要集中区;破碎岩层增加了井壁围岩的力学复杂性,破碎岩体的动态作用可能导致岩块剥落和围岩破坏;注浆锚杆能够有效改善支护结构的受力,分散围岩中的集中应力.支护后,井壁的位移量减小了53％~65％,剪应力集中区向浅部转移至井壁深0.5~1m 处.针对不同埋深,合理的支护加固措施能够有效控制破碎岩体的动态作用,减少井壁的破坏风险.

• 国际海底区域深海采矿排放规则:博弈、困境与中国方案

  林赟

  随着深海开发加速推进,国际海底区域深海采矿引发的排放风险与法律规制冲突亟待解决.为此,从采矿排放的基本阐释入手,系统梳理“区域”内采矿排放规则的博弈过程,揭示现行国际法框架的分散性与模糊性.通过分析采矿排放国际法律制度的适用困境、国内法与国际法的衔接断层、环境风险预防机制滞后和识别治理中的关键难点,研究进一步提出,应在动态体系下构建法律解释的协同机制、依托跨公约机构协作机制的实体化建设、以及设计分层分类的风险预防与应急机制,以实现采矿排放规则的协调优化.在中国战略需求背景下,通过修订国内深海采矿法、深化区域合作,以及在国际平台积极引领“负面清单”等提案,推动我国从规则适配者向规则引领者的角色转变.这一路径既为“区域”内深海采矿排放规则的博弈与合作提供了可行的解决方案,也为全球治理提供了可借鉴的实践范本.

• 高海拔电英岩型厚大矿体安全高效采矿方法研究及应用

  雷敏,石小龙,李晓辉,张李代,李泽鹏,林卫星

  针对高海拔电英岩型厚大矿体边界复杂多变、矿石回采率低、采场顶板暴露面积较大和机械化程度较低等问题,为实现安全高效绿色开采目标,系统剖析了电英岩型厚大矿体的赋存特征,提出了4种采矿技术方案,对比了各方案的优缺点、主要技术指标及经济效益指标,最终确定上向进路充填采矿法作为最优开采方案.基于Mathews稳定性图解法,得到了矿体、围岩的最大允许暴露面积.结合数值模拟,揭示了不同进路尺寸下应力、竖向位移和塑性区的分布规律,确定了最佳进路参数:进路宽度为5.0m,高度为3.5m.现场工业试验表明,采场顶板最大下沉量为19.2mm,无垮塌现象;矿石损失率为3.2％、贫化率为3.5％,较浅孔留矿法嗣后充填采矿法降低了8.8个百分点和8.5个百分点,效果显著.研究结果为类似矿山提供了技术范式,推动了高海拔矿产资源的可持续开发.

• 上覆分级尾砂充填体下顶柱回采方案优选

  石国华,潘宝强,周文略,湛景震,杨鹏锦

  针对安徽刘塘坊铁矿上覆分级尾砂充填体下顶柱回采问题,首先,通过荷载传递线交汇法、厚跨比法、普氏拱法理论,综合确定顶柱的最大可采厚度.然后,通过Mathews稳定图法确定不同采场宽度下顶柱最大暴露面积.最后,结合现场开采方式,对穿脉、沿脉2种开采方式及5种采场结构进行开挖数值模拟,并对不同开采方式、采场结构参数下顶板沉降、应力、塑性区及开挖矿石量进行综合分析.结果表明:当采场跨度为6m 时,顶柱安全厚度为5m.结合Mathews稳定图法确定的真实水力半径,计算获得采场进路长度最大为30m;当采用沿脉开采方式时,不同进路间柱宽度下顶板沉降为16mm、18mm 及20mm;当采用穿脉开采方式时,顶板最大沉降为33.52mm.穿脉开采下顶板最大应力增大0.1 MPa.综合对比分析,当采用沿脉开采的方式,进路间柱为4m 时,此时顶板沉降在可控范围内,且能较好地满足矿山生产的安全、高效和经济需求,预计回采顶柱资源约48万t,既能保障矿山产能平稳过渡,也可以为其他类似工程提供借鉴.

• 司家营露天转地下开采盘区采场回采顺序优化

  荣辉,陈彦亭,赵凯,李万涛,张杰,马强英,路增祥

  以司家营铁矿露天转地下开采阶段空场嗣后充填采矿法盘区开采为背景,提出了“一侧推向另一侧”“中央推向两侧”和“两侧推向中央”3种采场回采顺序方案.采用数值模拟方法,研究了不同回采顺序下盘区采场围岩的应力场分布特征、位移变化与塑性区扩展规律,确定“中央推向两侧”为该矿的最优回采顺序方案.结果表明:３种回采顺序方案下,盘区采场围岩应力释放后的压应力值、围岩的拉应力和围岩内部产生的最大位移值,均呈现出“中央推向两侧”＜“两侧推向中央”＜“一侧推向另一侧”的变化规律;在“中央推向两侧”回采顺序下,围岩应力释放后的压应力值为1.58MPa、最大拉应力为0.35MPa,围岩内部产生的最大位移值为37.65mm,均优于其他方案;盘区开采后,围岩内总塑性区体积、张拉塑性区与总塑性区的体积比,表现出了与围岩应力场和位移场相同的变化规律,其中“中央推向两侧”方案下,围岩塑性破坏区的总体积为34.73×104m3,张拉塑性区体积占比为60.60％,均优于其他方案.研究结果对指导矿山露天转地下开采设计及生产具有重要意义.

• 某金矿井筒保安矿柱圈定范围优化研究

  王亚军,陈寅,李向东,孟俊波,郑旭,王玉丁,陈金刚,王建邦

  针对某金矿井筒的保安矿柱压覆矿量大的问题,通过数值模拟计算方法,分析不同保安矿柱圈定角度对井筒及围岩稳定性的影响,并重新圈定了保安矿柱范围.数值模拟计算结果表明,该矿13号矿脉开采对井筒稳定性的影响随保安矿柱圈定角度的增大而增大,当保安矿柱圈定角度超过75°后,地压活动显著加剧,尤其在深部采场回采后,存在井筒失稳的风险.因此,建议将保安矿柱圈定角度控制在75°及以下,以确保井筒的安全性.将保安矿柱的圈定角度由65°增大至75°,保安矿柱压覆的矿石体积由1 192 955.0m3减少到545 256.7m3,可释放约54.3％的矿石资源,提高了矿产资源的利用率,有利于矿山的可持续发展.

• 石灰优化磷石膏基固废充填体的试验研究

  柳小胜,王卫军,杨铁江,原昌伟

  高掺量磷石膏凝胶材料具有胶凝性弱、强度低等缺点,添加石灰可以提高磷石膏基固废凝胶材料的胶凝性和强度.以磷石膏、钢渣和高炉矿渣为胶凝材料原材料,石灰为激发剂,尾砂为骨料制备充填体,探究不同石灰掺量下充填体的力学特征、孔隙特征及微观结构,并引入分形理论来探究石灰对磷石膏基固废胶凝充填体孔隙特征的影响.结果表明:2％的石灰掺量可使充填体7d和28d强度分别提高133.33％和95.83％,为最佳石灰掺量,过量的石灰会生成过多Ca(OH)2 晶体,造成充填体发生体积膨胀和结构破坏,进而导致充填体强度降低;石灰对充填体内小孔径孔隙的影响显著,尤其对20~200nm 内孔隙的分形维数影响最为突出;充填体强度与孔隙度之间呈线性降低关系,与20~100nm 和＞200nm 范围内的孔隙含量呈指数递减关系,与100~200nm 范围内的孔隙含量呈二次函数递减关系,与分形维数呈指数递增关系.

• 金属矿山崩落法开采的地表沉陷范围预测研究

  符富,金长宇,东龙宾,姚桂宏

  崩落法开采往往会引发大规模的岩层移动和地表变形,为准确预测崩落法开采的地表沉陷范围,有效减轻其造成的损失,以某金属矿崩落法开采为背景,分别采用数值模拟、理论分析、相似模拟试验对地表沉陷范围进行预测研究.通过数值模拟初步获取地表沉陷情况,结合崩落法开采的特点,通过理论分析,提出了一套改进的适用于金属矿山崩落法开采的威布尔分布法地表沉陷预计表达式,同时考虑岩体力学参数的随机性和变异性,基于可靠度理论对地表沉陷范围进行了预测分析.最后利用相似模拟试验对分析结果进行验证. 结果表明:三种方法预测的沉陷范围的大小关系为数值模拟＜相似模拟试验＜基于可靠度的理论分析法,理论计算结果与试验结果的偏差率最小为0.30％,最大不到5％,验证了提出的地表沉陷范围理论计算方法的合理性与可靠性.

• 地震工况下露天矿排土场稳定性能量突变分析与优化措施

  杨志一

  为揭示地震工况下露天矿排土场的能量演化规律,并建立边坡失稳判别依据,将尖点突变理论与露天矿排土场能量理论相结合,构建了以边坡耗散能为状态变量的耗散能突变失稳理论模型.以大苏计钼矿南排土场为工程背景,运用FLAC3D软件分析南排土场4个边坡剖面的耗散能演化规律,并开展突变特征分析,据此对排土场的堆置方案进行优化设计.结果表明:南排土场边坡剖面耗散能特征值大部分小于0,在地震荷载作用下易失稳,模拟结果与现场情况相符;根据边坡耗散能演化特征,提出“加固边坡坡面＋堆置优化＋监测与预警”的优化方案并应用于南排土场.对优化后的方案进行数值模拟分析与现场监测验证,结果显示,采取优化措施后,边坡的抗变形能力与整体稳定性显著提高.研究结果可为预防排土场边坡失稳提供借鉴.

• 露天矿边坡安全监测预警技术研究进展及平台研发

  卜磊,章晓余,皮芸烽,李长洪,郑干,尹泽旭,吕嘉乐

  露天矿边坡地质灾害频发,传统监测手段在实时性、覆盖密度及智能预警方面存在局限.基于边坡安全监测预警领域的研究成果,总结了现阶段存在的不足与亟待解决的关键问题,集成物联网、云计算、大数据与人工智能技术,构建“空天地深”多维多源协同感知网络,研发露天矿边坡智能监测预警平台,并进行边坡稳定性智能诊断与趋势预测.通过分级预警机制与可视化决策系统,实现风险精准识别与应急联动.实践结果表明,露天矿边坡智能监测预警平台显著提升了边坡风险的主动感知与超前预警能力,为露天矿本质安全与智能矿山建设提供了技术支撑.

• 基于机器学习的冻融砂岩强度损伤预测模型研究

  张凯惠,张亦海,姜旭桐

  针对寒区砂岩在冻融作用下强度损伤显著且传统试验方法研究过程复杂的问题,提出了一种基于机器学习的冻融砂岩强度损伤预测模型.通过文献调研收集了117组冻融循环后砂岩强度损伤的试验数据作为数据集,选取纵波波速、干密度、饱和密度、循环次数、冻融周期作为模型的输入特征,强度损失率作为输出特征.采用决策树、随机森林、支持向量机、XGBoost、极端随机树、CatBoost等6种机器学习模型对冻融循环后砂岩强度损伤进行预测,并使用R2、MAE、MSE、RMSE 指标评估模型性能.结果表明,CatBoost模型的各项评估指标均表现最优,其在测试集上的R2 超过0.93,MAE 值、MSE 值、RMSE 值分别为0.028、0.002、0.039,展现出较强的泛化能力和良好的预测效果.进一步通过贝叶斯优化算法对CatBoost模型进行超参数调优,确定迭代次数、树最大深度和L2正则化为影响模型预测性能的关键参数.特征值权重分析显示,各变量对模型贡献的重要性排序为:循环次数＞冻融周期＞干密度＞饱和密度＞纵波波速.研究成果可为寒区岩石力学工程实践提供有效的预测工具与方法参考.

• 矿柱破裂失稳演化特征与监测预警应用研究

  彭府华,王卫军,胡静云,潘懿,黄英华

  针对矿柱稳定性问题进行了岩石试件破坏声发射试验、矿柱破坏PFC模拟与稳定性监测预警研究.开展了简单加载和增量循环加卸载工况下岩石试件声发射试验和矿柱破坏PFC模拟,分析了矿柱破坏过程应力声发射演化特征,提出了矿柱破坏初始孕育期、矿柱破坏低速孕育期、矿柱破坏加速孕育期和矿柱破坏期4个阶段.利用矿柱破坏应力声发射演化特征,提出了增压稳声模式、稳压稳声模式、降压稳声模式、增压增声模式和降压增声模式的矿柱破坏判别准则.基于矿柱破坏判别准则,建立了矿柱稳定性分期监测预警方法,并开发了矿柱稳定性监测预警平台.矿柱破坏分期监测预警方法和矿柱稳定性监测预警平台在现场工程应用的效果较好,2-45# 矿柱在进入增压增声阶段后,矿山发出红色预警,39d后矿柱出现纵向裂缝,90d后矿柱出现整体破坏;2-105# 矿柱在进入增压稳声阶段后,矿山发出黄色预警,38d后矿柱中间部位局部发生片冒.研究结果对量化评估矿柱稳定性、保障矿山安全生产具有重要意义.

• 矿井水侵蚀作用下灰岩的强度劣化及声发射响应特征

  洪奕琳,杨道学,赵奎,杨安闽,阴文杰

  为探究酸性矿井水侵蚀对灰岩力学性能及其微观破坏机制的影响.通过单轴压缩及声发射试验,研究了不同侵蚀时间(0d、14d、28d、42d、56d)下灰岩孔隙演化、力学特性及声发射参数(事件率、主频、能率、裂纹类型)的变化规律.结果表明:在矿井水侵蚀过程中,灰岩的孔隙率从未侵蚀状态下的0.26％增加至侵蚀56d时的9.13％;在单轴压缩试验中,灰岩峰值强度、峰值应变和弹性模量随侵蚀时间的增加而逐渐降低,侵蚀56d的灰岩试件的峰值强度较未侵蚀试件降低了29.41％;声发射事件率和能率随侵蚀时间的增加而增大;随着侵蚀时间的增加,灰岩试件在变形破坏过程中的低主频声发射信号数量逐渐增多,而高主频声发射信号出现逐渐减少的变化趋势;灰岩剪切微裂纹占比随着侵蚀时间的增加呈逐渐降低的变化趋势,张拉微裂纹占比逐渐升高,由未侵蚀时的30.69％增至侵蚀56d时的57.92％.因此,矿井水侵蚀导致灰岩试件孔隙率逐渐增加,微裂纹和孔隙的扩展加剧,进而引起其力学性能显著下降.研究结果可为富水环境下有色金属资源安全高效开采提供理论支撑和技术指导.

• 含充填型裂隙砂岩的破裂特征分析

  叶腾飞,杨道学,赵奎,杨安闽,阴文杰

  为探究裂隙倾角与充填物对岩体力学特性的影响机制,采用数字图像相关(DIC)技术和声发射(AE)技术,对单轴荷载作用下含不同倾角及充填物的裂隙砂岩进行力学试验.通过DIC技术捕捉试件表面应变分布及裂纹扩展形态,利用AE技术监测裂纹演化过程,分析RA-AF参数分布特征.研究结果表明:充填物使裂隙砂岩弹性变形阶段延长、脆性增强,其对抗压强度的影响随裂隙倾角的增大而减弱;无充填试样的弹性模量与裂隙倾角呈正相关,而充填试样弹性模量不受裂隙倾角影响.充填后试样应变分布更均匀,裂纹扩展路径集中;无充填条件下,裂隙倾角为0°~15°的砂岩呈翼形张拉破坏,裂隙倾角为30°~90°的砂岩呈翼形剪切破坏;充填试样则均为拉剪复合破坏.AE分析结果表明,无充填试样裂纹扩展与DIC结果一致,而充填试样以张拉裂纹为主、剪切裂纹为辅.充填物显著改变了裂隙砂岩力学行为,其破坏模式和裂纹演化受充填状态与裂隙倾角的协同控制.研究结果可为含充填型裂隙岩体工程稳定性分析提供理论依据.

• 复合岩体微差爆破损伤破坏与分形特征研究

  王圣风,张拥军,缪玉松,李小双,刘飞,孙卓明

  为研究复合岩体中爆破产生的复杂应力波所引起的岩体损伤分布特征,基于LS-DYNA 软件建立了由岩石Ⅰ(相对较硬)和岩石Ⅱ(相对较软)组成的复合岩体双孔爆破模型,讨论了不同的起爆顺序和起爆延期时间下岩石的损伤规律.研究结果表明:在复合岩体中,爆破应力波叠加后,岩石Ⅰ中的应力波会覆盖岩石Ⅱ中的应力波继续传播;有效应力在岩石Ⅰ中的衰减率比岩石Ⅱ中的大,导致岩石Ⅰ中整体的有效应力比岩石Ⅱ中的小;复合岩体中两炮孔间的有效应力呈先减小后增加的趋势,且岩石Ⅰ中整体有效应力始终比岩石Ⅱ中的低;岩石的分形维数随延期时间的增加呈先减小后增大的趋势,岩石Ⅰ中的炮孔先起爆时岩石的分形维数大于岩石Ⅱ中的炮孔先起爆的情况.相关结论对类似条件的岩体工程爆破施工具有一定的参考意义.

• 基于光频域反射技术的纳米复合注浆锚杆锚固性能研究

  李双辉,仝曦,杜春海,黄磊,叶武,陈然,曹桂乾,吕利

  为了探究纳米二氧化硅(NS)对超细水泥性能的影响,并评估其在注浆锚杆中的应用效果,设置不同NS掺量的试验组,系统开展了流动度、初凝时间、结石体力学性能、SEM 微观结构及拉拔性能等测试,并利用光频域反射技术(OFDR)对拉拔过程中的应变进行监测.结果表明:NS的掺入会降低纳米复合注浆材料的流动度和初凝时间,提升材料的早期水化反应速率;NS掺量为2％时,结石体的抗压和抗折强度达到最优,微观结构更加致密;拉拔试验和OFDR光纤监测显示,纳米复合注浆锚杆的极限承载力提升至210kN,荷载位移曲线表现出更强的延性和更高的残余强度,锚杆杆体的应变更均匀,局部应变突变减少.研究结果验证了纳米复合注浆材料在提高锚固性能方面的可行性和有效性,为岩土工程中锚固系统的优化提供了技术支持.

• 预氧化与浸水作用下气煤氧化燃烧特征试验研究

  郝建峰,张遵国,陈岳振,唐朝,丁林林,钱清侠,赵小龙

  为探究预氧化和浸水综合作用对煤氧化燃烧特征的影响,采用气煤开展不同预氧化温度和浸水条件下的热重分析试验,分析了不同预氧化温度和浸水条件下煤的氧化燃烧特征温度、活化能和反应速率,探讨了预氧化和浸水条件对煤氧化燃烧的作用机理.结果表明:与未氧化原煤相比,150℃和240℃预氧化作用下煤的燃烧失重阶段特征温度分别降低了2.8％、0.2％,活化能分别降低了4.9％、48.7％,预氧化增大了煤的自燃危险性,且温度越高越易复燃;与240℃预氧化煤相比,240℃高温预氧化煤再浸水会显著降低煤的氧化燃烧特征温度和活化能,氧化增重阶段和燃烧失重阶段的特征温度分别降低了65.2℃、16.3℃,燃烧失重阶段活化能降低了7.8kJ/mol,煤自燃危险性增大.浸水处理后煤的燃烧反应速率会降低,原煤浸水煤样较原煤在燃烧阶段的指前因子(lnA)减小了6.3％,240℃预氧化再浸水处理煤样的lnA 则降低了60.4％.当煤体发生高温氧化时,不宜直接进行注水降温,应优先采用注低温氮气、液态二氧化碳等其他防灭火措施.

• 矿山安全生产影响因素分析与风险评价模型研究

  卢学专,朱明,王亚军,张海云

  针对矿山安全生产影响因素较多、作用关系复杂和量化评估具有模糊性的特点,建立了基于DEMATEL-ISM-CM 的影响因素分析与风险评价模型.首先,从人员、设备、环境、管理、技术５个维度,构建矿山安全生产风险评价指标体系;然后,集成DEMATEL-ISM 法,识别关键影响因素,绘制多层递阶结构图,并根据影响因素的中心度计算指标权重值;最后,以湖南省某铅锌矿为研究背景,进行矿山安全生产风险等级评定.结果表明:工程地质条件、安全防护装置配备、开采工艺的先进性、安全生产投入、应急管理制度是影响矿山安全生产的关键因素,设备机械化程度、设备智能化水平为根本致因;基于评价综合云图,判定该矿山安全生产风险为较低等级(Ⅳ级),符合工程实际,验证了该模型的可靠性和适用性;多层递阶结构图能够明晰风险因素传递路径,可为矿山企业安全管理提供理论指导.

• 基于知识图谱分析的矿山生态修复研究进展

  刘洋,周良彬,袁雪涛,常智慧

  为探究矿山生态修复领域的研究热点和发展趋势,基于WebofScience(WOS)和中国知网(CNKI)检索的文献数据,采用VOSviewer、CiteSpace、SCImagoGraphica等软件,对692篇英文文献和298篇中文文献进行可视化分析,并探讨了不同矿山生态修复理念及关键修复技术的差异.结果表明:矿山生态修复研究领域的发文量总体呈上升趋势;国家之间合作频繁,已形成以中国为主要核心,以美国、澳大利亚、西班牙等欧美国家为次要核心的研究网络;国际高产机构间合作紧密,国内高产机构间缺乏联系;研究热点聚焦于煤矿修复、植物修复技术、土壤重金属修复、微生物作用研究、修复效果评价、碳中和目标实践等.未来需要深入以土壤、微生物、植物为主的矿山生态基本单元的修复技术,推动无人机航测、机器学习等新兴技术在模型搭建和效果评价中的应用,并探索碳中和目标下的矿山生态修复路径.矿山生态修复研究目前处于发展爆发期,我国应将宏观监测与微观研究相结合,运用前沿技术,促进跨学科融合与跨领域合作,持续完善我国矿山生态修复的研究体系.

• 自激振荡脉冲射流喷嘴振荡腔结构优化研究

  王奥,冯小静,段东,陆卫东,甘元平,苗鲁振

  自激振荡脉冲射流喷嘴可将连续射流转化为脉冲射流形式,脉冲射流通过对岩石造成周期性的“水锤”破坏,可有效提高破岩效率.喷嘴振荡腔作为射流形态调控的核心部件,且现有直线型结构存在能量耗散问题,制约射流性能,开展了腔径比(振荡腔长度L/上喷嘴直径d1)对喷嘴外流场脉冲射流性能的影响研究,优选出最佳腔径比范围.基于流场结构角度,分析腔室内低速区与射流性能的动态变换关系,利用贝塞尔曲线优化振荡腔壁面形状.开展振荡腔壁面形状优化前后喷嘴的自激振荡脉冲射流破岩冲孔试验研究,对比验证喷嘴振荡腔形状优化效果.结果表明,腔径比在5~6范围内时,振荡腔内部低速区域最小,外部流场射流性能最佳;优化后喷嘴外部流场平均速度增大了16.99％、峰值速度增大了16.74％,脉冲射流冲击岩石造成的冲孔直径较原喷嘴增大了25.45％、深度增大了24.27％、体积增大了18.32％,自激振荡脉冲射流喷嘴性能得到有效提升.

• 基于改进A*算法与ISSA 的矿山复杂地形环境两层运输路径规划研究

  王晓菲,于新红

  当前矿车路径规划算法在面对矿山复杂地形时,普遍存在搜索效率低、规划路径长等问题,研发高效精准的路径规划方法成为亟待解决的关键问题.创新性地提出了两层运输路径规划方案,上层采用改进A*算法初步规划节点间的路径,下层采用改进麻雀搜索算法(ISSA)进行整体路径优化,确保整体路径的能耗与代价最小化,以期实现高效精准的矿山运输路径规划.结果表明:改进A*算法与ISSA的两层运输路径规划方案不仅实现了路径能耗最小化,还实现了路径代价最小化,有效提升了路径规划效率与安全性;在路径规划中,研究所提方案不会受到障碍物干扰,不存在绕远路的情况,能够以最短的路径到达目的地,具有良好的避障与最短路径规划能力,且在具有复杂地形的矿山三维地形图中,能够快速求解出能耗更低、路径代价更低的目标函数值;改进A* 算法与ISSA的两层运输路径规划方案求解的最短运输距离仅为3 125.36m,货损、运输及碳排放成本分别为1 028.63元、3 968.57元、335.18元,运输时间仅为1 836.39s,均低于基于遗传蚁群强化学习算法的矿山运输路径规划方案.

• 矿山井下矩形巷道电磁波传输特性研究

  赵新杰,张涛,闫魏锋,冯向军,张英,孙斌,绳先闯

  为优化矿井无线通信系统天线布局,采用入射及反弹射线法(Shooting and Bouncing Ray tracing,SBR)构建宽5m、高3.4m 的矩形巷道三维模型,从传输距离、纵向切面和空间分布多尺度系统分析0.9GHz、2.4GHz和3.5GHz频段在巷道内的功率衰减特性,并研究天线位置对无线传输的影响.结果显示:0.9GHz频段传输特性优于其他两个频段,不同传输距离的纵向切面功率均值较2.4GHz和3.5GHz分别高出6.60~9.17dBm 和10.49~12.63dBm;天线最佳水平位置为距巷壁0.01~0.1m,当天线紧贴巷壁(距巷壁小于0.01m)部署时,功率空间分布呈非对称特性,发射天线同侧邻壁区的接收功率比对侧高1~4dBm;收发天线高度差小于0.5m 时可获得稳定且较强的接收信号.研究结果可为优化巷道中基站设置和天线布局提供参考,有助于推动矿山智能化通信系统的开发和建设.

• 某低品位金银铜铅锌铁多金属硫化矿工艺矿物学研究及综合回收工艺验证

  郑海雷,高起方,叶小璐,冯凯

  滇西某低品位多金属硫化矿金、银、铜、铅、锌、硫、铁品位分别为1.92g/t、41.31g/t、0.39％、1.20％、0.42％、9.54％、34.92％,有害元素As的含量为0.22％.该低品位多金属硫化矿有价元素品位低、赋存状态复杂,矿物种类多、嵌布粒度极不均匀,综合回收难度大.采用化学分析及化学物相分析手段,对矿石中主要矿物的组成及相对含量,主要矿物的嵌布关系、嵌布粒度及解离度特征,金、银、铜、铅、锌、硫、铁的赋存状态等“基因特征”进行了详细的研究和测定,并据此拟定“铜铅混浮—铜铅分离—锌硫混浮—锌硫分离—弱磁选铁”的原则流程.实验室工艺验证试验结果表明,在磨矿细度为－0.074 mm 占90％条件下,可获得铜品位21.19％,含金52.40g/t、银558g/t,铜回收率74.50％的铜精矿;铅品位74.66％、含金24.85g/t、银1 730g/t,铅回收率82.54％的铅精矿;锌品位46.27％、锌回收率76.88％的锌精矿;硫品位45.54％、硫回收率81.91％的硫精矿;铁品位63.47％、铁回收率36.87％的磁铁精矿.

• 含磁黄铁矿高硫型铜矿低碱度选矿试验研究

  黄春福,祁忠旭,江旭,丁声强,陈春林,李杰

  广东某铜硫矿生产采用“高碱选铜弱酸选硫”的工艺和药剂体系,针对现场酸碱消耗量大、浮选效率低、安全环保风险高等问题,进行了矿石性质和选矿工艺试验研究,确定了“低碱无酸”的工艺方案,研发了基于矿石性质的低碱铜硫绿色高效分选药剂体系.结果表明,采用B18捕收铜矿物、CD-S2替代部分石灰抑硫,硫酸铜替代硫酸活化、丁基黄药捕收浮硫的方案可有效替代现场“高碱弱酸”药剂体系,全流程闭路试验获得Cu品位20.84％、Cu回收率88.11％的铜精矿和S品位46.12％、S回收率94.68％的综合硫精矿.与“高碱弱酸”工艺相比,“低碱无酸”工艺铜精矿中铜品位和铜回收率分别提高了2.59个百分点和1.94个百分点,综合硫精矿指标相当,闭路试验粗选矿浆pH 由11降低至8.5,实现了“低碱无酸”环境中铜硫的清洁高效分选与回收.

• 巯基类捕收剂在黄铜矿与黄铁矿浮选分离中的作用机理

  黄玉娇,顾恒光,张汉泉

  针对黄铜矿与黄铁矿浮选分离效率低的问题,提出在浮选中使用新型巯基类捕收剂930药剂,通过傅里叶变换红外光谱分析揭示其选择性吸附机制,并结合矿物浮选试验验证其效能.试验结果表明,使用在巯基类捕收剂的基础上进行官能团结构重组得到的新型环保型高效捕收剂930药剂,对比传统捕收剂乙基黄药、丁基黄药,可使铜精矿回收率分别提高12.27％、4.77％,硫精矿回收率分别提高13.84％、1.99％,同时可使硫精矿的硫品位分别提高了3.37％、3.00％.新型930捕收剂的使用,优化了铜硫分离选择性,为硫化矿浮选分离提供了兼具高选择性与环境友好特性的新型药剂方案,对降低冶炼成本及减少碱性废水排放具有重要意义.

• 不同磁化时间对微细粒赤铁矿反浮选行为的影响机理

  李凤久,王航宇,朱令起,贾清梅,赵留成

  为探究不同磁化时间对微细粒赤铁矿反浮选的影响,分别对水、药剂、矿浆进行不同时间的磁化处理.通过检测不同磁化时间下溶液的电导率和表面张力、溶液与矿浆的黏度、以及矿粒表面的红外光谱和拉曼光谱的变化,揭示磁化时间对赤铁矿反浮选的作用机理.结果表明,在磁化时间为8min时,磁化效果最优,经磁化处理的水、淀粉和矿浆可使赤铁矿回收率分别提升2.3个百分点、4.16个百分点、3.84个百分点,而磁化十二胺使赤铁矿回收率下降3.56个百分点.磁化处理使溶液电导率上升,增加药剂的溶解度和溶液内电解质的浓度;还会使黏度增大,强化抑制剂效果,阻止赤铁矿颗粒上浮;减小了溶液的表面张力,使石英更易与气泡黏附,提高赤铁矿反浮选的回收率.红外光谱分析结果显示,磁化作用对药剂与矿物表面的相互作用产生影响,改变药剂在矿物表面的吸附量.

• 新型阳离子捕收剂磷矿反浮选脱硅试验研究

  刘燕,吴中贤,陶东平

  为有效解决传统磷矿反浮选脱硅阳离子捕收剂选择性差、仅适用于弱碱性环境分选的难题,研发了一种新型高效且适用于弱酸性环境分选的阳离子捕收剂SDTQ,并采用该药剂对贵州某硅镁质磷矿进行了浮选试验研究.结果显示:当pH＝6、SDTQ用量达到25mg/L时,石英纯矿物回收率接近100％,而氟磷灰石无明显可浮性;人工混合矿浮选中,在pH＝6、SDTQ用量为100mg/L的条件下,氟磷灰石和石英分离效果较好.在此基础上,以pH＝6脱镁磷精矿矿浆为研究对象,进行了捕收剂用量条件试验,确定最佳SDTQ用量为1.1kg/t.在该药剂用量下进行开路试验,获得了磷精矿中P2O5 品位35.38％、P2O5 回收率85.41％、酸不溶物含量5.53％的分选指标.最后通过“一粗一精一扫”的闭路流程,获得了磷精矿中P2O5 品位35.49％、P2O5 回收率90.31％、酸不溶物含量9.81％的良好指标.相比于十二胺,SDTQ使磷精矿品位提高了2.05个百分点,回收率提高了10.02个百分点.Zeta电位和接触角测量结果表明,SDTQ 通过静电作用选择性地吸附于石英表面,强化石英与氟磷灰石之间疏水性差异是实现磷矿反浮选高效脱硅的关键机制.原子力显微镜和傅里叶变换红外光谱仪测试结果表明,SDTQ捕收剂借助季铵阳离子基团与长链烷基的协同作用,以物理吸附的形式作用在石英表面.SDTQ 捕收剂可提高磷矿品位,降低药剂成本,并兼具经济与环保优势.

• 基于EDEM-Maxwell耦合的不同磁性颗粒群运动特性模拟

  张忠元,陈明,毕中,马学东

  为探究不同磁性颗粒在永磁辊式磁选机选矿过程中的运动规律与分选机理,基于磁场梯度和颗粒的比磁化率,建立了磁力计算模型.采用ANSYSMaxwell软件模拟永磁辊磁系的磁场分布,获取磁场矢量数据后,通过EDEM 场管理导入仿真环境,并基于C＋＋ API进行了二次开发,扩展了EDEM 模拟磁力作用下的颗粒行为特征.模拟结果表明:磁性颗粒在高速度区的分布密度显著高于连生体颗粒和非磁性颗粒;当颗粒粒径从15mm 增大到60mm 时,颗粒的平均脱辊速度和最小脱辊速度呈增大趋势,最大脱辊速度则相反;当磁辊转速从10r/min提高到50r/min时,磁性颗粒、连生体颗粒及非磁性颗粒间的轨迹间距均有所增大,转速为30r/min时,颗粒分选效果较好.对本文提出的耦合仿真方法进行试验验证,结果表明,该耦合仿真方法可以相对真实地模拟磁性颗粒分离过程.研究结果为优化此类选矿技术提供了重要的理论依据和技术支持.

• 重液分选在废旧磷酸铁锂电池回收处理中铜铝颗粒分离的应用研究

  吴纪龙,黄自力,肖骁,肖硕

  针对采用风力比重分选方法回收磷酸铁锂电池中铜、铝颗粒时分选精度不高的问题,对来自某工厂电池破碎分选系统的电芯破碎筛分后的铜铝混合物、风力比重分选后的铜粒产品、铝粒产品分别进行重液分选.试验结果表明,当重液密度为2.95g/cm3,固液比为0.35g/mL时,粒径大于0.630mm 的铜铝混合物的Al回收率达到96.99％,Cu回收率达到99.72％;粒径为0.630~0.104mm 的铜铝混合物的Al回收率达到97.62％,Cu回收率达到90.02％;铜粒产品的Al回收率达到96.44％,Cu回收率达到99.83％;粒径大于0.630mm 的铝粒产品其Al回收率达到99.66％,Cu回收率达到98.52％,粒径为0.630~0.125mm 的铝粒产品的Al回收率达到90.60％,Cu回收率达到96.46％.大粒径的原料经重液分选可得到铜和铝,小粒径的原料经重液分选可将铜、铝分开.研究结果为后序黑粉和金属颗粒的分选提供了基础.

• 粉煤灰耦合混合胺溶液条件下CO2 吸收矿化反应性能研究

  张妙妍,赵舒洁,陆伟

  粉煤灰作为燃煤发电过程中产生的重要工业副产品,在CO2 矿化方面展现出巨大的应用潜力.为解决粉煤灰直接矿化CO2 效率低的问题,采用NＧ甲基二乙醇胺(MDEA)/二异丙醇胺(DIPA)混合胺溶液吸收CO2,以提高后续CO2 的固定效率.系统分析了不同MDEA/DIPA 配比、固液比、反应温度和反应时间对CO2 吸收和矿化效率的影响.结果表明,MDEA/DIPA混合胺溶液的性能优于单胺溶液,当MDEA∶DIPA 为1∶3、固液比为270g/L、反应温度为45 ℃、反应时间不少于30min时,CO2 负荷量最高,为1.66mol/L,矿化效率为45.2％.FTIR、XRD和TG分析结果表明,MDEA/DIPA混合胺溶液中主要含有CO23－、HCO3－、质子化 MDEA/DIPA和氨基甲酸酯;与原始粉煤灰样品相比,固体产物中CaCO3 含量显著增加,且主要以方解石形式存在.MDEA/DIPA混合胺溶液和粉煤灰将CO2 吸收与矿化相结合,为CO2封存和粉煤灰废物处理提供了借鉴.