矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2026年第4期

• 深部厚大矿体近水平转缓倾斜-倾斜回采方案优化与应用

  郑攻关,张九雨,林峰,古绪球,陈东友,谢经鹏,覃星朗,熊良锋

  缓倾斜矿体是公认的难采矿体之一,而在矿山生产系统固定的条件下,不同赋存条件矿体的回采转换会显著影响矿山生产效率与安全.某矿山由近水平矿体转向缓倾-斜倾斜回采时,采用传统方法面临着部分采场无法利用现有巷道进行采切的问题,需要开拓大量新采准工程.针对以上问题,提出了“垂直矿体走向布置采场,取消切割天井,以出矿进路为初始自由面与补充空间”的回采方案,可节省堑沟巷道、中深孔拉底、出矿进路及出矿巷道等部分采准工程.通过FLAC3D软件论证了该结构的稳定性,并在现场开展工业试验.结果表明:采场62-A采空区模型形态较为规整,顶板及侧帮基本未发生冒落,矿石损失率为2.3％,贫化率约为8.5％,采切工程量减少约14.8％.该方案具有适应矿体倾角变化、简化采场结构及减少工程量等优势,为类似矿体回采提供了参考.

• 大型钼铅锌多金属矿深部充填开采高度优化研究

  李山存

  针对大兴安岭岔路口钼铅锌多金属矿在深部(750~1 000m)、复杂构造与火山岩地质条件下面临的开采难题,开展了基于岩石力学与数值模拟的充填开采高度优化研究.首先,通过岩石力学试验获取了矿区主要岩体的力学参数,并综合运用3Dmine、ANSYS与Surfer软件,构建了精确反映矿区地质构造与地形特征的三维地质力学模型.然后,采用FLAC3D 数值模拟,系统对比分析了60m、90m 和120m 三种开采高度对采场及地表稳定性的影响.结果表明:60m 开采高度能有效抑制塑性区扩展,控制位移与应力集中,是实现安全与经济最优的开采方案;90m 开采高度虽能基本维持采场稳定,但存在局部塑性区贯通风险;120m 开采高度则导致地表水平变形、倾斜及曲率均远超安全限值.研究成果明确了该复杂深部矿体的安全开采高度阈值,揭示了开采高度增大导致塑性区贯通的内在机制,可为类似复杂地质条件下的深部充填采矿方案优化提供理论参考.

• 遥控铲运机与平底结构联合出矿的空场嗣后充填采矿法及其工程应用

  宋景仪,赵兴东,王元坤,王昌,秦绍龙,周鑫

  针对传统空场嗣后充填采矿法在实际应用中存在的采准工程复杂、充填体内掘巷困难等问题,提出了基于遥控铲运机与平底结构联合出矿的空场嗣后充填采矿法.基于“遥控铲运机＋平底结构”的出矿系统,建立了4种不同采场布置方向和采场结构参数的工况下,遥控铲运机出矿量占比系数理论计算式,提出了传统空场嗣后充填采矿法改进后的采场结构参数优化方法.以帮中锌铜矿为工程背景,开展了基于“遥控铲运机＋平底结构”出矿系统的空场嗣后充填采矿法的应用研究,介绍了采场结构参数设计方法.结果表明:该方法可降低采准工程量21％,减少矿石损失约12％,遥控铲运机出矿量占比达22％(理论值19.6％),单个采场的采准—切割—回采周期与原采矿方法基本持平.研究成果为厚大矿体安全高效开采提供了创新解决方案.

• 马坑铁矿破碎矿体采场结构参数优化研究

  陈小兵

  为提高马坑铁矿61~65线采场的围岩稳定性,综合运用Mathews稳定性图解法与FLAC3D数值模拟,建立应力位移分析模型,系统研究采场结构参数(长度、宽度、高度)对围岩稳定性的影响.结果表明,开采过程中顶板以拉应力集中为主,侧帮则表现为压应力集中;采场宽度对顶板应力分布起主导作用,采场长度显著影响侧帮的位移与应力释放,缩短采场长度可显著降低侧帮位移和跨冒风险,增强采场稳定性,20m×10m×54m(长度×宽度×高度)参数组合在控制顶板应力集中和侧帮变形方面效果最优;降低采场高度至３６m 在一定程度上可抑制水平位移,但在破碎岩体区域顶板垮塌风险依然较高,表明单一调整采场高度难以解决局部稳定性问题;基于岩体质量分区设计的分采方案,通过优化破碎带参数和缩短采场长度,有效缓解了63-1R段的侧帮跨冒问题.研究成果可为马坑铁矿采场结构优化与围岩稳定性控制提供理论依据.

• 三角矿带存窿矿回采顺序优化及协同处理方案研究

  王亚军,陈寅,许龙,李泽鹏,何涛,刘金海,刘东锐,马如成

  针对某银铅锌矿三角矿带存窿矿体回采会导致大面积的地表塌陷等难题,基于现场工程地质条件,提出了两组整体回采规划方案,即预先处理空区存窿矿区域后回采矿体方案和先采矿体后处理空区存窿矿区域方案,并利用CAD-3Dmine-MIDAS联合构建了地质模型,进而采用数值模拟方法比选两组规划方案对应模型各回采阶段应力场、位移场及塑性区分布情况,结果表明,规划方案Ⅰ更有利于回采作业过程中的采场和存窿矿区域地压及稳定性控制,减少资源浪费.根据数值模拟结果和开采技术条件,提出了先筑假顶(底)、底部协同回采方案,确定了人工假顶(底)的构筑方案,结合随机森林算法构建人工假顶顶板沉降量预测模型,持续保障区域内存窿矿石回采的安全.工业试验结果表明,存窿矿的回采率达到80％以上,创造约500万元的利润.

• 基于Mathews图解法的某金矿采场结构参数及支护优化研究

  杨宁,尹贤刚,符洲云,刘奇

  某金矿局部中段位置节理发育、矿体破碎,结合矿岩稳固性,提出了上向进路充填采矿法和小分段充填采矿法两种开采方案.综合对比各方法的技术经济指标及优缺点,最终选择上向进路充填采矿法并以Mathews图解法设计一步骤、二步骤进路尺寸(高×宽×长)分别为3.0m×8.0m×40m、3.3m×7.0m×40m.基于锚索预支护机理设计支护方案,采用离散元软件模拟破碎区域裂纹发育状态,提出围岩开裂区指标定量表征开裂深度,并据此分析采场稳定性.结果表明:锚索支护后,二步骤进路顶板无明显掉块且未出现大片裂纹连接贯通区域和围岩开裂区展布;结合支护效果及经济需求,锚索网度为3.3m×4.0m 时为最优方案,与未支护时相比,顶板位移约为84mm,降低26.96％,裂纹总数缩减37.33％,开裂区等效深度为0.64m,降低36.63％;现场工业应用表明,支护后顶板竖向位移差最大值为91mm,该方案为矿山带来约755.5万元的经济效益.

• 基于DPRS-NSGA-Ⅲ的露天矿出矿策略优化

  张雨,陈忠强,王琦,申雨梦,彭平安

  露天矿山生产受地质波动影响,传统方法难以有效协调多目标出矿策略.针对出矿过程中矿石品位和单位采掘成本不确定的问题,构建了以最小化单位成本、最大化出矿总量和最小化品位波动标准差为目标的多目标不确定性优化模型,并采用蒙特卡洛方法模拟地质参数的随机变化.为提升解集的稳定性和多样性,设计了动态参考点扰动跳跃机制和目标尺度自适应缩放策略,并将其嵌入NSGA-Ⅲ中,生成DPRS-NSGA-Ⅲ算法. 以某大型钼矿为研究对象开展算例分析,结果表明:DPRS-NSGA-Ⅲ算法使总出矿量提高2.03％,单位采掘成本降低2.17％,品位偏差控制在0.005个百分点以内.所得帕累托解集在三维目标空间中分布均匀,未出现异常聚集或塌陷现象.研究结果在应对露天矿山出矿策略中的不确定性因素方面具有良好的适应性和实际应用价值.

• 基于沉缩特性的全尾砂充填体抗压强度预测

  原新宇,赵瑞祥,第旺平,董浒,王贻明,王奕仁,俞安举

  为降低充填配料系统中胶凝材料添加量和质量浓度的波动对采场充填体强度预判造成的影响,选择与两因素具有强关联的全尾砂充填料浆沉缩特性作为研究对象.开展不同灰砂比(1∶4、1∶8、1∶20)和质量浓度(70％、72％、74％、76％)的胶结充填料浆静态沉缩试验与固结充填单轴压缩试验,采用随机森林算法计算不同因素的特征重要性得分,基于沉缩率构建抗压强度预测模型,并结合某铅锌矿上向水平分层采场的原位实测数据进行验证.结果显示:当灰砂比相同时,随着质量浓度的增大,充填料浆沉缩率逐渐减小;当质量浓度相同时,随着灰砂比的增大,料浆沉缩率同样呈下降的趋势;低质量浓度、低灰砂比的充填料浆更容易产生泌水离析现象,造成充填体质量劣化.通过随机森林模型计算各因素的特征重要性得分,识别出灰砂比对充填体抗压强度的影响程度最大(93％),沉缩率(5.6％)对抗压强度的影响程度大于质量浓度(1.4％).工程应用结果表明,相较于基于质量浓度的预测方法,基于沉缩率的充填体单轴抗压强度预测的结果在多数工况下误差更小,具有较好的工程适用性.

• 地下中深孔错相减振孔间延期时间优选

  张梦雲,张云鹏,杨曦,闫鹏

  爆破振动对周边建筑物造成的安全问题亟待解决,而传统减振方法存在依赖经验参数、缺乏小样本统计支持的问题.通过对某矿开展爆破振动监测,利用快速傅里叶变换提取峰值振动频率,采用Bootstrap方法、贝叶斯分析及极大似然估计对比分析峰值振动频率特性.在此基础上,将孔间延期时间调整为其对应的半周期并进行现场试验验证,确定该方法的准确性.结果表明:随爆源距离增加,质点振动速度逐渐减小,不同方向上振速的衰减态势也不同;Bootstrap方法无需假设总体服从特定分布,直接从原样本出发进行抽样,能够更好地反映样本的特征和分布情况,统计结果更贴合实际;确定半周期８ms为最佳孔间延期时间.现场试验显示,相较于孔间延期时间20ms,孔间延期时间8ms时X 、Y、Z 方向峰值振速分别降低14.81％,12.68％和36.51％,合速度方向的峰值振速降低22.55％,减振效果显著.研究结果为地下中深孔爆破提供了参数优化依据,有效解决了爆破振动造成的安全问题.

• 基于灰色关联-正交试验法的含陡倾弱层边坡稳定性敏感性分析

  张卫中,荣成章,涂仁达,赵洪宝,康钦容

  含陡倾软弱夹层边坡常因滑动面沿软弱夹层发育而失稳,针对此类边坡稳定性影响因素的敏感性分析问题,提出了一种灰色关联-正交试验复合算法.该算法结合正交试验设计、极差分析与灰色关联法,以云南某露天矿边坡为工程实例进行研究.采用强度折减法计算边坡安全系数,设计四水平五因素正交试验L16(45),分析夹层厚度、夹层倾角、夹层距坡面距离、夹层内摩擦角及夹层黏聚力等因素对露天边坡稳定性的影响.结果表明:夹层倾角对边坡稳定性影响最显著,其极差占比达51.89％;其次为软弱夹层内摩擦角,其极差占比达24.51％;其余因素影响较弱.复合算法分析结果与传统极差分析结果变化趋势一致,但敏感性排序更清晰,验证了该方法的可靠性.研究建议:在边坡设计时,应控制边坡角小于夹层倾角,并通过增大软弱夹层内摩擦角增强边坡稳定性.通过量化关键因素的敏感性权重,可为灾害预警、支护设计及应急处置提供理论支撑.

• 基于AE-TCN-Transformer并行模型的巷道变形多步预测研究

  王龙飞,陈俊智,任春芳,蔡川川,徐晓文,刘洋,何昌耀

  为实现巷道变形的精准预测,提出一种基于阿尔法进化算法(AE)优化的时间卷积网络(TCN)和Transformer并行预测模型.该模型通过并行架构融合TCN与Transformer模型,TCN利用膨胀因果卷积挖掘局部时序特征,Transformer通过多头自注意力机制提升长时序模式的捕捉效率,最后通过时序注意力引导的多模型动态特征融合机制输出结果.同时,引入AE算法优化超参数,凭借自适应进化路径与双步长机制,增强模型在复杂时序数据中的鲁棒性.以云南某铁矿三个不同中段监测点的巷道位移监测数据为研究对象进行试验验证,结果表明:AE-TCN-Transformer模型在预测步长为6~48步时,其均方根误差控制在0.013 2mm 以下,对称平均绝对百分比误差低于0.09％,决定系数高于0.97,显著优于TCN、Transformer、LSTM 等单一模型,充分验证了AE-TCN-Transformer模型在巷道变形预测中的精确性与可靠性,为巷道变形精准预测提供了新路径.

• 基于黄泥顶板分类的回采巷道围岩支护研究

  郭朋飞,赵怡晴,刘洋,敖荣幸

  为解决山西某煤矿黄泥顶板管理难度大、巷道支护效果差等问题,以山西某煤矿典型工作面为工程背景,采用现场调研、室内试验、理论分析、数值模拟等方法,对黄泥顶板回采巷道支护方案及支护效果进行深入研究.首先根据工程地质条件对黄泥顶板进行了分类,然后通过物理力学试验,获得了顶板各岩层的物理力学参数,为数值模拟中岩体参数提供了折减依据.制定了相应的巷道支护方案,并采用数值模拟技术对支护效果进行了评估.结果表明,基于黄泥层赋存特征,将黄泥顶板划分为五类;黄泥的主要成分为黏土矿物和石英,内摩擦角为30.78°,黏聚力为75.362kPa;提出了差异化支护方案,即Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类顶板巷道采用锚网索支护,Ⅱ类顶板采用锚网支护,Ⅴ类顶板采用工字钢棚支护.数值模拟和现场实测结果表明,所设计的支护方案可有效控制巷道围岩的变形,保证黄泥顶板巷道的稳定性.研究结果可为类似地质条件下的巷道支护设计提供参考.

• 空场法开采条件下采空区群冒落危害防护方案研究

  管玉,张晶,周宗红,任凤玉

  空场法多用于矿岩中等稳固的中小型矿山,在实际应用中易诱发采空区顶板及围岩的大规模冒落,严重威胁矿山安全生产.以南江县竹坝铁矿空场法遗留的复杂不规则采空区群为研究对象,通过无人机高精度航拍获取地表点云数据,结合矿山生产平面图,构建精细的矿岩三维数值模型;对采空区群围岩力学特性动态演化规律进行了研究.结果表明:1 318m 中段的采空区高度、体积、面积和数量均为最大,是制约下部矿体安全开采的关键因素;1 318m 中段残留矿体和1 258m 中段直接面临采空区的残留水平矿柱均不宜开采.为保障下部矿体安全开采,提出了采空区群陷落危害和冲击气浪危害的系统防护方案.工程实践结果表明,1 258m 中段回采矿量约18.89万t,开采期间1 258m 中段采空区未发生大规模冒落;１２０８m 中段中部矿体开采期间,1 318m 和1 258m 中段采空区发生不同程度的冒落现象,但冒落危害并未对生产区域造成影响,验证了该冒落危害防护方案的安全性和实用性.

• 大红山铁矿露天边坡隐伏采空区综合治理研究

  马凯,杨天鸿,张亚兵,付玉平,许友钦,高伟,段鑫

  以大红山铁矿为工程案例,采用理论分析与数值计算相结合的方法,开展露天边坡隐伏采空区治理研究.依据采空区形态与露天境界的关系,提出了“境界内空区爆破＋境界外空区充填”的治理方案.确定了采空区顶板安全厚度,揭示了采空区上部边坡的渐进破坏模式,得到了采空区充填治理范围与充填体抗压强度阈值,评价了采空区治理后的露天边坡稳定性.结果表明:露天境界内、外空区顶板安全厚度分别为20~30m 与20~25m;含隐伏采空区的边坡先后经历了边坡后缘拉裂、采空区渐进破坏、边坡局部坍塌、边坡大范围失稳的破坏过程;第Ⅱ、Ⅲ层采空区充填治理范围为距离边帮30m,且充填体抗压强度需达到20MPa.境界外采空区充填治理后,边坡岩体的剪应变降低且向边坡内部转移,边坡安全系数可满足稳定性要求.

• 某新建矿山开采对两侧电力塔基稳定性影响分析研究

  孙春辉,李爱兵,马增,王旭,何环莎,李万里

  某新建露天矿山两侧约300m 范围分布有邑劝乙线及金中直流输电线路塔基,矿山边坡开挖可能会导致电力塔基倾倒、下沉,或因滚石碰撞损坏塔基.采用赤平投影、极限平衡法、有限元数值模拟方法,从定性与定量角度,分析了露天采场边坡开挖的扰动范围、边坡的稳定性及坡顶滚石对电力塔基的影响.结果表明,露天采场边坡开挖至最终境界时,边坡处于稳定状态;采场两侧临近电力塔基扰动范围距离为69.2~192.9m,且位于最小安全系数对应的潜在边坡滑动面范围之外;矿区坡顶滚石多滚落至周边山坳处,露天采场两侧的电力塔基位置较高且附近无滚石,该新建矿山的开采不会对采场两侧的电力塔基造成影响.

• 近断层地震动方向性对边坡地震响应与抗震稳定性的影响研究

  杨凯

  由于近断层地震动强度特性在不同方向上存在显著差异,以典型近断层地震记录为例,选用三种地震动强度参数比较了地震动强度在各个方向上的变异性;基于OpenSees有限元软件分析了不同方向地震作用下的边坡地震响应差异;考虑土体应变软化特性,探讨了地震动方向性效应对边坡抗震稳定性的影响.研究结果表明:不同方向的峰值加速度PGA 变异性达到62.5％;PGA最大值所在方向地震作用下的边坡坡顶位移响应相较于实测水平地震动记录的两条分量分别增大了20.5％和86.5％;不同方向地震作用下的边坡安全系数的变化范围为0.93~1.15,忽略地震方向性可能会高估边坡的抗震能力,增加地震失稳风险.研究成果可为边坡抗震设计及灾害防治提供参考.

• 顶板砂岩裂纹扩展规律及断裂行为的加载速率效应

  赵振华,孙虹洁,韩琳,罗振江,赵振龙,王海龙

  为揭示顶板断裂行为的加载速率效应,以典型矿井顶板砂岩为研究对象,在0.001~10kN/s的加戴速率范围内开展了5个加载速率等级的巴西劈裂试验,分析了抗拉强度、破碎特征、起裂应力、声发射特性、断口微观形貌等力学行为,并基于声发射震源分布,探讨了不同加载速率下试样内部损伤裂纹的演化规律.结果表明,加载速率每增大10倍,抗拉强度增加0.64MPa,但起裂应力与抗拉强度的比值减小,随加载速率增大,该比值依次为40.13％、36.59％、32.53％、26.17％、15.81％;加载速率每增大10倍,碎块平均尺寸减小0.229mm,破碎程度增大,碎块尺寸分布向均匀化发展;低加载速率下的声发射震源主要沿宏观断裂面出现,而高加载速率下由于裂纹从多个分散的应力集中区萌生和扩展,声发射震源的分布较分散;随加载速率的增大,断口处的穿晶现象越来越显著,从低加载速率下的单裂隙、平直形式,向高加载速率下的多裂隙、复杂形式转变.

• 含水状态对裂隙砂岩力学特性与能量演化的影响

  郭世祥,杨达明,于秋鸽,孟晗

  为揭示含水条件下裂隙砂岩的力学特性及能量演化规律,以鄂尔多斯某矿砂岩为研究对象,采用微机控制煤岩刚性冲击试验系统开展单轴压缩试验.试验考虑了自然与饱水两种状态,以及不同裂隙倾角(0°、30°、60°、90°),分析了裂隙砂岩的全应力应变曲线、物理力学参数、能量演化规律及裂纹扩展特征.结果表明:与完整砂岩相比,含裂隙倾角砂岩的峰值强度和弹性模量较完整试验均有明显下降;自然状态下试样吸收的总能量(196~317kJ/m3)约为饱水状态(102~176kJ/m3)的1.85倍,且总能量随裂隙倾角增大而增加.在能量演化方面,损伤平稳阶段弹性应变能占比达92％以上,加速损伤阶段则降至61.5％以下,耗散能占比则相反.试验的破坏模式具有显著各向异性,水的劣化作用使起裂应力降低13.43％~18.18％,并使岩块剥落现象增多.裂隙倾角和含水状态是控制砂岩力学特性、能量演化和破坏模式的关键因素,研究结果可为富水裂隙岩体工程的稳定性控制提供理论依据.

• 冲击荷载与围压耦合作用下裂隙岩体损伤演化研究

  孙卓明,张拥军,张家辉

  为定量分析冲击荷载与围压耦合作用下预制裂隙岩体的动态响应特征,基于一维应力波理论与HJC动态损伤本构模型,采用ANSYS/LS-DYNA建立SHPB数值模型,对不同预制裂隙倾角及不同初始围压条件下的棱柱状大理岩试样开展动态冲击模拟.结果表明:在给定应变率条件下,各工况应力应变曲线峰前段基本重合,宏观起裂主要发生于峰值应力附近的短历时阶段;围压对动强度提升作用显著,峰值应力随围压增大而提高,且随裂隙倾角变化的增幅在高围压下更为显著,围压为0,5,10MPa时,峰值应力随倾角变化的增幅分别约为14％、20％、30％,岩体峰值应变由约0.004提高至约0.006 1;裂纹形态总体以“X”形剪切破坏为主导,依据裂纹扩展轨迹与起裂力学机制,可归纳出5类典型裂纹类型及1类碎裂特征;围压增大时,岩体内部裂纹网络更趋复杂、试样碎裂程度显著加剧.能量演化分析表明,各工况入射能量保持一致时,围压由0增至10MPa时,试样平均能量吸收率由6.13％提升至9.35％,能量反射率由93.54％降至89.99％,能力透射率由0.33％升至0.66％;耗散能随围压增大整体上升,并随裂隙倾角增大,在45°附近出现局部低值后快速递增.研究结果可为浅埋边坡、深埋巷道等场景中,裂隙岩体在爆破振动扰动与地应力耦合作用下的损伤评估与稳定性控制提供参考.

• 小样本注浆材料强度预测模型对比研究

  翟东豪,王向鹏,姚磊钧,樊立博,吴旭,孔秋平,卢焱保

  注浆材料强度预测对提升注浆材料设计可靠性具有重要意义.针对传统经验模型难以准确捕捉材料成分与强度之间的关系,以及小样本导致的模型泛化能力不足的问题,提出了一种融合物理机理与数据增强的机器学习预测框架,并对随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)、人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)、支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)和线性回归(Linear Regression,LR)4种机器学习方法的材料性能预测结果进行对比分析.结果表明:RFR模型的预测性能最优,其决定系数R2 提升至0.934,较LR、SVR、ANN模型分别提高了21.8％、10.4％、1.6％,均方误差MAE 降至2.59,较LR、SVR、ANN模型分别降低了14.5％、13.4％、9.1％;特征重要性分析中,石墨比例对抗压强度贡献度达37.6％;物理约束的数据增强技术可显著提升小样本建模的鲁棒性,RFR和ANN 模型的MAE 较未纳入数据增强时分别提升39.8％和18.3％;RFR模型在各水固比条件下的预测误差均稳定低于10％.研究结果可为矿山注浆加固材料配比提供参考.

• 不同侵蚀环境对改性注浆材料耐久性的影响研究

  韩庆,韩晓勇,周鹏成

  注浆材料在矿业工程中具有重要应用,但其在深部高侵蚀性环境下的耐久性不足严重制约矿山长效安全运营.采用稻壳灰和矿渣替代部分水泥制备改性注浆材料,以抗压强度、强度侵蚀系数和质量损失率为评价指标,定量评估了不同侵蚀环境对岩溶区改性注浆材料耐久性的影响,并结合扫描电镜与X射线衍射测试,从微观尺度揭示了改性注浆材料的抗侵蚀作用机理.结果表明:稻壳灰矿渣水泥注浆材料的抗氯盐硫酸盐侵蚀性能、抗碳酸盐侵蚀性能和抗水溶蚀性能最高,强度损失率分别为13.61％、14.42％和4.79％,质量损失率分别为3.30％、2.38％和1.95％,比纯水泥注浆材料更能抵抗各种环境的侵蚀;从微观角度发现稻壳灰和矿渣通过水化反应生成了致密水化产物,可抑制各种侵蚀环境对原有水化产物的破坏;同时,稻壳灰中无定形SiO2 与Ca(OH)2 发生火山灰反应,矿渣二次水化生成更多的C-S-H 凝胶,显著提升了改性注浆材料对氯盐硫酸盐、碳酸盐及水的抗侵蚀能力;稻壳灰矿渣水泥注浆材料成本较纯水泥降低21％,可延长工程维护周期约51.41％.

• 一种斜井提升容器多体耦合动力学分析与安全设计研究

  周建,张连军,余洪伟,陈翀,黄源,申勇,吴金尘,夏浩宇

  普通斜井提升容器跑车防护主要依赖井筒内的被动安全装置,为避免其加速撞击造成灾难性后果,提出了一种带有机械制动、检修闭锁及弹簧缓冲装置的斜井提升容器结构.通过建立提升容器斜坡轨道多体耦合冲击动力学模型,揭示了制动冲击下后轮抬升角的形成机理与关键影响因素.结合理论推导、虚拟样机仿真与试验验证,系统分析了缓冲弹簧刚度、斜坡轨道角度、冲击速度及不同工况载荷对提升容器动力学行为的影响.结果表明:系统冲击力、后轮抬升角分别在弹簧刚度约为2 500N/mm、15 000N/mm 时达到最小值,较无弹簧工况分别降低13.4％、17.4％;斜坡轨道角度与冲击速度、后轮抬升角呈正相关关系,额定载荷工况下后轮抬升角较空载工况降低15％~30％;斜坡轨道角度从10°增至30°时,额定载荷工况下脱轨冲击速度由9.5m/s降至7.3m/s,空载工况下脱轨冲击速度由9.0m/s降至5.2m/s,载重提升安全裕度最高达28.8％.研究结果为提升容器抗冲击设计及安全制动策略提供了理论依据.

• 基于改进鲸鱼优化算法的喷浆机械臂轨迹规划

  董志超,王蒙,苏发,王帅,焦显阳,张迈,王静

  喷浆支护广泛运用于掘进巷道支所,具有成本低、安全性高等优点.其中机械臂是喷浆机器人的核心部分,为完善设计理论,以一款六自由度喷浆机械臂为对象进行运动学和轨迹规划分析,并针对机械臂时间最优轨迹规划,提出一种基于改进鲸鱼优化算法的轨迹规划方法,通过引入Circle混沌映射、柯西扰动策略和蚁群算法的信息素机制,增强了算法的全局搜索能力,有效避免了陷入局部最优解,并显著加快了收敛速度,同时提高了局部搜索过程的效率和精度.改进鲸鱼优化算法使得机械臂能够更快速地达到目标姿态,运行时间缩短了56.7％,进一步验证了该算法的可行性.

• 基于DEM-CFD 的立式搅拌磨机研磨球碰撞特性研究

  宋现洲,韩春阳,王铭浩,纪昊男,王朝华

  为探究立式搅拌磨机筒体内部运行过程中研磨球的碰撞特性,以试验级立式搅拌磨机为研究对象,基于离散元方法 (Discrete Element Method,DEM)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),以研磨球、矿浆、搅拌器为研究对象,建立了离散元流固耦合(DEM-CFD)仿真模型.从碰撞次数、法向和切向碰撞能、法向和切向碰撞力5个方面系统研究了研磨球的碰撞特性及其沿轴向方向的变化规律.结果表明:研磨球间的碰撞次数占总碰撞次数的90.5％,远高于研磨球与筒体间的碰撞次数;研磨球间的切向碰撞能约为法向碰撞能的1.4倍,法向碰撞力约为切向碰撞力的6.2倍,说明研磨球在切向方向的研磨作用更显著;位于筒体底部至3/8筒体高度处的研磨球存在高碰撞次数、高碰撞能、低碰撞力的碰撞特性,能够有效细化物料;其他区域的研磨作用相对较小,适合快速物料分级并使符合粒度条件的物料溢流出筒体.研究成果可为优化磨机结构、提高磨矿效率提供理论指导.

• 基于双分支DB-TransUNet模型的矿山地物精准识别研究

  姚奇,李少丹,薛彭帅,朱小龙,袁运许,胡引翠

  针对矿山遥感影像中植被覆盖复杂、地物边界模糊导致传统分割模型地物识别精度不足的问题,提出了一种双分支DB-TransUNet模型.该模型创新性地构建了双分支编码结构,并通过自适应加权融合(AWF)模块整合双分支特征,结合通道自适应增强(CA)模块优化解码过程中的特征权重分配,从而实现了关键区域特征的聚焦与背景噪声的有效抑制.试验结果表明,引入AWF与CA模块,模型的mIoU 分别提升了4.16％和78.63％;完整DB-TransUNet模型在复杂遥感场景中取得mIoU ＝0.903 7、mDice＝0.948 8的优异分割效果;对比主流网络分割架构,DB-TransUNet模型各项指标更为优异,在矿山复杂地物的识别与精细分割上精度更高、泛化能力更强.研究验证了多源特征互补与权重融合策略在缓解矿山地物识别受植被干扰问题方面的有效性,为露天矿区的高精度智能监测提供了可靠的技术方案.

• 基于ICEEMDAN-IWT联合算法的微震信号去噪研究

  付志勇,温彦良,唐烈先

  针对现有去噪方法难以有效提取矿山岩体破裂微震信号的问题,提出了基于改进型自适应噪声集合经验模态分解 (ICEEMDAN)和改进小波阈值(IWT)的联合算法. 首先,该算法通过ICEEMDAN 分解含噪微震信号,获得模态分量 (IMFs);其次,基于相关系数筛选含噪分量,并采用IWT算法去噪;最后,经小波重构得到去噪微震信号.同时,采用微震仿真数据和真实数据验证算法的准确性,并以信噪比(SNR)、归一化互相关系数(NCC)及均方误差(MSE)为评价指标,定量对比分析ICEEMDAN-IWT联合算法与其他主流去噪算法的去噪效果.结果表明,ICEEMDAN-IWT 联合算法去噪效果最好,SNR 为28.06dB,NCC 为0.999 2,MSE 为0.014 45;ICEEMDAN-IWT联合算法处理后,去噪波形特征明显改善,完整保留了原相位特征,但对大振幅比波形数据的去噪效果仍有提升空间,后续研究可结合深度学习等智能化方法进一步优化算法性能.

• 新型硫化剂对蓝铜矿硫化浮选行为的影响及其机理研究

  蔺月萌,韩百岁,谢昊宇,徐文涛

  为实现蓝铜矿的高效分选,通过单矿物浮选试验,研究了新型硫化剂GX2对云南某蓝铜矿硫化浮选行为的影响,并与硫酸铵、硫化钠等传统硫化剂进行了对比.采用Zeta电位测定、接触角测试、吸附量测试和X射线光电子能谱分析等测试方法,探讨了不同硫化剂对蓝铜矿的硫化作用机理.结果表明,GX2对蓝铜矿的硫化效果优于其他两种硫化剂;在矿浆pH＝9、硫化时间为2min、丁基黄药用量为120mg/L、GX2用量为20mg/L、2# 油用量为80mg/L的条件下,蓝铜矿的最大浮选回收率可达到94.37％;GX2以化学吸附的形式作用于蓝铜矿表面,使其电负性增强,并在矿物表面生成了疏水性Cu—S组分,增加了矿物表面捕收剂的吸附量,从而改善矿物表面的硫化效果.

• 河南某萤石-稀土多金属矿选矿工艺研究

  李杰,祁忠旭,徐世红,江旭,朱志伟

  为有效解决河南某萤石稀土多金属矿萤石、稀土与含钙、钡/锶矿物分离和萤石与稀土分离的双重技术难题,以及低品位钼、铅的综合利用问题,开展了选矿工艺研究.该萤石稀土多金属矿原矿CaF2 和REO 品位分别为21.73％和1.56％,伴生钼和铅,品位分别为0.055％和0.54％,脉石组分中方解石、重晶石等含量较高,且与萤石、稀土的嵌连关系较密切.采用“先浮选富集钼铅再回收萤石和稀土”原则工艺和“萤石与稀土混浮”＋“磁重联合分离”的选矿方案,组合使用改性脂肪酸捕收剂CK-1和CK-2,并通过酸化水玻璃强化抑制含钙、钡/锶脉石.全流程闭路试验获得Pb品位为55.12％、Pb回收率为33.63％的铅精矿;Mo品位为3.28％、Pb品位为7.95％,Mo回收率为56.86％、Pb回收率为13.03％的钼铅中矿;CaF2 品位为95.41％、CaF2 回收率为79.32％的萤石精矿;REO 品位为56.83％、REO 回收率为45.10％的稀土精矿.该工艺实现了萤石、稀土的高效回收和钼、铅的综合利用,为该复杂多金属矿的开发利用提供了技术支撑.

• 新疆哈密某铁矿综合利用试验研究

  张莉,蒋升国,王玉山

  新疆哈密地区贫铁矿资源丰富.某铁矿TFe品位为14％~20％,伴生Ti、V、P,属于超贫钒钛磁铁矿.为探究其有用组分综合利用的可能性,开展了物相分析、镜下鉴定等矿石工艺矿物学研究工作,查明了磁铁矿、钛铁矿、磷灰石等有用矿物的赋存状态、嵌布方式和嵌布粒径.在此基础上,开展了干式预选工艺和铁(钒)、钛、磷的综合回收试验研究工作.最终确定全流程原则试验流程:干式预选—浮选脱硫—浮选回收磷—弱磁选铁—重选回收钛,获得的铁精矿TFe品位为57.15％,作业回收率为34.31％;钛精矿TiO2 品位为46.40％,作业回收率为20.08％;磷精矿P2O5 品位为28.25％,作业回收率为53.81％.对试验获得的多种精矿产品进行稀土元素的配分测定,发现稀土与磷灰石的相关性最高,在磷精矿中稀土回收率达60％.研究成果可为新疆地区此类钒钛磁铁矿的综合利用提供参考.

• 黑龙江某石墨尾矿的再选试验研究

  胡晨曦,刘淑贤,刘悦,刘佳倪,高志刚,张相国,王玲,聂轶苗

  针对石墨尾矿中赋存的石墨未得到充分回收的现状,对黑龙江某地固定碳含量为3.40％的石墨尾矿进行了回收石墨的试验.运用化学多元素分析、XRD分析和光学显微镜分析方法研究了石墨尾矿的性质,在此基础上进行了石墨尾矿粗选条件试验、阶段磨矿阶段选别试验.结果表明:该尾矿中的石墨多以包裹体或与其他矿物毗邻共生的形式赋存,石墨颗粒大小不一,多存在于＋0.09mm 粒级的尾矿中,为使尾矿中石墨得到充分解离,且避免泥化,应采用多段磨矿、多段选别的工艺流程;当磨矿细度为－200目含量占29.52％、浮选质量浓度为20％、煤油用量为300g/t、2号油用量为50g/t时,获得了固定碳含量为15.62％、回收率为72.88％的石墨粗精矿;采用“四段磨矿、一次粗选、五次精选、中矿合一返回”工艺流程对该石墨尾矿进行了闭路浮选试验,试验获得了固定碳含量为81.33％、回收率为61.51％的石墨精矿.

• 黑龙江某银多金属矿银铁锰综合回收扩大连选试验研究

  孟显伟,张强,刘殿阁,冯程,孙大勇,刘佳燕

  黑龙江某银多金属矿中的银主要赋存于硫化物中,铁锰主要赋存于碳酸盐矿物中,少量铁赋存于磁铁矿中.为了高效回收该矿石的银、铁和锰,研究开发了银浮选铁弱磁选锰强磁选的浮磁联合工艺.全流程闭路试验获得选矿指标为:银精矿银品位3 287.35g/t,回收率85.82％;铁精矿铁品位60.74％,磁性铁回收率79.85％;锰精矿锰品位15.03％,回收率76.65％.通过优化药剂用量和改进流程结构扩大连选试验,最终获得了银品位为4 120.36g/t、回收率为88.75％的银精矿,铁品位为62.38％、磁性铁回收率为79.42％的铁精矿,以及锰品位为15.06％、回收率为73.97％的锰精矿.使用聚丙烯酰胺絮凝沉降之后的尾矿水回用至全流程,精矿指标波动小于3.0％.研究成果可为同类复杂矿产资源的综合利用提供借鉴.

• 南岭民族走廊矿山修复促进生态产品价值实现:推进机制与优化路径

  王惠琴,章丰鸾

  在国家“双碳”战略与生态产品价值实现机制推进背景下,为破解南岭民族走廊矿山修复与生态产品价值转化“两张皮”困境,以该区域20个多矿种矿山修复案例为样本,运用扎根理论开展系统编码分析.首先识别出废弃资源利用低效、技术瓶颈突出、资金可持续性弱、跨部门协同低效四大关键问题,继而结合区域多矿种复合、跨域治理、民族依存核心属性,构建废料循环振兴产业、攻破技术瓶颈、创新资金机制、强化系统治理四维优化路径.结果表明,该路径可靶向解决研究区域特有修复难题,弥补南岭民族走廊矿山修复类生态产品价值实现的理论缺陷,既为跨区域多民族地区打通“绿水青山”向“金山银山”转化通道,提供可复制的“南岭经验”,也为同类区域生态产品价值实现研究提供方法论参考.

• 我国矿业绿色发展标准体系建设路径探索研究

  赵国君,李兴武,张凤廉,田磊,孙君

  为积极探索建立包括“绿色矿山格局”等多目标的矿业绿色发展新路径,通过聚焦矿业绿色发展标准化领域,以标准体系宏观设计思路为指导,运用矿产资源学科理论,结合我国矿业领域绿色发展实际工作需要,开展了矿业绿色高质量发展标准化路径的探索研究.在现有矿产资源相关研究成果支撑下,以绿色发展理念为行政逻辑,以矿产资源标准研究为技术逻辑,开展矿业绿色发展基础通用标准化、绿色地质勘查标准化、绿色矿山标准化和矿产资源集约节约利用标准化等领域的研究工作.依托自然资源标准体系的构建理论和模型,分别从基础通用、门类通用和子门类通用3个层级开展矿业绿色发展标准体系研究工作,并建立了矿业绿色发展标准体系框架.通过分析矿业绿色发展标准体系框架和内容,提出我国矿业绿色高质量发展标准化研究的重点方向和实施路径.研究成果对于支撑和推动矿业绿色高质量发展具有重要的指导意义.