矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2026年第5期

• 复杂破碎带厚大矿体分区协同式开采技术研究与应用

  丛宏章,蒋博,李跃国,李士超

  银漫矿业Ⅲ区17# 厚大矿体上下盘非均匀发育高岭土化破碎带,采场垮冒风险高、充填体易软化,传统上向水平分层充填采矿法难以兼顾安全与效益.针对该问题,构建“中部稳固区边部破碎区”分区渐进协同开采思路.采用5种方法计算不同区域充填体所需强度,结合三维数值模拟分析回采顺序、采场宽度及安全暴露面积对围岩充填体稳定性的影响.结果表明:回采顺序以“隔一采一”的交错回采方案(方案3)为宜,可将高风险塑性带控制在顶板约5~7m 内,并将单次安全暴露面积控制在约300m2;采用分区协同采矿方法后,破碎带影响区采场日产量稳定在390~400t,采切比和吨矿成本明显降低,顶板下沉控制在30~40mm 范围内;单中段产能提升至4 500t/d,提升幅度为60.7％,充填成本降至66.3元/t,降幅为25.5％,实现了“提效降本、控险增稳”的分区协同效果.

• 某铜金矿上向进路充填采矿法采场结构参数及多层协同回采顺序优化

  杨宁,尹贤刚,刘奇,林元生

  为了实现某铜金矿一采区破碎矿岩条件下资源的安全高效开采,采用数值模拟对上向进路充填采矿法的进路断面参数、盘区回采间距、多层协同回采间距等工艺进行优化,并通过现场工业试验验证上向进路充填采矿采矿法工艺优化结果的可行性.研究结果表明:顶板介质不同,进路宽度改变对顶板的影响存在差异,确定进路断面的尺寸为5m×5m,多层协同回采的层间距不小于20m,并在盘区内实行隔三采一的进路回采方案,即盘区内同时回采的进路之间的间距为15m.将优化后的工艺参数应用于工业试验,实现不稳固矿岩条件下的安全高效经济开采,表明优化后的工艺参数应用于该矿一采区是可行的.

• 采场宽度及回采顺序对盘区间柱稳定性的影响

  叶会师,赵振兴,周咏,张文铎,张杰,马强英,路增祥

  为探究采场宽度与回采顺序对盘区间柱承载能力的影响,以司家营铁矿阶段空场嗣后充填采矿法盘区开采为工程背景,分析了不同盘区采场宽度和回采顺序下盘区间柱的应力响应与变形破坏特征,并选出最优回采方案.研究结果表明:采场宽度与盘区回采顺序共同影响着盘区间柱的应力响应特征,不同回采顺序下,随采场宽度增大,间柱内部最大主应力和最小压应力均呈现出增长趋势;采场宽度与盘区采场回采顺序共同影响着盘区间柱的变形破坏特征,相同回采顺序下,间柱位移量与塑性区体积均随采场宽度的增大而增大;相同的采场宽度下,间柱位移量和塑性区体积从高到低依次为“一侧推向另一侧”“两侧推向中央”“中央推向两侧”.综合考虑安全性与采场生产能力,最终确定该矿最优盘区采场回采方案为采场宽度为20m、回采顺序为“中央推向两侧”

• 低碳经济视角下水泥-粉煤灰-碳化钢渣胶凝体系在尾砂充填中的性能研究

  孙勇,蒋平,马征宇,郭镇邦,孙晓刚,邱景平,赵英良

  针对传统胶凝材料水泥具有高碳排放、高成本的问题,提出了一种新型水泥-粉煤灰-碳化钢渣三元胶凝体系(配比为水泥40％、碳化钢渣30％、粉煤灰30％),通过协同利用工业固废,实现低碳、低成本充填目标.结果表明:CO2与碳化钢渣中活性矿物的反应实现固碳与性能优化;水泥-粉煤灰-碳化钢渣体系充填料浆流动性优于水泥体系,粉煤灰的“滚珠效应”及碳化钢渣微细化颗粒优化级配协同增强料浆的流变性能;由于水泥具有较快的反应速率,水泥-粉煤灰-碳化钢渣基充填体与水泥基充填体的3d抗压强度比值为0.45~0.65而粉煤灰后期持续水化生成水化凝胶,7d和28d的抗压强度比值提升至0.80以上;水泥粉煤灰碳化钢渣体系生产成本较水泥体系降低22％,碳排放减少63.6％.通过钢渣资源化利用,同步解决固废堆存、充填成本与碳排放难题,为矿业碳中和目标提供创新技术路径.

• 高寒露天金属矿压水填塞增效爆破技术研究

  李昂,刘建国,付毅,赖渊平,林春平,林明磊,穆拉提·居尔艾提

  针对高寒露天金属矿高台阶深孔爆破存在破岩不均匀、大块率高的问题,提出了一种露天矿压水填塞增效爆破技术.利用数值模拟方法,研究了细沙填塞与压水填塞两种工况下,炸药爆炸后岩体内等效应力与损伤的时空变化规律,分析了压水填塞增效爆破机制,并在西藏巨龙铜矿开展了爆破漏斗试验,以验证数值模拟结果的准确性.结果表明:传统细沙填塞爆破时,爆破等效应力向上传播速度慢且不均匀,导致爆破能量主要聚集在炮孔底部,对上部岩体破碎程度不足.压水填塞爆破时,由于水的不可压缩性及对爆炸应力的良好传播性能,爆破应力在水柱中快速、均匀传播至炮孔中上部,可实现上下部岩体的均匀破碎.与细沙填塞爆破相比,上侧压水填塞爆破漏斗表面最大长度、漏斗深度与漏斗体积分别增加了13.33％、12.07％、90.88％.研究结果可为高寒露天金属矿高效爆破采矿提供参考.

• 深部铁矿充填采场扇形中深孔爆破参数优化研究

  王平,关聪,程爱平,梅林芳,黄春源,张增贵

  针对某铁矿深部开采过程中存在顶板超挖、顶板破坏及大块率高等问题,以该矿－360~－450m 水平之间的矿体为工程背景,开展了扇形中深孔爆破参数优化研究.基于矿岩爆破破碎机理和爆破参数理论公式,推导了各爆破参数的理论取值范围;结合矿岩物理力学特性与现场炸药性能参数,运用Ansys LS-DYNA 数值模拟软件构建了不同孔底距、炸药单耗和抵抗线组合的采场爆破模型,分析了矿房顶板的有效应力分布特征.结果表明:当孔底距为1.4m、炸药单耗为2.09kg/m3 时,矿房区域监测网格的最大有效应力与岩石最大动态抗拉强度最为接近,可充分破碎孔底区域矿岩,且顶板监测网格的最大有效应力未达到动态抗拉强度,顶板稳定;当最小抵抗线为1.6m 时,自由面附近监测网格的最大有效应力平均值为44.31MPa,顶板区域爆破振速峰值为18.51cm/s,未超过爆破振动安全允许标准.基于优化后的参数(孔底距1.4m、炸药单耗2.09kg/m3、最小抵抗线1.6m)开展现场工业试验,大块率由优化前的6％降低至3％,顶板成型良好,表面平整,无明显的裂隙和坍塌现象.研究结果可为类似深部充填采场的扇形中深孔爆破参数优化提供参考.

• 基于TOPSIS的露天矿爆破孔网参数多目标优化研究

  聂港,徐海,马驰,蒋雨村

  为研究高原露天矿复杂工况下爆破效果与穿爆成本协同优化问题,提出了一种基于TOPSIS方法的多目标评价数值模拟验证一体化孔网参数优化方法.以某特大型高原露天矿实际工况为依据,结合台阶高度、台阶坡面角等参数确定孔网参数的取值范围及比选方案;以爆破效果和穿爆成本为评价指标,采用Kuz-Ram 爆破块度模型与穿爆成本模型计算各比选方案的评价指标预测值,运用TOPSIS法对各比选方案进行综合评价与排序优选;通过Ansys LS-DYNA 软件对各比选方案进行爆破损伤数值模拟.结果表明:５种方案综合评分排序为:方案3(0.559)＞方案2(0.544)＞方案4(0.528)＞方案1(0.507)＞方案5(0.493),即方案3的综合评分最高;优选方案3(孔距10m×排距8.5m)的爆破损伤云图中,强破碎区、裂隙发育区及弱损伤区分布均匀,爆破损伤范围有效破碎与过度损伤相对平衡,实现了爆破效果与穿爆成本之间的优化平衡.研究成果可为露天矿爆破孔网参数优化提供参考.

• 考虑巷道层理分布的掏槽方式优化研究

  武卜强,韦秉旭,黄强,刘浩杉

  巷道中节理层理结构会改变爆破载荷下岩体的应力传播与破坏模式,影响掏槽爆破效果与掘进效率.为揭示层理结构对掏槽爆破响应的影响机制,以某矿巷道为工程背景,构建考虑节理倾角巷道的准三维有限元模型,采用ALE流固耦合算法对比分析了无层理与含层理工况下应力波传播与损伤演化特征.结果表明,层理结构显著削弱了应力波耦合强度,平均有效应力降低幅值达61.64％,导致掏槽中心区域难以形成有效贯通.针对该问题,提出了增加一对辅助掏槽孔的改进方案.数值模拟和现场试验验证结果表明,改进方案有效增强了掏槽中心区域的能量聚集效应,形成了典型的“贯通型高损伤通道”,岩体破碎更充分,连续性更好,大块率显著降低.研究成果可为复杂结构面条件下掏槽爆破设计提供理论支持与工程参考.

• 基于HEC-RAS的露天转地下开采地表塌陷区径流入渗规律研究

  宋永亮,兰舟,朱智超,文鑫,张艺山,赵永,张妨

  在露天转地下崩落开采过程中,随着上覆围岩变形破裂,其渗透性急剧增加,为强降雨入渗提供了通道,易诱发井下突水等灾害.为准确评估强降雨条件下塌陷区径流入渗量,以石碌铁矿为工程背景,提出了一种基于地表汇水入渗区精确划分的降雨入渗量计算方法,利用开源水力计算程序(Hydrologic Engineering Center's River Analysis System,HEC-RAS)圈定塌陷区外围汇水范围,结合地表塌陷变形及矿区地表汇水数值模拟结果,划分了不同开采状态下冒落带、导水裂隙带及径流区等入渗区域,分区域计算了暴雨条件下的降雨入渗量.结果表明,北一采场塌陷区径流入渗量由现状条件的182 874m3/d增加到开采完毕时的218118m3/d,提高了19.3％.进一步划分了3个防渗等级区域,针对不同区域提出了防渗措施建议,其中,冒落带及导水裂隙带被积水淹没的区域为一级防渗区域,采用分层填充地裂缝、铺设防渗膜及抽水机抽排的综合防渗措施.研究结果可为矿山排水系统的设计及突水灾害的预防提供科学依据.

• 基于博弈论-云模型的离子型稀土矿原地浸出采场边坡稳定性评价

  廖健龙,孙洪军,万奕

  针对离子型稀土矿开采中边坡易失稳、传统稳定性判据方法难以量化动态多场耦合不确定性的难题,构建了基于博弈论与云模型的边坡稳定性评价模型.依据唯一性、目的性、可行性和可观测性4个原则,构建涵盖地质力学参数、浸矿工艺、边坡地质条件、水文气象特征及区域地质特征的多维度评价指标体系;采用博弈论优化融合模糊层次分析法(FAHP)确定的主观权重与熵权法确定的客观权重,实现主、客观权重的协同赋权;引入云模型量化边坡稳定性隶属度,利用期望、熵和超熵表征参数取值的随机模糊性.以赣南某离子型稀土矿区为例进行工业应用,结果表明:该矿区1# 、2# 、3# 边坡综合稳定性评分分别为74.8(次不稳定)、58.9(较稳定)和99.3(不稳定),与现场实际观测结果和改进AHP法计算结果一致,较传统极限平衡法能提前发现潜在风险,验证了博弈论云模型可得出可靠的判别结果且具有较高的风险敏感性.研究结果为离子型稀土矿边坡稳定性动态管控提供了理论依据.

• 江西某离子型稀土矿山边坡稳定性研究

  陈飞, 钱逸潇, 唐华强, 贺家成

  江西省龙南县某稀土矿区因受长期采矿作业及复杂自然环境影响，边坡稳定性问题日益突出。结合现场调查与资料分析，系统评估了研究区的地质环境条件及边坡稳定性特征。通过钻探取样与室内试验获取岩土体的物理力学参数，基于理正岩土软件构建典型边坡剖面模型，并采用圆弧滑动法与折线型滑动法计算分析，分别模拟天然工况与暴雨工况下的边坡稳定性。计算结果显示：在天然工况下，边坡安全系数为1.59，处于稳定状态；在暴雨工况下，边坡安全系数降至0.913，处于不稳定状态。降雨条件下显著降低了土体抗剪强度，提升了孔隙水压力，降雨是引发边坡失稳的关键因素。研究成果可为矿区边坡防护措施的制定提供科学依据。

• 露天转地下开采边坡境界矿柱破坏演化特征及稳定性研究

  李胜, 陈彦亭, 张成龙, 张杰, 李万涛, 马强英, 路增祥, 李角群

  针对司家营铁矿不具备平面扩界条件，露天转地下开采后需留设边坡境界矿柱的情况，采用重度增加法研究了该矿露天转地下开采后边坡境界矿柱的稳定性问题，得出不同重力加速度下边坡境界矿柱的应力场、位移场及塑性区的演化特征与规律。结果表明：在初始重力加速度为1.0g的条件下，留设40m厚的边坡境界矿柱能够保证地下开采安全，避免露天边坡产生垮塌、冒落、滑坡等失稳现象；随着重力加速度的增加，边坡境界矿柱的渐进失稳破坏可划分为稳定、轻微变形、严重变形和失稳破坏4个阶段。边坡境界矿柱受地下开采卸荷的影响，最大主应力基本在30MPa以内，最小主应力及其分布范围增幅较大，拉应力达到3MPa以上，易产生张拉破坏；边坡境界矿柱的位移场及塑性区扩展特征与拉应力呈现高度一致性，由露天坑西侧边坡的坡脚向坡顶扩展。研究结果对矿山露天转地下开采后防控边坡失稳具有一定的指导作用。

• 崩落法采场顶板冒落冲击振动规律及振速预测方法研究

  李海, 张刚刚, 谭宝会, 韩静, 粟登峰, 左琳, 胡颖鹏

  针对崩落法开采中顶板冒落所引起的冲击振动威胁采场稳定的难题，基于冒落冲击振动机理及物理模拟相似定律设计物理模拟试验，系统研究了冒落冲击振动速度与冒落体下落高度、一次冒落量、缓冲垫层孔隙率、缓冲垫层厚度、测点距离等五个因素的关系。结果表明：冒落冲击振速与冒落体下落高度、一次冒落量呈正相关，与缓冲垫层厚度、测点距离呈负相关，随缓冲垫层孔隙率增大呈先下降后上升的变化规律；冒落冲击振速与各因素相关程度由高到低依次为测点距离、一次冒落量、冒落体下落高度、垫层厚度、垫层孔隙率。基于试验结果及爆破振速计算方法，构建了冒落冲击振速测算经验公式，并将其应用于金川龙首矿西二采区。测算得出崩落法采场顶板冒落在1595m、1554m及1494m所能产生的最大振速分别为6.4cm/s、3.7cm/s、3.0cm/s，现场实测值最大振速分别为1.21cm/s、0.26cm/s、0.09cm/s，验证了测算方法的可靠性。研究结果可为地下矿山顶板冒落冲击灾害预防和控制提供理论依据和实践指导。

• 刚果（金）某露天矿潜滑带形成机制及治理措施研究

  马增,费汉强,贺云,牛小明,王旭,蒋豪,李万里,黄江平

  边坡变形机制研究是制定边坡合理治理措施的基础和关键.刚果(金)某露天矿潜滑带在削坡减载和采用微型桩治理后,在下部开采过程中再次产生变形.为制定潜滑带的治理方案,对变形区域开展了现场调查和钻孔勘察,分析了潜滑带滑面形成过程,并基于调查结果,详细分析了潜滑带变形机制,最终制定了以削坡减载、大直径抗滑桩和土钉墙为核心的全面削坡、局部加固的治理方案.研究结果表明:滑面形成以地质构造作用为基础,在露天开采活动扰动下持续变形,滑面不断向下延伸,最终可能贯通形成整体滑面.潜滑带滑面形成机制可分为3个阶段:卸荷回弹产生的推移式滑动、下部开挖产生的牵引式滑动、后期发展的整体推移式滑动.基于潜滑带形成机制的研究结果,制定了削坡减载、土钉墙和抗滑桩联合治理措施,通过计算分析验证了治理方案的合理性.研究结果可为露天矿山相似软岩边坡治理措施研究提供参考.

• 齐大山矿露天采场粉尘逸散规律数值模拟分析

  王峰, 曹洋, 胡振涛, 李超, 陆占国, 赵玉琪, 赵昀奇

  针对多因素影响下露天矿坑粉尘逸散机理尚不明确的问题，以齐大山露天矿为工程背景，采用数值模拟方法分析风速、风向、粉尘粒径及尘源位置等多因素对粉尘弥散率的影响，并对多尘源条件下粉尘的时空分布特征开展研究。基于现场气象数据构建齐大山采场三维流场模型，在不同工况下对粉尘弥散率进行模拟分析。结果表明，粉尘粒径是影响粉尘弥散率的首要因素，粒径越小，弥散率越高；其次为风速，对粒径大于30μm的粉尘影响显著；尘源位置和风向对粉尘弥散率影响相对较小。此外，多尘源条件下，随持续产尘时间延长，粉尘在采场内积聚并沿风向逸散，停止产尘后，粉尘浓度逐渐降低，不同尘源点的粉尘逸散速度因位置差异存在显著不同。受地形和风流共同影响，PM2.5浓度随采场深度增加呈“增加—减小—增加”的变化规律。基于研究成果，对齐大山露天采场生产防尘提出相关措施建议，重点关注粉尘源头控制、传播过程抑制及差异化精准防控。

• 西部地区矿区高强度开采地表裂缝发育特征及预测研究

  杨振强，张琰君，朱贵祯，牛兴国

  地表裂缝会加速土地退化和水土流失,诱发滑坡、崩塌等次生地质灾害.为揭示高强度开采条件下的地表裂缝发育特征,以某矿615工作面为工程背景,综合采用现场实测、试验模拟、理论分析、工程应用等方法开展了相关研究.结果表明:按变形性质不同,地表裂缝以拉张型、台阶型和塌陷型为主,工作面推进过程中面内裂缝扩展周期缩短、闭合度降低.地表裂缝发育程度相比于一般地质开采条件更强,宽度为0~100mm、100~500mm 和大于500mm 的裂缝数量分别占38％,56％和6％.覆岩裂缝伴随厚硬岩层破断同步发育,最终贯通至地表.基于地表裂缝临界变形值,预测得到走向、下山和上山裂缝角分别为79.8°、74.1°和79.5°,最大相对误差为7.1％.此外,给出了贯通型裂缝产生的深厚比临界值计算公式.研究成果对矿区土地修复及防治具有重要参考价值.

• 缓倾斜坚硬顶板水力压裂响应特征及破坏规律研究

  赵志鹏，郑凯歌，祁晓东，王泽阳，孔令宇，崔峰，杨森，刘浩，王豪杰

  为探究缓倾斜坚硬顶板水力压裂作用下岩层裂缝展布规律及确定水力压裂临界起裂应力范围,以宽沟煤矿I010206工作面为工程背景,结合顶板围岩材料力学性质,制备相似材料试件,采用真三轴水力压裂试验装置,在σH ＝12.8~13.9MPa、σh＝6.5~8.1MPa、σv＝5MPa应力条件及40mL/min注水流量下,开展不同应力与起裂压力物理模拟试验,并借助数值模拟软件分析裂隙三维空间分布特征.结果表明:水平应力差对裂缝扩展形态具有显著影响,低应力差下裂缝呈单侧优势扩展,换算至原型的扩展面积达4.25m2,高应力差下裂缝呈对称双翼状,扩展阻力增大、面积减小至3.84m2;声发射事件数为3698~4702个、幅值峰值为83.2~121.1dB,其演化特征与裂缝起裂、扩展高度相关;确定了该矿坚硬顶板水力压裂的起裂压力范围为10.80~16.79MPa,其中临界起裂压力建议取16.79MPa作为工程下限.工程应用结果显示,该压裂参数可显著减小悬顶面积,使冲击风险显著降低.研究结果可为深部矿井顶板压裂方案设计与灾害防控提供理论支撑与工程参考.

• 考虑水平应力的实体煤矩形巷道围岩载荷研究

  徐国华，任硕，李贝贝，王楠，孙朝燚，刘汝诚

  针对厚松散层薄基岩覆岩结构下深埋实体煤矩形巷道围岩破坏机理与控制难题,通过工程现场调查、数值模拟、理论推导和案例应用,研究了水平应力对该类巷道围岩载荷的影响.以郭屯煤矿为工程背景,揭示了厚松散层薄基岩覆岩结构下实体煤矩形巷道围岩破坏特征;依据深埋巷道地应力特征,基于力和力矩平衡推导了考虑水平应力的平衡拱拱轴线方程,提出了基于平衡拱改进模型的矩形巷道围岩载荷计算方法并实现了程序化,完善了平衡拱分析理论;通过工程实例和两个调研案例验证了平衡拱改进模型的有效性,并开展了巷道拱顶破坏高度和顶板载荷的影响因素分析.结果表明,矩形巷道顶部围岩破坏呈现明显的三个分区,分别为破碎冒落区、破裂影响区和无影响区;本文所提理论方法计算得出的拱顶和帮部破坏范围与数值模拟结果误差分别为7.4％和14.0％,与类似巷道现场探测结果误差分别为25.0％和18.4％,两个工程案例的对比分析结果验证了平衡拱改进模型的合理性;巷道拱顶破坏高度和顶板载荷均随侧压系数的增大而呈非线性减小,随碎裂体内摩擦角的增大而呈线性减小.研究结果对该类巷道锚杆/锚索支护设计具有重要指导意义.

• 过硫酸铵真三轴水力压裂煤体裂隙渗流特性变化规律

  郑春山，付世龙，薛生，江丙友，韩飞林，任波，赵洋

  煤体渗透率直接影响瓦斯抽采效率.采用煤岩多相多场真三轴动态渗流试验系统,结合声发射监测、超声波测试和高分辨率图像处理等手段,研究了低浓度过硫酸铵水力压裂原位煤体的裂隙结构和渗透率变化规律,并量化分析了5组不同注液速率和压注空间(压裂液与裸眼段煤壁的作用空间)的影响机制.结果表明:注液速率越大,煤体破裂所需时间越短,压注空间越大,煤体破裂压力越低,4孔压裂管(压注空间最大)煤样声发射定位点最多且分布最广;水力压裂后5组煤样超声波速均降低,与清水压裂相比,过硫酸铵压裂煤体声发射定位点更少(损伤更低),但过硫酸铵氧化溶蚀作用可进一步提升裂隙发育程度,在改善煤体渗透率方面效果更优.相同条件下压注空间越大,煤体裂缝贯通及过硫酸铵作用范围越广,渗透率提升越显著;压注空间相同时,注液速率越低,渗透率改善效果越好.过硫酸铵的氧化溶蚀与水力压裂致裂协同作用可促进煤体裂隙网络扩展,而压注空间影响裂隙扩展范围和密度.研究结果可为低渗煤层渗流特性改造提供理论指导.

• 干燥及饱水粉砂岩劈裂过程阶段性力学响应

  张汉桥，张遵国，韩国庆，陈毅，年国兴，袁新立

  为研究干燥及饱水粉砂岩劈裂过程阶段性力学响应特征,开展了巴西劈裂试验,建立了基于劈裂模量的岩石劈裂过程全应力应变曲线阶段性划分方法,系统分析了各阶段应力特征值、应变特征值的响应规律及其力学机制.结果表明,水分显著影响了粉砂岩巴西劈裂过程的应力演化路径和应变发展路径;饱水试样压密应力、屈服应力、峰值应力和卸荷应力平均值分别降至干燥试样的62.65％、50.21％、48.93％和68.11％,压密阶段应力占比平均值增大28.50％,弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段应力占比平均值分别减小19.60％、41.35％和11.99％;饱水试样压密应变、屈服应变、峰值应变和卸荷应变平均值较干燥试样分别减小4..12％、19.26％、20.70％和17.92％,压密阶段应变占比平均值增大20.38％,弹性阶段和屈服阶段应变占比平均值分别减小29.64％和36.93％,破坏阶段应变占比平均值增大347.73％,饱水处理增强了试样劈裂过程的塑性特征;饱水处理后粉砂岩弯曲能量指数减小73.77％,冲击倾向性由Ⅲ类降为Ⅱ类.研究结果可为深部矿井顶板注水软化防冲技术提供理论依据.

• 基坑内支撑条件下土压力及其影响效应解析解

  汪翔,张春龙,段江涛,杨少春,吴磊,蒋继勇,汪亦显

  针对基坑工程土压力计算问题,建立了一种土压力解析方法,分析了各因素影响效应.基于库伦土压力理论的基本假设,综合考虑墙背和填土间的摩擦角、土体内摩擦角、基坑开挖深度等因素,构建了土压力计算模型,提出了开挖扰动引起土压力及其影响范围的量化公式.通过影响因素敏感性分析,明确了有无钢支撑条件下各因素对非开挖影响范围的影响顺序,研究了不同工况和开挖阶段下影响范围的变化规律,并进行对比验证.结果表明,两者在土压力沿基抗开挖深度分布形态上一致,验证了模型的准确性.敏感性分析表明,无支撑时基坑开挖深度对开挖影响范围的作用最显著,设置钢支撑后基坑开挖深度仍为主要控制因素.本文模型可较好地量化分析安徽合肥某能源开发基地配套项目110kV 变电站基坑开挖过程中土压力分布及扰动影响范围,后续可为相关能源及矿产资源开发基础设施基坑工程设计分析提供理论参考.

• 基于AHP-熵值法和模糊综合评价的废弃矿山地质环境修复效益评价研究

  田彦清,李博

  地质环境修复效益评价旨在服务于废弃矿山地质环境治理效益预判和修复成效评估,为修复工程实践提供可靠决策支撑和有效监督方式.通过梳理国内外文献和聚类分析相关影响指标,结合三重底线理论和可持续发展理论,从经济、社会、生态和可持续发展四个维度构建了废弃矿山地质环境修复效益评价指标体系,采用AHP与熵值法组合赋予指标权重,运用模糊综合评价法构建修复评价模型,并在张家口市历史遗留废弃矿山地质环境修复工程中开展实证应用.结果表明,该市的废弃矿山地质环境修复工程综合评价值为89.85,修复成效等级为良好,生态效益和社会效益评价值相对较高,说明案例工程总体达到了消除隐患、改善生态、提升功能的修复目标;可持续发展和经济效益评价值相对偏低,仍需从完善维护制度、强化宣传教育、实施动态监测监管等方面优化措施,进一步提高修复综合效益.该评价指标体系和模型科学、可行,能有效评估废弃矿山地质环境修复效益,为同类工程的效益评价提供了参考借鉴.

• 分布式控制系统在竹仔岭骨料厂的应用研究

  吴兴刚,吴浩,王学涛,芦晓雯,周泽坤,赵虹洋

  针对传统骨料厂重资产、高能耗、设备可靠性低等痛点,采用分布式控制系统(DCS),通过硬件冗余配置、Modbus通信协议集成及先进控制算法的实施,对竹仔岭骨料厂破碎、筛分、制砂及水循环控制等全流程工艺进行设计和优化,分析DCS在物料平衡、设备监控、能耗管理等方面的应用效果.研究结果表明:系统投入运行后,设备空载能耗降低15％,综合能耗下降18％;吨骨料水耗从3.2m3 降至2.56m3,年节水25万t;平均故障间隔时间从1200h提升至2100h,平均修复时间缩短47％,设备综合效率由74％增至89％,备件周转率提高62％;设备全生命周期延长3~5a,年产能提升15万t;同时,解决了高粉尘环境下的信号干扰、雷击及电源波动等技术难题.DCS能够系统性提升骨料厂的能效、可靠性与智能化水平,为同类企业的绿色化、智能化转型提供工程参考.

• 锡石浮选分离药剂研究进展

  李自刚,刘丹丹,申畅,柏忠兑,甘云霄,李辉,宋强

  锡石浮选是实现复杂矿产资源高效利用的关键环节.基于国内外研究,系统综述了锡石浮选药剂开发与界面作用机理的研究进展.基于锡石晶体表面各向异性,重点分析了(110)面、(100)面和(101)面三类晶面的活性位点分布,阐述了多晶面间的协同吸附机制,揭示了金属离子(如Pb2＋ 、Fe3＋ )在界面活化中的配位化学作用.在药剂体系方面,综述了新型羟肟酸衍生物、苯基膦酸类及环境友好型氨基酸类捕收剂的分子设计策略,指出通过官能团定向修饰可有效增强与Sn位点的螯合选择性.在作用机理方面,组合药剂通过螯合与协同吸附显著提升界面吸附密度,如羟肟酸脂肪酸复配形成多层吸附结构,阴阳离子组合捕收剂则强化静电与配位双重作用;聚丙烯酸木质素磺酸盐等复合抑制剂通过空间位阻与特性吸附实现钙镁脉石矿物的精准抑制.未来研究应聚焦于建立“分子结构—吸附构型—浮选性能”的量化关联,结合计算化学手段推动绿色高效药剂的理性设计与工业应用.

• 拜耳法赤泥中有价金属综合回收利用研究进展

  高云川,于鹏泽,符海桃,宋强,童雄,谢贤,张文杰

  为解决拜耳法氧化铝生产中赤泥堆存引发的环境危害问题,同时实现二次资源的高效利用,以拜耳法赤泥为研究对象,系统梳理其基本特性与环境危害,重点阐述Fe、Al、Ti、Sc等有价金属的回收研究现状,深入对比不同回收工艺的作用原理与工业应用效果,分析各工艺的优劣势与适用场景.研究发现:物理法回收Fe操作简便但回收率仅为55％~60％,还原焙烧磁选法回收率可达87％~92.8％,但能耗较高;酸浸法回收Al、Ti、Sc浸出率较高但酸耗高,联合工艺能提升综合回收效率但流程复杂.目前赤泥综合利用率已提升至12％左右,仍与发达国家存在差距.前端物相调控、绿色工艺研发、联合工艺开发及赤泥高值化材料制备是未来赤泥有价金属回收的核心发展方向,可为行业技术升级提供参考.

• 无氨高活性氧化镁沉淀提取离子型稀土试验及机理研究

  郭江凤,谢帆欣,龚磊,周贺鹏,张永兵,雷梅芬,罗仙平

  离子型稀土矿铵盐沉淀提取稀土过程会导致受纳水体富营养化、水生态平衡破坏,引发周围土壤酸化板结、威胁人类健康等连锁生态问题.针对此类氨氮污染问题,以龙南某离子型稀土矿浸出液为研究对象,制备了轻烧无氨高活性氧化镁沉淀剂,研究其对稀土沉淀行为的影响;同时采用XRD、SEM、TG-DTG表征技术,对不同氧化镁体系的沉淀产物进行了系统对比分析.结果表明:所制备氧化镁反应活性显著高于工业氧化镁.采用活性氧化镁浆液作沉淀剂,在最佳沉淀条件(摩尔比为8、反应温度为90℃、反应时间为4h)下可获得纯度为37.45％、沉淀率为96.17％的沉淀产物;以工业氧化镁浆液作沉淀剂时,沉淀产物纯度为32.07％,沉淀率为90.17％,均显著低于活性氧化镁体系.活性氧化镁体系的稀土混合氧化物出现明显的Y2O3、Dy2O3 等衍射峰,且产物结晶性能优于工业氧化镁体系,具有表面致密光滑、轮廓清晰、颗粒均匀的特征.研究结果为离子型稀土矿绿色化学提取提供了新的理论与技术支撑.

• 新型钾离子型淀粉对微细粒赤铁矿抑制作用研究

  孙竞珲,马艺闻,刘杰,李洋,姚富兴,郑梦可,孙欣,张艳兵

  贫赤铁矿因品位低及嵌布粒度细等特征,在磨矿作业中易发生过磨现象,产生大量微细粒矿物.此类微细粒矿物因粒径微小、比表面积大,在浮选过程中易发生罩盖及表面吸附竞争效应,显著削弱浮选药剂的选择性吸附能力.针对微细粒赤铁矿分选过程中存在的选择性抑制难题,研发了新型K＋ 淀粉抑制剂.基于石英与赤铁矿纯矿物浮选试验,结合接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及扫描电镜-EDS能谱检测与分析,系统揭示了新型K＋ 淀粉对微细粒赤铁矿的抑制作用机理.试验结果表明:当K＋ 淀粉用量为150mg·L－1、活化剂CaO 用量为100mg·L－1、捕收剂油酸钠用量为200mg·L－1时,石英回收率为83.53％,相较于传统玉米淀粉,其回收率提升了4.00个百分点,而赤铁矿回收率降低至15.85％;浮选混磁精矿时,新型K＋ 淀粉作用下得到的精矿品位及回收率较玉米淀粉作用下分别提高了7.28和5.30个百分点.机理分析表明,K＋ 淀粉在赤铁矿表面吸附时,与O2－ 结合形成K—O－ 键,使赤铁矿表面接触角降至22.31°,并形成了亲水膜,从而实现对赤铁矿的选择性抑制作用.研究结果为微细粒赤铁矿的高效分选提供了新型环保抑制剂的设计理念和理论依据.

• 萘基羟肟酸对钛铁矿与钛辉石浮选的影响

  冯程,祁忠旭,孙大勇,欧阳林莉,李杰,肖舜元,刘佳燕

  钛铁矿和钛辉石性质相近,浮选分离难度较大.通过浮选试验、Zeta电位测试和吸附量测试,探讨了萘基羟肟酸在钛铁矿和钛辉石矿物表面的吸附方式和作用机制,明确影响浮选性能的关键因素.结果表明,萘基羟肟酸在钛铁矿表面的吸附量显著高于钛辉石,对钛铁矿表面电位的影响比对钛辉石表面电位的影响大,这种吸附差异增加了钛铁矿与钛辉石的浮选差异.实际矿石浮选试验结果表明,使用萘基羟肟酸作为钛铁矿捕收剂,浮选闭路试验可以得到TiO2 品位47.26％、回收率为80.60％的钛精矿,实现了钛铁矿和钛辉石的浮选分离.研究结果可为钛铁矿新型浮选药剂的开发和钛矿浮选工艺的优化提供理论支撑.

• 某低品位共伴生混合型钨矿-萤石资源的综合回收试验研究

  郑海雷,龚明辉,杨凯志

  针对滇东南某矽卡岩型铜多金属尾矿中低品位共伴生钨-萤石资源综合利用问题,通过矿物解离度分析(≥94％)和赋存形态鉴定(白钨矿85.39％),提出了“黑白钨常温混合浮选-加温精选-萤石浮选”三级串联工艺.常温浮选以Na2CO3 和Na2SiO3 调控矿浆,加温精选在90℃下以NaOH 为介质调整剂强化分离,萤石浮选采用改性油酸GY4与酸化水玻璃组合用药.结果表明:闭路试验获得WO3 品位为62.17％、回收率为81.30％的钨精矿,以及CaF2 品位为96.13％、回收率为89.47％的萤石精矿;与传统工艺相比,新方案钨回收率提高近4个百分点,萤石精矿CaF2品位提升2.75个百分点;初步估算,每年至少可创造经济效益5.5亿元,减少尾矿排放约15.19万t/a.研究结果可为低品位共伴生钨萤石尾矿的高效利用提供技术支撑.

• 新疆某地氧化铅锌矿选矿试验研究

  黄晓锋,冯程,段语嫣

  针对新疆某地氧化铅锌矿碳酸盐脉石含量高、氧化率高、泥化严重等问题,开展了详细的选矿工艺流程试验研究.矿石中具有选矿回收价值的主要金属元素是铅、锌,含量分别为6.90％和6.06％,氧化铅中铅分布率为81.30％,锌氧化矿中锌分布率为95.04％.采用铅氧硫混合浮选—浮选脱泥—氧化锌浮选的工艺流程,通过使用对碳酸盐泥质脉石具有良好抑制效果的复合磷酸盐,有效抑制了碳酸盐脉石矿物的上浮,保证了浮选过程的选择性,提高了铅锌精矿品位.通过全流程闭路试验,获得了铅精矿铅品位为50.32％,锌品位为3.76％,铅回收率为80.84％,氧化锌精矿锌品位为35.73％,铅品位为4.21％,锌回收率为75.62％的指标,实现了该氧化铅锌矿的高效浮选回收.

• CaSO4-MgO 复合膨胀剂对碱激发铜渣-矿渣砂浆干燥收缩及相关性能的影响机制

  王海强,孙钢柱,许荣盛

  为解决碱激发胶凝材料(AAM)中干燥收缩过大问题,通过引入CaSO4-MgO 复合膨胀剂(CM)对碱激发铜渣-矿渣砂浆(CS-AAM)的干燥收缩行为进行调控,系统考察了CM 中CaSO4 与MgO 质量比对CS-AAM 工作性能、水化进程、微观结构演变及宏观力学性能的影响规律,并揭示了CM 的协同减缩机制.研究结果表明,调节CM 中CaSO4 与MgO 的质量比可有效调控CS-AAM 净浆的流动度与凝结时间.当CaSO4 与MgO 质量比为2∶1时,28d抗压强度最高,为74.1MPa,相较于对照组提升了4.4％,而180d干燥收缩率降低了40.9％;微观上,此时总孔隙率降低,结构最为致密.随着CaSO4 比例的降低,体系内钙矾石生成量减少,而水镁石生成量则相应增加.因此调控CaSO4 与MgO 质量配比为3∶0~1∶2范围内,可实现CS-AAM综合性能最优.

• 基于生态-技术-经济协同路径的生态脆弱地区绿色矿业集群建设

  钟媛,高志２,龚风云,乌兰托娅

  基于生态-技术-经济协同路径,运用超效率SBM 模型结合GML指数方法,对新疆矿业绿色全要素生产率进行精准测算,系统评估新疆矿业产业集群的绿色发展水平.结果表明:新疆矿业绿色全要素生产率低于全国平均水平,技术创新能力不足是制约该地区矿业发展的重要因素;通过区位熵方法量化分析了新疆矿产资源产业集聚程度,发现其呈现“高集聚、低绿色、弱链条”特征,存在集群“虚胖”现象;借助向量自回归模型实证分析了产业集聚程度、绿色发展水平与区域经济增长之间的动态关系,其中绿色发展水平对矿业集群聚集程度影响显著,绿色发展水平与产业集聚程度的协同效应是经济可持续发展的核心动力,形成了“绿色技术-产业集聚-经济增效”的正反馈机制.基于此,提出需构建以“生态增值、技术赋能、网络协同、结构优化”为核心的“四位一体”绿色发展体系,为生态脆弱地区矿业集群绿色高质量发展提供切实可行的对策措施.

• 自我牺牲型领导对矿工不安全行为的影响研究———一个双重链式中介效应模型

  刘舒怡,栗继祖

  安全生产是矿山智能化转型的重要根基,为提升企业安全管理效能,有效降低生产安全事故的发生概率,基于工作-家庭资源模型,引入角色超载、领导认同、工作-家庭增益和工作-家庭冲突作为中介变量,构建了一个双重链式中介效应模型.采用问卷调查法收集了502份有效样本,利用实证分析方法,对提出的理论模型进行假设检验.研究结果表明:自我牺牲型领导对矿工不安全行为具有显著的直接抑制效应;自我牺牲型领导既通过领导认同与工作-家庭增益显著负向间接影响矿工的不安全行为,又通过角色超载与工作-家庭冲突显著正向间接影响矿工的不安全行为.矿山企业管理者应重视员工工作-家庭的平衡,及时调整管理策略和领导风格,减少安全生产事故风险.