金属矿山杂志

金属矿山杂志2023年第02期

• 不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性研究

  程爱平,周成颂,王平,陈国举,周亚峰

  利用全尾砂对矿山地表塌陷坑进行固结回填是解决尾矿堆存与地表塌陷两大矿山灾害行之有效的方法之一,如何保证回采过程中塌陷坑全尾砂固结体的稳定性至关重要。 塌陷坑全尾砂固结体在回采过程中主要受到拉破坏,且与回采速率直接相关。 基于此,本文选取程潮铁矿尾矿库尾砂,制作了不同配比(1 ∶4、1 ∶6、1 ∶8)和不同浓度(68%、72%、76%)的全尾砂固结体试样,开展了 5 种不同加载速率(0. 01、0. 02、0. 05、0. 1、0. 2 kN / s)下的全尾砂固结体抗拉力学试验研究,探讨了不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性,揭示加载速率对全尾砂固结体抗拉破坏的影响机理。 研究结果表明:固结体抗拉强度存在明显的加载速率效应,低浓度低配比的固结体抗拉强度受加载速率影响较大;固结体抗拉强度存在双临界加载速率现象,第一临界加载速率为 0. 05 kN / s,第二临界加载速率为 0. 1kN / s;低于第一临界加载速率时,加载速率对固结体原始孔隙存在压密效应,随着加载速率变大压密效应逐渐减弱,到第一临界加载速率时,压密效应消失,固结体抗拉强度最低,宏观裂纹最多,破坏最明显,最终耗弹比最大;高于第一临界加载速率时,加载速率对固结体孔隙发育存在抑制效应,随着加载速率变大抑制效应先增大后趋于稳定,达到第二临界加载速率时,固结体抗拉强度最大,宏观裂纹最少,峰值耗弹比最小。

• 梅山铁矿破碎区稳定性分析及支护研究

  秦绍龙,单迪,赵兴东,代碧波

  近年来随着矿山开采进入深部,局部区段节理裂隙发育,采动地压增大,矿岩稳定性急剧变化。 目前梅山铁矿采用喷射混凝土支护,部分破碎区域采用喷锚联合支护和喷锚网联合支护,但部分主要生产联络道和穿脉巷道依旧存在巷道顶板楔形体大面积冒落的现象,矿山现有的支护方式不能满足安全生产要求。 为解决以上生产技术难题,本研究从现场工程地质调查、室内岩石力学试验、岩体质量分级、岩体力学参数估算等出发,利用 Unwedge 对破碎区楔形体进行稳定性分析,总结巷道失稳破坏类型,提出了“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土+长锚索”联合支护方式,并利用数值模拟软件 Phase2 对-330 m 水平 8LS7 的巷道进行了数值模拟分析,根据对支护前后巷道总位移和塑性区范围的对比,初步验证了所选支护方式对维持围岩稳固的有效性。

• 围压及层理角度对砂岩变形、强度、破坏模式及脆性影响

  陈国栋,赵骏,侯朋远,乌双

  采用超高刚度常规三轴试验装置 Stiffman 对砂岩进行单轴与常规三轴压缩试验,研究围压及层理角度对砂岩力学特性影响规律。 试验结果表明:层理角度增加使得砂岩轴向和径向峰值应变降低,峰值强度呈增加趋势;层理角度为 60°和低围压下层理角度为 45°时,层理结构使得峰值强度降低;弹性模量不受层理角度影响。 围压增加使得砂岩轴向和径向峰值应变、峰值强度增加,弹性模量呈增加趋势。 砂岩破坏受围压和层理角度影响,可分为应力控制型、应力结构控制型和结构控制型 3 种。 基于砂岩轴向和径向峰前及峰后变形特征建立的脆性指标,很好地描述了砂岩脆性随围压和层理角度的变化规律:围压增加,砂岩试样脆性降低;围压相同时,层理角度为 60°的砂岩试样脆性最高。

• 不同固定碳含量石墨矿石单轴压缩力学行为及损伤本构关系研究

  李兴旺,叶海旺,雷涛,李宁,王其洲,王炯辉,赵明生

  不同固定碳含量石墨矿石力学性能和工业价值有所差异,研究石墨矿石力学性能与其固定碳含量之间的关系,对于深刻认识和科学利用石墨矿石具有重要意义。 为此,综合运用石墨化学分析方法、岩石单轴压缩试验和岩石统计损伤理论,研究不同固定碳含量石墨矿石单轴压缩荷载作用下的力学响应特性,揭示固定碳含量对石墨矿石力学性质及损伤本构关系的影响。 试验结果表明:石墨矿石试样单轴抗压强度随固定碳含量增加呈负指数型函数递减趋势、弹性模量呈线性函数递减趋势、峰值应变呈指数型函数递增趋势;随固定碳含量增加,石墨矿石试样破坏模式由张拉破坏过渡到拉剪混合破坏,最后向剪切破坏转变。 引入与固定碳含量相关的损伤因子,建立了反映固定碳含量影响的石墨矿石统计强度型损伤本构模型,并将理论曲线与试验曲线进行对比,验证了所建立的损伤本构模型的有效性与合理性。

• 多场耦合条件下充填料浆管输壁面滑移特性

  甘德清,薛振林,闫泽鹏,张友志,刘志义

  为了探究多场耦合作用下高浓度充填料浆管道输送过程中的壁面滑移特性,基于流体动力学理论与非牛顿流体的基本原理对管内料浆流动过程进行分析,建立考虑温度场—化学场—料浆流场的多场耦合数值模型。 并通过 Comsol 进行数值计算,分析初始温度、料浆浓度及管径对壁面滑移速度的影响规律。 将模型计算结果与实验结果进行对比,误差小于 10%,证明了模型的有效性与可靠性。 结果表明:温度升高,加剧尾砂颗粒的布朗运动,促使“絮网”结构向着“液网”结构转换,浆体黏度变小,滑移速度增大;管径增大,浆体所受剪切作用力变小,滑移速度减小,当管径达到 180 mm 时浆体所受剪切作用力小于发生滑移的临界值,管道输送过程中不存在完整的滑移过程;料浆浓度越大,浆体发生滑移运动所需的临界剪切应力越大,同时料浆浓度较大时,其所形成的滑移层较厚,滑移速度偏大。

• 基于能量匹配的充填体强度设计及料浆配比优化

  杨志强,王立杰,王社光,高谦,王福全,王庆刚

  由于各矿山地质条件不同、开采方法及结构参数不同,且影响充填体强度因素多而复杂,给安全经济合理的充填体强度确定带来困难。 本研究根据前期胶砂强度试验、管输特性试验的结果,基于充填体与围岩相互作用关系,采用能量耗散理论,分别确定一步采和二步采充填体合理强度;在此基础上,结合料浆管输特性,采用多目标模糊综合评判理论对充填料浆配比进行优化,在满足充填体强度和料浆流动性基础上进一步降低充填成本。 研究表明:一步采和二步采充填合理强度分别为 2. 50 MPa 和 1. 0 MPa,固化时间均为 28 d;充填料浆优化配比均为胶砂比1 ∶5 和料浆浓度 64%。 试验验证表明所得优化配比具有较高可靠性,可为工业充填提供依据。

• 基于 Info-gap 理论的巷(隧)道围岩岩爆稳健可靠性预测

  张晓君,魏金祝,刘啸,王宇晨

  鉴于岩爆倾向性围岩对其参数变化的强敏感性,考虑巷(隧)道围岩物理、力学、环境等参数的变化幅度,建立了基于 Info-gap 理论的 Info-gap 模型、稳健函数及评价模型,定义了具有明确含义的安全系数。 采用抗力—荷载模型,基于岩爆烈度分级标准,建立了岩爆预测的功能函数。 通过工程实例验证了基于 Info-gap 理论的岩爆预测模型的可靠性,并探讨了各参数对岩爆预测结果的影响。 结果表明:基于 Info-gap 理论的岩爆预测模型是合理和适用的;通过岩爆预测评价模型,可实现对强烈岩爆、中等岩爆、弱岩爆和无岩爆的连续评价预测;若评价结果为强烈岩爆,则中等岩爆和弱岩爆必发生,若评价结果为中等岩爆,则弱岩爆必发生;随支护力的增加,稳健可靠度指标增加,支护对岩爆烈度降低及岩爆发生与否有重要控制性作用;对于巷(隧)道围岩内部而言,所处位置不同,稳健可靠度指标不同,代表其岩爆烈度不同,通过稳健可靠性分析可得出不同岩爆烈度的岩爆深度;地应力值的变化对岩爆烈度及岩爆发生与否有重要影响。 研究结果可为岩爆预测及控制提供依据。

• 高地应力隧道软岩大变形预测分析及控制措施

  韩会军,乔栋磊,何聪,梁斌

  针对隧道穿越高地应力软弱围岩区段时易发生的大变形灾害,为保障隧道安全顺利施工,故在施工前准确进行大变形预测并制定合理的控制措施。 依托最大埋深超过 1 300 m 的巫镇高速笔架山隧道,通过地应力实测数据建立有限元地质模型研究工程区地应力场;综合现有研究成果,建立大变形预测标准,基于此结合工程地质条件采用有限元开挖计算与地质分析预测法对围岩大变形类型、特征、机制及程度进行预测;根据所得围岩变形特征制定科学合理的变形控制措施。 研究结果表明:隧道高程处地应力场由自重应力场主导,沿线围岩应力处于高—极高应力状态;开挖断面变形以拱顶、仰拱竖向位移为主,预测其将发生应力控制型大变形,最终围岩因拱顶下沉或边墙内鼓变形发生剪切破坏;隧道沿线约 56. 3%区段围岩会发生大变形,K25+631 ~ K25+909、K26+422 ~ K26+602 区段在地下水软化作用影响下,出现严重大变形风险较大;根据围岩大变形预测结果针对笔架山隧道开挖提出相应的变形控制措施。

• 浅埋大跨度隧道预应力锚杆锚固参数及支护设计研究

  殷小亮,张艳博,钟科,边文辉,杨贵均,王科学,姚旭龙

  为明确浅埋大跨度隧道预应力锚杆的锚固参数及支护方案,为主动支护设计提供依据,以青岛地铁 6 号线华山一路站为例,采用理论分析、数值模拟、现场试验的研究手段,探究不同支护参数下的隧道施工力学特征。 研究结果表明:① 主动支护通过补偿径向应力 σ3,降低切向应力 σ1,改善了围岩的应力状态,锚杆与围岩形成共同承载体,提高了围岩的弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学性能;② 锚固段长度越大,剪应力的分布范围呈增大趋势,随着张拉载荷的增加,剪应力峰值由锚固段端部逐渐向尾部转移,锚固长度为锚杆长度的 40% ~ 50%时锚固体的安全储备高;③ 锚杆的预应力在 0~ 120 kN 增加过程中,围岩的变形量与变形范围呈下降的趋势,拱部塑性区逐渐消失,拱脚与边墙的塑性区分布范围不断降低;随着锚杆的支护密度的提升,围岩的变形与应力均得到了一定程度的控制,但提升效果不显著;④ 从现场监测结果来看,主动支护结构稳定且安全储备高,其中围岩变形量在 5. 7 mm 以内,格栅钢筋应力最高值为 48. 2 MPa,锚杆轴力由张拉至隧道开挖完成变化率仅为 3. 5%。

• 粗颗粒浮选过程强化研究进展及展望

  张怡晴,何琦,杨陈仪敏,丁世豪,邢耀文,桂夏辉

  粗颗粒浮选不仅能够有效拓宽浮选粒度上限、减少碎磨能耗,而且对建设绿色矿山和提高资源利用率具有重要意义。 目前,针对粗颗粒浮选过程强化,国内外学者做了大量相关研究并取得了显著成果。 从粗颗粒的难浮机理出发,重点综述了当前粗颗粒浮选过程强化技术新进展,并分析了不同分选技术的作用机理、优势与不足,以期为粗颗粒浮选实践提供理论指导与技术借鉴。 浮选矿浆的高紊流环境是造成粗颗粒难浮的根本原因,基于此,为了降低粗颗粒紊流效应,更多研究聚焦于高效粗颗粒浮选装备开发,如矿冶科技集团有限公司研制的 CLF 粗粒浮选机和美国 Eriez 公司设计的流态化浮选设备———水力浮选机。 最后提出了未来粗颗粒浮选技术的新发展方向,主要包括低紊流高相含率的浮选环境下浓相流态化浮选机理、大型流态化浮选智能装备开发以及由此带来的新型浮选工艺开发设计。

• 添加剂在电解锰中的应用及展望

  迟晓鹏,张瑞莹,翁威,衷水平

  电流效率及产品质量是电解锰行业关注的重要指标,其与添加剂密切相关。 SeO2 因具有抑制析氢反应、抗氧化、促进晶型转变等优点成为电解锰行业普遍使用的添加剂。 阐述了添加剂在电解锰过程中对电流效率、晶型结构、沉积形态等的作用及影响机理。 针对现阶段电解锰行业中存在的电流效率低、品控难以及主流添加剂 SeO2 价格昂贵、具有剧毒性等问题,对新型高效低硒甚至无硒添加剂的研究现状及应用进行了分类梳理,探讨并展望了应用于电解锰行业中的添加剂的发展方向。 在使用 SO2 或者 SeO2 作电解锰添加剂的基础上,论述了电解锰的工艺流程、基本原理、生产技术等,并对添加剂的作用机理进行了系统的探讨,同时对添加剂的影响机制和发展趋势进行了综述,以期为新型添加剂的开发和应用提供借鉴。

• 甲酸铵复配铵盐浸取风化壳淋积型稀土矿渗透性研究

  张子赟,马晨伟,周芳,黄素华,冯健,余军霞,池汝安

  风化壳淋积型稀土矿的渗透性对稀土浸取效率具有重要影响,为了更好地了解浸矿过程中浸取剂的渗透规律,分别探讨了硫酸铵、氯化铵和硝酸铵复配甲酸铵作为浸取剂浸取稀土时,矿石初始含水率、装矿高度及压差对风化壳淋积型稀土矿渗透性的影响。 结果表明,3 种复配铵盐在矿石中的渗透速度均随着初始含水率的增加、装矿高度的减小和压差的增大而增大,其中硝酸铵复配甲酸铵作为浸取剂时浸取液在矿体中的渗透速度最快且达到稳定渗流的时间最短。

• 强磁选—磁化焙烧—弱磁选工艺回收某尾矿中的菱铁矿#br#

  姜亚雄,汪勇,祁磊,黄丽娟,陈禄政

  云南某尾矿含铁 13. 88%,主要以菱铁矿的形式存在,具有回收利用价值。 采用“强磁选—流态化磁化焙烧—弱磁选”工艺回收铁,考察了矿样焙烧前后铁物相的转变。 结果表明,强磁选可以获得产率 21. 60%、铁品位27. 18%、铁作业回收率 40. 19%的铁粗精矿;铁粗精矿采用 550 ℃预氧化 7. 5 min 并在温度 450 ℃ 、还原势 R = 0. 6 条件下还原磁化焙烧 7. 5 min,能保持还原产物中 Fe3O4 的稳定性,无 FeO 生成,保证了铁氧化物的高磁性转化率和强适应性,获得产率 90. 84%、铁品位 30. 02%的焙砂;焙砂经弱磁选可获得产率 35. 29%、铁品位 60. 51%、作业铁回收率71. 13%的磁铁精矿。 研究成果为尾矿资源综合利用及难处理铁矿资源高效利用提供了有益参考。

• 国外某难选高砷铜金矿石选冶联合工艺研究

  李绍英,赵留成,于晓东,赵礼兵,白丽梅

  国外某高砷铜金矿石金、铜、砷品位分别为 3. 46 g / t、1. 028%、1. 16%,为高效开发利用该矿石资源,进行了系统的浮选试验以及加压预氧化、氰化浸金试验研究,确定采用混合浮选—铜砷(硫)分离—硫砷精矿加压预氧化氰化浸金—尾矿直接氰化的选冶联合工艺。 试验结果表明:原矿在磨矿细度为-0. 074 mm 占 85%时,经 1 粗 2 扫混合浮选,混浮精矿再磨至-0. 038 mm 占 85%,经 1 粗 2 精 1 扫铜砷(硫)分离获得铜、金、砷品位分别为 22. 49%、27. 43g / t、0. 42%,铜、金、砷回收率分别为 87. 99%、35. 12%、1. 88%的铜精矿以及铜、金、砷品位分别为 0. 47%、9. 03 g / t、5. 90%,铜、金、砷回收率分别为 6. 03%、37. 93%、86. 57%的硫砷精矿;采用加压预氧化—氰化浸金工艺处理硫砷精矿,金对原矿的回收率达到 36. 19%;采用直接氰化浸金工艺处理混合浮选尾矿,金对原矿的回收率为 10. 77%;铜和金的选冶综合回收率分别达到 87. 99%、82. 08%,实现了矿石中铜和金的有效回收。

• 干法超细研磨中黑滑石的机械力化学效应

  毛永伟,孙铭霏,李钊,代淑娟,郭小飞,赵通林

  为揭示机械力化学作用对黑滑石晶体结构、微观形貌和理化性质的影响,指导其矿物综合利用,以江西广丰某黑滑石纯矿物为原料,通过 XRD、FTIR、SEM、TG、BET 等表征技术,系统地研究了干法超细研磨中黑滑石的机械力化学效应。 超细研磨会破坏黑滑石矿物的晶体结构,引发晶格畸变,Mg2+和 OH-可以从固相脱出成为自由离子。矿物颗粒棱角消失、形状趋于统一,比表面积下降,但当研磨作用过大时颗粒会发生二次聚团。 研磨过程中,黑滑石表面官能团振动特性发生变化,红外吸收峰出现移动。 由于粉体内能的累积,黑滑石的热分解效率也会明显提升,在较低温度下就可脱除结构羟基。 在合理的强度范围内,机械力化学作用可有效增强黑滑石的界面反应活性。

• 白云鄂博磁铁矿细磨磨矿介质选型试验研究

  邓中诚,李沛,池慧强,赵善忠,曹钊

  球磨中颗粒受磨矿介质高频次冲击-研磨而粉碎,合理选择介质类型能有效提升作业效率并改善磨矿产品指标。 针对白云鄂博西矿选铁第三段磨矿作业能耗高、粒度偏粗的问题,系统研究了陶瓷球为磨矿介质细磨磁铁矿的效能,并与钢球及钢段做对比。 首先以试验确定了介质尺寸、填充率及矿浆浓度等作业条件,之后以等介质量、等矿量磨矿试验对比研究 3 种介质磨矿的各项指标。 结果表明:陶瓷球磨矿速度最快、能量利用效率最高,钢球次之,钢段最低,与介质数量正相关,可能由碰撞频次差异所致。 在试验范围内,陶瓷球磨矿产品的细度最高、解离度最高,虽然产品中-19 μm 粒级含量较高,但磁选时选别效率仍然最高;钢段能有效改善过磨现象,同等细度下解离度最高,产品有较好的可选性,可能源自短棒形介质的线接触作用。 仅从磨矿的技术指标考察,细磨磁铁矿时应优先考虑用陶瓷球;若只能选钢介质,则追求产率时应选用钢球,而为改善产品可选性时可选用钢段。

• 安徽某铜银铅多金属矿石工艺矿物学研究

  黄秋菊,袁启东,王志杰,苏康,姚灯磊

  为了更好地选别回收安徽某铜银铅多金属矿,对该矿石进行了工艺矿物学研究,查明了矿石的矿物组成、主要矿物的嵌布特征及铜、银、铅元素赋存状态。 结果表明:矿石铜、银、铅品位分别为 0. 64%、116. 63 g / t、0. 20%,可回收的有用矿物主要为铜矿物,银可作为伴生元素进行回收,铅品位较低,只能作为杂质脱除;矿石主要铜矿物为斑铜矿、辉铜矿和黄铜矿,常常两者或 3 种矿物共生嵌布并形成不规则片状,三种铜矿物集合体的嵌布粒度粗细不均,在+0. 07 mm 粒级的分布率为 44. 60%;元素 Cu 主要赋存在斑铜矿中,分布率为 79. 37%,其次分布在辉铜矿和黄铜矿中,分布率分别为 9. 52%和 6. 35%;元素 Ag 主要赋存在辉银矿中,元素 Pb 主要赋存在方铅矿中。 根据工艺矿物学研究结果,斑铜矿、辉铜矿和黄铜矿是回收的主要目的矿物,辉银矿主要分布在斑铜矿或黄铜矿中,因此大多辉银矿可与铜矿物一起得到回收。 由于方铅矿相对易浮,大多方铅矿也会进入铜精矿中从而影响最终精矿品级,因此建议采用浮铜抑铅浮选工艺。

• 磷石膏中稀土元素溶解浸出研究进展

  夏亮亮,王玲,杨国华,李燊,刘淑贤,聂轶苗,范晨子

  磷石膏堆存量巨大,通常含有大量稀土元素,是潜在的二次资源。 加强磷石膏中稀土元素的回收利用研究,具有重要的经济与环境意义。 本文从磷石膏中稀土元素赋存状态出发,对磷石膏中稀土元素溶解浸出研究进展进行了综述,对不同浸出剂浸出机理及影响因素等进行了总结分析。 在此基础上,对磷石膏中稀土元素回收利用提出建议。 磷石膏中稀土元素主要以类质同相赋存于磷石膏晶体中。 当前研究中,磷石膏中稀土元素浸出主要以无机强酸为浸出剂,浸出率较高,但酸性强,可能产生二次污染;有机溶剂与盐溶液浸出率高,但成本较高,浸出后有机溶剂难于处理;有机弱酸与生物浸出对环境友好,但浸出效率较低。 寻求磷石膏中稀土元素的有效浸出剂,实现磷石膏高附加值综合利用,是未来的研究方向。

• 湘南绿紫坳锡多金属矿床硅钙面控矿作用及其找矿意义

  杨长明,吴清生,杨齐智,胡新发

  湘南地区是南岭地区重要的锡多金属矿勘查区,勘查区的控矿规律研究是实现找矿突破的关键环节。以大义山矿田绿紫坳锡多金属矿床为例,通过野外地质调查和室内综合研究,总结了锡多金属成矿规律,认为锡多金属矿体主要受 3 类硅钙面控制:Ⅰ类为花岗岩体与碳酸盐岩的“硅钙面”接触界面,形成了Ⅰ号矿带的矽卡岩型铜锡矿体;Ⅱ类为泥盆系上统锡矿山组下段灰岩与上段碎屑岩界面,形成了Ⅱ ~ Ⅴ号矿带的锡铅锌矿体;Ⅲ类为泥盆系中统跳马涧组砂岩与棋梓桥组灰岩的硅钙界面,形成了Ⅵ和Ⅶ号矿带的锡铅锌多金属矿体。 结合成矿地质条件和控矿规律,构建了锡多金属构造控矿模式。 综合分析了区内控矿要素特征,认为白水源地段为有利找矿靶区。 通过勘查发现了 7 条锡铅锌多金属矿体,产于第Ⅰ类硅钙面中铜锡矿体 1 条、第Ⅱ类硅钙面中锡铅锌矿体 1 条、第Ⅲ类硅钙面中锡铅锌矿体 1 条,断裂带中矿体 4 条,获得锡铅锌资源量约 1. 5 万 t,取得了矿床南部锡多金属矿的找矿进展。 通过对比分析湘南地区香花岭矿田和荷花坪矿田等重要锡多金属矿床,认为硅钙面控矿对湘南地区锡多金属矿具有普遍意义,加强硅钙面的控矿规律研究对于指导湘南地区锡多金属找矿突破具有重要意义。

• 基于无人机贴近测量的露天矿岩质边坡结构面自动识别#br#

  李翠,李杰林,张良兵,杨承业,徐继业,周科平

  获取岩质边坡结构面特征是露天矿山开展边坡稳定性分析的关键工作,传统的工程调查手段容易受到边坡地形限制,存在作业风险高、效率低等问题。 为高效、安全地获取露天矿岩质边坡的精确结构面特征,利用无人机倾斜测量与贴近摄影测量技术开展了露天岩质边坡测量工作,构建了边坡的精细三维点云模型。 通过进行边坡点云数据滤波、特征值获取以及基于区域生长法的平面分割分析,实现了基于点云数据结构面参数的识别与提取,形成了一种基于无人机获取岩质边坡结构面的自动、高精度测量方法,并在攀枝花铁矿尖山矿区北部边坡开展了工程实例验证。 研究表明:基于无人机测量获取符合工程精度要求的边坡三维点云数据,采用结构面自动识别方法可快速地从边坡点云数据中获取岩体结构面信息,为边坡稳定性分析与评价提供了基础数据。

• 山区复杂地形下地表移动盆地边界角量参数研究

  王比比,谭毅,孙琦,杨伟强,赵高博,徐飞亚

  为准确有效地获得山区复杂地形条件下地表运移规律和角量参数,以山西山区某矿 20210 复杂地形工作面为例,提出了一种“以点求面”的计算模式,在山区复杂地形工作面非主断面处建立地表移动观测网,利用遗传算法在参数优化推导中的优势,优化出本地区的概率积分法预计参数,拟合研究了山区复杂地形下的地表移动变形规律,得到了地表移动盆地边界角量参数。 通过优化的参数对地表移动变形进行了概率积分法预计,并与非主断面实测数据进行了对比分析。 结果表明:基于遗传算法优化参数得出的概率积分法结果,其误差均在 5%以内,验证了预计参数及地表下沉数据的可靠性。 该地形条件下地表移动下沉最大值为 853 mm,矿区走向移动角为 69. 0°,上山移动角为 73. 1°,上山边界角为 70. 3°,下山边界角为 59. 4°,充分采动角为 59. 3°,最大下沉角为 83. 6°。

• 救援车载钻机钻具自动拧卸系统研制及应用

  李旺年,王贺剑,田宏亮

  救援车载钻机施工大直径救援孔时需要频繁起下钻具,钻具自动拧卸系统作为钻机起下钻拧卸钻具的重要组成,其拧卸效率和可靠性直接影响救援钻孔的施工效率与施工安全。 针对目前矿山救援车载钻机孔口平台难以满足大直径钻具通过性要求、钻具拧卸自动化水平低等问题,研发可满足大直径钻具通过及快速对中、夹持、自动拧卸功能集成于一体的钻具自动拧卸系统。 研制了可与钻机快速拆装的大开口液压孔口装置,可以实时监测和调节孔口装置的水平度,并且满足孔内钻具承载和不同工况的起下钻施工要求。 研制了具有双导轨结构的钻具自动拧卸装置,可以实现液压吊卡起下钻和顶驱加装双臂钻具起下钻两种施工工艺。 经过结构仿真分析、型式检验和现场工业性试验,最终形成一套大通径、结构紧凑、具有高负荷承载力,可实现手、自一体化一键上卸扣作业,满足 850 mm 集束潜孔锤起下钻要求的钻具自动拧卸系统,提高了钻具拧卸效率,为救援钻孔的快速施工提供了可靠的装备保障。

• 基于TOF相机的露天矿卡车装载体积测量实验研究

  张烨佼,马连成,段金刚,刘洪臻,孙效玉,刘煜祖,王仁炎

  TOF 相机作为新兴技术设备,在三维建模、体积计算等方面具有良好的应用前景。 针对露天矿山多个环节都涉及到的矿用卡车装载计量的需求,为了更进一步提升矿用卡车装载计量评价效果,本研究利用 TOF 相机进行矿用卡车装载体积计量的方法。 该方法首先采用 TOF 相机提取矿用卡车的点云,然后使用 cloudcompare 对点云进行降噪、分割等预处理,构建矿用卡车的点云表面模型,并对装载前后的点云模型进行配准,最后计算矿用卡车的装载体积,并且同时提供了 2 种矿用卡车装载体积计算的方法。 实验室环境下对矿用卡车模型装载体积进行多次测试,同真实体积相比,平均误差小于 5%。

• 露天矿台阶爆破优化设计软件系统

  刘军,王鹏,赵明生,余红兵

  为了改善目前台阶爆破主要依赖人工经验设计的现状,基于 VC++平台开发台阶爆破优化设计软件系统。 研发基于 Delaunay 三角网格的迭代算法,实现台阶面自适应布孔,运用 Voronoi 随机网格技术确定起爆顺序。 通过非线性预测理论对软件设计爆破方案的振动效应进行预测,从而优化爆破参数。 爆破完成后,采用图像阈值化分割方法分析现场爆堆照片的块度分布,根据分析结果并综合考虑安全性、经济性等因素,对爆破效果进行评价,评价结果可以为后续爆破施工提供指导。 工程实际应用结果表明:软件实现了台阶爆破自适应布孔,显著提升爆破设计效率,有效提高爆破效果,减少爆破振动有害效应。

• 考虑能量回收的露天矿新能源卡车路径规划

  顾清华,刘绒绒,李学现,高松

  随着我国能源结构的调整和低碳政策的实施,新能源卡车已成为露天矿运输的装备之一。 但新能源卡车的电池能耗大,合理规划路径从而减少能耗始终是露天矿运输中的问题所在。 通过对卡车行驶中电池能耗与回收的分析,综合考虑卡车速度、卡车载重、坡度和道路等级 4 个影响因素,建立以能耗最小为目标的露天矿能量优化模型;同时为减少里程焦虑问题,将车载剩余能量、充电站位置因素纳入到问题模型中。 然后提出了一种基于角度的双向搜索策略改进 A*算法(IA*)。 最后通过仿真实验证明,建立的能量优化模型针对里程焦虑问题,得到了能耗最小的可行路径,更能反映真实露天矿环境下新能源卡车的运输情况,验证了所提方法的实用性。

• 干式振动高梯度磁选机的分选机理与试验研究

  许金越,王伊琳,宋少先

  针对当前干式高梯度磁选机存在磁场磁场力小、对细粒弱磁性矿物分选选择性差、物料易聚团堵塞磁介质及分选通道等缺点,研制了一种新型干式振动高梯度磁选机(简称 DVS 磁选机)。 首先,利用 COMSOL Multiphysics 模拟仿真软件,对垂直均匀磁场中做简谐振动的磁介质磁场特性及分选腔内的流场特性进行模拟仿真分析。 然后,在垂直均匀磁场-简谐振动力复合力场中,建立了磁介质的动态捕获模型,对其动态捕获过程中的矿粒受力进行分析,推导出在不同位置磁性矿粒被有效捕获所需的最小磁场力公式。 最后,应用该磁选机对安徽某铁品位30. 68%、粒度-0. 074 mm 占 47. 01% 的镜铁矿石进行预选试验。 选择磁感应强度 0. 6 T、磁介质振动次数 2 200次 / min,1 次分选获得了产率 59. 12%、铁品位 45. 28%和回收率 87. 67%的铁精矿,尾矿铁品位仅 9. 21%,选矿效率达到 26. 09%。 新型干式振动高梯度磁选机分选指标与 SLon-100 湿式脉动高梯度磁选机试验指标及 SLon-2000 磁选机工业生产指标接近,证实了 DVS 磁选机具有良好的分选性能。

• 流固耦合作用下含缓倾软弱夹层边坡稳定及参数敏感性研究

  杨启帆,胡斌,马利遥,刘霁,王泽祺,曹建军

  含缓倾软弱夹层岩质边坡中,存在应力场、渗流场等多场相互作用。 由于不同区域缓倾软弱夹层形成的地质条件和组成成分不同,导致软弱夹层力学参数各异,在渗流场和应力场耦合作用下软弱夹层力学性质相对于自然状态亦会产生变化,因此流固耦合作用下缓倾软弱夹层参数特征的研究成为边坡稳定性分析与治理工作中需要进一步研究的问题。 为探求流固耦合作用下含缓倾软弱夹层典型相关参数对岩坡稳定性的影响程度,以四川省金顶黄山石灰石矿山边坡为研究对象,基于强度折减法和流固耦合理论对边坡进行稳定性分析,选取软弱夹层倾角、厚度、内摩擦角及黏聚力设计正交试验,并采用极差分析和单因素分析法对各参数在边坡稳定性分析中的敏感性进行研究。 研究结果表明:在流固耦合作用下,软弱夹层厚度越大、黏聚力越高,边坡稳定性不一定越好;软弱夹层倾角越小、内摩擦角越大,边坡越趋向于稳定。

• 不同深度围压下尾矿砂动力特性研究

  王林,王天亮,刘松松,张飞,张胜杰

  尾矿砂的动力特性对尾矿坝的地震等动荷载反应分析有重要影响,通过室内动三轴试验对动荷载作用下不同深度围压下尾矿砂动力特性进行研究,得到尾矿砂动强度、动强度指标、动弹性模量、动剪切模量及阻尼比随着深度变化规律。 试验结果表明:填埋深度对尾矿砂的动力特性均有一定的影响,随着深度的增加,尾矿砂动强度不断增大,动强度指标动黏聚力和动内摩擦角出现先增加后减少趋势,深度达到 10. 4 m,尾矿砂的动剪切模量和弹性模量也较为稳定,且尾矿砂的阻尼比出现先减少后增大的变化规律。

• 高寒地区尾矿库冻土分布及冻融规律研究

  陈荣健,张诏飞,席伟,闻磊

  以小兴安岭地区某尾矿库为例,采用库区滩面调查、钻探、井温测试等方法,查明了库区冻土的发育特征和分布范围。 通过对获取的冻土分布范围信息进行汇总分析,并结合放矿方式、地温监测等数据,分析冻土的形成和消融规律,研究冻土的形成、发育边界范围和冬季滩面冰冻层的发育程度。 研究发现,在持续放矿过程中形成的保温层,保证了冻土的消融环境,库区渗流也加快了冻土的消融过程;采取合适的放矿方式和除冰措施,能有效减少冻土发育的下游边界范围;库面上升速度将影响冻土的消融环境,在 6~ 8 m / a 上升速度条件下,库内冻土基本在发育形成后 3 a 时间内消融完成;如库面上升速度增加,冻土消融的条件变差,库区可能出现常年不融化的冰冻层。

• 基于决策树的地下工程透水事故发生风险定量评估

  刘建坡徐孝男武峰李烽田王永昕

  地下工程建设深度和规模的不断扩大导致透水事故频发,严重制约着地下工程建设的安全作业。 以国内外 107 个透水事故案例为基础,以瞬时最大涌水量和事故累计涌水量为指标,采用 k 均值聚类算法实现了透水事故灾害等级划分,并考虑水文地质条件、地层岩性和过程监测信息,采用决策树方法建立了透水发生风险评估模型。 研究结果表明:透水事故发生风险评估指标与事故灾害等级具有较好的相关性,其中水文条件加权值、地下水位高程差、埋深、涌水量平均增长速率和累积涌水量与灾害等级呈正相关,而岩石饱和单轴抗压强度与灾害等级呈负相关;剪枝策略能够有效提高透水事故发生风险评估决策树模型的泛化性能,相对于初始决策树模型,该模型针对验证集和测试集的评估准确率分别从 63. 6%和 90. 5%提高至 90. 9%和 100%,针对所有透水样本的综合评估准确率为95. 3%,表明该模型具有较好的适用性,可为地下工程透水灾害的救灾决策提供重要的理论和技术支撑。

• 不同型式喷吹孔对扁式滤筒除尘器清灰性能的影响

  李雪,刘威,尹茜茜,彭语嫣,李杨,张宇璐

  为研究喷吹总面积相同的条缝式喷吹孔与密集圆孔式喷吹孔对扁式滤筒除尘效果的影响,以侧壁压力峰值为主要技术指标分析在不同工况条件下条缝型喷吹孔和密集圆孔对扁式滤筒的清灰性能影响。 结果表明:两缝喷吹孔(2×99 mm)、五缝喷吹孔(2×40 mm)在滤筒上部的非正对喷吹孔,压力峰值都无法达到有效清灰强度;在 0. 2MPa 的喷吹压力下,三缝喷吹孔(2×66 mm)优于四缝喷吹孔(2×50 mm),使滤筒底部得到较大压力峰值,可解决扁式方框滤筒下部积灰的严重问题。 密集圆孔(88×?2. 4 mm)的喷吹气流主要作用于滤筒上部,在 0. 1 MPa 喷吹压力下,即可实现整体均匀清灰的效果,并可解决扁式方框滤筒上部清灰死角的棘手问题。 最优喷吹距离均为 20 mm。 研究结果对提高扁式方框滤筒在工业中的生产和除尘效率工程实践具有指导意义。

• CuO/蒙脱土复合材料可见光催化降解丁基黄药研究

  郭颖,马瑞雪,陈运双,赵思凯,刘文宝,刘文刚,沈岩柏

  采用浸渍—热解法优化制备得到光催化性能优良的 CuO / 蒙脱土复合材料( CuO / MMT),借助 XRD、SEM、TEM、BET、UV-vis 及 PL 光谱等检测手段表征了所制备样品的物相、形貌结构和光化学性能,考察了单一组分及不同 CuO 负载量的复合材料光催化降解丁基黄药( SBX)的效果,提出了可能的降解反应机理。 研究发现,酸活化预处理显著增大了 MMT 的比表面积,CuO / MMT 复合材料中的 CuO 主要以纳米球状均匀负载于 MMT 表面,从而提高了所获复合材料对 SBX 分子的吸附能力;与单一 CuO 相比,CuO / MMT 复合材料对紫外光和可见光的吸收率均显著提高。 在可见光照射 80 min、CuO / MMT 复合材料用量 0. 2 g / L 的条件下,10% -CuO / MMT 复合材料对初始浓度为 20mg / L 的 SBX 降解效果最佳,降解率达到 99. 65%,其中空穴( h+ )和超氧自由基(·O- 2 )在该光催化降解过程中发挥了主要作用。 研究结果构建了 CuO / MMT 的新型光催化复合材料,为实现选矿废水中黄药的经济高效处理提供了有益借鉴。

• 江西某铜矿废石堆周边土壤对重金属的吸附—解吸行为

  张鹏飞,董颖博,林海,昝金雨

  金属矿废石堆作为重金属污染源头之一,产生的污染具有长期性。 从废石中溶出释放的重金属向堆场及周边外环境迁移扩散造成污染,吸附—解吸过程是影响重金属在废石堆周边土壤中迁移的重要因素。 以江西某铜矿废石堆周边土壤为对象,研究了土壤 pH 值、铁氧化物含量和微生物对土壤中 Cu、Cd 和 Cr 吸附—解吸行为的影响。结果表明,pH 值与土壤中 Cu、Cd 的吸附量呈正相关,土壤 pH 值越低对 Cu 和 Cd 的吸附量越小,越易于解吸;而 Cr 呈相反规律,低 pH 值会提升土壤对 Cr 的吸附量,降低解吸量。 土壤中 Fe2O3 含量的升高能有效提高土壤对 3 种重金属的吸附效果,可起到钝化重金属的作用,当 Fe2O3 添加量为 20%时,土壤对重金属 Cr 的吸附率相比对照组提升了19. 27%。 氧化亚铁硫杆菌及氧化硫硫杆菌的存在对 3 种重金属在土壤中的吸附均起到一定的抑制作用,且有效促进了吸附在土壤中重金属的解吸。 研究结果可为重金属在废石堆周边土壤中迁移扩散规律研究及污染调控提供指导。

• 室温条件制备矿渣—粉煤灰基地聚合物的试验和反应机理研究

  孙双月

  地聚合物是一种新型的无机聚合物胶凝材料。 为了便于现场浇筑以及固体废物资源化利用,对室温条件下用矿渣和粉煤灰来制备地聚合物胶凝材料进行了研究。 矿渣和粉煤灰以 2 ∶1 混合后作为硅铝质原料,通过复合碱激发剂来激活,采用不同制备工艺、室温养护来制备地聚合物胶凝材料。 探索了不同制备工艺、复合碱激发剂掺量对地聚合物抗压强度的影响,并对地聚合物物相组成、微观形貌和红外吸收性质进行了分析。 结果表明:在地聚合物制备过程中,将硅铝质原料与氢氧化钠进行混磨,有利于硅铝质原料的激活;复合碱激发剂的最佳掺量为 16%时,3 d龄期试样的抗压强度可达到 16. 1 MPa,28 d 龄期达到 33. 6 MPa。 最终试样结构类似于混凝土,由地聚合物凝胶和未反应硅铝质原料为骨料组成,生成的地聚合物凝胶将未反应的硅铝质原料颗粒黏结为一整体,其结构越致密抗压强度越高。

• 粉煤灰地质聚合法团聚细粒级铜矿石及其耐酸机理研究

  张谦,印万忠

  为了解决低品位铜矿石经高压辊磨机破碎后细粒级含量增加对后续直接堆浸产生的偏析问题,提出了粉煤灰地质聚合细粒级铜矿石的方法。 该方法利用自制转鼓对高压辊磨机破碎后的细粒级( -1. 7mm)铜矿石在粉煤灰地质聚合反应的基础上进行制团,进而考察粉煤灰添加量、水添加量、碱激发剂用量及其中硅酸钠含量对团聚体粒度和耐酸性质的影响。 采用 XRD、FTIR 分析测试技术对矿石团聚和耐酸机理进行了分析。 结果表明:通过加入粉煤灰可以提高团聚体的耐酸性,且增加粉煤灰添加量可使团聚体的耐酸性得到提升,在粉煤灰添加量为 6%时耐酸性最好;增加碱激发剂用量以及水添加量都有利于团聚体的成团粒度,并提高其耐酸性;碱激发剂中硅酸钠含量越高团聚体的耐酸性越好。

• 复掺高性能矿粉对高强机制砂混凝土力学性能的影响

  郝卓佳,张永亮

  机制砂的使用能够有助于缓解河砂资源较为紧张的问题,与此同时,高性能矿粉作为矿物掺合料的典型代表,能够局部代替水泥,因而有助于减少单位质量胶凝材料生产所造成的碳排放量。 为探究复掺高性能矿渣粉的高强机制砂混凝土的力学性能,采用坍落度和扩展度、抗压强度和抗折强度、弹性模量和氯离子迁移系数等测试手段分别对不同矿粉质量分数下的机制砂混凝土进行了分析。 结果表明:① 当机制砂混凝土体系中不含矿粉时,坍落度和扩展度的值均为 5 组混凝土试样中最小,然而随着矿粉掺量增大,混凝土坍落度和扩展度均有所增大。 ② 矿粉质量分数增大使得早期和后期抗折强度均有所下降,然而后期抗压强度无显著变化,其中不掺入矿粉和掺 20%矿粉的混凝土 28 d 抗压强度分别为 87. 4 MPa 和 87. 1 MPa。 当矿粉掺量为 5%时,弹性模量在 5 组配合比中最高,为 4. 13×104 MPa。 当矿粉掺量超过 10%后,弹性模量则表现出显著下降。 矿粉质量为 20%时,混凝土弹性模量最低。 ③ 掺入矿粉的各组机制砂混凝土氯离子迁移系数均较为稳定,且随着矿粉掺量增加有小幅下降。

• 掺磷渣粉水泥基材料的抗化学腐蚀性能研究

  李轩花

  以磷渣粉水泥基材料为例,研究了磷渣粉水泥基材料在不同化学腐蚀和冻融循环条件下力学、物理性质的变化规律,进而揭示了磷渣粉水泥基材料力学性质劣化和物理性质变化机理。 结果表明:浸泡氯化钠和硫酸钠溶液的磷渣粉水泥基材料在溶液浓度为 3%以后,密度变化幅度很小。 浸泡浓度为 3%的硫酸钠溶液磷渣粉水泥基材料的强度略高于浸泡清水的磷渣粉水泥基材料,浸泡其他浓度的硫酸钠溶液磷渣粉水泥基材料的强度都小于浸泡清水磷渣粉水泥基材料,且在浸泡 21 d 后磷渣粉水泥基材料的强度也出现明显的下降趋势。 随着冻融次数增大,磷渣粉水泥基材料的抗压强度逐渐降低,说明冻融循环作用具有削弱磷渣粉水泥基材料抵抗变形能力和降低承载力的作用;在同等冻融循环次数作用下,磷渣粉水泥基材料在氢氧化钠溶液中的抗压强度略大于硫酸钠和氯化钠溶液中的抗压强度。