金属矿山杂志

金属矿山杂志2026年第2期

• 典型有限空间作业场所毒害气体防控进展与展望

  蒋仲安,杨向东,王伊可,陈雅

  有限空间作业场所内存在的毒害气体对工作人员的身心健康造成了显著影响。为有效遏制毒害气体危害,降低职业健康风险,保障工作人员的生命安全,立足有限空间安全作业需求,详细分析了有限空间内毒害气体的主要类型及危害,从通风排毒、气体消纳、膜分离及个体防护4 个方面,总结了当前有限空间毒害气体防控技术发展现状,分别围绕食品加工业、造纸业、农场设施、皮革制造业4 个典型行业有限空间作业场所毒害气体防控进展进行了阐述,并总结了相应的毒害气体防控措施。结果表明:① 硫化氢、二氧化碳、甲烷和一氧化碳是有限空间作业场所中常见的毒害气体,因理化特性不同,其在有限空间内的分布存在差异;毒害气体积聚导致氧气浓度下降,对工人健康构成严重威胁。② 有限空间作业场所毒害气体防治技术手段中,通风排毒、毒害气体消纳、膜分离以及个人防护技术是当前有限空间毒害气体治理的主要方法,在实际应用中往往存在防治效率低下、单一技术控制效果受限的问题。③ 食品加工、造纸、农场设施及皮革制造等行业,因其生产环境和工艺特性各异,导致毒害气体种类及浓度分布存在显著差异;在上述典型有限空间作业场所,中毒、窒息等安全风险不容忽视,且不同场所的典型作业及其治理技术亦有所区别。在此基础上,系统深入剖析了当前有限空间作业场所毒害气体防治技术存在的不足,主要体现在毒害气体特性及作用机理认识不足、毒害气体防控技术效果受限、毒害气体防控设备智能化水平较低等不足。“十五五”乃至更长一段时期该领域研究应聚焦于:① 深化有限空间毒害气体运移及防控理论研究;② 持续攻关有限空间有毒气体高效防控关键技术;③ 研发集成化、自动化和智能化的毒害气体防控设备;④ 开展典型有限空间毒害气体防控设备工程应用示范。

• 基于多尺度特征提取的露天矿区道路坑洼检测模型

  顾清华,周宇静,王丹,李萍丰

  露天矿区非结构化道路坑洼一直是困扰无人矿卡行驶安全的重要难题之一,为解决因坑洼而导致无人矿卡颠簸甚至侧翻等安全难题,提出了露天矿区道路坑洼检测YOLOv7-RFEM 模型。首先,针对坑洼具有大小不一、形状不规则和特征不明显的特点,在Neck 中引入基于空洞卷积和共享权重的Scale-Aware RFE 模块,进一步扩大特征图感受野,在减少参数量的前提下提升模型多尺度检测性能和精度;其次,针对道路背景与坑洼特征相融的实际情况,模型在聚合网络模块ELAN 中增加了有效的跨空间学习多尺度注意力机制EMA(Efficient Multi-Scale Attention),增强坑洼小目标特征,减弱坑洼所在背景干扰;最后,针对坑洼边界框定位不准确的问题,采用NWD Loss 替换CIoULoss,使模型更关注预测框与真实框的重叠度,适应坑洼形状大小的变化。通过新疆哈密某大型露天矿区的试验证明:该模型在多种情况下都有着良好的检测效果,满足露天矿区无人矿卡准确检测需求。

• 岩体块度指数在岩体完整性评价中的应用研究

  王毅,何进,贺谋军,褚智渊,孙念平,刘兵

  岩体块度指数(RBI)是评价岩体完整性和结构特征的重要指标,但其传统计算方法因忽略不同区域岩性、构造及地应力等因素的影响,导致计算结果与岩体完整性指数(Kv)相关性较低,完整性评价偏差较大。为解决这一问题,以川西某大型矿山边坡为研究对象,基于28 个勘探钻孔及10 个波速测试孔的数据,通过特征值分析法,将传统RBI 公式中的固定权值替换为不同完整程度岩体对应的特征长度,并重新定义分级界限,进而获得了经修正的岩体块度指数及其计算公式。研究表明:修正后的岩体块度指数与Kv 的相关系数明显提升,岩体完整性评价结果一致性比例也大幅提高,跨级偏差显著减少。验证组的数据也进一步证实上述结果。该方法通过引入动态权值和特征长度,克服了传统RBI 的局限性,为缺乏波速测试条件的工程提供了一种经济、可靠的岩体完整性评价替代方案,也进一步丰富了RBI 的内涵和应用场景,为岩体完整性定量评价提供了新的途径。

• 基于多统计参数的岩石节理粗糙度系数集成树估测

  李兵磊,陈鈺瑶,张化进,刘德平,李天龙

  针对单一统计参数和传统机器学习评估节理粗糙度系数准确性不足的难题,提出基于多统计参数的岩石节理粗糙度系数集成树估测方法。基于112 条岩石节理粗糙度剖面线数据集,选取表征节理剖面几何形态的8 种统计参数,构建袋装法、随机森林、极端随机树、自适应提升、极度梯度提升树、轻量级梯度提升机6 种代表性集成树模型;结合贝叶斯算法优化其超参数,并与5 种传统单一机器学习模型对比,系统分析6 种集成树在节理粗糙度预测中的适用性与性能差异。最后,通过沙普利可加性特征解释方法,揭示了集成树模型中各统计参数对节理粗糙度预测结果的影响程度。研究结果表明,集成树模型预测效果整体优于传统单一机器学习模型,尤其是极端随机树模型,其均方误差为0. 081 0,平均绝对误差为0. 066 6,决定系数高达0. 995 6,预测精度高,泛化能力强。本研究为岩石节理粗糙度确定提供方法依据和借鉴,推荐采用极端随机树算法预测节理粗糙度系数。

• 不同压实条件下排土场矿渣的水力特性研究

  王博,赵治海,古港,黄鑫,段旭,屈进

  排土场矿渣的水力特性是影响其边坡稳定性及工后沉降发展的关键因素,目前对矿渣材料在压实状态下的水力特性仍缺乏系统认知。以某露天矿排土场矿渣为研究对象,通过变水头渗透试验与压力板仪试验,测定了不同压实条件下矿渣的饱和渗透系数与土水特征曲线,并基于Childs & Collis-George 模型预测了其非饱和渗透系数。研究发现:随矿渣干密度增大,其孔隙结构趋于密实,导致饱和渗透系数显著降低;矿渣干密度自1. 50 g/ cm3 增至1. 90 g/ cm3 时,渗透系数下降99. 63%;同一基质吸力下,较高干密度试样具有更强的持水能力,其土水特征曲线可良好吻合Van Genuchten 模型,相关系数可达0. 996 以上。非饱和渗透系数随干密度增大而减小;干密度从1. 60 g/ cm3增至1. 80 g/ cm3 时,渗透系数由2. 0×10-4 cm/ s 降至7. 0×10-5 cm/ s;并随基质吸力升高呈幂函数式衰减;吸力从0. 01kPa 增至400 kPa 时,渗透系数降低3 个数量级。本研究从微观孔隙演变与宏观水力响应角度揭示了压实程度对矿渣水力特性的影响机制,建议在实际工程中通过控制压实质量以优化排土场渗流稳定性。研究成果可为排土场边坡设计与长期安全评估提供理论支撑与实践指导。

• 流—固耦合下节理倾角对岩体劣化敏感性评价

  李佩佩,肖国贤,马刚

  水和节理对边坡岩体力学性能和破坏模式具有显著影响。为深入揭示流—固耦合作用下节理倾角(β)对岩体劣化效应及其敏感性的影响规律,基于RFPA2D-Flow 数值软件,开展了不同节理倾角岩体的单轴压缩试验。研究表明,节理显著降低岩体峰值强度,但不同β 岩样变形阶段演化具有一致性。声发射(AE)演化过程(平静期、稳定发展期、急剧上升期、衰减期)可有效表征损伤演化。峰值强度和峰值应变与β 呈二次函数关系,弹性模量与AE 参数则与β 正相关,建立了β 与宏细观力学参数的定量模型。岩体参数的劣化敏感性以β≈30°为界呈现显著差异:当β<30°时,岩体的变形能力(峰值应变)劣化最为敏感;当β>30°时,其抵抗变形的能力(弹性模量)为最敏感的劣化指标。该规律为边坡稳定性控制提供了明确依据,缓倾角节理边坡(β<30°)应优先关注变形控制;陡倾角节理边坡(β>30°)则需重点防止刚度劣化与失稳。本研究不仅阐明了节理倾角对流—固耦合下岩体劣化的内在规律,更为边坡工程稳定性评价提供了精细化的敏感性判据。

• 矸石胶结充填体冲击耗能与损伤破坏特征试验研究

  刘云龙,苏松嵘,左朝宇,王玉娇,王新成,景刚刚,李向军,刘宗亮,陈将伟,冯小伍

  矸石胶结充填体作为矿山开采中控制围岩变形和缓冲动力灾害的关键材料,其动态力学特性对采场稳定性至关重要。为探究冲击荷载下矸石胶结充填体的力学特性和破坏特征,以矸石胶结充填体为研究对象,采用分离式霍普金森压杆试验系统(SHPB),开展了不同冲击气压下的单轴冲击试验。试验结果表明:矸石胶结充填体在不同冲击气压下的动态应力—应变曲线呈现显著的非线性特征,随着冲击气压的增大,矸石胶结充填体峰值应力显著增大,峰值点左移。随着冲击气压的增加,矸石胶结充填体入射能占比中反射能由78. 3%降至69%,吸收能由21. 6%上升至30. 5%,表明能量耗散能力随着冲击气压的增加而增强。冲击荷载对矸石胶结充填体的宏—微观变形破坏特征影响显著,随着冲击荷载的增加,矸石胶结充填体的损伤程度逐步加深,低冲击荷载时仅有少量碎屑掉落,中冲击荷载时内部裂纹开始发育和扩展,高冲击荷载下则表现为严重的破碎状态。

• 三轴卸荷路径下硬岩能量累积—释放规律与损伤阈值研究

  马健华,曹瑞峰,王留山,仇模伟,王彩峰

  研究岩石的卸荷力学特性与能量耗散规律对于了解围岩的损伤机制、准确判断围岩稳定性,以及对地下工程经济、可靠的支护具有重要的意义。为研究卸荷速率对花岗岩的卸荷力学性质与损伤特性的影响,开展了不同卸荷速率下的恒轴压卸围压试验。研究发现:在快速卸荷情况下,其力学性能加速劣化,从稳定破损发展阶段直接到破坏阶段;卸荷速率较小时,在卸荷过程中,应力不断调整,力学性能缓慢劣化,塑性逐渐增强。随着卸荷速率的减小,岩样在峰值点处积聚的弹性能逐渐增大,但弹性能占比不断减小;分别从能量耗散规律与声发射变化规律得出花岗岩的损伤变量,两者在卸荷条件下的变化规律高度吻合;在高卸荷速率下,试样在破裂前声发射振铃计数具有较强的突发性。研究成果对深埋隧道、矿山等地下工程的安全性设计与灾害防控具有重要科学价值与工程指导意义。

• 淋水巷道锚杆腐蚀行为与机理研究

  李冬冬,侯俊华,陈淼,岳远雷,徐光,李振环,刘子豪

  针对深部巷道受淋水作用锚杆易发生腐蚀劣化问题,设计开展锚杆流水浸泡加速腐蚀处理。对不同腐蚀时间的锚杆进行了拉伸试验,分析了锚杆腐蚀前后的力学特征和腐蚀机理,并通过数值模拟研究了锚杆腐蚀对于巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明,腐蚀过程中锚杆蚀坑逐渐相互贯通,由局部腐蚀转变为全面腐蚀;锚杆的质量损失率随腐蚀龄期增加逐渐增大,但腐蚀速率逐渐减缓;锚杆屈服荷载、破断荷载和延伸率等力学性能均随腐蚀龄期增加呈现下降趋势,且脆性显著增强;锚杆断裂形态由腐蚀前的拉伸主导变为拉伸—剪切混合模式。锚杆腐蚀还会加剧巷道围岩应力集中和变形,不利于巷道稳定。提出通过采用防腐蚀材料、增加支护强度及疏放水等措施,可有效缓解淋水对巷道围岩稳定性的不利影响。

• 新型钢四面体磨矿介质的结构优势与磨矿行为研究

  孙博远,许继龙,肖庆飞,王梦涛,金赛珍,郑超,田厚源,刘晓渤,冯韵

  为解决传统球形磨矿介质在矿物选择性解离中效果欠佳的问题,以应对贫细杂矿石资源高效分选对磨矿工艺提出的更高要求,本文选取钢球、钢四面体与陶瓷球三种介质,系统对比研究了其捕获性能、产品粒度分布及磨机作业指标。结果表明:钢四面体介质的平均捕获面积相较于钢球和陶瓷球提升了25. 08%~80. 38%;其磨矿产品在Rosin-Rammler 方程中的粒度特性参数b 值最高(2. 799 55),表明其粒度分布最集中、均匀性最佳;同时,它能将易选粒级(0. 15~0. 019 mm)产率提高至68. 36%,并在此前提下,使磨机-200 目利用系数、磨矿技术效率及磨矿效率分别达到0. 243 3 t/ (m3·h)、80. 01%和0. 006 0 t/ (kW·h),各项指标均显著优于对比介质。本研究证实,钢四面体介质在提升磨矿效率、优化产品粒度及降低能耗方面具备综合优势,为新型高效磨矿介质的开发与应用提供了重要的理论依据和工程参考。

• 四川筠连难选锐钛矿工艺矿物学与化学选矿流程设计

  赵红宇,李诗强,李万吉,李直,高强,赵静波,

  为探明四川筠连地区沉积型锐钛矿的矿物赋存规律及其对化学选矿的适应性,本研究以该区宣威组锐钛矿石为对象,开展了系统的工艺矿物学研究。结果表明,矿石中TiO2 含量为6. 62%,其中83. 37%赋存于锐钛矿中。X 射线衍射(XRD)与扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析揭示,锐钛矿主要呈自形至半自形的板状与柱状晶体,粒度细微,常以独立粒状、嵌布或包裹形式分布于高岭石(47. 8%)、伊利石(10. 3%)等黏土脉石中,导致矿物间嵌布关系复杂、单体解离困难。基于上述矿物学特征,本研究设计并提出了以“预处理—两段酸浸—分步沉淀”为核心的多金属梯级回收工艺,旨在实现钛、铁、铝等元素的协同分离与高值化利用。本研究可为同类沉积型难选钛矿的资源评价与绿色高效开发提供重要的理论依据与技术支撑。

• 某难选含硫铁矿磁-浮-磁分选工艺研究

  段语嫣,宋水祥,肖舜元,刘佳燕,冯程,

  为高效开发利用辽宁某难选含硫铁矿石,实现铁、硫资源的综合回收,本研究通过系统的工艺矿物学研究,明确了该矿石中铁矿物(以磁铁矿为主)与硫矿物(以磁黄铁矿和黄铁矿为主)紧密共生的特性及其对分选的不利影响。基于此,研究提出了“磁选-浮选-磁选”的联合分选新工艺。通过详细的条件试验,确定了以异丙基黄药为捕收剂、草酸与硫酸铜组合为活化剂的浮选药剂制度。全流程试验表明:最终可获得产率为30. 12%、铁品位高达67. 20%、硫含量降至0. 36%的合格铁精矿,同时综合回收了产率为3. 75%、硫品位为32. 30%的硫精矿。该工艺成功实现了铁与硫的高效分离与综合回收,为解决同类难选含硫铁矿资源的利用难题提供了可靠的技术方案。

• 采用组合捕收剂CJ-1 强化江西某铁钴矿中钴的浮选回收与综合利用

  李凡顺,况二龙,朱俊,赵劲,龚子涵,谭秀民,吕良,褚浩然

  针对江西新余某铁钴矿中钴品位低、嵌布粒度细、回收难度大的问题,本研究开展了系统的选矿综合利用试验。通过工艺矿物学分析,明确了钴主要赋存于硫化物中,据此提出了“先浮选回收硫钴、后磁选回收铁”的原则流程。通过系统的条件试验,确定了最佳工艺参数:磨矿细度为-0. 074 mm 占65%;采用碳酸钠(500 g/ t)作抑制剂、硫酸铜(50 g/ t)作活化剂,以及新型三元巯基组合捕收剂CJ-1(150 g/ t)。结果表明,CJ-1 相较于传统丁基黄药能同时提高硫、钴精矿的品位与回收率。闭路试验最终获得两种合格产品:硫钴精矿的硫、钴品位分别为37. 44%和0. 32%,回收率分别为95. 54%和60. 35%;磁铁精矿的全铁和磁性铁品位分别为60. 50%和56. 47%,回收率分别为66. 28%和96. 42%。本研究为该类低品位铁钴矿资源的综合利用提供了可行的技术方案。

• 内蒙古某高银锡铜锌共生矿中银铜锌回收试验研究

  杨凯志,牛耀辉,王成行,汪正果,李玉安,程平轩,崔惠平

  针对内蒙古某高银锡铜锌共生矿(Sn 0. 86%、Ag 125. 5 g/ t、Cu 0. 32%、Zn 1. 14%)现场分选工艺存在银、铜回收率偏低的问题,开展了选矿工艺技术优化试验。在原矿粗磨(-0. 074 mm 占55%)保锡的前提下,提出“银铜快浮—硫化矿混浮—银铜与锌硫分离—锌硫分离”新工艺,实现了银、铜、锌的高效回收。闭路试验获得综合银铜精矿Cu 品位9. 62%、Ag 品位4 104. 99 g/ t,Cu 回收率82. 94%、Ag 回收率90. 29%;锌精矿Zn 品位42. 85%、Ag 品位316. 80g/ t,Zn 回收率69. 94%、Ag 回收率4. 70%。研究结果表明,该工艺在保证锡回收的同时,显著提高了银铜回收率,为该资源的综合利用提供了技术依据。

• 新疆某难选硅孔雀石矿浸出-置换工艺研究

  苗梁,弥晓红,罗刚,杨慧杰,侯凯

  为高效开发新疆某典型难选硅孔雀石矿资源,本研究在评估硫化浮选效果不佳的基础上,确定了浸出—置换—沉淀的适宜工艺路线。研究系统考察了给矿粒度、酸浓度、酸矿比、浸出周期与温度等关键参数对铜浸出率的影响,并优化了浸出液的置换条件。结果表明,在室温条件下,最佳柱浸参数为:给矿粒度30~ 3 mm、硫酸浓度10%、酸矿比100 kg/ t、浸出周期40 d,此时铜浸出率达85. 61%。针对新疆地区气候特点,模拟夏季地表高温环境的试验表明,浸出周期可缩短至20 d。对于所得浸出液,在铁屑用量为理论值2. 0 倍、置换6 h 的条件下,作业置换率超过96%,可获得品位高于95%的海绵铜,且置换余液中Cu2+浓度降至0. 048 g/ L,证实了铜的高效回收。本研究为该类难选氧化铜矿的资源化利用提供了可靠的技术依据。

• BPMA导向的某高硫铝土矿浮选脱硫工艺研究

  李红妍,唐云,王在谦,邓政斌,方添添,秦浪,钱万拾,石韬炜

  为实现贵州某高硫铝土矿的高效利用,本研究采用基于扫描电子显微镜(SEM)与能谱仪(EDS)的工艺矿物学自动分析系统(BPMA),对Al2O3 品位为56. 16%、硫含量达4. 58%的矿石进行了系统的工艺矿物学研究。研究精确揭示了铝、硫元素的赋存状态与主要矿物的嵌布特征,并以此为指导进行浮选脱硫试验。通过条件优化,确定了最佳工艺参数:磨矿细度-75 μm 占85%、矿浆pH=6、以CuSO4 为活化剂(50 g/ t)、组合捕收剂丁基黄药+丁铵黑药(30+120 g/ t)。最终,采用1 粗2 精3 扫闭路浮选流程处理,成功获得了产率为82. 85%、Al2O3 品位为65. 05%、硫含量降至0. 48%、铝硅比(A/ S)为12. 19 的优质铝精矿,其中Al2O3 回收率达95. 96%、脱硫率为91. 29%。研究表明,BPMA 技术能为浮选工艺开发提供关键的矿物学依据,本研究为此类高硫铝土矿的高效分选与资源化利用提供了可靠的技术方案和实践借鉴。

• 不同空气间隔长度对炮孔底部岩石损伤影响研究

  王静,顾云,李飞,刘迪,孙飞,刘勤杰,李洪伟,刘涛,管月强

  为研究不同空气间隔对炮孔底部岩石损伤的影响,采用钢制模具浇筑了尺寸为ϕ400 mm×400 mm 的圆柱体混凝土模型,并通过设置不同底部空气间隔长度开展了爆破模拟试验。利用非金属超声检测仪测量爆破前后模型的纵波波速,以反映其完整性与内部损伤程度;同时,借助超动态应变仪测试爆破过程中的应变变化。此外,运用ANSYS/ LS-DYNA 有限元软件对不同空气间隔长度装药结构下的炮孔底部岩石损伤进行了数值模拟分析,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:炮孔中的空气间隔在爆炸冲击波传播过程中起到缓冲作用,能有效减轻炮孔底部岩石损伤,实现对下层岩体的保护。然而,过长的空气间隔会降低爆破能量利用率,影响破碎效果。综合试验与模拟分析,当空气间隔长度设置为20 mm 时,可在有效控制底部损伤的同时,保证良好的爆破效率。

• 液氧/ 液氮储能筒反应输出载荷特性研究

  张娟,李运潮,向拓宇,谢全民,姜楠,丁建

  为研究液氧/ 液氮储能筒反应产生的压力载荷特性,基于液氧/ 液氮储能筒开展了其反应输出作用过程试验和空气冲击波测试试验。根据试验结果,可将作用过程分为低速燃烧阶段、爆燃—相变阶段和持续—衰减阶段;一定范围内,空气冲击波超压峰值和正压时间均随充液量的增加而增大,即空气冲击波能量随充液量的增加而增大。结合理论计算和数值模拟等方法,将液氧/ 液氮储能筒的燃烧—相变冲击波实测数据与球状、条状TNT 炸药爆炸产生的冲击波进行对比分析,重点研究了能量释放速度、空气冲击波超压峰值及正压持时等载荷特征参数。结果表明:与采用超压判据等效反推的条形TNT 装药相比,相同距离(2 m 或3 m)下条形TNT 装药产生的冲击波超压峰值比对应当量的储能筒大34. 9%~80. 8%,且冲击波正压持时比储能筒小7. 9%~25. 8%。液氧/ 液氮储能筒反应产生的冲击波具有“低峰值、高能量”的特性,与TNT 炸药爆炸相比,相同距离下其冲击波超压峰值较小,正压持续时间较长,能量衰减较慢;储能筒的释能速率和做功过程与TNT 炸药有本质区别。研究结果可为液氧/ 液氮储能筒的基础研究及工程应用提供重要参考。

• 基于AEA-XGBoost 模型的爆破块度预测

  王晓雷,兰超,李群,闫顺玺,杜潇潇,

  爆破块度是影响露天矿山生产效率和成本控制的重要因素,准确预测块度对于优化爆破参数设计具有重要意义。为此,提出了一种基于阿尔法进化算法(AEA)优化的XGBoost 混合集成模型。该模型通过97 组爆破样本数据,利用AEA 优化XGBoost 模型的超参数,并结合交叉验证评估其性能。研究结果表明,AEA-XGBoost 模型在预测精度、稳定性和泛化能力方面表现优异。模型的决定系数最高为0. 921 4,方差解释率为92. 75%,均方根误差为0. 045,显著优于传统的人工神经网络、K 近邻算法、梯度提升决策树、LightGBM 及AEA 优化的随机森林模型,表现出更强的鲁棒性和防过拟合能力。为进一步提高模型的可解释性,采用Shapley 加性解释算法进行分析,揭示了弹性模量、堵塞长度与抵抗线比值以及原岩块度是影响爆破块度预测的关键特征。最后,基于8 个实际爆破工程案例,验证了AEA-XGBoost 模型的应用效果,预测值与实测值高度一致,证明了该模型在复杂地质条件和实际爆破环境中的可行性和有效性。

• 基于Transformer 的深部矿山微震信号自动分类技术研究

  骆贞江,雷入,马少维,谭丽龙,于德宁,贺艳军,彭平安

  针对深井矿山微震监测中人工判别效率低下、传统机器学习方法对复杂非平稳信号分类精度不足的问题,提出一种基于Transformer 架构的微震信号自动分类模型。基于真实矿山数据构建了包含微震事件、爆破振动及噪声3 类信号的标注数据集。通过提取信号时频特征并结合Transformer 的自注意力机制,该模型有效捕捉了波形中的长程依赖关系与全局特征,显著提升了分类精度,同时增强了对波形混淆现象的辨识能力,展现出良好的泛化性与工程适用性。试验结果表明:模型在测试集上达到96. 3%的整体分类准确率,微震事件与爆破信号的识别率均超过97%;在多项性能指标上均显著优于SVM、KNN、CNN-BiLSTM 及VGG16 等对比模型。本模型通过有效解决波形混淆问题,为矿山微震监测系统的智能化升级与地压灾害实时精准预警提供了技术支撑。

• PDC 钻头钻进参数与振动信号特征参数之间的相关性研究

  徐晓莹,常远,任富强

  钻进参数直接影响振动特征、钻进效率及破岩能耗。开展了3 种强度岩石(青砂岩84. 47 MPa、石灰岩77. 60 MPa、红砂岩43. 73 MPa)在不同轴压(100~140 N)和转速(800~1 100 r/ min)下的钻进试验,分析了钻进深度、速度、能耗及振动信号特征。结果表明:钻进速度与轴压和转速呈正相关,对于中等强度岩石(青砂岩、石灰岩),增大转速有助于提高钻进速率;对于软弱岩石(红砂岩),调整轴压对于钻进效率的提升更显著。破岩能耗与钻进深度近似呈线性正相关趋势,能耗最低的参数可以通过优化轴压和转速得到。此外,振动位移和振动频率与岩石强度呈正相关,不同岩石的振动位移范围和特征峰值频率具一定差异,可以通过岩石振动的特征频率来辨别岩石的性质,以此来优化钻进参数配置。因此,合理选择钻进参数可以提高钻进效率,降低能耗,同时为不同岩石的钻进提供优化方案。

• 基于尾矿砂力水热耦合特性的季冻区尾矿坝稳定性分析方法

  王伟明,朱国燕,杨鹰,孟庆胤,张小东,赵炼恒

  季冻区尾矿坝堆积过程中受外界温度影响易在库内形成季节性冻土层,显著影响了尾矿坝渗流特性及稳定状态。为研究库内冻土赋存和消融过程对尾矿坝稳定性的影响,以我国东北地区某尾矿库为例,采用钻探、井温测试、室内三轴剪切试验等方法查明了库区内部的初始温度分布及尾矿土样力学参数变化规律,并基于尾矿砂力水热耦合特性,提出了一种适用于高寒季冻区尾矿坝稳定性的分析方法。研究结果表明:尾矿土样的黏聚力、内摩擦角和含水率具有较为明显的负相关关系;冻土消融作用容易诱发尾矿坝失稳破坏,整个融化期间,坝体安全系数降幅约11. 8%。此外,外界温度对尾矿坝的影响主要发生在坝体中上层,随着深度增加坝体内温度变化幅度减小;当遇到极端天气,库区可能存在多层冻土层现象,易导致尾矿库浸润线抬升,从而降低坝体稳定性。通过采取破冰作业破坏冻土完整性,可加快冻土消融速率以确保坝体稳定。研究成果可为寒区尾矿库内冻土演化及其对坝体稳定性的影响分析提供理论依据,也可对其他类似工程研究提供参考。

• 采煤沉陷区生态阈值响应机制及生态修复区识别

  李科心,曹新款,代卿亚,刘虎,朱伟,韩永斌,田迎斌,陈海恩

  采煤沉陷导致的地表变形、积水扩张与植被退化已成为制约矿区生态安全与可持续发展的关键问题。现有研究多聚焦单一环境要素变化,缺乏对沉陷—水文—生态系统非线性耦合机制的系统解析。以淮南矿区为典型案例,构建融合多源遥感数据与机器学习模型(XGBoost-SHAP)的分析框架,系统开展了地表沉陷演化、积水区动态监测、土地利用变化及生态响应阈值识别。研究揭示:沉陷格局呈阶段性转变,由2000—2015 年广域连续沉降转为2015—2020 年分散沉陷与局部抬升并存;积水—沉陷空间耦合强度显著增强,积水区面积20 a 扩张37. 6%;生态系统对环境因子存在显著阈值响应,NDVI 对坡度(1. 37°)、温度(16. 8 ℃)等因子表现出明显的非线性阈值效应。本研究创新性地实现了矿区“沉陷—积水—植被”三要素的系统集成分析,为采煤沉陷区生态修复分区、风险预警及可持续治理提供了科学依据。

• 基于WGAN-GP-Transformer 的地表沉陷SHAP可解释预测模型#br#

  刘超,夏大平

  为实现地表沉陷的精准预测,以及对预测结果进行深度解释来指导实际工程,提出了基于改进生成对抗网络(WGAN-GP)与Transformer 的地表沉陷SHAP 可解释模型。利用该模型对地表下沉量、影响角正切和拐点偏移距进行预测,从而将预测参数结合概率积分法来建立地表沉陷公式。首先,利用Wasserstein 距离、梯度惩罚策略对传统生成对抗网络进行改进,以增强地表沉陷数据,丰富训练集。然后,采用基于多头自注意力机制的Transformer 架构对增强数据进行深度学习,并通过贝叶斯优化寻优超参数。最后,基于SHAP 法对预测过程与结果进行全面剖析解释,以揭示不同特征对预测参数的影响规律。结果表明:WGAN-GP-Transformer 对下沉量、影响角正切与拐点偏移距在测试集上表现出优异的预测能力,表明模型能有效捕捉预测地表沉陷的复杂非线性特征,以及可有效应对数据稀缺的场景。揭示了影响3 个预测参数的特征贡献强度与作用方向存在显著差异;松散层厚度对预测下沉量影响最大,采深对预测影响角正切和拐点偏移距的影响最大。模型在鲁西南某矿3301 工作面的实际应用表明,其预测沉陷曲线与实际情况高度吻合,验证了其在实际工程中的可靠性与泛化性能。

• 基于YOLO-MSD 的矿井烟雾检测模型

  贾时东,王静宇,任国印,任鹏举

  针对矿井烟雾检测存在粉尘、金属反光、光照不均、目标尺度不一致等复杂情况,导致检测速度慢、精度不高的问题,提出一种改进YOLOv8n 的矿井烟雾检测模型YOLO-MSD。首先,在主干网络中引入RepVGGBlock 以提升复杂干扰下的检测表现。其次,设计了共享卷积金字塔(FPSC)替代SPPF,有效提升多尺度特征感知能力并降低计算量。最后,采用BiFPN 的加权融合思想改进多分枝辅助特征金字塔网络(MAFPN)作为网络结构,通过设计浅层辅助加权融合(SAWF)和深层辅助加权融合(AAWF)模块,在提升小目标烟雾检测精度的同时有效减少参数量。试验结果表明,YOLO-MSD 在保持255 帧/ s 推理速度的同时,达到91. 7%的AP50 与74. 5%的AP50-95,较YOLOv8n 分别提升4. 0 和6. 1 个百分点,在复杂的矿井环境下仍能保持稳定的烟雾检测性能。

• “ U” 型沟谷的山谷型尾矿库漫顶溃坝浆体流动规律研究

  王金宝,王睿齐,刘雨婷,傅灿,王惠民,罗玉龙

  山谷型尾矿库洪水漫顶溃坝浆体的流动规律受沟谷地形影响显著,目前研究多侧重于“V”型沟谷,而对“U”型沟谷研究较少。为探讨“U”型沟谷的山谷型尾矿库漫顶溃坝浆体流动规律,依托某实际工程建立了精细化的三维溃坝有限元模型,研究了溃口位置、溃口大小对溃坝浆体流动规律的影响。研究表明:“U”型沟谷条件下溃坝浆体下泄过程可分为启动、流通与流动渐止3 个阶段,相较于“V”型沟谷,浆体横向扩展能力显著增强,淹没范围呈扇形趋势展开;“U”型沟谷尾矿库溃口大小一定时,溃口位于河床位置,浆体下泄动能更大,是溃坝最不利工况;溃口位置一定时,随着溃口宽度增大,对下游造成的影响有明显增大趋势。研究成果为类似尾矿库的风险防控与应急预案编制提供了理论参考。

• 基于数字孪生技术的尾矿库实时分析系统构建与探究

  魏杰,付搏涛,苏贺涛,褚衍玉,王虎,张红,胡军

  为进一步提升尾矿库安全管理和监测预警效率,针对传统尾矿库管理方法的不足,提出了一种基于数字孪生技术的尾矿库实时分析系统。首先阐述了数字孪生技术的基本原理及其在尾矿库安全管理中的应用,并深入探讨了系统的架构设计及关键技术的实现;以某大型金属矿山的尾矿库工程为实施案例,验证了系统在实时监测、风险预警和决策支持方面的有效性。实践结果表明,该系统能够显著提高尾矿库的管理水平,提前预测尾矿库的失稳风险,为应急响应争取宝贵时间。基于数字孪生的实时分析系统为矿业安全提供了新的技术支持,为矿山企业和地方政府提供更加高效、可靠的安全管理解决方案。

• 改性羟基磷灰石对矿井水中氟的去除性能研究

  田红云,罗盼,刘晓程,胡雪仪,曾煜卿,黄永炳

  针对我国西北煤炭开采区矿井水氟污染严重、传统处理方法成本高且易产生二次污染等问题,研究采用水热合成法制备纳米羟基磷灰石(nHAP),并通过Al3+掺杂改性(nAl / nCa+Al =3%)开发了Al-nHAP 吸附材料,系统评价其对模拟矿井水中氟的去除性能与作用机制。优化后的nHAP 合成条件为反应温度120 ℃、时间12 h、Ca 与P 摩尔比1. 67,该条件下nHAP 对初始氟浓度10 mg/ L 溶液的最大吸附容量为3. 57 mg/ g。Al3+ 改性后,材料晶体沿特定晶面择优生长(XRD),表面羟基被部分取代且磷酸根配位增强(FTIR),孔结构仍保持介孔特征(BET),共同促使AlnHAP在相同吸附条件下对氟的去除率提升至91. 48%,吸附容量达4. 96 mg/ g,较未改性nHAP 提高约39%。吸附行为更符合准二级动力学模型(R2 =0. 998 3)与Langmuir 等温模型(25 ℃下饱和吸附量为16. 61 mg/ g),表明该过程以化学吸附与单分子层吸附为主。抗干扰试验表明,Al-nHAP 对Cl- 、NO-3 、SO2-4 等常见阴离子具有良好的耐受性,但CO2-3 与PO3-4 会因竞争吸附导致除氟率下降约30%。本研究为高氟矿井水治理提供了一种高效、具环境适应性的吸附材料,具有一定应用潜力。

• 石灰-SRB 联合修复铅镍污染建设用地的效果与多维度评价

  陈晓辉,傅开彬,查威,郭帅,周倩,李贺,胡志波,

  为科学评价云南某建设用地铅镍复合污染土壤的固化修复效果,本研究通过室内固化试验、化学分析及体内(in vivo)试验,探讨了石灰、硫酸盐还原菌(SRB)及其联合修复技术的作用效能,并综合运用有效态含量、相对生物有效性(RBA)及非致癌风险商(HQ)进行效果评价。结果表明:采用11%的石灰修复30 d 后,低、中、高三种污染程度土壤中铅和镍的生物有效性降低率分别为91%与90%、86%与87%、81%与79%。在此基础上,对中、高污染土壤接种10%(体积比)SRB 菌液继续修复30 d,铅镍的降低率分别进一步提升至93. 57%与92. 34%、89. 77%与89. 79%。体内试验显示,相较于原始高污染土壤(RBAPb:64. 82%,RBANi:67. 47%),经石灰修复后铅镍RBA 降至32. 72%与37. 63%,而石灰+SRB 联合修复后可进一步降至21. 44%与25. 84%。非致癌风险评价表明,联合修复后土壤中铅对成人和儿童的风险商(HQCS)分别为0. 77 和0. 86(可接受水平),而镍的HQCS 分别为0. 95(成人)和1. 07(儿童),表明其对儿童群体仍存在不可接受的健康风险。本研究证实,石灰与SRB 联合修复技术能有效钝化土壤铅镍并降低其生物有效性,但修复后镍对儿童的潜在健康风险需引起重视。综合生物有效性与健康风险的评价体系,可为建设用地污染土壤修复效果提供更科学的评判依据。

• 基于SBAS-InSAR 与PSO-LSTM 的露天矿地表形变预测方法#br#

  郑俊析,杨飞,王浩宇,杨志勇,李军,胡桂林,

  对露天矿地表形变的特征和趋势进行分析和预测,是保障矿山绿色安全生产的重要环节。面向特大型露天矿,以新疆将军戈壁二号露天矿为例,基于SBAS-InSAR 方法和粒子群优化算法的长短期记忆网络(PSO-LSTM)模型,提出了一种露天矿地表形变分析与预测方法。该方法首先通过SBAS-InSAR 方法计算了该矿地表形变,在此基础上针对当前水准测量、GNSS 等形变监测方式在特大型露天矿存在的效率较低、空间覆盖范围有限等问题,采用粒子群优化算法(Genetic Algorithm Optimization,PSO) 优化长短期记忆模型(Long Short-term Memory,LSTM),构建了PSO-LSTM 模型进行形变预测。研究表明:① 矿区整体平均形变速率为-2. 832 mm/ a,整体呈下沉趋势,其中内排土场地表形变速率明显高于其他区域;空间上,内排土场、东排土场分布较为均匀;时间上,东排土场和北排土场形变速率较低,速率大小较为恒定。② 通过剖面线可以发现,北排土场空间形变分布呈现非均匀性,东排土场则表现出相对均衡的形变特征。采用均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)和决定系数(R2)作为预测精度的评价指标。结果显示:相对于支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR)和LSTM 模型,PSO-LSTM 模型的RMSE 和MAE 至少降低了16%和30%,PSO-LSTM 模型稳定性更好、偏差更小,反映出该模型能够有效捕捉采区地表形变的波动趋势,并且具有一定的稳定性。研究成果为露天矿地表形变分析与预警提供了新思路,对于特大型露天矿地表形变监测与预测有一定的参考意义。

• 基于无人机倾斜摄影的采空塌陷区识别方法

  张雷雨,朱进军,刘小丽

  针对传统人工解译方法在采空塌陷区识别过程中存在效率低下和主观性强的问题,结合无人机倾斜摄影技术与深度学习算法,提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的采空塌陷区识别方法。该方法首先采用DJI Phantom4 RTK 无人机在某矿采空塌陷区进行倾斜摄影测量,获取高分辨率的影像数据和三维点云数据;其次,利用ContextMapper 三维重建软件对获取的数据进行处理,生成测区DOM(Digital Orthophoto Map)影像(分辨率2 cm)和DSM(Digital Surface Model)数据(分辨率5 cm);最后,结合形态学特征和光谱特征,构建了基于深度学习的塌陷区识别模型,以实现高效、准确的塌陷区自动识别。试验结果表明:所提方法在采空塌陷区识别中的总体精度达到94. 3%,Kappa系数为0. 91,显著优于传统人工解译方法。此外,所提方法的工作效率优于人工解译方法,显著降低了人为主观因素对识别结果的影响。在50 个验证样本中,所提方法成功识别出47 个塌陷区,仅漏判2 个,误判1 个,显示出该方法具有较高的可靠性,为地质灾害快速识别和动态监测提供了新的技术路径,具有较好的应用价值。

• 基于铁尾矿的低碳混凝土:资源化路径、性能调控与环境影响综述

  严金阳,冯博,刘军华,李志强,陈钰

  钢铁工业固废铁尾矿(IOT)的大宗资源化利用对于混凝土行业的可持续发展至关重要。本文系统综述了IOT 作为混凝土原材料(细骨料与胶凝材料)的综合应用潜力、性能影响机理及环境效益。分析表明,IOT 的物理性质符合建筑用砂标准,其不规则的颗粒形貌有助于增强界面机械咬合;化学组成以SiO2(27. 65% ~76. 83%)和Fe2O3(2. 89%~46. 11%)为主,经Si-Ca-(Al+Fe)三元图分析,大部分样品具备替代水泥的潜力。作为细骨料,IOT 在20%~40%的替代率下可优化超高性能混凝土(UHPC)、喷射混凝土等体系的性能;作为胶凝材料,需通过机械或化学耦合活化提升其火山灰活性,活化后强度活性指数可达72. 7%以上,满足辅助胶凝材料要求。生命周期评估证实,IOT 的应用可降低混凝土15%~40%的碳排放与29%的资源消耗;同时,其在致密水泥基体中的重金属浸出浓度远低于国家标准限值,环境风险可控。本综述为IOT 在低碳混凝土中的规模化应用提供了系统的理论与技术依据。

• 煅烧改性电石渣制备超硫酸盐水泥的性能与机理研究

  赵玉琪,曹洋,吕蒙,刘少迁,胡振涛,陆占国,赵昀奇

  为降低超硫酸盐水泥因使用硅酸盐水泥作为碱性激发剂带来的成本与环境负担,本研究利用强碱性固体废弃物电石渣(主要成分为Ca(OH)2)及其经520 ℃煅烧的改性产物,完全替代硅酸盐水泥制备超硫酸盐水泥。系统研究了硅酸盐水泥、原始电石渣及改性电石渣三种激发剂对水泥流动性、凝结时间、抗压强度及水化产物的影响。结果表明:原始电石渣因粒径较粗可使砂浆流动度提高6. 42%,但其低反应活性显著延缓凝结;改性电石渣因比表面积增大和形成高活性CaO,能有效缩短凝结时间。尽管改性电石渣体系7 d 抗压强度(11. 73 MPa)仍低于硅酸盐水泥体系(15. 96 MPa),但其28 d 抗压强度可达42. 81 MPa,与后者(43. 58 MPa)相当,满足42. 5 级水泥国家标准要求。XRD 与FTIR 分析表明,所有体系水化产物均以钙矾石和C-S-H 凝胶为主,电石渣在长龄期更促进钙矾石生成。本研究证明,改性电石渣可作为有效的碱性激发剂,实现超硫酸盐水泥长期力学性能的等效低碳化制备。

• 固废基胶凝材料稳定黄金尾矿的路用性能与机理研究

  徐庆超,孙建秀,蔺伟,万利,陈政,徐润,吴建东,岳红亚

  为实现黄金尾矿的大宗化消纳并寻求筑路材料的绿色替代,本研究利用赤泥、脱硫石膏、粉煤灰等大宗固废制备固废基胶凝材料,用以稳定黄金尾矿作为道路底基层混合料。通过室内试验系统评价了混合料的击实特性、无侧限抗压强度、劈裂强度、弯拉强度、抗压回弹模量及干缩性能,并与传统水泥稳定混合料进行对比,结合XRD等微观测试揭示了其性能形成机理。结果表明:固废基胶凝材料稳定黄金尾矿混合料的最大干密度为1. 968~1. 978g/ cm3,最佳含水量为11. 62%~13. 10%;其早期力学性能优异,6%掺量下7 d 无侧限抗压强度即可满足各等级公路底基层强度要求;混合料干缩性能稳定,其干缩系数(174. 8~196. 2 με/ %)与水泥稳定碎石相当,且因水化产物中钙矾石的微膨胀作用及粉煤灰的形态效应而具备更优的抗裂性。现场试验与长期观测证实,该底基层结构完整,无松散开裂,路用性能良好。本研究为黄金尾矿的全量化资源利用提供了可靠的技术路径。

• 可溶磷在α-半水石膏制备及水化过程中的影响

  张晓翔,刘冬梅,鲍浩,陈柳灼,覃意

  研究旨在阐明可溶磷杂质对磷石膏高值化关键产品———α-半水石膏的制备、水化及性能的影响机制。采用全过程模拟策略,通过在天然石膏中掺加不同含量(0、0. 1%、0. 3%、0. 6%)的KH2PO4 模拟可溶磷杂质,系统研究了其在蒸压法制备及水化全过程中的作用规律。结果表明:可溶磷杂质显著改变了α-半水石膏的晶体习性,使其形貌从规则的六棱柱状演变为短柱状乃至不规则棒状和颗粒状,并引起晶粒细化。同时,杂质显著加速了水化进程,在含量为0. 3%时促凝效果最为显著,其初、终凝时间最短(分别为3 min 和5 min),水化放热峰也最早出现。然而,这种加速效应导致水化产物二水石膏的晶体形貌劣化,由致密粗棒状转变为疏松多孔的细棒状、片状及不规则块状,晶体间搭接作用减弱。最终,宏观力学性能随之恶化,绝干抗压强度持续下降,2 h 抗折强度亦在低含量微增后显著降低。综上所述,为实现α-半水石膏的高性能化(强度等级达α40 以上),必须将磷石膏中可溶磷杂质含量严格控制在0. 1%以内。本研究为磷石膏的高值化利用提供了关键的理论依据。

• 绿色型注浆修复材料配比设计及工作性能研究

  熊佳佳,谢俊昊,邹剑,陈英豪,罗正东

  为研发针对诸如矿山、隧道等复杂地质环境中的既有衬砌结构裂缝的高效注浆修复材料,同时实现固废利用,拟采用矿渣、粉煤灰等为前驱体,水玻璃、氢氧化钠为碱激发剂,制备固废基修复剂。基于正交试验设计,对碱激发剂模数、前驱体比例、水胶比和碱激发剂掺量变化下,修复浆体工作性能、力学性能的响应规律展开研究,并依据修复作业要求推荐材料的理想配比。结果表明:前驱体比例对修复浆体除流动性外的各项性能指标影响最为显著,提高前驱体中矿渣含量能显著缩短浆体凝结时间并增大其28 d 的抗压强度;水胶比对浆体流动度的调控作用较其余三因素更为突出,此外适当增大碱激发剂掺量亦可有效提高流动度。推荐裂缝修复材料的最佳配比方案:碱激发剂模数取1. 2 或1. 4,粉煤灰与矿渣比取7∶3,水胶比取0. 5,碱激发剂掺量取40%。研究结果为绿色修复材料在矿山、隧道等基础设施中的应用,尤其是混凝土衬砌结构修复场景提供了理论依据。