2023年第1期目录
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    智能矿山
  • 顾清华,王培培,李学现,姜秉佼
    摘要:
    针对矿用卡车发动机小样本故障数据导致诊断精度不足的问题,提出了一种基于改进的麻雀搜索算法优化基于凸半径边缘的SVM 模型(F-SVM)的矿用卡车发动机智能故障诊断方法。首先,针对麻雀搜索算法中全局搜索能力不足的问题引入链式搜索策略。其次,遵循位置最优原则,对加入者位置更新进行改进,以提高其收 敛性能。最后,使用改进后的麻雀算法对 F-SVM 的核参数犵和惩罚因子犆 进行寻优,进而构建矿用卡车发动机故障诊断模型。实验结果表明,本文 CSSA-F-SVM 模型方法的预测准确度更高,分别较传统SVM 和 F-SVM 模型提高了21.5%和4.1%。该模型能够较好地实现矿用卡车发动机常见故障的诊断,适用于小样本数据的故障预测,可为矿山机械设备的智能故障诊断提供参考。
  • 朱铭,吕潇,张元生,李佳梦,刘鹏,孙昊
    摘要:
    铲运机是集铲土、运土功能一体化的铰接式车辆,常用于井下物料运输。跟踪控制是实现该类设备自动驾驶的核心技术之一。针对该种车辆特有的惯性大、响应慢、约束条件多、行驶易蛇形摆动等问题,提出了适用于铰接车路径跟踪的模型预测控制算法。引入铰接式车辆运动学模型预测未来车辆行驶状态,以路径跟踪的横向偏差、纵向偏差、航向角偏差、铰接角偏差最小化为目标函数,结合实际车辆的转向、加减速度、车速约束求解车速、转角速度最优控制序列。使用Matlab/MapleSim软件进行仿真试验,结果表明:使用该控制器可以实现y向偏差小于0.06 m,航向角偏差小于0.3°,最大铰接角控制偏差小于0.8°的控制精度。于三山岛金矿-645中段进行实车试验,实现从主巷道至溜进口的自动驾驶,具有实际工业应用前景与参考价值。
  • 简锡明,陈耀煌
    2023,75(1):15-19 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    塞尔维亚波尔市Veliki Krivelj 矿(简称VK矿)是塞尔维亚境内规模最大的露天铜矿山,经历了43年的开采历史,矿山采用多台阶陡帮开采工艺,设备大型化作业。矿山开采过程中采剥设备与运输设备信息传输不及时,生产过程中迟滞现象明显,为了提升生产效率,降低生产成本,VK矿引进了智能卡车调度系统。论述了智能卡车调度系统的原理和主要功能,分析了智能卡车调度系统在VK矿的应用情况、存在的问题和进一步提升的空间,表明智能卡车调度系统是采用计算机技术、无线通讯技术与GPS技术等相结合,实现采剥设备与运输设备的实时定位、实时调度、智能调度,同时包含了车辆防碰撞预警、自动报表等功能。智能卡车调度系统在VK矿运用过程中,存在着运行轨迹丢失、报表准确性不足等问题,可以通过进一步增强信号措施进行解决。同时,智能卡车调度系统还可进一步提升智能配矿系统、高精度挖机系统与高精度钻机系统等功能。智能卡车调度系统投入使用后,VK矿设备出勤率提升了6.8%,显著地提升了作业效率,降低了油耗,节省了成本。智能化是当前世界采矿的前沿与趋势,作为塞尔维亚境内第一家引进、采用智能卡车调度系统的露天矿山,VK矿在智能化卡车调度、设备大型化作业等方面打造了行业的标杆,还将打造国家“一带一路”倡议与欧洲国家智慧数字矿山合作的典范。
  • 采矿工程
  • 张秀华,周宗红,丁文俊,刘永文,鄢 波
    2023,75(1):20-25 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    长安金矿露天转入地下开采,采用无底柱分段崩落法,出现覆盖层形成困难的问题,且现场矿岩物理力学性质相似,较难区分,使得矿石损失贫化不易控制。为此,设计3种试验方案对3个分段在不同出矿量、不同贫化率条件下展开室内放矿试验研究,优选放矿方案并提出了量化控制方法。试验结果表明:方案1视在回收率和回贫差均高于方案2;其留下的矿石垫层厚度最大,且废石混入率、矿石贫化率均比方案2和方案3低,综合分析方案1为最优方案。首采分段出矿控制有利于保持矿岩界面均匀下降,能够有效缓解覆盖层厚度不足的问题。分析方案1第二分段可知,放出矿量控制在65%~70%时,可以有效地降低矿石贫化率;结合矿石当次品位和当次贫化率随放出矿量的变化关系式,提出了对放出矿量进行相应的量化控制从而有效地降低矿石损失贫化的方法。试验结果在长安金矿1 518、1 509、1 500 m等分段得到实践应用,效果良好,对类似矿山有一定的参考意义。
  • 王春林,闫振国,钱云云,贺雁鹏
    2023,75(1):26-33 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    充填开采是资源绿色开采的重要方式之一,可有效控制地表沉降和保障人员安全。对不同赤泥掺量的充填体进行水化热和力学测试并分析其演化规律。其次,从微观尺度分析赤泥基充填体以解释强度变化的原因。最后,对最优配比的赤泥基充填体进行环境与经济效益分析。研究表明,赤泥基充填体的水化动力过程可分为结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)三阶段,水化度控制赤泥基充填体水化三阶段(NG-I-D)的进程。所有配比的赤泥基充填体均经历了NG-I-D阶段,相比于对照组,赤泥基充填体的α1较大,说明NG过程转变为I过程需要较大水化度,这与充填浆体的有效水灰比和成核作用有关。基于充填体强度指标,得出的优化配比是C-RM16。此外,赤泥基充填体的环境指标符合充填要求;同时经济效益分析表明,使用C- RM16配比的充填体可降低充填成本5.1~9.9元/m3,能实现可观的经济效益。
  • 王晓涛,齐朝鹏,郭子林,马有力,孙光华
    2023,75(1):34-38 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    碳达峰和碳中和目标是我国党中央、国务院统筹国际国内大局作出的重大战略决策。矿产资源开发作为我国碳排放的重大行业,应当主动承担起在“双碳”目标下的主要责任。矿体开采过程中,切割槽的优化与布设是安全、高效回采倾斜厚矿体的关键所在。拉槽质量直接影响落矿效果和矿石回收率及矿石贫化率指标。在分段采矿的底部结构拉槽时,传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏,致使采空区内大量残存矿石无法回收,进而降低矿石回收率。倾斜矿体采用竖直切割槽开槽时,废石混入率、矿石贫化率高。为提高矿石回收率以满足“双碳”目标,在冀东某铁矿分段嗣后充填采矿法中,对切割槽施工工艺进行了优化,在上盘切割巷内的切割斜井两侧确定拉槽空间,通过中深孔落矿的方式以切割井为自由面向矿房两侧边界逐排爆破拉槽,工程实践表明,通过切割槽的优化,矿石回采率提高了7.73个百分点,矿石贫化率降低了2.52个百分点,切割拉槽效果良好。此方法对于相似矿山具有一定借鉴意义。
  • 黄华桃,何 翔,刘龙琼,肖柏林
    2023,75(1):39-44 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    在自然崩落法开采中,聚矿槽主要采用机械钻进盲天井提供爆破自由面,施工成本较高,效率低,安全性差。为解决自然崩落法矿山盲天井的施工问题,以普朗铜矿为例,从盲天井施工的关键参数选取、爆破设计、设备选型等方面出发,通过理论分析与现场试验验证相结合的方法,提出一种一次爆破成井的盲天井施工方法。在普朗铜矿进行试验获得成功,并实现推广。与传统方法对比,聚矿槽盲天井的施工工期缩短了70%,成本降低了80%~90%,成井质量效果良好。在普朗铜矿实施的高效中深孔爆破一次成井实例,不仅施工安全,节约成本,更可为国内外自然崩落法类似矿山的聚矿槽施工提供重要参考借鉴经验。
  • 韦志兴,韦勇明,肖体群,陈庆发
    2023,75(1):45-49 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    采用传统的采矿方法选择流程来确定部分难采矿体的最优采矿方法,易出现无采矿方法可选或实际技术经济指标不理想的局面。为了增强产状复杂矿体采矿方法选择的有效性,通过理论指导与实际案例相结合的方式,提出了一套融入采矿方法创新与方案优化的采矿方法选择流程;然后以某锰矿山西北区域倾角变化矿体为例,针对经过传统采矿方法选择流程选出的浅孔留矿法存在的矿石运搬困难、构造区地压显现等问题,优化设计了一种能够适应多层状且倾角变化的倾斜矿体采矿方案。工程应用表明,新方案将回采率至少提高了16%,给该锰矿山采矿方案提供了更优的技术选择,为类似矿体的开采提供了参考。
  • 安全工程
  • 陈祯,陈俊智,马毓婷,安南,陈文倩
    2023,75(1):50-55 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对尾矿库溃坝事故,对溃坝后不同时间节点的影响范围及程度进行深入分析,并根据某矿山尾矿库现场测量参数计算确定下泄总量、溃坝口宽度、溃口最大流量、库浆下泄时间、库浆最大流速、库浆最大冲击力及溃坝的理论危害面积等溃坝的重要参数。最后,利用Gambit软件建立对尾矿库下游地区的简化模型,并通过ANSYS FLUENT软件对尾矿库溃坝进行实时动画模拟,以此分析尾矿库溃坝的影响。结果表明:1)该尾矿库发生溃坝事故时,库浆主要呈柱状涌出并开始向两边扩散,溃口库浆流速较快。2)溃坝发生后50 s时,库浆就能纵穿整个下游区域。到80 s时,整个下游区域几乎已经完全被淹没。3)数值模拟结果和尾矿库溃坝计算数据相比较,两者吻合良好。
  • 卢许佳,杨润基,高 庆,谭维佳
    2023,75(1):56-61 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    高陡岩质边坡的稳定性历来备受国内外学者的广泛关注,也是近年来最主要的地质灾害之一,尤其是复杂地质条件下的高陡岩质边坡更是如此,若在此条件下参与了人工开挖,那么边坡的稳定性和导水性均会产生显著的变化。在此条件下采用3Dmine,FLAC3D数值模拟软件、Origin后处理软件以及室内岩石力学试验等方法研究了复杂地质条件下某尾矿库3个剖面的高陡岩质边坡的稳定性,研究结果显示Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面虽然边坡底部存在最大剪应变,但其安全系数均满足规范要求,其边坡处于稳定状态,且其边坡表面的最大主应力均分布在0.1 MPa左右,不会产生明显的应力变化。研究结果为今后尾矿库的建设和边坡的维护提供了科学依据,并能够很好的为尾矿库边坡的地质灾害提供安全预警。
  • 王志修,秦秀山
    2023,75(1):62-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究贯穿断层(F1)及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响,基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标,采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数,结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示:在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道,边坡顶部及坡面位移较小,拉应力小于岩体抗拉强度,同时塑性区未能进行上下贯通;矿区贯穿断层(F1)在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度,最大位移仅在坡顶及底部,竖向位移量为1.4 mm,在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析,贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大,该结论为矿山安全生产奠定了基础。
  • 刘关锋,牛向东,张应平,侯克鹏,李志钧,黄正高
    2023,75(1):68-72 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度(200、400、600 mL/(min·m2))和坡度(10°、21°、32°)工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度愈小径流分选的颗粒粒径愈细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。
  • 矿山环境
  • 许欣,武小燕,陈敏洁,曹丹,郑春丽
    2023,75(1):73-81 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了响应包头市“无废城市”建设及对矿坑环境整治的要求,拟用典型工业固体废物(粉煤灰)填埋对矿坑进行生态治理,但粉煤灰填埋长期的环境行为对矿坑土及地下水是否造成污染尚未可知,通过冻融循环—干湿交替的室内模拟方法和Hydrus-1D模型、溶质运移模型预测的方法,对粉煤灰填埋于矿坑后重金属的长期环境行为进行了研究。结果表明:粉煤灰在填埋5年后,重金属Cd、Pb、Cr、Cu含量分别降低了0.4、3.23、16.67、12.93 mg/kg,而矿坑土Pb、Cr、Cu、Cd含量分别增加了9.27、8.3、3.3、0.04 mg/kg;同时形态分析表明,粉煤灰中Cd、Cr以有机结合态为主,Pb以残渣态为主,重金属形态由铁锰氧化态和有机结合态向可交换态和碳酸盐结合态转化,说明重金属形态由稳定态向易迁移态转化。模拟结果表明,粉煤灰填埋于矿坑5年后,重金属元素有向周边环境迁移转化的趋势,因此在填埋过程中在矿坑底部做好防渗层,从而降低四种重金属铬、镉、铜、铅迁移未对矿坑土壤及地下水环境的污染风险,其含量远低于《土壤环境质量建设用地土壤风险管控标准》(GB 36600—2018)中筛选值及所影响区域的地下水中污染物标准,此状况下粉煤灰符合填埋标准,可以进行填埋。该研究可为固废在矿坑生态化利用工程应用提供科学依据和参考。
  • 王丹萍,康建荣,练靖文,崔腾飞
    2023,75(1):82-89 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究适用于峁底矿区土壤含水量的反演方法,以峁底矿所在的奥家湾乡为研究区域,以2013—2021年的Landsat 8 OLI_TIRS为数据源,MODIS地表温度产品为精度评定数据,选用植被供水指数法(VSWI)反演研究区9年内的土壤含水量,并分析研究区土壤含水量的时空分布特征及矿体开采对土壤含水量的影响。结果表明:1)基于Landsat 8遥感影像数据,植被供水指数法可用于反演峁底矿区及周边环境的土壤含水量。2)2013—2021年,研究区土壤含水量的整体时间变化呈波动降低的趋势,空间上以“北部高、东部较高、西部低”分布为主。3)2013—2021年,研究区土壤含水量的类型发生了明显变化,土壤含水量的整体变化趋势较差。4)矿体开采过程中排水等一系列操作使得土壤含水量有短暂的升高,但长期开采导致土壤含水量降低。通过研究土壤含水量在煤矿开采的影响下产生的变化情况,研究结果可为该地区土壤含水量的实时监测、动态预估以及改善生态环境提供一定的科学依据。
  • 矿山设备
  • 孙永夺,迟洪鹏,龚 兵
    2023,75(1):90-94 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    地下矿山深地开采是当前广泛存在的难题,现场混装技术是地下矿山开采的必然趋势。通过回顾国内外地下矿山现场混装技术与装备的发展历程和应用情况,分别从本质安全化、绿色高效化、机械自动化等方面对其技术特点进行总结分析。基于当前国内外民爆及矿山行业发展现状,对地下矿山现场混装技术与装备的发展趋势进行重点论述,提出新能源化、数字信息化及智能无人化的发展方向。
  • 郑志杰,杨小聪,王勇,黄丹,王想,魏征
    2023,75(1):95-101 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将160、200、260、380型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为260型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。
  • 矿山地质
  • 韩晓东,倪春中,范建伟,黄宇,杨荣森
    2023,75(1):102-107 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    了研究个旧矿区的裂隙特征,使用ArcGIS软件运用改进的圆形扫描测线法对个旧矿区的两处研究区域裂隙进行了提取,通过运用地质统计学对裂隙数据进行分析,得到采样点1区域的裂隙307条;裂隙长度集中在3.09~7.68 m,累积频率分布为50% 时的裂隙长度为4.70 m;方向主要集中在60°~250°的裂隙共有259条,占比为85.34%;裂隙密度为0.290 3。采样点2区域的裂隙共有227条,裂隙长度集中在3.76~7.62 m,累积频率分布为50%时的裂隙长度为4.88 m;方向主要集中在60°~230°的裂隙共有196条,占比为86.34%;裂隙密度为0.177 7。通过对比得到同一区域不同采样点的裂隙分布之间具有一定的相似特性,但随采样点离断裂位置距离的不同,裂隙方向和裂隙密度也展现出了局部变异特征,其中采样点1更靠近莲花山断裂附近,所以受到的影响更大。研究结果可以丰富矿区的地质研究,为找矿勘查工作提供理论和资料依据。
  • 岩石力学
  • 孙振国,侯克鹏,朱志岗,史 磊,杨 帆,马胜杰,李 睿,王新振
    2023,75(1):108-115 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了研究养护温度、钢纤维、减水剂和速凝剂的掺量这4种因素在低温环境下对湿喷混凝土力学性能的影响规律并对其配比进行优化,对湿喷混凝土的早期强度和后期强度进行了极差分析以及方差分析,利用Duncan法事后比较得到初步配比,并建立了湿喷混凝土早期和后期强度回归模型。研究表明:养护温度对于湿喷混凝土早期、后期的抗压强度影响最为明显,前期抗压强度钢纤维掺量影响最弱,后期强度速凝剂掺量影响最弱。在方差分析中,钢纤维、减水剂掺量和养护温度对湿喷混凝土的早期、后期强度都有极显著影响,而速凝剂掺量则仅对早期强度有极显著影响,后期强度无显著影响。基于Duncan法事后比较可得到湿喷混凝土精度略差的初步配比,后续利用回归强度模型实现对湿喷混凝土配比的高精度优化。通过数据模型结合矿山要求得出湿喷钢纤维混凝土最优配比:钢纤维掺量42.496 kg/m3、减水剂掺量7.989 kg/m3、速凝剂掺量66.910 kg/m3,同时最佳养护温度为12 ℃。
  • 绿色采矿
  • 杨敬增,池莉
    2023,75(1):116-122 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为提高资源重复利用率,构建新型产业体系,从资源全生命周期出发,通过对弹性供应体系和循环产业链的研究分析,科学组合各生产要素,协同处理,协同冶炼,协同环境防治,打破传统工业模式,构建了“原料—有色金属—社会产品—原料”的全产业链模式,从而降低了对原生矿产的消费量,促进有色金属行业的绿色发展。
    智能矿山
  • 顾清华,王培培,李学现,姜秉佼
    摘要:
    针对矿用卡车发动机小样本故障数据导致诊断精度不足的问题,提出了一种基于改进的麻雀搜索算法优化基于凸半径边缘的SVM 模型(F-SVM)的矿用卡车发动机智能故障诊断方法。首先,针对麻雀搜索算法中全局搜索能力不足的问题引入链式搜索策略。其次,遵循位置最优原则,对加入者位置更新进行改进,以提高其收 敛性能。最后,使用改进后的麻雀算法对 F-SVM 的核参数犵和惩罚因子犆 进行寻优,进而构建矿用卡车发动机故障诊断模型。实验结果表明,本文 CSSA-F-SVM 模型方法的预测准确度更高,分别较传统SVM 和 F-SVM 模型提高了21.5%和4.1%。该模型能够较好地实现矿用卡车发动机常见故障的诊断,适用于小样本数据的故障预测,可为矿山机械设备的智能故障诊断提供参考。
  • 朱铭,吕潇,张元生,李佳梦,刘鹏,孙昊
    摘要:
    铲运机是集铲土、运土功能一体化的铰接式车辆,常用于井下物料运输。跟踪控制是实现该类设备自动驾驶的核心技术之一。针对该种车辆特有的惯性大、响应慢、约束条件多、行驶易蛇形摆动等问题,提出了适用于铰接车路径跟踪的模型预测控制算法。引入铰接式车辆运动学模型预测未来车辆行驶状态,以路径跟踪的横向偏差、纵向偏差、航向角偏差、铰接角偏差最小化为目标函数,结合实际车辆的转向、加减速度、车速约束求解车速、转角速度最优控制序列。使用Matlab/MapleSim软件进行仿真试验,结果表明:使用该控制器可以实现y向偏差小于0.06 m,航向角偏差小于0.3°,最大铰接角控制偏差小于0.8°的控制精度。于三山岛金矿-645中段进行实车试验,实现从主巷道至溜进口的自动驾驶,具有实际工业应用前景与参考价值。
  • 简锡明,陈耀煌
    2023,75(1):15-19 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    塞尔维亚波尔市Veliki Krivelj 矿(简称VK矿)是塞尔维亚境内规模最大的露天铜矿山,经历了43年的开采历史,矿山采用多台阶陡帮开采工艺,设备大型化作业。矿山开采过程中采剥设备与运输设备信息传输不及时,生产过程中迟滞现象明显,为了提升生产效率,降低生产成本,VK矿引进了智能卡车调度系统。论述了智能卡车调度系统的原理和主要功能,分析了智能卡车调度系统在VK矿的应用情况、存在的问题和进一步提升的空间,表明智能卡车调度系统是采用计算机技术、无线通讯技术与GPS技术等相结合,实现采剥设备与运输设备的实时定位、实时调度、智能调度,同时包含了车辆防碰撞预警、自动报表等功能。智能卡车调度系统在VK矿运用过程中,存在着运行轨迹丢失、报表准确性不足等问题,可以通过进一步增强信号措施进行解决。同时,智能卡车调度系统还可进一步提升智能配矿系统、高精度挖机系统与高精度钻机系统等功能。智能卡车调度系统投入使用后,VK矿设备出勤率提升了6.8%,显著地提升了作业效率,降低了油耗,节省了成本。智能化是当前世界采矿的前沿与趋势,作为塞尔维亚境内第一家引进、采用智能卡车调度系统的露天矿山,VK矿在智能化卡车调度、设备大型化作业等方面打造了行业的标杆,还将打造国家“一带一路”倡议与欧洲国家智慧数字矿山合作的典范。
  • 采矿工程
  • 张秀华,周宗红,丁文俊,刘永文,鄢 波
    2023,75(1):20-25 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    长安金矿露天转入地下开采,采用无底柱分段崩落法,出现覆盖层形成困难的问题,且现场矿岩物理力学性质相似,较难区分,使得矿石损失贫化不易控制。为此,设计3种试验方案对3个分段在不同出矿量、不同贫化率条件下展开室内放矿试验研究,优选放矿方案并提出了量化控制方法。试验结果表明:方案1视在回收率和回贫差均高于方案2;其留下的矿石垫层厚度最大,且废石混入率、矿石贫化率均比方案2和方案3低,综合分析方案1为最优方案。首采分段出矿控制有利于保持矿岩界面均匀下降,能够有效缓解覆盖层厚度不足的问题。分析方案1第二分段可知,放出矿量控制在65%~70%时,可以有效地降低矿石贫化率;结合矿石当次品位和当次贫化率随放出矿量的变化关系式,提出了对放出矿量进行相应的量化控制从而有效地降低矿石损失贫化的方法。试验结果在长安金矿1 518、1 509、1 500 m等分段得到实践应用,效果良好,对类似矿山有一定的参考意义。
  • 王春林,闫振国,钱云云,贺雁鹏
    2023,75(1):26-33 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    充填开采是资源绿色开采的重要方式之一,可有效控制地表沉降和保障人员安全。对不同赤泥掺量的充填体进行水化热和力学测试并分析其演化规律。其次,从微观尺度分析赤泥基充填体以解释强度变化的原因。最后,对最优配比的赤泥基充填体进行环境与经济效益分析。研究表明,赤泥基充填体的水化动力过程可分为结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)三阶段,水化度控制赤泥基充填体水化三阶段(NG-I-D)的进程。所有配比的赤泥基充填体均经历了NG-I-D阶段,相比于对照组,赤泥基充填体的α1较大,说明NG过程转变为I过程需要较大水化度,这与充填浆体的有效水灰比和成核作用有关。基于充填体强度指标,得出的优化配比是C-RM16。此外,赤泥基充填体的环境指标符合充填要求;同时经济效益分析表明,使用C- RM16配比的充填体可降低充填成本5.1~9.9元/m3,能实现可观的经济效益。
  • 王晓涛,齐朝鹏,郭子林,马有力,孙光华
    2023,75(1):34-38 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    碳达峰和碳中和目标是我国党中央、国务院统筹国际国内大局作出的重大战略决策。矿产资源开发作为我国碳排放的重大行业,应当主动承担起在“双碳”目标下的主要责任。矿体开采过程中,切割槽的优化与布设是安全、高效回采倾斜厚矿体的关键所在。拉槽质量直接影响落矿效果和矿石回收率及矿石贫化率指标。在分段采矿的底部结构拉槽时,传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏,致使采空区内大量残存矿石无法回收,进而降低矿石回收率。倾斜矿体采用竖直切割槽开槽时,废石混入率、矿石贫化率高。为提高矿石回收率以满足“双碳”目标,在冀东某铁矿分段嗣后充填采矿法中,对切割槽施工工艺进行了优化,在上盘切割巷内的切割斜井两侧确定拉槽空间,通过中深孔落矿的方式以切割井为自由面向矿房两侧边界逐排爆破拉槽,工程实践表明,通过切割槽的优化,矿石回采率提高了7.73个百分点,矿石贫化率降低了2.52个百分点,切割拉槽效果良好。此方法对于相似矿山具有一定借鉴意义。
  • 黄华桃,何 翔,刘龙琼,肖柏林
    2023,75(1):39-44 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    在自然崩落法开采中,聚矿槽主要采用机械钻进盲天井提供爆破自由面,施工成本较高,效率低,安全性差。为解决自然崩落法矿山盲天井的施工问题,以普朗铜矿为例,从盲天井施工的关键参数选取、爆破设计、设备选型等方面出发,通过理论分析与现场试验验证相结合的方法,提出一种一次爆破成井的盲天井施工方法。在普朗铜矿进行试验获得成功,并实现推广。与传统方法对比,聚矿槽盲天井的施工工期缩短了70%,成本降低了80%~90%,成井质量效果良好。在普朗铜矿实施的高效中深孔爆破一次成井实例,不仅施工安全,节约成本,更可为国内外自然崩落法类似矿山的聚矿槽施工提供重要参考借鉴经验。
  • 韦志兴,韦勇明,肖体群,陈庆发
    2023,75(1):45-49 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    采用传统的采矿方法选择流程来确定部分难采矿体的最优采矿方法,易出现无采矿方法可选或实际技术经济指标不理想的局面。为了增强产状复杂矿体采矿方法选择的有效性,通过理论指导与实际案例相结合的方式,提出了一套融入采矿方法创新与方案优化的采矿方法选择流程;然后以某锰矿山西北区域倾角变化矿体为例,针对经过传统采矿方法选择流程选出的浅孔留矿法存在的矿石运搬困难、构造区地压显现等问题,优化设计了一种能够适应多层状且倾角变化的倾斜矿体采矿方案。工程应用表明,新方案将回采率至少提高了16%,给该锰矿山采矿方案提供了更优的技术选择,为类似矿体的开采提供了参考。
  • 安全工程
  • 陈祯,陈俊智,马毓婷,安南,陈文倩
    2023,75(1):50-55 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对尾矿库溃坝事故,对溃坝后不同时间节点的影响范围及程度进行深入分析,并根据某矿山尾矿库现场测量参数计算确定下泄总量、溃坝口宽度、溃口最大流量、库浆下泄时间、库浆最大流速、库浆最大冲击力及溃坝的理论危害面积等溃坝的重要参数。最后,利用Gambit软件建立对尾矿库下游地区的简化模型,并通过ANSYS FLUENT软件对尾矿库溃坝进行实时动画模拟,以此分析尾矿库溃坝的影响。结果表明:1)该尾矿库发生溃坝事故时,库浆主要呈柱状涌出并开始向两边扩散,溃口库浆流速较快。2)溃坝发生后50 s时,库浆就能纵穿整个下游区域。到80 s时,整个下游区域几乎已经完全被淹没。3)数值模拟结果和尾矿库溃坝计算数据相比较,两者吻合良好。
  • 卢许佳,杨润基,高 庆,谭维佳
    2023,75(1):56-61 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    高陡岩质边坡的稳定性历来备受国内外学者的广泛关注,也是近年来最主要的地质灾害之一,尤其是复杂地质条件下的高陡岩质边坡更是如此,若在此条件下参与了人工开挖,那么边坡的稳定性和导水性均会产生显著的变化。在此条件下采用3Dmine,FLAC3D数值模拟软件、Origin后处理软件以及室内岩石力学试验等方法研究了复杂地质条件下某尾矿库3个剖面的高陡岩质边坡的稳定性,研究结果显示Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面虽然边坡底部存在最大剪应变,但其安全系数均满足规范要求,其边坡处于稳定状态,且其边坡表面的最大主应力均分布在0.1 MPa左右,不会产生明显的应力变化。研究结果为今后尾矿库的建设和边坡的维护提供了科学依据,并能够很好的为尾矿库边坡的地质灾害提供安全预警。
  • 王志修,秦秀山
    2023,75(1):62-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究贯穿断层(F1)及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响,基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标,采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数,结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示:在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道,边坡顶部及坡面位移较小,拉应力小于岩体抗拉强度,同时塑性区未能进行上下贯通;矿区贯穿断层(F1)在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度,最大位移仅在坡顶及底部,竖向位移量为1.4 mm,在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析,贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大,该结论为矿山安全生产奠定了基础。
  • 刘关锋,牛向东,张应平,侯克鹏,李志钧,黄正高
    2023,75(1):68-72 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度(200、400、600 mL/(min·m2))和坡度(10°、21°、32°)工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度愈小径流分选的颗粒粒径愈细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。
  • 矿山环境
  • 许欣,武小燕,陈敏洁,曹丹,郑春丽
    2023,75(1):73-81 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了响应包头市“无废城市”建设及对矿坑环境整治的要求,拟用典型工业固体废物(粉煤灰)填埋对矿坑进行生态治理,但粉煤灰填埋长期的环境行为对矿坑土及地下水是否造成污染尚未可知,通过冻融循环—干湿交替的室内模拟方法和Hydrus-1D模型、溶质运移模型预测的方法,对粉煤灰填埋于矿坑后重金属的长期环境行为进行了研究。结果表明:粉煤灰在填埋5年后,重金属Cd、Pb、Cr、Cu含量分别降低了0.4、3.23、16.67、12.93 mg/kg,而矿坑土Pb、Cr、Cu、Cd含量分别增加了9.27、8.3、3.3、0.04 mg/kg;同时形态分析表明,粉煤灰中Cd、Cr以有机结合态为主,Pb以残渣态为主,重金属形态由铁锰氧化态和有机结合态向可交换态和碳酸盐结合态转化,说明重金属形态由稳定态向易迁移态转化。模拟结果表明,粉煤灰填埋于矿坑5年后,重金属元素有向周边环境迁移转化的趋势,因此在填埋过程中在矿坑底部做好防渗层,从而降低四种重金属铬、镉、铜、铅迁移未对矿坑土壤及地下水环境的污染风险,其含量远低于《土壤环境质量建设用地土壤风险管控标准》(GB 36600—2018)中筛选值及所影响区域的地下水中污染物标准,此状况下粉煤灰符合填埋标准,可以进行填埋。该研究可为固废在矿坑生态化利用工程应用提供科学依据和参考。
  • 王丹萍,康建荣,练靖文,崔腾飞
    2023,75(1):82-89 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究适用于峁底矿区土壤含水量的反演方法,以峁底矿所在的奥家湾乡为研究区域,以2013—2021年的Landsat 8 OLI_TIRS为数据源,MODIS地表温度产品为精度评定数据,选用植被供水指数法(VSWI)反演研究区9年内的土壤含水量,并分析研究区土壤含水量的时空分布特征及矿体开采对土壤含水量的影响。结果表明:1)基于Landsat 8遥感影像数据,植被供水指数法可用于反演峁底矿区及周边环境的土壤含水量。2)2013—2021年,研究区土壤含水量的整体时间变化呈波动降低的趋势,空间上以“北部高、东部较高、西部低”分布为主。3)2013—2021年,研究区土壤含水量的类型发生了明显变化,土壤含水量的整体变化趋势较差。4)矿体开采过程中排水等一系列操作使得土壤含水量有短暂的升高,但长期开采导致土壤含水量降低。通过研究土壤含水量在煤矿开采的影响下产生的变化情况,研究结果可为该地区土壤含水量的实时监测、动态预估以及改善生态环境提供一定的科学依据。
  • 矿山设备
  • 孙永夺,迟洪鹏,龚 兵
    2023,75(1):90-94 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    地下矿山深地开采是当前广泛存在的难题,现场混装技术是地下矿山开采的必然趋势。通过回顾国内外地下矿山现场混装技术与装备的发展历程和应用情况,分别从本质安全化、绿色高效化、机械自动化等方面对其技术特点进行总结分析。基于当前国内外民爆及矿山行业发展现状,对地下矿山现场混装技术与装备的发展趋势进行重点论述,提出新能源化、数字信息化及智能无人化的发展方向。
  • 郑志杰,杨小聪,王勇,黄丹,王想,魏征
    2023,75(1):95-101 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将160、200、260、380型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为260型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。
  • 矿山地质
  • 韩晓东,倪春中,范建伟,黄宇,杨荣森
    2023,75(1):102-107 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    了研究个旧矿区的裂隙特征,使用ArcGIS软件运用改进的圆形扫描测线法对个旧矿区的两处研究区域裂隙进行了提取,通过运用地质统计学对裂隙数据进行分析,得到采样点1区域的裂隙307条;裂隙长度集中在3.09~7.68 m,累积频率分布为50% 时的裂隙长度为4.70 m;方向主要集中在60°~250°的裂隙共有259条,占比为85.34%;裂隙密度为0.290 3。采样点2区域的裂隙共有227条,裂隙长度集中在3.76~7.62 m,累积频率分布为50%时的裂隙长度为4.88 m;方向主要集中在60°~230°的裂隙共有196条,占比为86.34%;裂隙密度为0.177 7。通过对比得到同一区域不同采样点的裂隙分布之间具有一定的相似特性,但随采样点离断裂位置距离的不同,裂隙方向和裂隙密度也展现出了局部变异特征,其中采样点1更靠近莲花山断裂附近,所以受到的影响更大。研究结果可以丰富矿区的地质研究,为找矿勘查工作提供理论和资料依据。
  • 岩石力学
  • 孙振国,侯克鹏,朱志岗,史 磊,杨 帆,马胜杰,李 睿,王新振
    2023,75(1):108-115 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了研究养护温度、钢纤维、减水剂和速凝剂的掺量这4种因素在低温环境下对湿喷混凝土力学性能的影响规律并对其配比进行优化,对湿喷混凝土的早期强度和后期强度进行了极差分析以及方差分析,利用Duncan法事后比较得到初步配比,并建立了湿喷混凝土早期和后期强度回归模型。研究表明:养护温度对于湿喷混凝土早期、后期的抗压强度影响最为明显,前期抗压强度钢纤维掺量影响最弱,后期强度速凝剂掺量影响最弱。在方差分析中,钢纤维、减水剂掺量和养护温度对湿喷混凝土的早期、后期强度都有极显著影响,而速凝剂掺量则仅对早期强度有极显著影响,后期强度无显著影响。基于Duncan法事后比较可得到湿喷混凝土精度略差的初步配比,后续利用回归强度模型实现对湿喷混凝土配比的高精度优化。通过数据模型结合矿山要求得出湿喷钢纤维混凝土最优配比:钢纤维掺量42.496 kg/m3、减水剂掺量7.989 kg/m3、速凝剂掺量66.910 kg/m3,同时最佳养护温度为12 ℃。
  • 绿色采矿
  • 杨敬增,池莉
    2023,75(1):116-122 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为提高资源重复利用率,构建新型产业体系,从资源全生命周期出发,通过对弹性供应体系和循环产业链的研究分析,科学组合各生产要素,协同处理,协同冶炼,协同环境防治,打破传统工业模式,构建了“原料—有色金属—社会产品—原料”的全产业链模式,从而降低了对原生矿产的消费量,促进有色金属行业的绿色发展。
    智能矿山
  • 顾清华,王培培,李学现,姜秉佼
    摘要:
    针对矿用卡车发动机小样本故障数据导致诊断精度不足的问题,提出了一种基于改进的麻雀搜索算法优化基于凸半径边缘的SVM 模型(F-SVM)的矿用卡车发动机智能故障诊断方法。首先,针对麻雀搜索算法中全局搜索能力不足的问题引入链式搜索策略。其次,遵循位置最优原则,对加入者位置更新进行改进,以提高其收 敛性能。最后,使用改进后的麻雀算法对 F-SVM 的核参数犵和惩罚因子犆 进行寻优,进而构建矿用卡车发动机故障诊断模型。实验结果表明,本文 CSSA-F-SVM 模型方法的预测准确度更高,分别较传统SVM 和 F-SVM 模型提高了21.5%和4.1%。该模型能够较好地实现矿用卡车发动机常见故障的诊断,适用于小样本数据的故障预测,可为矿山机械设备的智能故障诊断提供参考。
  • 朱铭,吕潇,张元生,李佳梦,刘鹏,孙昊
    摘要:
    铲运机是集铲土、运土功能一体化的铰接式车辆,常用于井下物料运输。跟踪控制是实现该类设备自动驾驶的核心技术之一。针对该种车辆特有的惯性大、响应慢、约束条件多、行驶易蛇形摆动等问题,提出了适用于铰接车路径跟踪的模型预测控制算法。引入铰接式车辆运动学模型预测未来车辆行驶状态,以路径跟踪的横向偏差、纵向偏差、航向角偏差、铰接角偏差最小化为目标函数,结合实际车辆的转向、加减速度、车速约束求解车速、转角速度最优控制序列。使用Matlab/MapleSim软件进行仿真试验,结果表明:使用该控制器可以实现y向偏差小于0.06 m,航向角偏差小于0.3°,最大铰接角控制偏差小于0.8°的控制精度。于三山岛金矿-645中段进行实车试验,实现从主巷道至溜进口的自动驾驶,具有实际工业应用前景与参考价值。
  • 简锡明,陈耀煌
    2023,75(1):15-19 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    塞尔维亚波尔市Veliki Krivelj 矿(简称VK矿)是塞尔维亚境内规模最大的露天铜矿山,经历了43年的开采历史,矿山采用多台阶陡帮开采工艺,设备大型化作业。矿山开采过程中采剥设备与运输设备信息传输不及时,生产过程中迟滞现象明显,为了提升生产效率,降低生产成本,VK矿引进了智能卡车调度系统。论述了智能卡车调度系统的原理和主要功能,分析了智能卡车调度系统在VK矿的应用情况、存在的问题和进一步提升的空间,表明智能卡车调度系统是采用计算机技术、无线通讯技术与GPS技术等相结合,实现采剥设备与运输设备的实时定位、实时调度、智能调度,同时包含了车辆防碰撞预警、自动报表等功能。智能卡车调度系统在VK矿运用过程中,存在着运行轨迹丢失、报表准确性不足等问题,可以通过进一步增强信号措施进行解决。同时,智能卡车调度系统还可进一步提升智能配矿系统、高精度挖机系统与高精度钻机系统等功能。智能卡车调度系统投入使用后,VK矿设备出勤率提升了6.8%,显著地提升了作业效率,降低了油耗,节省了成本。智能化是当前世界采矿的前沿与趋势,作为塞尔维亚境内第一家引进、采用智能卡车调度系统的露天矿山,VK矿在智能化卡车调度、设备大型化作业等方面打造了行业的标杆,还将打造国家“一带一路”倡议与欧洲国家智慧数字矿山合作的典范。
  • 采矿工程
  • 张秀华,周宗红,丁文俊,刘永文,鄢 波
    2023,75(1):20-25 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    长安金矿露天转入地下开采,采用无底柱分段崩落法,出现覆盖层形成困难的问题,且现场矿岩物理力学性质相似,较难区分,使得矿石损失贫化不易控制。为此,设计3种试验方案对3个分段在不同出矿量、不同贫化率条件下展开室内放矿试验研究,优选放矿方案并提出了量化控制方法。试验结果表明:方案1视在回收率和回贫差均高于方案2;其留下的矿石垫层厚度最大,且废石混入率、矿石贫化率均比方案2和方案3低,综合分析方案1为最优方案。首采分段出矿控制有利于保持矿岩界面均匀下降,能够有效缓解覆盖层厚度不足的问题。分析方案1第二分段可知,放出矿量控制在65%~70%时,可以有效地降低矿石贫化率;结合矿石当次品位和当次贫化率随放出矿量的变化关系式,提出了对放出矿量进行相应的量化控制从而有效地降低矿石损失贫化的方法。试验结果在长安金矿1 518、1 509、1 500 m等分段得到实践应用,效果良好,对类似矿山有一定的参考意义。
  • 王春林,闫振国,钱云云,贺雁鹏
    2023,75(1):26-33 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    充填开采是资源绿色开采的重要方式之一,可有效控制地表沉降和保障人员安全。对不同赤泥掺量的充填体进行水化热和力学测试并分析其演化规律。其次,从微观尺度分析赤泥基充填体以解释强度变化的原因。最后,对最优配比的赤泥基充填体进行环境与经济效益分析。研究表明,赤泥基充填体的水化动力过程可分为结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)三阶段,水化度控制赤泥基充填体水化三阶段(NG-I-D)的进程。所有配比的赤泥基充填体均经历了NG-I-D阶段,相比于对照组,赤泥基充填体的α1较大,说明NG过程转变为I过程需要较大水化度,这与充填浆体的有效水灰比和成核作用有关。基于充填体强度指标,得出的优化配比是C-RM16。此外,赤泥基充填体的环境指标符合充填要求;同时经济效益分析表明,使用C- RM16配比的充填体可降低充填成本5.1~9.9元/m3,能实现可观的经济效益。
  • 王晓涛,齐朝鹏,郭子林,马有力,孙光华
    2023,75(1):34-38 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    碳达峰和碳中和目标是我国党中央、国务院统筹国际国内大局作出的重大战略决策。矿产资源开发作为我国碳排放的重大行业,应当主动承担起在“双碳”目标下的主要责任。矿体开采过程中,切割槽的优化与布设是安全、高效回采倾斜厚矿体的关键所在。拉槽质量直接影响落矿效果和矿石回收率及矿石贫化率指标。在分段采矿的底部结构拉槽时,传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏,致使采空区内大量残存矿石无法回收,进而降低矿石回收率。倾斜矿体采用竖直切割槽开槽时,废石混入率、矿石贫化率高。为提高矿石回收率以满足“双碳”目标,在冀东某铁矿分段嗣后充填采矿法中,对切割槽施工工艺进行了优化,在上盘切割巷内的切割斜井两侧确定拉槽空间,通过中深孔落矿的方式以切割井为自由面向矿房两侧边界逐排爆破拉槽,工程实践表明,通过切割槽的优化,矿石回采率提高了7.73个百分点,矿石贫化率降低了2.52个百分点,切割拉槽效果良好。此方法对于相似矿山具有一定借鉴意义。
  • 黄华桃,何 翔,刘龙琼,肖柏林
    2023,75(1):39-44 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    在自然崩落法开采中,聚矿槽主要采用机械钻进盲天井提供爆破自由面,施工成本较高,效率低,安全性差。为解决自然崩落法矿山盲天井的施工问题,以普朗铜矿为例,从盲天井施工的关键参数选取、爆破设计、设备选型等方面出发,通过理论分析与现场试验验证相结合的方法,提出一种一次爆破成井的盲天井施工方法。在普朗铜矿进行试验获得成功,并实现推广。与传统方法对比,聚矿槽盲天井的施工工期缩短了70%,成本降低了80%~90%,成井质量效果良好。在普朗铜矿实施的高效中深孔爆破一次成井实例,不仅施工安全,节约成本,更可为国内外自然崩落法类似矿山的聚矿槽施工提供重要参考借鉴经验。
  • 韦志兴,韦勇明,肖体群,陈庆发
    2023,75(1):45-49 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    采用传统的采矿方法选择流程来确定部分难采矿体的最优采矿方法,易出现无采矿方法可选或实际技术经济指标不理想的局面。为了增强产状复杂矿体采矿方法选择的有效性,通过理论指导与实际案例相结合的方式,提出了一套融入采矿方法创新与方案优化的采矿方法选择流程;然后以某锰矿山西北区域倾角变化矿体为例,针对经过传统采矿方法选择流程选出的浅孔留矿法存在的矿石运搬困难、构造区地压显现等问题,优化设计了一种能够适应多层状且倾角变化的倾斜矿体采矿方案。工程应用表明,新方案将回采率至少提高了16%,给该锰矿山采矿方案提供了更优的技术选择,为类似矿体的开采提供了参考。
  • 安全工程
  • 陈祯,陈俊智,马毓婷,安南,陈文倩
    2023,75(1):50-55 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对尾矿库溃坝事故,对溃坝后不同时间节点的影响范围及程度进行深入分析,并根据某矿山尾矿库现场测量参数计算确定下泄总量、溃坝口宽度、溃口最大流量、库浆下泄时间、库浆最大流速、库浆最大冲击力及溃坝的理论危害面积等溃坝的重要参数。最后,利用Gambit软件建立对尾矿库下游地区的简化模型,并通过ANSYS FLUENT软件对尾矿库溃坝进行实时动画模拟,以此分析尾矿库溃坝的影响。结果表明:1)该尾矿库发生溃坝事故时,库浆主要呈柱状涌出并开始向两边扩散,溃口库浆流速较快。2)溃坝发生后50 s时,库浆就能纵穿整个下游区域。到80 s时,整个下游区域几乎已经完全被淹没。3)数值模拟结果和尾矿库溃坝计算数据相比较,两者吻合良好。
  • 卢许佳,杨润基,高 庆,谭维佳
    2023,75(1):56-61 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    高陡岩质边坡的稳定性历来备受国内外学者的广泛关注,也是近年来最主要的地质灾害之一,尤其是复杂地质条件下的高陡岩质边坡更是如此,若在此条件下参与了人工开挖,那么边坡的稳定性和导水性均会产生显著的变化。在此条件下采用3Dmine,FLAC3D数值模拟软件、Origin后处理软件以及室内岩石力学试验等方法研究了复杂地质条件下某尾矿库3个剖面的高陡岩质边坡的稳定性,研究结果显示Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面虽然边坡底部存在最大剪应变,但其安全系数均满足规范要求,其边坡处于稳定状态,且其边坡表面的最大主应力均分布在0.1 MPa左右,不会产生明显的应力变化。研究结果为今后尾矿库的建设和边坡的维护提供了科学依据,并能够很好的为尾矿库边坡的地质灾害提供安全预警。
  • 王志修,秦秀山
    2023,75(1):62-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究贯穿断层(F1)及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响,基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标,采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数,结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示:在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道,边坡顶部及坡面位移较小,拉应力小于岩体抗拉强度,同时塑性区未能进行上下贯通;矿区贯穿断层(F1)在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度,最大位移仅在坡顶及底部,竖向位移量为1.4 mm,在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析,贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大,该结论为矿山安全生产奠定了基础。
  • 刘关锋,牛向东,张应平,侯克鹏,李志钧,黄正高
    2023,75(1):68-72 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度(200、400、600 mL/(min·m2))和坡度(10°、21°、32°)工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明:冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度愈小径流分选的颗粒粒径愈细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。
  • 矿山环境
  • 许欣,武小燕,陈敏洁,曹丹,郑春丽
    2023,75(1):73-81 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了响应包头市“无废城市”建设及对矿坑环境整治的要求,拟用典型工业固体废物(粉煤灰)填埋对矿坑进行生态治理,但粉煤灰填埋长期的环境行为对矿坑土及地下水是否造成污染尚未可知,通过冻融循环—干湿交替的室内模拟方法和Hydrus-1D模型、溶质运移模型预测的方法,对粉煤灰填埋于矿坑后重金属的长期环境行为进行了研究。结果表明:粉煤灰在填埋5年后,重金属Cd、Pb、Cr、Cu含量分别降低了0.4、3.23、16.67、12.93 mg/kg,而矿坑土Pb、Cr、Cu、Cd含量分别增加了9.27、8.3、3.3、0.04 mg/kg;同时形态分析表明,粉煤灰中Cd、Cr以有机结合态为主,Pb以残渣态为主,重金属形态由铁锰氧化态和有机结合态向可交换态和碳酸盐结合态转化,说明重金属形态由稳定态向易迁移态转化。模拟结果表明,粉煤灰填埋于矿坑5年后,重金属元素有向周边环境迁移转化的趋势,因此在填埋过程中在矿坑底部做好防渗层,从而降低四种重金属铬、镉、铜、铅迁移未对矿坑土壤及地下水环境的污染风险,其含量远低于《土壤环境质量建设用地土壤风险管控标准》(GB 36600—2018)中筛选值及所影响区域的地下水中污染物标准,此状况下粉煤灰符合填埋标准,可以进行填埋。该研究可为固废在矿坑生态化利用工程应用提供科学依据和参考。
  • 王丹萍,康建荣,练靖文,崔腾飞
    2023,75(1):82-89 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为研究适用于峁底矿区土壤含水量的反演方法,以峁底矿所在的奥家湾乡为研究区域,以2013—2021年的Landsat 8 OLI_TIRS为数据源,MODIS地表温度产品为精度评定数据,选用植被供水指数法(VSWI)反演研究区9年内的土壤含水量,并分析研究区土壤含水量的时空分布特征及矿体开采对土壤含水量的影响。结果表明:1)基于Landsat 8遥感影像数据,植被供水指数法可用于反演峁底矿区及周边环境的土壤含水量。2)2013—2021年,研究区土壤含水量的整体时间变化呈波动降低的趋势,空间上以“北部高、东部较高、西部低”分布为主。3)2013—2021年,研究区土壤含水量的类型发生了明显变化,土壤含水量的整体变化趋势较差。4)矿体开采过程中排水等一系列操作使得土壤含水量有短暂的升高,但长期开采导致土壤含水量降低。通过研究土壤含水量在煤矿开采的影响下产生的变化情况,研究结果可为该地区土壤含水量的实时监测、动态预估以及改善生态环境提供一定的科学依据。
  • 矿山设备
  • 孙永夺,迟洪鹏,龚 兵
    2023,75(1):90-94 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    地下矿山深地开采是当前广泛存在的难题,现场混装技术是地下矿山开采的必然趋势。通过回顾国内外地下矿山现场混装技术与装备的发展历程和应用情况,分别从本质安全化、绿色高效化、机械自动化等方面对其技术特点进行总结分析。基于当前国内外民爆及矿山行业发展现状,对地下矿山现场混装技术与装备的发展趋势进行重点论述,提出新能源化、数字信息化及智能无人化的发展方向。
  • 郑志杰,杨小聪,王勇,黄丹,王想,魏征
    2023,75(1):95-101 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将160、200、260、380型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为260型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。
  • 矿山地质
  • 韩晓东,倪春中,范建伟,黄宇,杨荣森
    2023,75(1):102-107 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    了研究个旧矿区的裂隙特征,使用ArcGIS软件运用改进的圆形扫描测线法对个旧矿区的两处研究区域裂隙进行了提取,通过运用地质统计学对裂隙数据进行分析,得到采样点1区域的裂隙307条;裂隙长度集中在3.09~7.68 m,累积频率分布为50% 时的裂隙长度为4.70 m;方向主要集中在60°~250°的裂隙共有259条,占比为85.34%;裂隙密度为0.290 3。采样点2区域的裂隙共有227条,裂隙长度集中在3.76~7.62 m,累积频率分布为50%时的裂隙长度为4.88 m;方向主要集中在60°~230°的裂隙共有196条,占比为86.34%;裂隙密度为0.177 7。通过对比得到同一区域不同采样点的裂隙分布之间具有一定的相似特性,但随采样点离断裂位置距离的不同,裂隙方向和裂隙密度也展现出了局部变异特征,其中采样点1更靠近莲花山断裂附近,所以受到的影响更大。研究结果可以丰富矿区的地质研究,为找矿勘查工作提供理论和资料依据。
  • 岩石力学
  • 孙振国,侯克鹏,朱志岗,史 磊,杨 帆,马胜杰,李 睿,王新振
    2023,75(1):108-115 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为了研究养护温度、钢纤维、减水剂和速凝剂的掺量这4种因素在低温环境下对湿喷混凝土力学性能的影响规律并对其配比进行优化,对湿喷混凝土的早期强度和后期强度进行了极差分析以及方差分析,利用Duncan法事后比较得到初步配比,并建立了湿喷混凝土早期和后期强度回归模型。研究表明:养护温度对于湿喷混凝土早期、后期的抗压强度影响最为明显,前期抗压强度钢纤维掺量影响最弱,后期强度速凝剂掺量影响最弱。在方差分析中,钢纤维、减水剂掺量和养护温度对湿喷混凝土的早期、后期强度都有极显著影响,而速凝剂掺量则仅对早期强度有极显著影响,后期强度无显著影响。基于Duncan法事后比较可得到湿喷混凝土精度略差的初步配比,后续利用回归强度模型实现对湿喷混凝土配比的高精度优化。通过数据模型结合矿山要求得出湿喷钢纤维混凝土最优配比:钢纤维掺量42.496 kg/m3、减水剂掺量7.989 kg/m3、速凝剂掺量66.910 kg/m3,同时最佳养护温度为12 ℃。
  • 绿色采矿
  • 杨敬增,池莉
    2023,75(1):116-122 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为提高资源重复利用率,构建新型产业体系,从资源全生命周期出发,通过对弹性供应体系和循环产业链的研究分析,科学组合各生产要素,协同处理,协同冶炼,协同环境防治,打破传统工业模式,构建了“原料—有色金属—社会产品—原料”的全产业链模式,从而降低了对原生矿产的消费量,促进有色金属行业的绿色发展。

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