综述
李垚萱,崔益源,卢 尧,楚一帆,谢旭阳,李 坤
摘要:
目的:我国非煤矿山行业安全已经成为影响我国国民经济社会发展的关键因素,为了有效遏制我国非煤矿山行业重特大事故发生,需对长周期下重特大事故发生规律及对策措施进行研究分析。方法:运用数据调研、统计分析及现行有效的政策法规适用性分析方法,对我国非煤矿山近22年的重特大事故规律展开研究,重点从开采方式、矿种、事故类型、生产状态、违法行为、发生时段等六个维度分析了我国非煤矿山重特大事故的基本特征。结果:经分析明确了防范遏制重特大事故应重点监管和管理的对象、重大灾害类型及时段。结论:从强化准入许可、源头管控、过程聚焦等5个方面提出了针对性的对策措施,对我国非煤矿山安全生产特别是有效遏制重特大事故的发生具有一定的指导作用。
宋厚彬,林荣琪,杨 浩,李 勇,丘裕春,张艳平,徐海波
摘要:
铜冶炼渣的产生和堆存具有严重的生态环境安全隐患,如何充分利用铜冶炼渣,实现二次资源的综合利用,降低环境安全风险,已成为目前的研究热点。目的:通过整合和总结铜冶炼渣综合利用领域内已有的研究成果和知识,探讨铜冶炼渣在道路基层材料中的应用前景并提出相关建议。方法:对相关文献进行系统性的回顾和分析。结论:利用铜冶炼渣制备道路基层材料不仅可以规模化消纳铜冶炼渣,降低铜冶炼渣排放、堆存带来的潜在环境污染问题,还可以有效解决传统道路基层材料原材料来源受限的问题,对地区基础设施建设和生态环境可持续发展具有重要意义。
智能矿山
顾清华,张文雅,王 倩
摘要:
目的:为了减少矿产资源浪费,提高贫矿的利用率,针对大型金属露天矿多装载点配矿问题,综合考虑矿石剩余量不足、铲装设备数量有限等因素对配装载点选取的影响,以品位偏差最小、生产成本最小、车辆总排队时间最短为目标建立配矿装载点选取模型。方法:采用二维矩阵整数编码法,并设计一种基于随机片段交叉与特定变异算子相结合的间接二次遗传优化算法对模型进行求解。结果:以国内某大型金属露天矿实际生产数据为例进行仿真实验,结果表明:所得出的装载点选取方案在受铲装设备数量限制、优先开采矿石剩余量相对较少装载点的条件下,仍能满足配矿计划需求。结论:所提模型、算法能普遍适用于大型金属露天矿山开采,使装载点的矿石得到充分利用。意义:提高了企业的经济效益和矿山整体开采效率。
颜武刚,代建龙,王锋,未崴,李智勇,刘友林,尹千才
摘要:
目的: 针对国内某萤石矿采用普通上向水平分层尾砂胶结充填采矿法开采存在机械化程度低、生产效率低、实时在井人数多、生产管理难度大及安全风险高等问题,结合矿体开采技术条件,进行采矿方法的优化。方法:通过对采场结构参数、采准切割工程、回采工艺过程的研究,最终确定了自动化、智能化上向水平分层尾砂胶结充填采矿法,以智能采掘装备替代人工进行开采作业,实现少人甚至无人。结果: 生产实践表明:该方法安全、可靠,凿岩、撬毛、铲装和充填环节均实现了5G远程可视化遥控作业,在控顶高度合适的条件下实现了自动定位和自主凿岩作业,作业人员可减少50%以上,取得了良好的经济社会效益。结论: 随着我国矿产资源逐步进入深部开采,采矿将面临高地压、高岩爆等恶劣高危作业环境,本文提出的智能化上向水平分层充填法对深地及难采矿体开采具有较好的借鉴参考意义和广泛的推广应用价值。
采矿工程
兰晓平,胡静云,黄英华,张智博,刘 博
摘要:
目的:某铅锌矿残留间柱矿量大、价值高,迫切需要研究出一种安全可行并高效的回采方法与工艺。方法:对多种可行的采矿方法进行技术、安全与经济的综合比选。针对残留间柱回采过程中可能面临的安全风险问题,采用三维建模数值模拟的方法开展了安全模拟推演论证工作。结果:研究与设计了分段凿岩、阶段出矿的崩落法与阶段空场嗣后充填法相结合的新型采矿方法与工艺,其创新性体现在:灵活地根据顶板与侧壁胶结充填体的垮落情况,来决定是否留设3~5 m厚的永久条形矿柱与进行阶段空场的胶结充填。结论:通过实际回采整个万11线间柱的实践,地质资源量为23.1万t,实际出矿量为26.44万t,回收率95%,贫化率17%,综合生产能力为460 t/d。残留间柱回采过程中,总体是安全的,其左右相邻的万7线与万15线间柱的开裂变形状况基本没有进一步的发展,没有引起矿柱资源的破坏性损失,也没有对周边的地表河床、主竖井等产生不良影响,虽然矿房大体积胶结充填体仍有一定规模的垮落混入,但是整体稳定性处于可控状态。上述新型采矿方法是安全可行高效的。意义:本项目的实施为矿山取得了客观的经济效益与社会效益显著,并为类似残矿资源的高效利用提供了可借鉴的研究方法与成果。
石 劲,张 欢,梅林芳,宋卫东
摘要:
目的:针对大冶铁矿随着采深的降低矿石储量逐渐减小的问题,将-450 m中段及-540 m中段进行并段开采是解决深部开采开拓工程量大、投资高的有效途径,充填法高阶段并段开采的可行性和安全性都有待进行探索及研究。为保证大冶铁矿高阶段并段开采安全高效进行,基于工程地质条件和岩体质量分级结果,开展了大冶铁矿采场高阶段并段开采结构参数优化研究。方法:基于Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算方法,引入矿岩质量指标,分析矿山各个巷道开采安全要求和断面尺寸,合理确定相应的采场结构参数,计算得到采场最大允许安全跨度。针对高阶段并段开采扰动对上覆岩层的影响,利用FLAC3D有限元模拟软件对采场高度为105、120、135 m三种方案分别进行了数值模拟研究,得到了不同开采方案下采场顶底板位移变化值和应力分布规律。结果:当阶段高度不超过120 m时,最大位移出现在顶底板中部且变形较小,出现塑性破坏区较少,能保证矿山安全开采。当采场高度达到135 m时,充填体两侧出现拉应力,采场两侧充填体位移量较大,超过采场稳定性。结论:1)结合“Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算”方法,综合考虑岩体完整性、节理特征、地下水和地应力等因素的影响,确定大冶铁矿高阶段并段开采极限跨度为20 m。2)基于FLAC3D数值模拟软件,针对三种采场阶段高度一步骤和二步骤回采前后应力场、位移场和塑性区对比分析,确定采场高度不宜超过120 m。意义:研究结果以期为大冶铁矿高阶段并段安全开采合理的采场结构参数优化提供依据,并为国内外同类矿山高阶段开采采场结构参数设计提供参考。
张佳琳,王孝东
摘要:
目的:围岩稳定性是岩土工程界重要研究内容之一,较差的围岩可能会使地下工程如隧道、矿井等发生坍塌。为保证地下工程的安全施工和稳定性。方法:本研究在充分调查某矿区某矿段采场结构参数及对地压控制研究分析后,基于矿体的赋存条件、地质产状以及顶底板的实际情况,选取了某矿段中比较有代表性的剖面,采用相似模型试验的方法,围绕点柱控顶建立室内相似试验模型,对该矿地下开采过程中采场的稳定性进行模拟分析。结果:随着矿体倾角的增大,围岩变形随之增大。在完全空场条件下,即只留中段矿柱,不留点柱,顶板会发生大面积破坏,并有可能出现地表塌陷,造成安全事故。结论:本研究要预留点柱控制地压,防治冲击地压。意义:研究成果对指导该矿区矿体的安全开采和利用具有重要的理论和实践意义。
王洪涛,李永旺,张毅恒,马能飞,高锋辉,冯东洲,李 帅,胡博怡
摘要:
目的:复杂老旧隐蔽采空区的治理一直是空场法开采矿山面临的重大难题。柿树底金矿为了解决大面积、多中段、已塌陷老旧隐蔽采空区的安全治理问题。方法:通过采空区禀赋特征调查,开展了高阶段大跨度塌陷采空区似膏体非胶结充填治理技术研究与工程应用实践。结果:采用非胶结全尾砂充填治理采空区,消除了老旧隐蔽采空区的安全隐患、防止了地表的继续沉降和塌陷、避免了大规模地压灾害事故。结论:非胶结全尾砂充填治理采空区研究对于减少矿山运营成本、实现矿山固废零排放具有巨大的经济与社会效益,为国内广大空场法开采矿山的采空区治理提供了借鉴。
郭鸿德,万串串,刘立顺,杨小聪
摘要:
目的:下向高分段中深孔充填采矿法,作为一种新型采矿技术,主要适用于岩体质量一般至极差的矿体或深部高应力环境中的坚硬矿体开采。其关键技术在于如何快速构建切割槽,为爆破创造自由面和补偿空间。本研究旨在研发一种安全、高效的成槽技术,以提高深部厚大破碎矿体的开采效率。方法:本文提出了“分次成井+单次侧向爆破”的切割槽形成方法。为验证该技术方案的可行性,以三山岛金矿为工程依托矿山,结合数值模拟、理论计算方法,开展了现场工业试验。结果:研究表明,在深部矿岩不稳固且采用充填体构筑人工假顶的情况下,该方法能安全、高效地构建切割槽。结论:该方法不仅显著提升了凿岩爆破的安全性和效率,同时减少了爆破扰动,具有良好的爆破效果和广泛的适应性,为类似矿山切割槽的形成提供了重要借鉴。
安全工程
石雅倩,张 达,冀 虎,陶志达
摘要:
目的:针对微震监测技术应用中出现的微震爆破信号分类困难、人工分类工作量大、分类准确率低等问题,本文创新性地提出了支持向量机的波形自动分类技术,旨在解决微震监测系统现有应用难题。方法:针对BSN微震监测系统采集的微震信号和人工爆破信号进行了时域和频域的分析,获得了信噪比、P波到时、首次峰值、最大峰值、主频及P波主频等9个波形特征,经过分析对比后挑选了出5个典型特征,最后采用SVM方法对上述典型特征进行训练,建立了微震和爆破信号自动分类模型,并在广西某金属矿山进行了实际现场应用分析。结果:微震准确率为80.28%,爆破准确率为86.36%。结论:本文研究的分类模型的识别和分类方法使分类准确率达到了80%以上,说明成果能够协助矿山人员减少部分波形分类工作,有助于推动全自动矿山微震监测系统发展。意义:本文提供的分类方法研究思路,能够实际解决微震监测系统在现场应用中的难题,且其中的分析方法不仅可在微震处理中应用,还可进一步用于微震分析,对实现矿山微震实时监测服务具有重大意义。
李雪辰,沈振中
摘要:
目的:土工席垫具有良好的集水和排水作用,但尾矿库在长期运行后,土工席垫经常出现因淤堵而失效的现象,这会导致坝体内部排水不充分,浸润面升高,进而增加渗透破坏的可能性,为此提出增设排渗墙来解决土工席垫失效引起的排渗安全问题。方法:以某尾矿库工程为例,采用饱和-非饱和渗流计算理论,计算分析了土工席垫不同失效程度下以及增设排渗墙后渗流场的变化。结果:结果表明:随着土工席垫失效程度逐渐加深,尾矿库坝体内部浸润线会逐渐升高,直至不能满足渗流控制要求。结论:在增设排渗墙后,可以有效控制坝体内浸润线埋深,提高坝体的排渗能力,满足安全要求。
古 鹏,林开森,李佳建
摘要:
目的:以西藏巨龙铜矿穿破碎带排水巷道施工为工程背景,分析断层突水突泥前兆信息演化规律。方法:通过数值模拟,探究了流固耦合作用下排水巷道施工至破碎带过程中围岩位移、应力、塑性区以及渗流场的变化规律,分析了巷道穿断层破碎带突水突泥前兆信息演化规律。结果:结果表明:巷道掘进至破碎带时,掌子面位移发生突变性增大。同时破碎带发生应力扰动。围岩塑性区向破碎带方向扩展,破碎带内岩体发生塑性变形,与掌子面塑性区贯通。巷道掘进至破碎带时,围岩内渗流场发生明显变化,被揭露的破碎带形成排水口,围岩水压骤然减小,巷道内容易发生突水突泥事故。意义:本文研究结果为巨龙排水巷穿破碎带施工提供了理论参考。
王志勇
摘要:
目的:巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷道原采用锚杆+锚索+钢拱架联合支护的方式进行支护,但支护效果较差,急需解决该问题。方法:为解决该实际问题,针对围岩破碎区域提出了管片+壁后注浆的支护方式。管片采用C50混凝土浇筑,内置HPB300和HPB400E型号钢筋。每段巷道由6段管片进行拼接支护,每段管片留设注浆孔。利用数值模拟分析了穿破碎围岩大断面巷道支护效果。结果:结果表明,管片+注浆支护后巷道围岩变形均为毫米级变形,管片+注浆支护结构内最大应力为30.46 MPa。管片+壁后注浆的支护方式在巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷得到了成功应用,支护效果较好。意义:研究结果为类似巷道施工提供了理论参考。
唐 飞,刘志文
摘要:
目的:矿山工作环境复杂,干扰噪声多,微震信号和噪声混叠在一起,对微震信号分析产生干扰,影响后续震相到时拾取与震源定位的工作,需对微震信号进行降噪研究。方法:针对微震信号的随机性和非平稳性,本文提出了一种基于多层联合的信号降噪方法,将SVD(奇异值分解)作为第一层降噪方法,去除信号中的白噪声;EMD(经验模态分解)作为第二层降噪方法,处理随机、非平稳的微震信号;小波阈值作为第三层降噪方法,消除EMD产生的模态混叠现象。结果:经过实验分析表明本文方法对不同信噪比的仿真信号和实际微震信号都有很好的降噪效果。结论:克服了单一降噪方法降噪效果不好的缺点,能极大提高信号信噪比,并且和原信号的相似度高,为微震信号降噪提供了一种新思路。
矿山地质
白 云,廖芝华,熊昌利,马志磊,徐云峰,周 游,唐 耀,沈位元
摘要:
东昆仑造山带是一条巨型岩浆岩构造活动带,是我国中央造山带的重要组成部分,成矿条件优越,成矿作用显著,一直备受地质学者们重视。拉浪麦钨矿床位于东昆仑造山带东段察汗乌苏河地区,隶属青海省都兰县热水乡管辖,是近年新发现的一处矽卡岩型矿床。目的:基于拉浪麦钨矿床为研究对象,建立地质-地球化学综合勘查模型,指导拉浪麦地区钨矿地质找矿工作部署。方法:选择在综合阐述分析成矿地质背景、矿区地质特征和土壤地球化学异常特征基础上,进一步总结地质-地球化学找矿标志,由此,系统构建地质-地球化学综合勘查模型。结果:W-Sn-Mo-Au-Ag-As-Sb元素具有较强的相关性,而其他元素相关性差;已发现的钨矿(化)体主要赋存于矽卡岩类岩石中,英云闪长岩与白沙河组地层接触带是找钨矿最为有利的部位;北东-南西走向的构造破碎带为容矿构造;钨矿体中的金属矿物以白钨矿为主,黑钨矿为辅。结论:依据构建的地质-地球化学综合勘查模型为指导,在拉浪麦地区圈出找矿靶区3处,其中,Ⅰ类找矿靶区1处,Ⅱ级找矿靶区2处,深部和外围地段找矿潜力大。研究创新点:系统构建的地质-地球化学综合勘查模型,有效指导拉浪麦钨矿区取得了较好的找矿效果,实现了东昆仑东段钨矿的找矿突破,为东昆仑造山带内寻找同类型钨矿提供了新的找矿方向和新的勘查思路。
程 涌
摘要:
目的:油气成藏与金属成矿之间的复杂成因联系已引起越来越多学者的关注和研究。与金属矿床相伴/相邻产出的固体沥青是油气演化的产物,记录了盆地烃类流体的重要信息,是研究成藏与成矿联系的重要载体。黔西南晴隆Sb矿田中赋存有大量古油藏固体沥青。为了揭示成藏和Sb成矿演化历史,进行了本项研究。方法:本次研究对矿床蚀变玄武岩围岩沥青进行了激光拉曼光谱分析。结果:激光拉曼光谱两峰间距(WG?WD)与峰强度比(ID/IG)散点图揭示沥青处于过成熟阶段,换算获得的沥青反射率(Rb)为1.04~3.15(平均2.36)。结论:研究结果表明,矿床蚀变玄武岩围岩沥青与矿田北西部古油藏沥青为同一期油气活动的产物。此外,固体沥青经历的最高古地温为158~299℃(平均257℃),高于正常地层埋藏温度(~200℃),其记录了Sb成矿热事件。综合分析认为,晴隆古油藏演化形成的古气藏在Sb成矿中发挥了重要作用,即为Sb成矿贡献了大量还原硫。
岩石力学
骆 柯,牛雷雷,朱万成,王 聪,赵 蔚
摘要:
目的:为探明冻融和动态扰动双重作用对寒区露天矿边坡岩体稳定性的影响。方法:利用摆锤冲击加载SHPB试验系统研究干燥、饱水和冻结状态下完整、含预制单裂隙花岗岩的动态峰值载荷、加载速率敏感性及破坏模式;建立了含裂隙饱和动态巴西盘数值模型,并验证了模型正确性,模拟不同加载速率下裂隙充水饱和试样的破坏模式和强度率效应。结果:结果表明:相同加载速率下,冻结强度>干燥强度>饱水强度,完整试样强度大于含裂隙试样,预制裂隙降低了试样的强度;不同含水和冻结状态下试样的动态抗拉峰值载荷与加载速率呈正向幂函数关系,表现出应变率强化效应,干燥、饱水、冻结状态下完整、含裂隙试样的增速分别为0.465、0.456、0.445和0.479、0.438、0.480,冻结强化动态强度,饱水弱化强度,预制裂隙放大了加载速率敏感性;裂隙充水会增大饱和试样的强度、裂纹扩展范围增大。结论:研究结果为揭示冻结状态下含单裂隙岩石动态破裂机理提供试验和模拟支撑。
矿山环境
韦岩松,农韦杰,郑华明,李秀玲
摘要:
目的:了解典型喀斯特地区尾矿库周边植物的重金属富集特性和空间分布特征,筛选优势植物品种。方法:计算富集系数来判断不同植物对不同重金属的富集能力;采用地理信息分析软件(GIS)通过普通克里金插值和半变异函数分析,建立植物重金属空间分布模型;计算皮尔逊相关系数,以分析植物体内各重金属之间及与土壤pH值的相关性。结果:该尾矿库周边28种植物中,茄科植物红丝线、菊科的野茼蒿和荨麻科的八角麻对Cd有较强富集能力,植物中Cd污染严重;乌毛蕨科的苏铁蕨、海金沙科的小叶海金沙和大戟科的禾串树对Pb有较强富集能力;各植物对Cu和Zn均无富集作用。重金属空间分布模型显示,Cd主要分布在尾矿库南面、西南面、东南面和西北面;Pb主要分布在东南部、坝下小溪及正南面;Cu主要分布在正南、西南和坝下小溪方向;Zn主要分布在西面、西南、西北和正北面。在半变异函数模型参数中,Cd和Zn以随机性因素误差为主,各点的空间相关性弱,Pb、Cu以结构性因素误差为主,空间相关性较强;植物体内重金属含量空间变异性和空间相关性排序为Zn<Cd<Cu<Pb。Cd与Cu存在中等程度正相关关系,Cd与Pb、Zn呈正弱相关关系;植物体内各重金属含量与土壤pH值相关性不强。结论:筛选出的部分优势植物可作为矿区土壤重金属富集转移和生物修复的备选品种,初步了解了该区域重金属在土壤和植物之间的迁移规律,为开展矿区重金属污染治理提供了依据。
孙福鑫,宋 莹
摘要:
目的:铜矿尾矿中含有大量重金属的废弃物,且具有很高的毒性。当尾矿与降雨接触时,重金属溶解并通过水流迁移到周围土壤和水体中,对环境造成污染。为此,研究降雨淋溶作用下铜矿尾矿库土壤的重金属迁移规律。方法:采集与处理黑龙江区域铜矿尾矿土壤环境重金属数值,通过淋溶模拟装置进行了淋浴模拟,可以模拟自然降雨条件下尾矿中重金属的迁移过程,从而更真实地反映实际情况。使用蒸馏水和蠕动泵展开定流速淋溶,测定浸出液pH值,分析重金属迁移含量和形态变化规律。结果:由研究结果可知,Fe、Mn、Cu、As的溶出主要出现在淋溶早期,Cd的溶出主要出现在淋溶前期,在淋溶中后期会出现二次溶出释放;淋溶前后重金属的各种状态均发生了改变,其中Fe活性形态的变化最小,Mn、As淋溶后活性加强,Cu、Cd淋溶后活性减弱。结论:在淋溶作用下,各种重金属在土壤中的存在形式会有不同程度的改变,进而影响到它们的生态和健康风险。这些发现对于理解重金属在土壤中的迁移转化机制以及制定相应的污染防控措施具有重要意义。
李晓晖,曹运江,李晓琳
摘要:
目的:长期不合理利用矿山资源导致水土流失、耕地面积减少、生态系统被破坏。为了合理利用矿产资源,恢复治理矿山地质环境,以湘西北为研究对象。方法:通过考虑三种评价类型八个评价因素(人口密度、地表坡度、降雨状况、工程岩组、地质构造、矿山占地、地质灾害、森林覆盖率),对其进行专家评估权重评估,经过计算得到Q值,创新之处是运用矢量多边形法叠加GIS分析开展本地矿山地质环境评价工作。基于地理信息系统技术进行制图,对研究区各区县矿山环境等级定级。结果:直观的评价湘西北区域矿山环境一般。意义:可为湘西北矿山环境管理以及生态修复提供一定的参考依据以及其他矿山评价提供理论依据。
李子建,杨江峰,张 华,*,许良全,周记名,卢许佳
摘要:
目的:磷酸盐改性被认为是提高秸秆生物炭(RBC)去除酸性矿山废水中Cd(II)性能的潜在策略,本研究采用磷酸钾对水稻秸秆生物炭(KRBC)进行改性,以提高其对酸性矿山废水中Cd(II)的吸附性能。方法:采用批量吸附试验探究溶液初始pH、共存离子、腐殖酸浓度、吸附时间及Cd(II)初始浓度对吸附剂去除Cd(II)影响,并调查改性生物炭对Cd(II)去除的潜在机理。结果:吸附试验表明在溶液pH为5.0~7.0时,KRBC对水溶液中Cd(II)具有较好去除性能。此外,共存离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-和SiO32-对RBC和KRBC去除Cd(II)没有影响,而PO43-、CO32-及腐殖酸对去除Cd(II)具有促进作用。拟二阶动力学模型和Langmuir模型可以更好地描述Cd(II)的吸附过程。RBC和KRBC对Cd(II)的最大吸附能力分别为57.93 mg/g和159.46 mg/g。潜在的去除机理包括络合、静电作用、阳离子-π相互作用及共沉淀。在经过三次再生性试验后,RBC和KRBC对50 mg·L-1的Cd(II)去除率分别为20.18%和86.75%。结论:以上结果表明磷酸钾改性生物炭在去除酸性矿山废水废水中的Cd(II)具有更大的潜力。
韩聪,赵阳,韩思鹏,祝涛,孟繁华,杨建峰
摘要:
目的:以安坝矿段为例,调查阳山金矿开采前周边农用地土壤重金属As、Cd、Hg、Pb污染情况。方法:采集表层土样80件,垂向土样15件。研究重金属含量变化趋势。运用多种分析方法对表层土壤重金属污染情况进行评价;结合相关性分析及前人地球化学研究成果,分析重金属的来源;结果:As、Cd、Hg、Pb元素平均值分别为陇南市平均值的3.80、1.13、1.12、1.87倍,As分布受人为活动影响最大,属轻度污染;As表现为偏中度累积,Hg和Pb也出现一定的富集,研究区为中等潜在生态危害等级。结论:地表为重金属最集中区,重金属污染可能出现了垂向扩散。As、Hg和Pb主要来源于金矿盗采和平硐建设,也受交通运输的影响,Cd主要来自土壤母质。意义:为后期矿山建设开发提供依据。
杜银山,王雅宁,李 磊,冯少华
摘要:
目的:查明十堰市相对集中连片的历史遗留废弃矿山废弃地分布,分析其对矿区及其周边地形地貌景观、生态功能、水资源水生态、土地资源及矿区人民的生命财产安全的影响。方法:以自然资源部历史遗留废弃矿山管理库数据为基础,充分考虑流域分布与地理单元特性,运用资料收集、实地核查等调查方法。结果:研究区存在矿山地质环境破坏严重、生态功能退化、水土流失严重、水源涵养能力下降等突出问题,因此针对存在的问题,提出了地质灾害隐患治理、地形地貌重塑、土壤重构与植被重建、废弃土地复垦利用、生态修复配套提升、生态环境监测6种工程治理措施。意义:为同类型废弃矿山生态修复提供一定的实践依据。
岩石力学
陈大佼,赵 宇,王文军,刘子涵,马 骏
摘要:
目的:岩体结构面决定着岩体强度和承载能力,直接影响着地下工程允许暴露面积和暴露时间。钻孔摄像是获取岩体深部结构面的重要方法。论文针对当前钻孔摄像获得岩体结构面参数自动提取难、精度差等问题开展研究。方法:分析了钻孔摄像中结构面的特征,研究了三维钻孔模型到二维平面展开过程中,钻孔图像中结构面与平面展开图上的节理轨迹的对应关系,提出了基于钻孔摄像图像信息反向重构三维空间钻孔和结构面的流程和参数提取方法。重点突破了基于钻孔图像信息的节理信息提取的坐标转换、结构面拟合和结构面倾向、倾角和迹宽等参数提取方法等三个关键技术(创新点),利用Python开发语言,基于PyCharm作为集成开发环境,使用PyQt5图形控件、Numpy数值计算库和SQLite数据库,开发了钻孔图像结构面参数自动提取软件,并成功应用于某矿山地下钻孔岩体结构面参数的提取。结果:应用结果表明本文设计的方法和开发的系统具有提取速度快、准确度高的特点。结论:本文研究为钻孔结构面参数化快速提取提供了一套有益的方法。
余海坤,王 微,王晓娜
摘要:
2022年我国发射了2颗陆地探测一号干涉SAR卫星,开启了大规模应用国产干涉SAR卫星的新时代。大范围地形测量是干涉SAR卫星的一个重要应用方向,而参考DEM是地形干涉测量过程中不可或缺的重要数据。目的:如何选择可靠的参考DEM以满足不同地形测量需求是利用InSAR技术提取DEM工作中亟待解决的问题。方法:本文分别选择30m的ASTER GDEM、AW3D30 DEM、SRTM DEM、Copernicus DEM作为参考DEM,采用2023年两景国产陆探一号卫星影像,利用InSAR技术开展河南省某区域DEM数据提取,并以ICESat-2激光测高数据为高程真实值,以中误差为评价指标,进行高程精度检验。结果:使用Copernicus DEM作为外部参考DEM时,不同地形条件下LT-DEM高程精度均最高,其次是SRTM DEM、AW3D30 DEM、ASTER GDEM。结论:1)L-SAR卫星具备广域高效地形测绘的能力,地形反演精度较高;2)在利用InSAR技术处理L-SAR影像时,采用Copernicus DEM作为参考数据,获取的DEM高程精度较高;3)利用InSAR技术提取DEM的高程精度受到地形因素影响,山地高程精度低,平原高程精度高。本实验首次利用12米的国产L-SAR影像反演生成DEM,创新性地将四种相同空间分辨率的参考DEM数据用于InSAR处理,并对比分析了四种参考DEM的性能。意义:该实验为利用InSAR技术提取不同地形DEM提供了指导,能够帮助地形测绘人员在进行InSAR处理时更好地选择外部参考DEM,为地质灾害监测、矿产开发、土地利用等各类工作开展提供重要的工作依据。
综述
李垚萱,崔益源,卢 尧,楚一帆,谢旭阳,李 坤
摘要:
目的:我国非煤矿山行业安全已经成为影响我国国民经济社会发展的关键因素,为了有效遏制我国非煤矿山行业重特大事故发生,需对长周期下重特大事故发生规律及对策措施进行研究分析。方法:运用数据调研、统计分析及现行有效的政策法规适用性分析方法,对我国非煤矿山近22年的重特大事故规律展开研究,重点从开采方式、矿种、事故类型、生产状态、违法行为、发生时段等六个维度分析了我国非煤矿山重特大事故的基本特征。结果:经分析明确了防范遏制重特大事故应重点监管和管理的对象、重大灾害类型及时段。结论:从强化准入许可、源头管控、过程聚焦等5个方面提出了针对性的对策措施,对我国非煤矿山安全生产特别是有效遏制重特大事故的发生具有一定的指导作用。
宋厚彬,林荣琪,杨 浩,李 勇,丘裕春,张艳平,徐海波
摘要:
铜冶炼渣的产生和堆存具有严重的生态环境安全隐患,如何充分利用铜冶炼渣,实现二次资源的综合利用,降低环境安全风险,已成为目前的研究热点。目的:通过整合和总结铜冶炼渣综合利用领域内已有的研究成果和知识,探讨铜冶炼渣在道路基层材料中的应用前景并提出相关建议。方法:对相关文献进行系统性的回顾和分析。结论:利用铜冶炼渣制备道路基层材料不仅可以规模化消纳铜冶炼渣,降低铜冶炼渣排放、堆存带来的潜在环境污染问题,还可以有效解决传统道路基层材料原材料来源受限的问题,对地区基础设施建设和生态环境可持续发展具有重要意义。
智能矿山
顾清华,张文雅,王 倩
摘要:
目的:为了减少矿产资源浪费,提高贫矿的利用率,针对大型金属露天矿多装载点配矿问题,综合考虑矿石剩余量不足、铲装设备数量有限等因素对配装载点选取的影响,以品位偏差最小、生产成本最小、车辆总排队时间最短为目标建立配矿装载点选取模型。方法:采用二维矩阵整数编码法,并设计一种基于随机片段交叉与特定变异算子相结合的间接二次遗传优化算法对模型进行求解。结果:以国内某大型金属露天矿实际生产数据为例进行仿真实验,结果表明:所得出的装载点选取方案在受铲装设备数量限制、优先开采矿石剩余量相对较少装载点的条件下,仍能满足配矿计划需求。结论:所提模型、算法能普遍适用于大型金属露天矿山开采,使装载点的矿石得到充分利用。意义:提高了企业的经济效益和矿山整体开采效率。
颜武刚,代建龙,王锋,未崴,李智勇,刘友林,尹千才
摘要:
目的: 针对国内某萤石矿采用普通上向水平分层尾砂胶结充填采矿法开采存在机械化程度低、生产效率低、实时在井人数多、生产管理难度大及安全风险高等问题,结合矿体开采技术条件,进行采矿方法的优化。方法:通过对采场结构参数、采准切割工程、回采工艺过程的研究,最终确定了自动化、智能化上向水平分层尾砂胶结充填采矿法,以智能采掘装备替代人工进行开采作业,实现少人甚至无人。结果: 生产实践表明:该方法安全、可靠,凿岩、撬毛、铲装和充填环节均实现了5G远程可视化遥控作业,在控顶高度合适的条件下实现了自动定位和自主凿岩作业,作业人员可减少50%以上,取得了良好的经济社会效益。结论: 随着我国矿产资源逐步进入深部开采,采矿将面临高地压、高岩爆等恶劣高危作业环境,本文提出的智能化上向水平分层充填法对深地及难采矿体开采具有较好的借鉴参考意义和广泛的推广应用价值。
采矿工程
兰晓平,胡静云,黄英华,张智博,刘 博
摘要:
目的:某铅锌矿残留间柱矿量大、价值高,迫切需要研究出一种安全可行并高效的回采方法与工艺。方法:对多种可行的采矿方法进行技术、安全与经济的综合比选。针对残留间柱回采过程中可能面临的安全风险问题,采用三维建模数值模拟的方法开展了安全模拟推演论证工作。结果:研究与设计了分段凿岩、阶段出矿的崩落法与阶段空场嗣后充填法相结合的新型采矿方法与工艺,其创新性体现在:灵活地根据顶板与侧壁胶结充填体的垮落情况,来决定是否留设3~5 m厚的永久条形矿柱与进行阶段空场的胶结充填。结论:通过实际回采整个万11线间柱的实践,地质资源量为23.1万t,实际出矿量为26.44万t,回收率95%,贫化率17%,综合生产能力为460 t/d。残留间柱回采过程中,总体是安全的,其左右相邻的万7线与万15线间柱的开裂变形状况基本没有进一步的发展,没有引起矿柱资源的破坏性损失,也没有对周边的地表河床、主竖井等产生不良影响,虽然矿房大体积胶结充填体仍有一定规模的垮落混入,但是整体稳定性处于可控状态。上述新型采矿方法是安全可行高效的。意义:本项目的实施为矿山取得了客观的经济效益与社会效益显著,并为类似残矿资源的高效利用提供了可借鉴的研究方法与成果。
石 劲,张 欢,梅林芳,宋卫东
摘要:
目的:针对大冶铁矿随着采深的降低矿石储量逐渐减小的问题,将-450 m中段及-540 m中段进行并段开采是解决深部开采开拓工程量大、投资高的有效途径,充填法高阶段并段开采的可行性和安全性都有待进行探索及研究。为保证大冶铁矿高阶段并段开采安全高效进行,基于工程地质条件和岩体质量分级结果,开展了大冶铁矿采场高阶段并段开采结构参数优化研究。方法:基于Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算方法,引入矿岩质量指标,分析矿山各个巷道开采安全要求和断面尺寸,合理确定相应的采场结构参数,计算得到采场最大允许安全跨度。针对高阶段并段开采扰动对上覆岩层的影响,利用FLAC3D有限元模拟软件对采场高度为105、120、135 m三种方案分别进行了数值模拟研究,得到了不同开采方案下采场顶底板位移变化值和应力分布规律。结果:当阶段高度不超过120 m时,最大位移出现在顶底板中部且变形较小,出现塑性破坏区较少,能保证矿山安全开采。当采场高度达到135 m时,充填体两侧出现拉应力,采场两侧充填体位移量较大,超过采场稳定性。结论:1)结合“Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算”方法,综合考虑岩体完整性、节理特征、地下水和地应力等因素的影响,确定大冶铁矿高阶段并段开采极限跨度为20 m。2)基于FLAC3D数值模拟软件,针对三种采场阶段高度一步骤和二步骤回采前后应力场、位移场和塑性区对比分析,确定采场高度不宜超过120 m。意义:研究结果以期为大冶铁矿高阶段并段安全开采合理的采场结构参数优化提供依据,并为国内外同类矿山高阶段开采采场结构参数设计提供参考。
张佳琳,王孝东
摘要:
目的:围岩稳定性是岩土工程界重要研究内容之一,较差的围岩可能会使地下工程如隧道、矿井等发生坍塌。为保证地下工程的安全施工和稳定性。方法:本研究在充分调查某矿区某矿段采场结构参数及对地压控制研究分析后,基于矿体的赋存条件、地质产状以及顶底板的实际情况,选取了某矿段中比较有代表性的剖面,采用相似模型试验的方法,围绕点柱控顶建立室内相似试验模型,对该矿地下开采过程中采场的稳定性进行模拟分析。结果:随着矿体倾角的增大,围岩变形随之增大。在完全空场条件下,即只留中段矿柱,不留点柱,顶板会发生大面积破坏,并有可能出现地表塌陷,造成安全事故。结论:本研究要预留点柱控制地压,防治冲击地压。意义:研究成果对指导该矿区矿体的安全开采和利用具有重要的理论和实践意义。
王洪涛,李永旺,张毅恒,马能飞,高锋辉,冯东洲,李 帅,胡博怡
摘要:
目的:复杂老旧隐蔽采空区的治理一直是空场法开采矿山面临的重大难题。柿树底金矿为了解决大面积、多中段、已塌陷老旧隐蔽采空区的安全治理问题。方法:通过采空区禀赋特征调查,开展了高阶段大跨度塌陷采空区似膏体非胶结充填治理技术研究与工程应用实践。结果:采用非胶结全尾砂充填治理采空区,消除了老旧隐蔽采空区的安全隐患、防止了地表的继续沉降和塌陷、避免了大规模地压灾害事故。结论:非胶结全尾砂充填治理采空区研究对于减少矿山运营成本、实现矿山固废零排放具有巨大的经济与社会效益,为国内广大空场法开采矿山的采空区治理提供了借鉴。
郭鸿德,万串串,刘立顺,杨小聪
摘要:
目的:下向高分段中深孔充填采矿法,作为一种新型采矿技术,主要适用于岩体质量一般至极差的矿体或深部高应力环境中的坚硬矿体开采。其关键技术在于如何快速构建切割槽,为爆破创造自由面和补偿空间。本研究旨在研发一种安全、高效的成槽技术,以提高深部厚大破碎矿体的开采效率。方法:本文提出了“分次成井+单次侧向爆破”的切割槽形成方法。为验证该技术方案的可行性,以三山岛金矿为工程依托矿山,结合数值模拟、理论计算方法,开展了现场工业试验。结果:研究表明,在深部矿岩不稳固且采用充填体构筑人工假顶的情况下,该方法能安全、高效地构建切割槽。结论:该方法不仅显著提升了凿岩爆破的安全性和效率,同时减少了爆破扰动,具有良好的爆破效果和广泛的适应性,为类似矿山切割槽的形成提供了重要借鉴。
安全工程
石雅倩,张 达,冀 虎,陶志达
摘要:
目的:针对微震监测技术应用中出现的微震爆破信号分类困难、人工分类工作量大、分类准确率低等问题,本文创新性地提出了支持向量机的波形自动分类技术,旨在解决微震监测系统现有应用难题。方法:针对BSN微震监测系统采集的微震信号和人工爆破信号进行了时域和频域的分析,获得了信噪比、P波到时、首次峰值、最大峰值、主频及P波主频等9个波形特征,经过分析对比后挑选了出5个典型特征,最后采用SVM方法对上述典型特征进行训练,建立了微震和爆破信号自动分类模型,并在广西某金属矿山进行了实际现场应用分析。结果:微震准确率为80.28%,爆破准确率为86.36%。结论:本文研究的分类模型的识别和分类方法使分类准确率达到了80%以上,说明成果能够协助矿山人员减少部分波形分类工作,有助于推动全自动矿山微震监测系统发展。意义:本文提供的分类方法研究思路,能够实际解决微震监测系统在现场应用中的难题,且其中的分析方法不仅可在微震处理中应用,还可进一步用于微震分析,对实现矿山微震实时监测服务具有重大意义。
李雪辰,沈振中
摘要:
目的:土工席垫具有良好的集水和排水作用,但尾矿库在长期运行后,土工席垫经常出现因淤堵而失效的现象,这会导致坝体内部排水不充分,浸润面升高,进而增加渗透破坏的可能性,为此提出增设排渗墙来解决土工席垫失效引起的排渗安全问题。方法:以某尾矿库工程为例,采用饱和-非饱和渗流计算理论,计算分析了土工席垫不同失效程度下以及增设排渗墙后渗流场的变化。结果:结果表明:随着土工席垫失效程度逐渐加深,尾矿库坝体内部浸润线会逐渐升高,直至不能满足渗流控制要求。结论:在增设排渗墙后,可以有效控制坝体内浸润线埋深,提高坝体的排渗能力,满足安全要求。
古 鹏,林开森,李佳建
摘要:
目的:以西藏巨龙铜矿穿破碎带排水巷道施工为工程背景,分析断层突水突泥前兆信息演化规律。方法:通过数值模拟,探究了流固耦合作用下排水巷道施工至破碎带过程中围岩位移、应力、塑性区以及渗流场的变化规律,分析了巷道穿断层破碎带突水突泥前兆信息演化规律。结果:结果表明:巷道掘进至破碎带时,掌子面位移发生突变性增大。同时破碎带发生应力扰动。围岩塑性区向破碎带方向扩展,破碎带内岩体发生塑性变形,与掌子面塑性区贯通。巷道掘进至破碎带时,围岩内渗流场发生明显变化,被揭露的破碎带形成排水口,围岩水压骤然减小,巷道内容易发生突水突泥事故。意义:本文研究结果为巨龙排水巷穿破碎带施工提供了理论参考。
王志勇
摘要:
目的:巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷道原采用锚杆+锚索+钢拱架联合支护的方式进行支护,但支护效果较差,急需解决该问题。方法:为解决该实际问题,针对围岩破碎区域提出了管片+壁后注浆的支护方式。管片采用C50混凝土浇筑,内置HPB300和HPB400E型号钢筋。每段巷道由6段管片进行拼接支护,每段管片留设注浆孔。利用数值模拟分析了穿破碎围岩大断面巷道支护效果。结果:结果表明,管片+注浆支护后巷道围岩变形均为毫米级变形,管片+注浆支护结构内最大应力为30.46 MPa。管片+壁后注浆的支护方式在巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷得到了成功应用,支护效果较好。意义:研究结果为类似巷道施工提供了理论参考。
唐 飞,刘志文
摘要:
目的:矿山工作环境复杂,干扰噪声多,微震信号和噪声混叠在一起,对微震信号分析产生干扰,影响后续震相到时拾取与震源定位的工作,需对微震信号进行降噪研究。方法:针对微震信号的随机性和非平稳性,本文提出了一种基于多层联合的信号降噪方法,将SVD(奇异值分解)作为第一层降噪方法,去除信号中的白噪声;EMD(经验模态分解)作为第二层降噪方法,处理随机、非平稳的微震信号;小波阈值作为第三层降噪方法,消除EMD产生的模态混叠现象。结果:经过实验分析表明本文方法对不同信噪比的仿真信号和实际微震信号都有很好的降噪效果。结论:克服了单一降噪方法降噪效果不好的缺点,能极大提高信号信噪比,并且和原信号的相似度高,为微震信号降噪提供了一种新思路。
矿山地质
白 云,廖芝华,熊昌利,马志磊,徐云峰,周 游,唐 耀,沈位元
摘要:
东昆仑造山带是一条巨型岩浆岩构造活动带,是我国中央造山带的重要组成部分,成矿条件优越,成矿作用显著,一直备受地质学者们重视。拉浪麦钨矿床位于东昆仑造山带东段察汗乌苏河地区,隶属青海省都兰县热水乡管辖,是近年新发现的一处矽卡岩型矿床。目的:基于拉浪麦钨矿床为研究对象,建立地质-地球化学综合勘查模型,指导拉浪麦地区钨矿地质找矿工作部署。方法:选择在综合阐述分析成矿地质背景、矿区地质特征和土壤地球化学异常特征基础上,进一步总结地质-地球化学找矿标志,由此,系统构建地质-地球化学综合勘查模型。结果:W-Sn-Mo-Au-Ag-As-Sb元素具有较强的相关性,而其他元素相关性差;已发现的钨矿(化)体主要赋存于矽卡岩类岩石中,英云闪长岩与白沙河组地层接触带是找钨矿最为有利的部位;北东-南西走向的构造破碎带为容矿构造;钨矿体中的金属矿物以白钨矿为主,黑钨矿为辅。结论:依据构建的地质-地球化学综合勘查模型为指导,在拉浪麦地区圈出找矿靶区3处,其中,Ⅰ类找矿靶区1处,Ⅱ级找矿靶区2处,深部和外围地段找矿潜力大。研究创新点:系统构建的地质-地球化学综合勘查模型,有效指导拉浪麦钨矿区取得了较好的找矿效果,实现了东昆仑东段钨矿的找矿突破,为东昆仑造山带内寻找同类型钨矿提供了新的找矿方向和新的勘查思路。
程 涌
摘要:
目的:油气成藏与金属成矿之间的复杂成因联系已引起越来越多学者的关注和研究。与金属矿床相伴/相邻产出的固体沥青是油气演化的产物,记录了盆地烃类流体的重要信息,是研究成藏与成矿联系的重要载体。黔西南晴隆Sb矿田中赋存有大量古油藏固体沥青。为了揭示成藏和Sb成矿演化历史,进行了本项研究。方法:本次研究对矿床蚀变玄武岩围岩沥青进行了激光拉曼光谱分析。结果:激光拉曼光谱两峰间距(WG?WD)与峰强度比(ID/IG)散点图揭示沥青处于过成熟阶段,换算获得的沥青反射率(Rb)为1.04~3.15(平均2.36)。结论:研究结果表明,矿床蚀变玄武岩围岩沥青与矿田北西部古油藏沥青为同一期油气活动的产物。此外,固体沥青经历的最高古地温为158~299℃(平均257℃),高于正常地层埋藏温度(~200℃),其记录了Sb成矿热事件。综合分析认为,晴隆古油藏演化形成的古气藏在Sb成矿中发挥了重要作用,即为Sb成矿贡献了大量还原硫。
岩石力学
骆 柯,牛雷雷,朱万成,王 聪,赵 蔚
摘要:
目的:为探明冻融和动态扰动双重作用对寒区露天矿边坡岩体稳定性的影响。方法:利用摆锤冲击加载SHPB试验系统研究干燥、饱水和冻结状态下完整、含预制单裂隙花岗岩的动态峰值载荷、加载速率敏感性及破坏模式;建立了含裂隙饱和动态巴西盘数值模型,并验证了模型正确性,模拟不同加载速率下裂隙充水饱和试样的破坏模式和强度率效应。结果:结果表明:相同加载速率下,冻结强度>干燥强度>饱水强度,完整试样强度大于含裂隙试样,预制裂隙降低了试样的强度;不同含水和冻结状态下试样的动态抗拉峰值载荷与加载速率呈正向幂函数关系,表现出应变率强化效应,干燥、饱水、冻结状态下完整、含裂隙试样的增速分别为0.465、0.456、0.445和0.479、0.438、0.480,冻结强化动态强度,饱水弱化强度,预制裂隙放大了加载速率敏感性;裂隙充水会增大饱和试样的强度、裂纹扩展范围增大。结论:研究结果为揭示冻结状态下含单裂隙岩石动态破裂机理提供试验和模拟支撑。
矿山环境
韦岩松,农韦杰,郑华明,李秀玲
摘要:
目的:了解典型喀斯特地区尾矿库周边植物的重金属富集特性和空间分布特征,筛选优势植物品种。方法:计算富集系数来判断不同植物对不同重金属的富集能力;采用地理信息分析软件(GIS)通过普通克里金插值和半变异函数分析,建立植物重金属空间分布模型;计算皮尔逊相关系数,以分析植物体内各重金属之间及与土壤pH值的相关性。结果:该尾矿库周边28种植物中,茄科植物红丝线、菊科的野茼蒿和荨麻科的八角麻对Cd有较强富集能力,植物中Cd污染严重;乌毛蕨科的苏铁蕨、海金沙科的小叶海金沙和大戟科的禾串树对Pb有较强富集能力;各植物对Cu和Zn均无富集作用。重金属空间分布模型显示,Cd主要分布在尾矿库南面、西南面、东南面和西北面;Pb主要分布在东南部、坝下小溪及正南面;Cu主要分布在正南、西南和坝下小溪方向;Zn主要分布在西面、西南、西北和正北面。在半变异函数模型参数中,Cd和Zn以随机性因素误差为主,各点的空间相关性弱,Pb、Cu以结构性因素误差为主,空间相关性较强;植物体内重金属含量空间变异性和空间相关性排序为Zn<Cd<Cu<Pb。Cd与Cu存在中等程度正相关关系,Cd与Pb、Zn呈正弱相关关系;植物体内各重金属含量与土壤pH值相关性不强。结论:筛选出的部分优势植物可作为矿区土壤重金属富集转移和生物修复的备选品种,初步了解了该区域重金属在土壤和植物之间的迁移规律,为开展矿区重金属污染治理提供了依据。
孙福鑫,宋 莹
摘要:
目的:铜矿尾矿中含有大量重金属的废弃物,且具有很高的毒性。当尾矿与降雨接触时,重金属溶解并通过水流迁移到周围土壤和水体中,对环境造成污染。为此,研究降雨淋溶作用下铜矿尾矿库土壤的重金属迁移规律。方法:采集与处理黑龙江区域铜矿尾矿土壤环境重金属数值,通过淋溶模拟装置进行了淋浴模拟,可以模拟自然降雨条件下尾矿中重金属的迁移过程,从而更真实地反映实际情况。使用蒸馏水和蠕动泵展开定流速淋溶,测定浸出液pH值,分析重金属迁移含量和形态变化规律。结果:由研究结果可知,Fe、Mn、Cu、As的溶出主要出现在淋溶早期,Cd的溶出主要出现在淋溶前期,在淋溶中后期会出现二次溶出释放;淋溶前后重金属的各种状态均发生了改变,其中Fe活性形态的变化最小,Mn、As淋溶后活性加强,Cu、Cd淋溶后活性减弱。结论:在淋溶作用下,各种重金属在土壤中的存在形式会有不同程度的改变,进而影响到它们的生态和健康风险。这些发现对于理解重金属在土壤中的迁移转化机制以及制定相应的污染防控措施具有重要意义。
李晓晖,曹运江,李晓琳
摘要:
目的:长期不合理利用矿山资源导致水土流失、耕地面积减少、生态系统被破坏。为了合理利用矿产资源,恢复治理矿山地质环境,以湘西北为研究对象。方法:通过考虑三种评价类型八个评价因素(人口密度、地表坡度、降雨状况、工程岩组、地质构造、矿山占地、地质灾害、森林覆盖率),对其进行专家评估权重评估,经过计算得到Q值,创新之处是运用矢量多边形法叠加GIS分析开展本地矿山地质环境评价工作。基于地理信息系统技术进行制图,对研究区各区县矿山环境等级定级。结果:直观的评价湘西北区域矿山环境一般。意义:可为湘西北矿山环境管理以及生态修复提供一定的参考依据以及其他矿山评价提供理论依据。
李子建,杨江峰,张 华,*,许良全,周记名,卢许佳
摘要:
目的:磷酸盐改性被认为是提高秸秆生物炭(RBC)去除酸性矿山废水中Cd(II)性能的潜在策略,本研究采用磷酸钾对水稻秸秆生物炭(KRBC)进行改性,以提高其对酸性矿山废水中Cd(II)的吸附性能。方法:采用批量吸附试验探究溶液初始pH、共存离子、腐殖酸浓度、吸附时间及Cd(II)初始浓度对吸附剂去除Cd(II)影响,并调查改性生物炭对Cd(II)去除的潜在机理。结果:吸附试验表明在溶液pH为5.0~7.0时,KRBC对水溶液中Cd(II)具有较好去除性能。此外,共存离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-和SiO32-对RBC和KRBC去除Cd(II)没有影响,而PO43-、CO32-及腐殖酸对去除Cd(II)具有促进作用。拟二阶动力学模型和Langmuir模型可以更好地描述Cd(II)的吸附过程。RBC和KRBC对Cd(II)的最大吸附能力分别为57.93 mg/g和159.46 mg/g。潜在的去除机理包括络合、静电作用、阳离子-π相互作用及共沉淀。在经过三次再生性试验后,RBC和KRBC对50 mg·L-1的Cd(II)去除率分别为20.18%和86.75%。结论:以上结果表明磷酸钾改性生物炭在去除酸性矿山废水废水中的Cd(II)具有更大的潜力。
韩聪,赵阳,韩思鹏,祝涛,孟繁华,杨建峰
摘要:
目的:以安坝矿段为例,调查阳山金矿开采前周边农用地土壤重金属As、Cd、Hg、Pb污染情况。方法:采集表层土样80件,垂向土样15件。研究重金属含量变化趋势。运用多种分析方法对表层土壤重金属污染情况进行评价;结合相关性分析及前人地球化学研究成果,分析重金属的来源;结果:As、Cd、Hg、Pb元素平均值分别为陇南市平均值的3.80、1.13、1.12、1.87倍,As分布受人为活动影响最大,属轻度污染;As表现为偏中度累积,Hg和Pb也出现一定的富集,研究区为中等潜在生态危害等级。结论:地表为重金属最集中区,重金属污染可能出现了垂向扩散。As、Hg和Pb主要来源于金矿盗采和平硐建设,也受交通运输的影响,Cd主要来自土壤母质。意义:为后期矿山建设开发提供依据。
杜银山,王雅宁,李 磊,冯少华
摘要:
目的:查明十堰市相对集中连片的历史遗留废弃矿山废弃地分布,分析其对矿区及其周边地形地貌景观、生态功能、水资源水生态、土地资源及矿区人民的生命财产安全的影响。方法:以自然资源部历史遗留废弃矿山管理库数据为基础,充分考虑流域分布与地理单元特性,运用资料收集、实地核查等调查方法。结果:研究区存在矿山地质环境破坏严重、生态功能退化、水土流失严重、水源涵养能力下降等突出问题,因此针对存在的问题,提出了地质灾害隐患治理、地形地貌重塑、土壤重构与植被重建、废弃土地复垦利用、生态修复配套提升、生态环境监测6种工程治理措施。意义:为同类型废弃矿山生态修复提供一定的实践依据。
岩石力学
陈大佼,赵 宇,王文军,刘子涵,马 骏
摘要:
目的:岩体结构面决定着岩体强度和承载能力,直接影响着地下工程允许暴露面积和暴露时间。钻孔摄像是获取岩体深部结构面的重要方法。论文针对当前钻孔摄像获得岩体结构面参数自动提取难、精度差等问题开展研究。方法:分析了钻孔摄像中结构面的特征,研究了三维钻孔模型到二维平面展开过程中,钻孔图像中结构面与平面展开图上的节理轨迹的对应关系,提出了基于钻孔摄像图像信息反向重构三维空间钻孔和结构面的流程和参数提取方法。重点突破了基于钻孔图像信息的节理信息提取的坐标转换、结构面拟合和结构面倾向、倾角和迹宽等参数提取方法等三个关键技术(创新点),利用Python开发语言,基于PyCharm作为集成开发环境,使用PyQt5图形控件、Numpy数值计算库和SQLite数据库,开发了钻孔图像结构面参数自动提取软件,并成功应用于某矿山地下钻孔岩体结构面参数的提取。结果:应用结果表明本文设计的方法和开发的系统具有提取速度快、准确度高的特点。结论:本文研究为钻孔结构面参数化快速提取提供了一套有益的方法。
余海坤,王 微,王晓娜
摘要:
2022年我国发射了2颗陆地探测一号干涉SAR卫星,开启了大规模应用国产干涉SAR卫星的新时代。大范围地形测量是干涉SAR卫星的一个重要应用方向,而参考DEM是地形干涉测量过程中不可或缺的重要数据。目的:如何选择可靠的参考DEM以满足不同地形测量需求是利用InSAR技术提取DEM工作中亟待解决的问题。方法:本文分别选择30m的ASTER GDEM、AW3D30 DEM、SRTM DEM、Copernicus DEM作为参考DEM,采用2023年两景国产陆探一号卫星影像,利用InSAR技术开展河南省某区域DEM数据提取,并以ICESat-2激光测高数据为高程真实值,以中误差为评价指标,进行高程精度检验。结果:使用Copernicus DEM作为外部参考DEM时,不同地形条件下LT-DEM高程精度均最高,其次是SRTM DEM、AW3D30 DEM、ASTER GDEM。结论:1)L-SAR卫星具备广域高效地形测绘的能力,地形反演精度较高;2)在利用InSAR技术处理L-SAR影像时,采用Copernicus DEM作为参考数据,获取的DEM高程精度较高;3)利用InSAR技术提取DEM的高程精度受到地形因素影响,山地高程精度低,平原高程精度高。本实验首次利用12米的国产L-SAR影像反演生成DEM,创新性地将四种相同空间分辨率的参考DEM数据用于InSAR处理,并对比分析了四种参考DEM的性能。意义:该实验为利用InSAR技术提取不同地形DEM提供了指导,能够帮助地形测绘人员在进行InSAR处理时更好地选择外部参考DEM,为地质灾害监测、矿产开发、土地利用等各类工作开展提供重要的工作依据。
综述
李垚萱,崔益源,卢 尧,楚一帆,谢旭阳,李 坤
摘要:
目的:我国非煤矿山行业安全已经成为影响我国国民经济社会发展的关键因素,为了有效遏制我国非煤矿山行业重特大事故发生,需对长周期下重特大事故发生规律及对策措施进行研究分析。方法:运用数据调研、统计分析及现行有效的政策法规适用性分析方法,对我国非煤矿山近22年的重特大事故规律展开研究,重点从开采方式、矿种、事故类型、生产状态、违法行为、发生时段等六个维度分析了我国非煤矿山重特大事故的基本特征。结果:经分析明确了防范遏制重特大事故应重点监管和管理的对象、重大灾害类型及时段。结论:从强化准入许可、源头管控、过程聚焦等5个方面提出了针对性的对策措施,对我国非煤矿山安全生产特别是有效遏制重特大事故的发生具有一定的指导作用。
宋厚彬,林荣琪,杨 浩,李 勇,丘裕春,张艳平,徐海波
摘要:
铜冶炼渣的产生和堆存具有严重的生态环境安全隐患,如何充分利用铜冶炼渣,实现二次资源的综合利用,降低环境安全风险,已成为目前的研究热点。目的:通过整合和总结铜冶炼渣综合利用领域内已有的研究成果和知识,探讨铜冶炼渣在道路基层材料中的应用前景并提出相关建议。方法:对相关文献进行系统性的回顾和分析。结论:利用铜冶炼渣制备道路基层材料不仅可以规模化消纳铜冶炼渣,降低铜冶炼渣排放、堆存带来的潜在环境污染问题,还可以有效解决传统道路基层材料原材料来源受限的问题,对地区基础设施建设和生态环境可持续发展具有重要意义。
智能矿山
顾清华,张文雅,王 倩
摘要:
目的:为了减少矿产资源浪费,提高贫矿的利用率,针对大型金属露天矿多装载点配矿问题,综合考虑矿石剩余量不足、铲装设备数量有限等因素对配装载点选取的影响,以品位偏差最小、生产成本最小、车辆总排队时间最短为目标建立配矿装载点选取模型。方法:采用二维矩阵整数编码法,并设计一种基于随机片段交叉与特定变异算子相结合的间接二次遗传优化算法对模型进行求解。结果:以国内某大型金属露天矿实际生产数据为例进行仿真实验,结果表明:所得出的装载点选取方案在受铲装设备数量限制、优先开采矿石剩余量相对较少装载点的条件下,仍能满足配矿计划需求。结论:所提模型、算法能普遍适用于大型金属露天矿山开采,使装载点的矿石得到充分利用。意义:提高了企业的经济效益和矿山整体开采效率。
颜武刚,代建龙,王锋,未崴,李智勇,刘友林,尹千才
摘要:
目的: 针对国内某萤石矿采用普通上向水平分层尾砂胶结充填采矿法开采存在机械化程度低、生产效率低、实时在井人数多、生产管理难度大及安全风险高等问题,结合矿体开采技术条件,进行采矿方法的优化。方法:通过对采场结构参数、采准切割工程、回采工艺过程的研究,最终确定了自动化、智能化上向水平分层尾砂胶结充填采矿法,以智能采掘装备替代人工进行开采作业,实现少人甚至无人。结果: 生产实践表明:该方法安全、可靠,凿岩、撬毛、铲装和充填环节均实现了5G远程可视化遥控作业,在控顶高度合适的条件下实现了自动定位和自主凿岩作业,作业人员可减少50%以上,取得了良好的经济社会效益。结论: 随着我国矿产资源逐步进入深部开采,采矿将面临高地压、高岩爆等恶劣高危作业环境,本文提出的智能化上向水平分层充填法对深地及难采矿体开采具有较好的借鉴参考意义和广泛的推广应用价值。
采矿工程
兰晓平,胡静云,黄英华,张智博,刘 博
摘要:
目的:某铅锌矿残留间柱矿量大、价值高,迫切需要研究出一种安全可行并高效的回采方法与工艺。方法:对多种可行的采矿方法进行技术、安全与经济的综合比选。针对残留间柱回采过程中可能面临的安全风险问题,采用三维建模数值模拟的方法开展了安全模拟推演论证工作。结果:研究与设计了分段凿岩、阶段出矿的崩落法与阶段空场嗣后充填法相结合的新型采矿方法与工艺,其创新性体现在:灵活地根据顶板与侧壁胶结充填体的垮落情况,来决定是否留设3~5 m厚的永久条形矿柱与进行阶段空场的胶结充填。结论:通过实际回采整个万11线间柱的实践,地质资源量为23.1万t,实际出矿量为26.44万t,回收率95%,贫化率17%,综合生产能力为460 t/d。残留间柱回采过程中,总体是安全的,其左右相邻的万7线与万15线间柱的开裂变形状况基本没有进一步的发展,没有引起矿柱资源的破坏性损失,也没有对周边的地表河床、主竖井等产生不良影响,虽然矿房大体积胶结充填体仍有一定规模的垮落混入,但是整体稳定性处于可控状态。上述新型采矿方法是安全可行高效的。意义:本项目的实施为矿山取得了客观的经济效益与社会效益显著,并为类似残矿资源的高效利用提供了可借鉴的研究方法与成果。
石 劲,张 欢,梅林芳,宋卫东
摘要:
目的:针对大冶铁矿随着采深的降低矿石储量逐渐减小的问题,将-450 m中段及-540 m中段进行并段开采是解决深部开采开拓工程量大、投资高的有效途径,充填法高阶段并段开采的可行性和安全性都有待进行探索及研究。为保证大冶铁矿高阶段并段开采安全高效进行,基于工程地质条件和岩体质量分级结果,开展了大冶铁矿采场高阶段并段开采结构参数优化研究。方法:基于Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算方法,引入矿岩质量指标,分析矿山各个巷道开采安全要求和断面尺寸,合理确定相应的采场结构参数,计算得到采场最大允许安全跨度。针对高阶段并段开采扰动对上覆岩层的影响,利用FLAC3D有限元模拟软件对采场高度为105、120、135 m三种方案分别进行了数值模拟研究,得到了不同开采方案下采场顶底板位移变化值和应力分布规律。结果:当阶段高度不超过120 m时,最大位移出现在顶底板中部且变形较小,出现塑性破坏区较少,能保证矿山安全开采。当采场高度达到135 m时,充填体两侧出现拉应力,采场两侧充填体位移量较大,超过采场稳定性。结论:1)结合“Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算”方法,综合考虑岩体完整性、节理特征、地下水和地应力等因素的影响,确定大冶铁矿高阶段并段开采极限跨度为20 m。2)基于FLAC3D数值模拟软件,针对三种采场阶段高度一步骤和二步骤回采前后应力场、位移场和塑性区对比分析,确定采场高度不宜超过120 m。意义:研究结果以期为大冶铁矿高阶段并段安全开采合理的采场结构参数优化提供依据,并为国内外同类矿山高阶段开采采场结构参数设计提供参考。
张佳琳,王孝东
摘要:
目的:围岩稳定性是岩土工程界重要研究内容之一,较差的围岩可能会使地下工程如隧道、矿井等发生坍塌。为保证地下工程的安全施工和稳定性。方法:本研究在充分调查某矿区某矿段采场结构参数及对地压控制研究分析后,基于矿体的赋存条件、地质产状以及顶底板的实际情况,选取了某矿段中比较有代表性的剖面,采用相似模型试验的方法,围绕点柱控顶建立室内相似试验模型,对该矿地下开采过程中采场的稳定性进行模拟分析。结果:随着矿体倾角的增大,围岩变形随之增大。在完全空场条件下,即只留中段矿柱,不留点柱,顶板会发生大面积破坏,并有可能出现地表塌陷,造成安全事故。结论:本研究要预留点柱控制地压,防治冲击地压。意义:研究成果对指导该矿区矿体的安全开采和利用具有重要的理论和实践意义。
王洪涛,李永旺,张毅恒,马能飞,高锋辉,冯东洲,李 帅,胡博怡
摘要:
目的:复杂老旧隐蔽采空区的治理一直是空场法开采矿山面临的重大难题。柿树底金矿为了解决大面积、多中段、已塌陷老旧隐蔽采空区的安全治理问题。方法:通过采空区禀赋特征调查,开展了高阶段大跨度塌陷采空区似膏体非胶结充填治理技术研究与工程应用实践。结果:采用非胶结全尾砂充填治理采空区,消除了老旧隐蔽采空区的安全隐患、防止了地表的继续沉降和塌陷、避免了大规模地压灾害事故。结论:非胶结全尾砂充填治理采空区研究对于减少矿山运营成本、实现矿山固废零排放具有巨大的经济与社会效益,为国内广大空场法开采矿山的采空区治理提供了借鉴。
郭鸿德,万串串,刘立顺,杨小聪
摘要:
目的:下向高分段中深孔充填采矿法,作为一种新型采矿技术,主要适用于岩体质量一般至极差的矿体或深部高应力环境中的坚硬矿体开采。其关键技术在于如何快速构建切割槽,为爆破创造自由面和补偿空间。本研究旨在研发一种安全、高效的成槽技术,以提高深部厚大破碎矿体的开采效率。方法:本文提出了“分次成井+单次侧向爆破”的切割槽形成方法。为验证该技术方案的可行性,以三山岛金矿为工程依托矿山,结合数值模拟、理论计算方法,开展了现场工业试验。结果:研究表明,在深部矿岩不稳固且采用充填体构筑人工假顶的情况下,该方法能安全、高效地构建切割槽。结论:该方法不仅显著提升了凿岩爆破的安全性和效率,同时减少了爆破扰动,具有良好的爆破效果和广泛的适应性,为类似矿山切割槽的形成提供了重要借鉴。
安全工程
石雅倩,张 达,冀 虎,陶志达
摘要:
目的:针对微震监测技术应用中出现的微震爆破信号分类困难、人工分类工作量大、分类准确率低等问题,本文创新性地提出了支持向量机的波形自动分类技术,旨在解决微震监测系统现有应用难题。方法:针对BSN微震监测系统采集的微震信号和人工爆破信号进行了时域和频域的分析,获得了信噪比、P波到时、首次峰值、最大峰值、主频及P波主频等9个波形特征,经过分析对比后挑选了出5个典型特征,最后采用SVM方法对上述典型特征进行训练,建立了微震和爆破信号自动分类模型,并在广西某金属矿山进行了实际现场应用分析。结果:微震准确率为80.28%,爆破准确率为86.36%。结论:本文研究的分类模型的识别和分类方法使分类准确率达到了80%以上,说明成果能够协助矿山人员减少部分波形分类工作,有助于推动全自动矿山微震监测系统发展。意义:本文提供的分类方法研究思路,能够实际解决微震监测系统在现场应用中的难题,且其中的分析方法不仅可在微震处理中应用,还可进一步用于微震分析,对实现矿山微震实时监测服务具有重大意义。
李雪辰,沈振中
摘要:
目的:土工席垫具有良好的集水和排水作用,但尾矿库在长期运行后,土工席垫经常出现因淤堵而失效的现象,这会导致坝体内部排水不充分,浸润面升高,进而增加渗透破坏的可能性,为此提出增设排渗墙来解决土工席垫失效引起的排渗安全问题。方法:以某尾矿库工程为例,采用饱和-非饱和渗流计算理论,计算分析了土工席垫不同失效程度下以及增设排渗墙后渗流场的变化。结果:结果表明:随着土工席垫失效程度逐渐加深,尾矿库坝体内部浸润线会逐渐升高,直至不能满足渗流控制要求。结论:在增设排渗墙后,可以有效控制坝体内浸润线埋深,提高坝体的排渗能力,满足安全要求。
古 鹏,林开森,李佳建
摘要:
目的:以西藏巨龙铜矿穿破碎带排水巷道施工为工程背景,分析断层突水突泥前兆信息演化规律。方法:通过数值模拟,探究了流固耦合作用下排水巷道施工至破碎带过程中围岩位移、应力、塑性区以及渗流场的变化规律,分析了巷道穿断层破碎带突水突泥前兆信息演化规律。结果:结果表明:巷道掘进至破碎带时,掌子面位移发生突变性增大。同时破碎带发生应力扰动。围岩塑性区向破碎带方向扩展,破碎带内岩体发生塑性变形,与掌子面塑性区贯通。巷道掘进至破碎带时,围岩内渗流场发生明显变化,被揭露的破碎带形成排水口,围岩水压骤然减小,巷道内容易发生突水突泥事故。意义:本文研究结果为巨龙排水巷穿破碎带施工提供了理论参考。
王志勇
摘要:
目的:巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷道原采用锚杆+锚索+钢拱架联合支护的方式进行支护,但支护效果较差,急需解决该问题。方法:为解决该实际问题,针对围岩破碎区域提出了管片+壁后注浆的支护方式。管片采用C50混凝土浇筑,内置HPB300和HPB400E型号钢筋。每段巷道由6段管片进行拼接支护,每段管片留设注浆孔。利用数值模拟分析了穿破碎围岩大断面巷道支护效果。结果:结果表明,管片+注浆支护后巷道围岩变形均为毫米级变形,管片+注浆支护结构内最大应力为30.46 MPa。管片+壁后注浆的支护方式在巨龙铜矿穿破碎带大断面排水巷得到了成功应用,支护效果较好。意义:研究结果为类似巷道施工提供了理论参考。
唐 飞,刘志文
摘要:
目的:矿山工作环境复杂,干扰噪声多,微震信号和噪声混叠在一起,对微震信号分析产生干扰,影响后续震相到时拾取与震源定位的工作,需对微震信号进行降噪研究。方法:针对微震信号的随机性和非平稳性,本文提出了一种基于多层联合的信号降噪方法,将SVD(奇异值分解)作为第一层降噪方法,去除信号中的白噪声;EMD(经验模态分解)作为第二层降噪方法,处理随机、非平稳的微震信号;小波阈值作为第三层降噪方法,消除EMD产生的模态混叠现象。结果:经过实验分析表明本文方法对不同信噪比的仿真信号和实际微震信号都有很好的降噪效果。结论:克服了单一降噪方法降噪效果不好的缺点,能极大提高信号信噪比,并且和原信号的相似度高,为微震信号降噪提供了一种新思路。
矿山地质
白 云,廖芝华,熊昌利,马志磊,徐云峰,周 游,唐 耀,沈位元
摘要:
东昆仑造山带是一条巨型岩浆岩构造活动带,是我国中央造山带的重要组成部分,成矿条件优越,成矿作用显著,一直备受地质学者们重视。拉浪麦钨矿床位于东昆仑造山带东段察汗乌苏河地区,隶属青海省都兰县热水乡管辖,是近年新发现的一处矽卡岩型矿床。目的:基于拉浪麦钨矿床为研究对象,建立地质-地球化学综合勘查模型,指导拉浪麦地区钨矿地质找矿工作部署。方法:选择在综合阐述分析成矿地质背景、矿区地质特征和土壤地球化学异常特征基础上,进一步总结地质-地球化学找矿标志,由此,系统构建地质-地球化学综合勘查模型。结果:W-Sn-Mo-Au-Ag-As-Sb元素具有较强的相关性,而其他元素相关性差;已发现的钨矿(化)体主要赋存于矽卡岩类岩石中,英云闪长岩与白沙河组地层接触带是找钨矿最为有利的部位;北东-南西走向的构造破碎带为容矿构造;钨矿体中的金属矿物以白钨矿为主,黑钨矿为辅。结论:依据构建的地质-地球化学综合勘查模型为指导,在拉浪麦地区圈出找矿靶区3处,其中,Ⅰ类找矿靶区1处,Ⅱ级找矿靶区2处,深部和外围地段找矿潜力大。研究创新点:系统构建的地质-地球化学综合勘查模型,有效指导拉浪麦钨矿区取得了较好的找矿效果,实现了东昆仑东段钨矿的找矿突破,为东昆仑造山带内寻找同类型钨矿提供了新的找矿方向和新的勘查思路。
程 涌
摘要:
目的:油气成藏与金属成矿之间的复杂成因联系已引起越来越多学者的关注和研究。与金属矿床相伴/相邻产出的固体沥青是油气演化的产物,记录了盆地烃类流体的重要信息,是研究成藏与成矿联系的重要载体。黔西南晴隆Sb矿田中赋存有大量古油藏固体沥青。为了揭示成藏和Sb成矿演化历史,进行了本项研究。方法:本次研究对矿床蚀变玄武岩围岩沥青进行了激光拉曼光谱分析。结果:激光拉曼光谱两峰间距(WG?WD)与峰强度比(ID/IG)散点图揭示沥青处于过成熟阶段,换算获得的沥青反射率(Rb)为1.04~3.15(平均2.36)。结论:研究结果表明,矿床蚀变玄武岩围岩沥青与矿田北西部古油藏沥青为同一期油气活动的产物。此外,固体沥青经历的最高古地温为158~299℃(平均257℃),高于正常地层埋藏温度(~200℃),其记录了Sb成矿热事件。综合分析认为,晴隆古油藏演化形成的古气藏在Sb成矿中发挥了重要作用,即为Sb成矿贡献了大量还原硫。
岩石力学
骆 柯,牛雷雷,朱万成,王 聪,赵 蔚
摘要:
目的:为探明冻融和动态扰动双重作用对寒区露天矿边坡岩体稳定性的影响。方法:利用摆锤冲击加载SHPB试验系统研究干燥、饱水和冻结状态下完整、含预制单裂隙花岗岩的动态峰值载荷、加载速率敏感性及破坏模式;建立了含裂隙饱和动态巴西盘数值模型,并验证了模型正确性,模拟不同加载速率下裂隙充水饱和试样的破坏模式和强度率效应。结果:结果表明:相同加载速率下,冻结强度>干燥强度>饱水强度,完整试样强度大于含裂隙试样,预制裂隙降低了试样的强度;不同含水和冻结状态下试样的动态抗拉峰值载荷与加载速率呈正向幂函数关系,表现出应变率强化效应,干燥、饱水、冻结状态下完整、含裂隙试样的增速分别为0.465、0.456、0.445和0.479、0.438、0.480,冻结强化动态强度,饱水弱化强度,预制裂隙放大了加载速率敏感性;裂隙充水会增大饱和试样的强度、裂纹扩展范围增大。结论:研究结果为揭示冻结状态下含单裂隙岩石动态破裂机理提供试验和模拟支撑。
矿山环境
韦岩松,农韦杰,郑华明,李秀玲
摘要:
目的:了解典型喀斯特地区尾矿库周边植物的重金属富集特性和空间分布特征,筛选优势植物品种。方法:计算富集系数来判断不同植物对不同重金属的富集能力;采用地理信息分析软件(GIS)通过普通克里金插值和半变异函数分析,建立植物重金属空间分布模型;计算皮尔逊相关系数,以分析植物体内各重金属之间及与土壤pH值的相关性。结果:该尾矿库周边28种植物中,茄科植物红丝线、菊科的野茼蒿和荨麻科的八角麻对Cd有较强富集能力,植物中Cd污染严重;乌毛蕨科的苏铁蕨、海金沙科的小叶海金沙和大戟科的禾串树对Pb有较强富集能力;各植物对Cu和Zn均无富集作用。重金属空间分布模型显示,Cd主要分布在尾矿库南面、西南面、东南面和西北面;Pb主要分布在东南部、坝下小溪及正南面;Cu主要分布在正南、西南和坝下小溪方向;Zn主要分布在西面、西南、西北和正北面。在半变异函数模型参数中,Cd和Zn以随机性因素误差为主,各点的空间相关性弱,Pb、Cu以结构性因素误差为主,空间相关性较强;植物体内重金属含量空间变异性和空间相关性排序为Zn<Cd<Cu<Pb。Cd与Cu存在中等程度正相关关系,Cd与Pb、Zn呈正弱相关关系;植物体内各重金属含量与土壤pH值相关性不强。结论:筛选出的部分优势植物可作为矿区土壤重金属富集转移和生物修复的备选品种,初步了解了该区域重金属在土壤和植物之间的迁移规律,为开展矿区重金属污染治理提供了依据。
孙福鑫,宋 莹
摘要:
目的:铜矿尾矿中含有大量重金属的废弃物,且具有很高的毒性。当尾矿与降雨接触时,重金属溶解并通过水流迁移到周围土壤和水体中,对环境造成污染。为此,研究降雨淋溶作用下铜矿尾矿库土壤的重金属迁移规律。方法:采集与处理黑龙江区域铜矿尾矿土壤环境重金属数值,通过淋溶模拟装置进行了淋浴模拟,可以模拟自然降雨条件下尾矿中重金属的迁移过程,从而更真实地反映实际情况。使用蒸馏水和蠕动泵展开定流速淋溶,测定浸出液pH值,分析重金属迁移含量和形态变化规律。结果:由研究结果可知,Fe、Mn、Cu、As的溶出主要出现在淋溶早期,Cd的溶出主要出现在淋溶前期,在淋溶中后期会出现二次溶出释放;淋溶前后重金属的各种状态均发生了改变,其中Fe活性形态的变化最小,Mn、As淋溶后活性加强,Cu、Cd淋溶后活性减弱。结论:在淋溶作用下,各种重金属在土壤中的存在形式会有不同程度的改变,进而影响到它们的生态和健康风险。这些发现对于理解重金属在土壤中的迁移转化机制以及制定相应的污染防控措施具有重要意义。
李晓晖,曹运江,李晓琳
摘要:
目的:长期不合理利用矿山资源导致水土流失、耕地面积减少、生态系统被破坏。为了合理利用矿产资源,恢复治理矿山地质环境,以湘西北为研究对象。方法:通过考虑三种评价类型八个评价因素(人口密度、地表坡度、降雨状况、工程岩组、地质构造、矿山占地、地质灾害、森林覆盖率),对其进行专家评估权重评估,经过计算得到Q值,创新之处是运用矢量多边形法叠加GIS分析开展本地矿山地质环境评价工作。基于地理信息系统技术进行制图,对研究区各区县矿山环境等级定级。结果:直观的评价湘西北区域矿山环境一般。意义:可为湘西北矿山环境管理以及生态修复提供一定的参考依据以及其他矿山评价提供理论依据。
李子建,杨江峰,张 华,*,许良全,周记名,卢许佳
摘要:
目的:磷酸盐改性被认为是提高秸秆生物炭(RBC)去除酸性矿山废水中Cd(II)性能的潜在策略,本研究采用磷酸钾对水稻秸秆生物炭(KRBC)进行改性,以提高其对酸性矿山废水中Cd(II)的吸附性能。方法:采用批量吸附试验探究溶液初始pH、共存离子、腐殖酸浓度、吸附时间及Cd(II)初始浓度对吸附剂去除Cd(II)影响,并调查改性生物炭对Cd(II)去除的潜在机理。结果:吸附试验表明在溶液pH为5.0~7.0时,KRBC对水溶液中Cd(II)具有较好去除性能。此外,共存离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-和SiO32-对RBC和KRBC去除Cd(II)没有影响,而PO43-、CO32-及腐殖酸对去除Cd(II)具有促进作用。拟二阶动力学模型和Langmuir模型可以更好地描述Cd(II)的吸附过程。RBC和KRBC对Cd(II)的最大吸附能力分别为57.93 mg/g和159.46 mg/g。潜在的去除机理包括络合、静电作用、阳离子-π相互作用及共沉淀。在经过三次再生性试验后,RBC和KRBC对50 mg·L-1的Cd(II)去除率分别为20.18%和86.75%。结论:以上结果表明磷酸钾改性生物炭在去除酸性矿山废水废水中的Cd(II)具有更大的潜力。
韩聪,赵阳,韩思鹏,祝涛,孟繁华,杨建峰
摘要:
目的:以安坝矿段为例,调查阳山金矿开采前周边农用地土壤重金属As、Cd、Hg、Pb污染情况。方法:采集表层土样80件,垂向土样15件。研究重金属含量变化趋势。运用多种分析方法对表层土壤重金属污染情况进行评价;结合相关性分析及前人地球化学研究成果,分析重金属的来源;结果:As、Cd、Hg、Pb元素平均值分别为陇南市平均值的3.80、1.13、1.12、1.87倍,As分布受人为活动影响最大,属轻度污染;As表现为偏中度累积,Hg和Pb也出现一定的富集,研究区为中等潜在生态危害等级。结论:地表为重金属最集中区,重金属污染可能出现了垂向扩散。As、Hg和Pb主要来源于金矿盗采和平硐建设,也受交通运输的影响,Cd主要来自土壤母质。意义:为后期矿山建设开发提供依据。
杜银山,王雅宁,李 磊,冯少华
摘要:
目的:查明十堰市相对集中连片的历史遗留废弃矿山废弃地分布,分析其对矿区及其周边地形地貌景观、生态功能、水资源水生态、土地资源及矿区人民的生命财产安全的影响。方法:以自然资源部历史遗留废弃矿山管理库数据为基础,充分考虑流域分布与地理单元特性,运用资料收集、实地核查等调查方法。结果:研究区存在矿山地质环境破坏严重、生态功能退化、水土流失严重、水源涵养能力下降等突出问题,因此针对存在的问题,提出了地质灾害隐患治理、地形地貌重塑、土壤重构与植被重建、废弃土地复垦利用、生态修复配套提升、生态环境监测6种工程治理措施。意义:为同类型废弃矿山生态修复提供一定的实践依据。
岩石力学
陈大佼,赵 宇,王文军,刘子涵,马 骏
摘要:
目的:岩体结构面决定着岩体强度和承载能力,直接影响着地下工程允许暴露面积和暴露时间。钻孔摄像是获取岩体深部结构面的重要方法。论文针对当前钻孔摄像获得岩体结构面参数自动提取难、精度差等问题开展研究。方法:分析了钻孔摄像中结构面的特征,研究了三维钻孔模型到二维平面展开过程中,钻孔图像中结构面与平面展开图上的节理轨迹的对应关系,提出了基于钻孔摄像图像信息反向重构三维空间钻孔和结构面的流程和参数提取方法。重点突破了基于钻孔图像信息的节理信息提取的坐标转换、结构面拟合和结构面倾向、倾角和迹宽等参数提取方法等三个关键技术(创新点),利用Python开发语言,基于PyCharm作为集成开发环境,使用PyQt5图形控件、Numpy数值计算库和SQLite数据库,开发了钻孔图像结构面参数自动提取软件,并成功应用于某矿山地下钻孔岩体结构面参数的提取。结果:应用结果表明本文设计的方法和开发的系统具有提取速度快、准确度高的特点。结论:本文研究为钻孔结构面参数化快速提取提供了一套有益的方法。
余海坤,王 微,王晓娜
摘要:
2022年我国发射了2颗陆地探测一号干涉SAR卫星,开启了大规模应用国产干涉SAR卫星的新时代。大范围地形测量是干涉SAR卫星的一个重要应用方向,而参考DEM是地形干涉测量过程中不可或缺的重要数据。目的:如何选择可靠的参考DEM以满足不同地形测量需求是利用InSAR技术提取DEM工作中亟待解决的问题。方法:本文分别选择30m的ASTER GDEM、AW3D30 DEM、SRTM DEM、Copernicus DEM作为参考DEM,采用2023年两景国产陆探一号卫星影像,利用InSAR技术开展河南省某区域DEM数据提取,并以ICESat-2激光测高数据为高程真实值,以中误差为评价指标,进行高程精度检验。结果:使用Copernicus DEM作为外部参考DEM时,不同地形条件下LT-DEM高程精度均最高,其次是SRTM DEM、AW3D30 DEM、ASTER GDEM。结论:1)L-SAR卫星具备广域高效地形测绘的能力,地形反演精度较高;2)在利用InSAR技术处理L-SAR影像时,采用Copernicus DEM作为参考数据,获取的DEM高程精度较高;3)利用InSAR技术提取DEM的高程精度受到地形因素影响,山地高程精度低,平原高程精度高。本实验首次利用12米的国产L-SAR影像反演生成DEM,创新性地将四种相同空间分辨率的参考DEM数据用于InSAR处理,并对比分析了四种参考DEM的性能。意义:该实验为利用InSAR技术提取不同地形DEM提供了指导,能够帮助地形测绘人员在进行InSAR处理时更好地选择外部参考DEM,为地质灾害监测、矿产开发、土地利用等各类工作开展提供重要的工作依据。