2024年第5期目录
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    综述
  • 肖柏林,王建栋,阮竹恩,吴爱祥
    摘要:
    目的:为摸清金属矿充填胶凝材料的现状,认清行业难题,启发研究思路,探索发展方向,推进绿色、低成本、高效膏体充填。方法:本文通过文献查阅、经验总结、实地调研、统计分析等方法,综述了当前充填胶凝材料的研究与应用进展。结果:首先,总结了充填胶凝材料的主要类型包括水泥类、冶金渣类、电热渣类、化工渣类、尾砂类5大类十余种小类;其次,归纳了充填胶凝材料的在活性激发、水化机理、有害离子固化、节能减排等方面的研究进展;再次,探讨总结了充填胶凝材料的应用现状,仍以水泥最为常见,胶固粉次之,钢渣固结粉和CH半水磷石膏充填案例效果显著,固废基充填胶凝材料逐渐取代水泥是趋势;最后,指出了充填胶凝材料研究与应用方面亟待解决的问题,包括水硬化模拟、极端环境下材料性能、水硬化过程控制、地域性固废处置、充填胶凝材料的技术标准。结论:本文为推进绿色、高效膏体充填及行业发展提供借鉴与依据。
  • 卜若凡,李萌萌,陈慧华,陈 亮
    2024,76(5):14-27,212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决以底泥为主的内源污染问题,清淤疏浚等工程措施被广泛应用于河流、湖泊和水库等水体环境治理工程。目前,我国因清淤疏浚而产生的底泥高达7 000万t,且仍以每年4%~6%的速度增长。同时,底泥“污染”和“资源”的双重属性也为其资源化利用带来了机遇与挑战。方法:为此,本文通过文献总结对现阶段底泥资源化利用技术的原理、优缺点、成本以及未来发展方向等进行了系统性梳理。结果与结论:发现底泥资源化利用已经涉及生态恢复、建筑施工、建材制造、能源回收、环保材料等多个领域。未来,底泥资源化利用应通过分区建立底泥数据库,提高疏浚工程精度,并在此基础上分区、分层、分类利用底泥,因地制宜选择资源化利用技术;同时,需要优化底泥前处理技术,提升底泥相关产品质量品级,并聚焦底泥中的有毒有害物质和新污染物以实现其安全利用;最终,完善底泥资源化利用全过程标准体系,逐步规范底泥资源化利用市场。
  • 绿色采矿
  • 黎梦圆,李航空,郭利杰,王勇军,杨 明,杨 凯,郭 鹏,李 庞,张会超,王明山
    2024,76(5):28-39 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本研究旨在提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益。方法:基于磷尾砂的物化特性,通过控制絮凝剂用量和入料浓度,研究了磷尾砂在絮凝沉降过程中的最佳条件;并通过调整充填料浆的质量浓度和砂灰比,分析了这些因素对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响。结果与结论:研究结果表明,超细磷尾砂的最佳絮凝沉降入料浓度为10%,在聚丙烯酰胺用量为25 g/t时,底流浓度可达64.53%。磷尾砂胶结充填料浆的流动性主要由屈服应力决定,其受质量浓度影响较大,受砂灰比影响较小。水泥对超细磷尾砂的固化效果有限。研发针对超细磷尾砂的低成本充填胶凝材料是提升充填体性能的关键途径。意义:本研究为提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益提供了最佳工程参数和有效途径,具有重要的工程指导意义和应用价值。
  • 谢荣凯,李 平,陶 俊,张君尉,陈泽晗
    2024,76(5):40-46,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:受固结应力的影响,采场不同位置的充填体强度存在较大差异。为精细化指导矿山充填作业,需构建考虑充填高度和龄期的充填体强度演变模型。方法:以超细尾矿胶结充填体为研究对象,通过提取不同充填高度处的充填体试样,分析了弹性模量、泊松比及抗压强度随充填高度和龄期的变化规律。结果:充填体的弹性模量随着充填高度和龄期的增长而逐渐增大,而泊松比相反;充填体弹性模量、泊松比和抗压强度随充填高度和龄期的变化均符合指数函数的发展规律;考虑充填高度和龄期的充填体抗压强度演变模型可以用相乘模式的双指数模型进行评估,模型计算值与试验值的误差在10%以内。结论:该强度演变模型的建立,可为矿山充填结构的稳定性评估提供更精确的模型参数。
  • 廉柏栋,乔登攀,杨天雨,王 俊,李勇明,郑 聪,高 博,龙 赣
    2024,76(5):47-57,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以云南某锡矿选矿厂排放的尾砂为对象,通过试验研究与数值模拟分析尾砂料浆管输模式与输砂效率的影响因素。方法:通过水筛试验测得尾砂级配分布规律,以及料浆流变试验测得料浆流变特性,并结合ANSYS-FLUENT对料浆管输模型模拟计算。结论:对比分析Wasp等判据不足,提出了基于颗粒级配的管输模式新判据,并结合级配模型与流变参数计算了输砂效率,结果与实测值的误差绝对值在5%以内,表明了新判据合理,同时构建了输砂效率计算新模型。意义:研究内容为尾砂料浆管输模式提供了新判据,可为相似情况的矿山尾砂料浆管输应用提供一定的参考价值。
  • 史采星,杨凯,郭利杰,许文远
    2024,76(5):58-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着地下金属矿山开采深度的增加,井下温度不断升高。本研究旨在探讨温度变化对超细尾砂充填料浆流动性的影响,以优化充填系统的设计和运行。方法:通过流变试验和数值模拟分析温度变化对料浆流动特性的影响,并结合工程需求,研究管道内径和入口流量对超细尾砂料浆流动特性的影响。结果和结论:超细尾砂充填料浆的流变性能可用Bingham模型表征。在输送过程中,速度场表现为中心结构流,可以通过调整入口流量和管道内径来提高输送效率,控制流速分布。在一定温度范围内,随着料浆温度升高,料浆的屈服应力和黏度减小,比摩阻减小;但当温度超过一定值时,料浆黏度反而增加,比摩阻也随之增加;温度对超细尾砂充填料浆的流动特性有显著影响,通过调整入口流量和管道内径可以改善输送效率并控制流速分布。意义:研究结果为地下矿山深部开采中充填系统的设计和运行提供了科学依据,有助于提高充填系统的效率和稳定性。
  • 李伟光,朱阳戈,李勇,赵庆朝,李学亮,唐培垚
    2024,76(5):68-73 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对胶磷矿浮选尾矿因排放量大、粒度细、烧失高等限制其难以有效利用的关键难题,本研究开展了磷尾矿焙烧活化、化学改性制备镁基胶凝材料的试验研究。方法:采用控制变量法研究了磷尾矿的焙烧温度、MgCl2添加量和水灰比等条件对胶凝材料力学性能和微观结构的影响。结果:在焙烧温度为800℃,焙烧时间为2h,MgCl2用量为8%,水灰比为0.1时,胶凝材料试块的7d抗压强度可达45.21 MPa,具有良好的力学性能;主要水化产物为518相和318相,为胶凝材料强度的提升起到了积极作用,促进了胶凝材料强度的提升。结论:该研究充分利用了磷尾矿镁含量高的天然禀赋特征制备出了性能优异的胶凝材料,为磷尾矿的高值化利用提供了一条新的思路。
  • 巴 蕾,卓庆奉,王 晶,王奇峰,肖柏林
    2024,76(5):74-81,92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了利用煤矸石制备膏体,探索煤矸石无废化源头处理技术。方法:通过室内实验研究了膏体制备参数、物料组成及掺量对膏体流动工作特性、强度特性的影响。结果:结果表明:随着粉煤灰替代水泥百分比增加,膏体塌落度和泌水率均先降低后增加,28 d强度却线性降低;低品质粉煤灰可作为细骨料改善膏体的级配,膏体的塌落度和泌水率随粉煤灰细骨料的增加分别线性增加和对数下降,当粉煤灰与煤矸石比例为1:2时,具有最高28 d强度3.32 MPa,且满足自流输送要求;其余不变时,随水泥增加,膏体塌落度增加,泌水率降低,流动性增强,强度呈对数函数形式上升;固定水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:6,膏体的塌落度与泌水率均随着质量浓度的增加而线性降低;而强度随浓度的增加而线性增加。结论:研究可为煤矸石膏体充填的设计与工程应用提供理论依据与技术支撑。
  • 张国祥,王 智,张东升,赖 伟,祝 鑫
    2024,76(5):82-87 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了减少矿山固废堆存,降低处置成本,同时提高井下矿石回采率,针对矿山极细滤泥充填存在浓度低、絮凝沉降困难、溢流跑混等问题,以河南某铅银矿为例,提出了滤泥、米石协同处置精准制备充填系统工艺。方法:开展了滤泥、米石基本物理性质、流动性及强度试验,通过理论分析研究,结合现场实际情况,提出了该铅银矿多物料协同胶结充填工艺,并进行了充填系统的建设及工业试验。结果:1)滤泥粒径小于74 μm颗粒占比达94%,滤泥﹕米石为5﹕5时,充填骨料中-20 μm以下含量占比超过20%,能够满足充填料浆长距离输送;2)采用静态计量周期制备工艺,滤泥采用黏性配料机进行给料计量,米石采用常规配料机进行给料计量,能够实现黏性滤泥的均质打散及精准给料,保障充填系统稳定连续运行;3)现场工业试验时,充填浓度为64%,充填料浆均质化程度高,充填系统运转连续,制备能力达60 m3/h,充填料浆自流至井下空区,泌水率小于3%。结论:多物料协同胶结充填系统的建成使用,提高了矿石回采率,提升了矿山经济效益,同时也为矿山安全开采提供了保障。
  • 朱胜利,杨东伟,祝 鑫,赖 伟,李文波,王英乐,任 磊
    2024,76(5):88-92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了降低矿山充填运营成本,针对采用上向水平分层充填法进行开采作业的某金矿,开展充填外加剂降本研究。方法:进行了矿山全尾砂室内材料试验研究,研发了针对于矿山尾砂的X601、XN603、204三种高强充填添加剂,并开展了充填体强度配比试验。结果:1)针对矿山尾砂研发的三种高强充填添加剂均能改善充填料浆流动性、调节料浆流变性,使充填改性料浆长时间保持稳定性、抗分层离析的时间延长泌水量大大减少,有促分散、促流动以及固化增强作用。2)在灰砂比1﹕6时,添加剂X601可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高30%左右,28 d强度提高20%左右;添加剂XN601-3可以使7 d强度提高20%左右,28 d强度提高20%左右。添加剂204可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高10%左右,28 d强度提高10%左右。结论:研发的三种外加剂中,X601添加剂为最优添加剂,能够降低20%水泥添加量,为矿山低成本充填提供技术支撑。
  • 刘德峰,崔晨冉,郑彦涛,王良群,姜贵川
    2024,76(5):93-102 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:减少排土场废石堆积对矿山产生的安全威胁。方法:通过研究废石颗粒粒径分布特征,进行不同级配废石胶结充填材料的力学特性及流动性能实验,优化废石颗粒级配,揭示其与水泥及粉煤灰固化作用机制。结果:+0.075~ -16 mm废石充填体试件的颗粒级配分布特征与机制砂充填体强度特性相近,其单轴抗压和抗拉强度及软化系数均高于其余废石级配充填体;四种充填料浆的坍落度相差不大,而+0.075~-16 mm废石充填料浆的泌水率较小,流动性较好;养护28 d废石(+0.075~-16 mm)充填体试件表面较平整,微观结构较紧密,其内部被少量的废石颗粒和粉煤灰、较多的网络状水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和大量的针棒状钙矾石(AFt)水化产物,以及六方板状的CH晶体结构充填,使得其微观结构比其余废石(-16 mm和+0.15~-16 mm)试件更加致密,与机制砂(-16 mm)试件相接近。结论:既能为类似矿山优化充填工艺参数提供技术借鉴,也可以减少矿山充填开采成本。
  • 张君尉,李文源,李 平,谢荣凯,唐建辉
    2024,76(5):103-110 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了实现超细铁尾矿在气泡混合轻质土中的高效利用,以最优力学性能为目标,进行了配合比优化设计。方法:基于BBD响应面曲面法,以尾矿掺量15%~30%、泡沫掺量4%~6%、水料比0.4~0.6为变量,以7 d和28 d抗压强度为响应值,设计了17组配合比,并分析了组成因素间的相互作用对抗压强度的影响程度。结果:泡沫掺量对超细铁尾矿气泡混合轻质土抗压强度影响最为显著,其次是水料比和尾矿掺量; 从两因素交互作用上看,尾矿掺量和泡沫掺量交互作用对抗压强度影响最为显著;通过对回归模型的极值求解,当尾矿掺量为34.19%、泡沫掺量为4.34%、水料比为0.45时,超细铁尾矿气泡混合轻质土具有最优的力学性能。结论:经优化设计后的超细铁尾矿气泡混合轻质土可满足填筑工程技术要求。
  • 申宏栋,陈 曦,焦华喆
    2024,76(5):111-117,134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:研究石墨尾矿制备仿石砖的工艺和性能。方法:通过扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对制备的免烧仿石砖进行了表征和评估。结果:研究表明,采用压制成型法利用石墨尾矿制备免烧砖,最佳的石墨尾矿掺混比为50 wt.%,陈化时间为21 d,此时免烧砖抗压强度35.53 MPa,吸水率为4.22%,均达到产品要求的标准。结论:通过SEM观察,制备的仿石砖表面平整,无明显的孔隙和裂缝。力学性能测试表明,仿石砖具有较好的抗压强度和耐磨性。意义: 利用石墨尾矿制备免烧砖在技术上是可行的,对环境保护和资源回收具有重要意义。
  • 赵艳伟,胡正祥,乔登攀,姚晋龙,李广涛,杨天雨,王 俊
    2024,76(5):118-128 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    探究膏体充填料浆流变特性,对矿山合理布置充填管路,高效进行充填作业有重要意义。目的:将繁琐且影响因素众多的膏体流变参数测量试验与先进的机器学习回归预测模型相结合,实现膏体流变参数的准确预测。方法:利用不同物料配合比条件下共128组膏体流变特性试验数据作为模型数据集,选择极度梯度提升回归树(XGBoost)模型,结合贝叶斯算法(BO)对模型进行超参数寻优设置,建立了多目标参数回归预测模型。结果:研究结果表明:经贝叶斯算法优化后的BO-XGBoost模型较XGBoost模型性能显著提升,决定系数R2提高6%。所构建BO-XGBoost模型真实值与预测值在屈服应力数据集上相对误差维持在0.02水平;粘度数据集维持在0.1水平。结论:BO-XGBoost模型可实现膏体流变参数的高效准确预测,创新性地使用了多目标回归模型,为矿山充填作业设计提供参考,具有一定实际工程应用意义。
  • 王国强,陈鑫政,李守强,郭利杰,刘金海,王海昶
    2024,76(5):129-134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:取消戈壁集料充填,解决喀拉通克铜镍矿充填成本高的问题,实现尾砂和冶炼渣等固废用于充填。 方法:采用室内和工业试验等研究方法论证了冶炼渣用于喀拉通克铜镍矿充填的可行性。通过开展坍落度和抗压强度测试分别研究了全尾砂单一骨料和全尾砂+冶炼渣复合骨料充填料浆的可泵性和强度特征。结果:研究结果表明:全尾砂单一骨料充填料浆的适宜输送浓度为66%~68%,冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填料浆的适宜输送浓度为70%~72%。全尾砂单一骨料充填体28 d强度低于3MPa,添加冶炼渣作为粗骨料可提高充填体的强度,当冶炼渣添加量低于30%时,充填体的强度随冶炼渣骨料占比的增加而增高。结论:假底层充填应采用尾砂+冶炼渣复合骨料,当冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填试块内部未出现冶炼渣离析现象。意义:本文创新地实现高密度冶炼渣用于矿山充填,研究成果对指导喀拉通克铜镍矿充填具有重要意义,也为新疆地区冶炼渣的大宗利用提供了参考。
  • 赵 津,刘心中,马树森,葛 焰
    2024,76(5):135-139 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了有效解决金尾矿的处理问题以及缓解砂石资源短缺的现状,探索利用金尾矿替代部分天然砂制备金尾矿混凝土的可能性。方法:通过立方体抗压强度测试,结合正交试验方法,深入分析了水胶比、金尾矿代替率、砂率以及粉煤灰掺量这四个因素对金尾矿混凝土28 d抗压强度的影响。运用极差和方差法进行了系统分析,确定了各因素在影响金尾矿混凝土28 d抗压强度方面的权重;此外还基于正交试验的数据,建立了金尾矿混凝土抗压强度的多元回归方程。结果:研究结果表明,水胶比对金尾矿混凝土抗压强度影响最为显著,其次是金尾矿代替率、粉煤灰掺量、砂率。建立的回归方程R 2为0.872可在一定程度上预测其抗压强度。意义:研究结果可为金尾矿资源的综合利用提供一定的参考价值。
  • 李学亮,迟仁政,朱 雷,孙志健,赵庆朝,李伟光,李 勇,唐培垚
    2024,76(5):140-148 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对锂渣活性差、堆积量大、利用率低的难题,提出以锂渣为主要原料、矿粉为硅铝矫正料制备碱激发胶凝材料的技术研究。方法:通过正交实验探究各影响因素对胶凝材料抗压强度影响,得到最佳原料配比;通过机械活化和热活化得到锂渣最佳活化条件,采用XRD、SEM对锂渣基胶凝材料的微观结构进行表征。结果:结果表明:当机械活化60 min、650 ℃热活化1h的锂渣掺量60%、水玻璃模数1、水玻璃掺量12%、液固比0.4、养护温度20 ℃、搅拌时间10 min,胶凝材料28 d强度可达45.52 MPa;胶凝材料主要水化产物为钠沸石、C-S-H凝胶、白榴石等,凝胶填充孔隙,增加致密性,提升胶凝材料性能。意义:为锂渣的综合利用提供了新的思路。
  • 张建强,张陆佳,张 明,张 熠,许 晖,薛改利
    2024,76(5):149-156,170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了探究矿山周边具备潜在胶结活性的固废材料及高硫尾砂对胶结充填体强度和充填料浆的影响效应,揭示高硫尾砂复合充填材料的激发机理;方法:通过对不同配比充填体试样进行单轴抗压试验及SEM/EDS测试,分析其抗压强度、破坏模式和微观结构;结果:相较于使用100%水泥,采用生石灰作为激发剂时,尾砂﹕戈壁集料为3﹕7或4﹕6胶结充填体试样的7d强度均有所提高;当尾砂和戈壁集料的配比相同时,随着生石灰掺量的增加,胶结充填体的力学强度逐渐降低,生石灰最优掺量为10%;适当增加矿渣微粉的掺量有利于力学强度提高;通过微观结构分析,水化反应试件的内部生成了大量的纤维状C-S-H以及针状的钙矾石(Aft),充填体试样中的主要元素为O、C、Si、Ca、Al和Mg。结论:采用固废材料完全代替水泥具有可行性;意义:研究结果可为不同充填技术需求下,固废材料的应用提供理论与技术依据。
  • 王红武,陈 灿,彭啸鹏
    2024,76(5):157-162 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着开采年限增加,安庆铜矿已逐步面临尾矿库库容不足难题。为此开展了安庆铜矿尾矿综合利用工艺研究,以期实现尾砂资源化利用,降低排尾量,延长尾矿库使用年限。方法:通过安庆铜矿尾砂产出工艺调研,结合尾砂物化特性分析,研究形成了基于旋流分级联合震动脱水的尾砂综合利用工艺技术。并通过工业试验研究,分析了分级粗尾砂产品质量指标与利用效率。结果:试验结果表明,粗尾砂产品-200目颗粒平均含量低于15%,含水率约18%,硫元素含量低于0.5%,均满足建筑用砂标准。工业试验的尾砂综合利用能力为30t/h,利用效率为48%,每年可减少约20万吨尾矿库排尾量,能有效缓解安庆铜矿尾矿库库容不足难题。意义:相关成果对于面临类似难题的矿山具有较好的指导意义和实用价值,为我国金属矿尾矿固废综合利用技术的发展起到促进作用。
  • 姜浩楠,李 业,纪开明,徐东晶,张 洪,夏志村
    2024,76(5):163-170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对目前我国煤炭废弃物的综合利用效率较低的问题,本文旨在研究水库煤柱坝体对矿井水水质演化的影响。方法:本文以乌兰木伦煤矿低阶煤中的长焰煤和不同矿井水源为例,通过室内静态浸泡实验模拟煤-水相互作用过程,从水化学组分的角度,采用相关性分析、因子分析等统计方法,探讨长焰煤影响下不同矿井水水质演变的控制因素。结果:经过分析得到:四类水样初始水化学类型不一致,反应后演化成HCO3-SO4-Na-Ca型和SO4-HCO3-Na-Ca两种水化学类型,且四类水样主控因素分析的累计方差贡献率分别为82.52%、80.07%、80.68%、80.02%,均满足累积方差贡献超过80%的原则。结论:长焰煤在地表水和地下水中存在不同的影响作用,煤-水协同效应主要包括各种矿物的溶解(碳酸盐岩、硅酸盐岩、硫酸岩盐等)和阳离子交换,地表水和地下水水质演化的主要因素分别是碳酸盐矿物的溶解和阳离子交换。
  • 牛孝子,祝静骋,张 卓,丁 勇,龚自敏
    2024,76(5):171-177,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决阶段空场嗣后充填采矿法中二步骤矿柱采场开采面临充填体内开挖巷道支护量大、效率低、成本高的问题,实现二步骤矿柱采场出矿巷道快速成型。方法:本文针对国内某铁矿开展了充填体内预构巷道的工艺方法研究,采用调研、理论分析和试验的方法,分析预构载体在采场内的受力,进行预构载体的材料调研,选择橡胶充气芯模作为预构载体,结合矿山井下开采条件对橡胶充气芯模进行改造,设计了预构载体的布置方案,并开展了工业试验。结果:结果表明:采用橡胶充气芯模作为预构载体,一次充填高度不易超过2 m以避免橡胶充气芯模受到破坏。预构载体的尺寸确定需综合考虑巷道断面参数和预构载体的运输、安装等因素。与钻爆法在充填体内开挖巷道相比,采用橡胶充气芯模预构巷道可将施工效率提高近5倍,施工成本降低44%,并避免了钻爆法对充填体的破坏,降低了支护成本。意义:本文提出利用橡胶充气芯模作为预构载体,在一步骤采场充填前放置在预形成巷道处,待充填体凝固后收缩橡胶芯模而形成巷道,研究成果对国内类似矿山具有借鉴意义。
  • 高志刚,单世君,张博文,张 晴,韩新磊,卢可涵,全鹏飞
    2024,76(5):178-184,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决矿山开采顶板支护材料的短缺及石墨尾砂大量堆积问题。方法:采用碱激发的手段首次激发矿渣粉煤灰的火山灰活性、石墨尾砂作为骨料,制备沿空留巷支护体材料。试验采用响应面及满意度函数法进行配合比优化。结果:随着用碱量的提高,石墨尾砂沿空留巷支护体材料的抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,成本逐渐增大;随着粉/矿的提高,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐下降,流动性逐渐变好,成本减少;随着骨胶比的增加,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐降低,成本逐渐降低。质量浓度对沿空留巷支护体材料的影响较小。结论:沿空留巷支护体具有最优目标强度且成本为最小,其最优配比为粉/矿为0.501、骨胶比为3.71、质量浓度为85.1%、用碱量为8%。意义:为提高石墨尾砂的工程实际应用提供试验及理论依据。
  • 杨艳会,郑 明,袁 胜,张广田,于海洋,张立群
    2024,76(5):185-192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废大量堆存、占用土地造成的环境污染问题,提高工业固废综合利用效率。方法:以钢渣、矿渣、脱硫石膏等工业固废为原材料制备的固废基胶凝材料,与水泥、粉煤灰按照不同比例混合,再以铁尾矿砂、铁尾矿碎石为骨料,制备C30强度等级的低碳混凝土,试验研究了水泥取代率、粉煤灰掺量对低碳混凝土抗压强度的影响,分析了全固废低碳混凝土的耐久性能,并通过XRD、TG-DSC、SEM的手段探究了固废基胶凝材料的水化产物及过程。结果:结果表明:在粉煤灰掺量80 kg/m3的条件下,固废基胶凝材料对水泥的取代率可达50%~70%,固废基胶凝材料完全取代水泥时宜作为单一胶凝材料使用;全固废低碳混凝土具有良好的耐久性能,其抗氯离子渗透性能、抗冻性能均优于普通混凝土。结论:固废基胶凝材料的早期水化进程较慢,其强度发展依赖于AFt和C-S-H凝胶的大量生成,二者相互交织、穿插提高了胶凝体系的密实度和强度。意义与创新性:本文论证了工业固废制备低碳混凝土的可行性,对混凝土绿色低碳发展具有实际指导意义。
  • 夏 磊,张慧芳,张伟喜,仇 昊,高世伟,马军涛
    2024,76(5):193-197,205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以萤石尾矿资源化利用为目的,研究不同活性激发方法对萤石尾矿反应活性与水化性能的影响。方法:使用热处理、机械粉磨、联合激发三种方式对萤石尾矿进行活性激发,并将其作为掺合料用于制备水泥净浆,评价其反应活性和水化性能。结果:萤石尾矿在经过机械激发和碱热激发后,可表现出一定的反应活性,可观测出显著的无定形玻璃相,其作为掺合料制备水泥净浆的强度均提升了20%以上。结论:机械激发使比表面积增加,粒径减小,有利于萤石尾矿参与水化反应,产生微集料效应,起到填充作用,使掺入萤石尾矿的水泥净浆抗压强度的提高。碱热激发萤石尾矿在水泥水化环境下具有水硬性。机械激发和碱热激发都能提高萤石尾矿的活性使萤石尾矿具备激发后作为活性掺合料使用的可行性。意义:萤石尾矿作为萤石选矿的副产品,长期堆积易造成生态环境的破坏,亟需进行资源化利用。本文首次系统地评价了不同激发方式对萤石尾矿的激发效果,对萤石尾矿的资源化利用具有指导意义。
  • 卿三成,王昕,潘社卫,薛广海,王永光,万用波,渠迎锋,卢 毅
    2024,76(5):198-205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废产量高、堆存量大、利用率低的突出问题。方法:本研究基于多固废协同利用设计思路,以炼钢副产物热闷钢渣(SS)和磷化工副产物磷石膏(PG)为主要原料,配合一定比例的天然碎石(NA)和硅酸盐水泥(PC)制备公路工程无机水稳层,对无侧限抗压强度、劈裂强度、体积安定性、抗冲刷等性能进行了可用性测定,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子电微镜对其水化过程进行了分析。结果:结果表明,磷石膏的适量掺加有助于钙矾石生成填充空隙,而掺加过高则会导致石膏裹附在钢渣表面降低骨料间的粘结作用。其中,由6%PG(≤0.30mm)+6%PC(≤0.30mm)+32%SS(0.30-4.65mm)+40%NA(4.65-20.00 mm)+22%SS(4.65-20.00 mm)制备的试件MW-2满足高速公路的极重公路强度标准,固废利用率高达60%。结论:将SS和NA形成级配骨料,将PG和PC用作胶凝材料,可有效提高试件的最大干密度,提高抗压强度,可满足高性能应用需求。意义:该研究充分利用磷石膏的水化特性及钢渣的骨料特征,创新地将磷石膏和钢渣应用于道路生产,探讨出一套级配合理的高强固废基水稳复合材料配方,为固废的高效协同利用提供了新的技术路径,对工业的低碳循环发展具有重要意义。
  • 采矿工程
  • 郑迪,郭利杰,袁学浩,樊川
    2024,76(5):206-212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本文旨在探讨铁矿资源高效开采的新手段,重点研究双中段并采方式在提高开采效率和资源回收率方面的效果,并通过具体案例分析其开采过程中的安全稳定性问题。方法:本文以安徽某铁矿为研究对象,创新性地提出双中段开采方式。利用Flac3D数值模拟软件,构建了尺寸为50 m×15 m×120 m(长×宽×高)的典型采场数值模型,模拟双中段并采的开采过程。结果:双中段采场开挖后,采场空区底部和左右两侧围岩的应力集中程度显著增加。采空区顶板发生了显著位移,最大位移量达到1.2 m;侧帮最大位移为0.8 m。进一步分析表明,空区围岩的潜在破坏模式主要为剪切塑性破坏。结论:双中段并采方式在提高铁矿开采效率和资源回收率方面具有显著优势。虽然开采过程中会引起围岩应力和位移的变化,尽管存在局部应力集中和位移变形,但通过合理的工程设计和支护措施,可以确保采场整体的安全稳定性。意义:双中段开采技术为类似矿山的开采提供了可行的参考方案,并为铁矿开采技术的创新与发展开辟了新的思路和方法。
    综述
  • 肖柏林,王建栋,阮竹恩,吴爱祥
    摘要:
    目的:为摸清金属矿充填胶凝材料的现状,认清行业难题,启发研究思路,探索发展方向,推进绿色、低成本、高效膏体充填。方法:本文通过文献查阅、经验总结、实地调研、统计分析等方法,综述了当前充填胶凝材料的研究与应用进展。结果:首先,总结了充填胶凝材料的主要类型包括水泥类、冶金渣类、电热渣类、化工渣类、尾砂类5大类十余种小类;其次,归纳了充填胶凝材料的在活性激发、水化机理、有害离子固化、节能减排等方面的研究进展;再次,探讨总结了充填胶凝材料的应用现状,仍以水泥最为常见,胶固粉次之,钢渣固结粉和CH半水磷石膏充填案例效果显著,固废基充填胶凝材料逐渐取代水泥是趋势;最后,指出了充填胶凝材料研究与应用方面亟待解决的问题,包括水硬化模拟、极端环境下材料性能、水硬化过程控制、地域性固废处置、充填胶凝材料的技术标准。结论:本文为推进绿色、高效膏体充填及行业发展提供借鉴与依据。
  • 卜若凡,李萌萌,陈慧华,陈 亮
    2024,76(5):14-27,212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决以底泥为主的内源污染问题,清淤疏浚等工程措施被广泛应用于河流、湖泊和水库等水体环境治理工程。目前,我国因清淤疏浚而产生的底泥高达7 000万t,且仍以每年4%~6%的速度增长。同时,底泥“污染”和“资源”的双重属性也为其资源化利用带来了机遇与挑战。方法:为此,本文通过文献总结对现阶段底泥资源化利用技术的原理、优缺点、成本以及未来发展方向等进行了系统性梳理。结果与结论:发现底泥资源化利用已经涉及生态恢复、建筑施工、建材制造、能源回收、环保材料等多个领域。未来,底泥资源化利用应通过分区建立底泥数据库,提高疏浚工程精度,并在此基础上分区、分层、分类利用底泥,因地制宜选择资源化利用技术;同时,需要优化底泥前处理技术,提升底泥相关产品质量品级,并聚焦底泥中的有毒有害物质和新污染物以实现其安全利用;最终,完善底泥资源化利用全过程标准体系,逐步规范底泥资源化利用市场。
  • 绿色采矿
  • 黎梦圆,李航空,郭利杰,王勇军,杨 明,杨 凯,郭 鹏,李 庞,张会超,王明山
    2024,76(5):28-39 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本研究旨在提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益。方法:基于磷尾砂的物化特性,通过控制絮凝剂用量和入料浓度,研究了磷尾砂在絮凝沉降过程中的最佳条件;并通过调整充填料浆的质量浓度和砂灰比,分析了这些因素对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响。结果与结论:研究结果表明,超细磷尾砂的最佳絮凝沉降入料浓度为10%,在聚丙烯酰胺用量为25 g/t时,底流浓度可达64.53%。磷尾砂胶结充填料浆的流动性主要由屈服应力决定,其受质量浓度影响较大,受砂灰比影响较小。水泥对超细磷尾砂的固化效果有限。研发针对超细磷尾砂的低成本充填胶凝材料是提升充填体性能的关键途径。意义:本研究为提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益提供了最佳工程参数和有效途径,具有重要的工程指导意义和应用价值。
  • 谢荣凯,李 平,陶 俊,张君尉,陈泽晗
    2024,76(5):40-46,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:受固结应力的影响,采场不同位置的充填体强度存在较大差异。为精细化指导矿山充填作业,需构建考虑充填高度和龄期的充填体强度演变模型。方法:以超细尾矿胶结充填体为研究对象,通过提取不同充填高度处的充填体试样,分析了弹性模量、泊松比及抗压强度随充填高度和龄期的变化规律。结果:充填体的弹性模量随着充填高度和龄期的增长而逐渐增大,而泊松比相反;充填体弹性模量、泊松比和抗压强度随充填高度和龄期的变化均符合指数函数的发展规律;考虑充填高度和龄期的充填体抗压强度演变模型可以用相乘模式的双指数模型进行评估,模型计算值与试验值的误差在10%以内。结论:该强度演变模型的建立,可为矿山充填结构的稳定性评估提供更精确的模型参数。
  • 廉柏栋,乔登攀,杨天雨,王 俊,李勇明,郑 聪,高 博,龙 赣
    2024,76(5):47-57,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以云南某锡矿选矿厂排放的尾砂为对象,通过试验研究与数值模拟分析尾砂料浆管输模式与输砂效率的影响因素。方法:通过水筛试验测得尾砂级配分布规律,以及料浆流变试验测得料浆流变特性,并结合ANSYS-FLUENT对料浆管输模型模拟计算。结论:对比分析Wasp等判据不足,提出了基于颗粒级配的管输模式新判据,并结合级配模型与流变参数计算了输砂效率,结果与实测值的误差绝对值在5%以内,表明了新判据合理,同时构建了输砂效率计算新模型。意义:研究内容为尾砂料浆管输模式提供了新判据,可为相似情况的矿山尾砂料浆管输应用提供一定的参考价值。
  • 史采星,杨凯,郭利杰,许文远
    2024,76(5):58-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着地下金属矿山开采深度的增加,井下温度不断升高。本研究旨在探讨温度变化对超细尾砂充填料浆流动性的影响,以优化充填系统的设计和运行。方法:通过流变试验和数值模拟分析温度变化对料浆流动特性的影响,并结合工程需求,研究管道内径和入口流量对超细尾砂料浆流动特性的影响。结果和结论:超细尾砂充填料浆的流变性能可用Bingham模型表征。在输送过程中,速度场表现为中心结构流,可以通过调整入口流量和管道内径来提高输送效率,控制流速分布。在一定温度范围内,随着料浆温度升高,料浆的屈服应力和黏度减小,比摩阻减小;但当温度超过一定值时,料浆黏度反而增加,比摩阻也随之增加;温度对超细尾砂充填料浆的流动特性有显著影响,通过调整入口流量和管道内径可以改善输送效率并控制流速分布。意义:研究结果为地下矿山深部开采中充填系统的设计和运行提供了科学依据,有助于提高充填系统的效率和稳定性。
  • 李伟光,朱阳戈,李勇,赵庆朝,李学亮,唐培垚
    2024,76(5):68-73 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对胶磷矿浮选尾矿因排放量大、粒度细、烧失高等限制其难以有效利用的关键难题,本研究开展了磷尾矿焙烧活化、化学改性制备镁基胶凝材料的试验研究。方法:采用控制变量法研究了磷尾矿的焙烧温度、MgCl2添加量和水灰比等条件对胶凝材料力学性能和微观结构的影响。结果:在焙烧温度为800℃,焙烧时间为2h,MgCl2用量为8%,水灰比为0.1时,胶凝材料试块的7d抗压强度可达45.21 MPa,具有良好的力学性能;主要水化产物为518相和318相,为胶凝材料强度的提升起到了积极作用,促进了胶凝材料强度的提升。结论:该研究充分利用了磷尾矿镁含量高的天然禀赋特征制备出了性能优异的胶凝材料,为磷尾矿的高值化利用提供了一条新的思路。
  • 巴 蕾,卓庆奉,王 晶,王奇峰,肖柏林
    2024,76(5):74-81,92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了利用煤矸石制备膏体,探索煤矸石无废化源头处理技术。方法:通过室内实验研究了膏体制备参数、物料组成及掺量对膏体流动工作特性、强度特性的影响。结果:结果表明:随着粉煤灰替代水泥百分比增加,膏体塌落度和泌水率均先降低后增加,28 d强度却线性降低;低品质粉煤灰可作为细骨料改善膏体的级配,膏体的塌落度和泌水率随粉煤灰细骨料的增加分别线性增加和对数下降,当粉煤灰与煤矸石比例为1:2时,具有最高28 d强度3.32 MPa,且满足自流输送要求;其余不变时,随水泥增加,膏体塌落度增加,泌水率降低,流动性增强,强度呈对数函数形式上升;固定水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:6,膏体的塌落度与泌水率均随着质量浓度的增加而线性降低;而强度随浓度的增加而线性增加。结论:研究可为煤矸石膏体充填的设计与工程应用提供理论依据与技术支撑。
  • 张国祥,王 智,张东升,赖 伟,祝 鑫
    2024,76(5):82-87 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了减少矿山固废堆存,降低处置成本,同时提高井下矿石回采率,针对矿山极细滤泥充填存在浓度低、絮凝沉降困难、溢流跑混等问题,以河南某铅银矿为例,提出了滤泥、米石协同处置精准制备充填系统工艺。方法:开展了滤泥、米石基本物理性质、流动性及强度试验,通过理论分析研究,结合现场实际情况,提出了该铅银矿多物料协同胶结充填工艺,并进行了充填系统的建设及工业试验。结果:1)滤泥粒径小于74 μm颗粒占比达94%,滤泥﹕米石为5﹕5时,充填骨料中-20 μm以下含量占比超过20%,能够满足充填料浆长距离输送;2)采用静态计量周期制备工艺,滤泥采用黏性配料机进行给料计量,米石采用常规配料机进行给料计量,能够实现黏性滤泥的均质打散及精准给料,保障充填系统稳定连续运行;3)现场工业试验时,充填浓度为64%,充填料浆均质化程度高,充填系统运转连续,制备能力达60 m3/h,充填料浆自流至井下空区,泌水率小于3%。结论:多物料协同胶结充填系统的建成使用,提高了矿石回采率,提升了矿山经济效益,同时也为矿山安全开采提供了保障。
  • 朱胜利,杨东伟,祝 鑫,赖 伟,李文波,王英乐,任 磊
    2024,76(5):88-92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了降低矿山充填运营成本,针对采用上向水平分层充填法进行开采作业的某金矿,开展充填外加剂降本研究。方法:进行了矿山全尾砂室内材料试验研究,研发了针对于矿山尾砂的X601、XN603、204三种高强充填添加剂,并开展了充填体强度配比试验。结果:1)针对矿山尾砂研发的三种高强充填添加剂均能改善充填料浆流动性、调节料浆流变性,使充填改性料浆长时间保持稳定性、抗分层离析的时间延长泌水量大大减少,有促分散、促流动以及固化增强作用。2)在灰砂比1﹕6时,添加剂X601可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高30%左右,28 d强度提高20%左右;添加剂XN601-3可以使7 d强度提高20%左右,28 d强度提高20%左右。添加剂204可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高10%左右,28 d强度提高10%左右。结论:研发的三种外加剂中,X601添加剂为最优添加剂,能够降低20%水泥添加量,为矿山低成本充填提供技术支撑。
  • 刘德峰,崔晨冉,郑彦涛,王良群,姜贵川
    2024,76(5):93-102 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:减少排土场废石堆积对矿山产生的安全威胁。方法:通过研究废石颗粒粒径分布特征,进行不同级配废石胶结充填材料的力学特性及流动性能实验,优化废石颗粒级配,揭示其与水泥及粉煤灰固化作用机制。结果:+0.075~ -16 mm废石充填体试件的颗粒级配分布特征与机制砂充填体强度特性相近,其单轴抗压和抗拉强度及软化系数均高于其余废石级配充填体;四种充填料浆的坍落度相差不大,而+0.075~-16 mm废石充填料浆的泌水率较小,流动性较好;养护28 d废石(+0.075~-16 mm)充填体试件表面较平整,微观结构较紧密,其内部被少量的废石颗粒和粉煤灰、较多的网络状水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和大量的针棒状钙矾石(AFt)水化产物,以及六方板状的CH晶体结构充填,使得其微观结构比其余废石(-16 mm和+0.15~-16 mm)试件更加致密,与机制砂(-16 mm)试件相接近。结论:既能为类似矿山优化充填工艺参数提供技术借鉴,也可以减少矿山充填开采成本。
  • 张君尉,李文源,李 平,谢荣凯,唐建辉
    2024,76(5):103-110 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了实现超细铁尾矿在气泡混合轻质土中的高效利用,以最优力学性能为目标,进行了配合比优化设计。方法:基于BBD响应面曲面法,以尾矿掺量15%~30%、泡沫掺量4%~6%、水料比0.4~0.6为变量,以7 d和28 d抗压强度为响应值,设计了17组配合比,并分析了组成因素间的相互作用对抗压强度的影响程度。结果:泡沫掺量对超细铁尾矿气泡混合轻质土抗压强度影响最为显著,其次是水料比和尾矿掺量; 从两因素交互作用上看,尾矿掺量和泡沫掺量交互作用对抗压强度影响最为显著;通过对回归模型的极值求解,当尾矿掺量为34.19%、泡沫掺量为4.34%、水料比为0.45时,超细铁尾矿气泡混合轻质土具有最优的力学性能。结论:经优化设计后的超细铁尾矿气泡混合轻质土可满足填筑工程技术要求。
  • 申宏栋,陈 曦,焦华喆
    2024,76(5):111-117,134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:研究石墨尾矿制备仿石砖的工艺和性能。方法:通过扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对制备的免烧仿石砖进行了表征和评估。结果:研究表明,采用压制成型法利用石墨尾矿制备免烧砖,最佳的石墨尾矿掺混比为50 wt.%,陈化时间为21 d,此时免烧砖抗压强度35.53 MPa,吸水率为4.22%,均达到产品要求的标准。结论:通过SEM观察,制备的仿石砖表面平整,无明显的孔隙和裂缝。力学性能测试表明,仿石砖具有较好的抗压强度和耐磨性。意义: 利用石墨尾矿制备免烧砖在技术上是可行的,对环境保护和资源回收具有重要意义。
  • 赵艳伟,胡正祥,乔登攀,姚晋龙,李广涛,杨天雨,王 俊
    2024,76(5):118-128 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    探究膏体充填料浆流变特性,对矿山合理布置充填管路,高效进行充填作业有重要意义。目的:将繁琐且影响因素众多的膏体流变参数测量试验与先进的机器学习回归预测模型相结合,实现膏体流变参数的准确预测。方法:利用不同物料配合比条件下共128组膏体流变特性试验数据作为模型数据集,选择极度梯度提升回归树(XGBoost)模型,结合贝叶斯算法(BO)对模型进行超参数寻优设置,建立了多目标参数回归预测模型。结果:研究结果表明:经贝叶斯算法优化后的BO-XGBoost模型较XGBoost模型性能显著提升,决定系数R2提高6%。所构建BO-XGBoost模型真实值与预测值在屈服应力数据集上相对误差维持在0.02水平;粘度数据集维持在0.1水平。结论:BO-XGBoost模型可实现膏体流变参数的高效准确预测,创新性地使用了多目标回归模型,为矿山充填作业设计提供参考,具有一定实际工程应用意义。
  • 王国强,陈鑫政,李守强,郭利杰,刘金海,王海昶
    2024,76(5):129-134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:取消戈壁集料充填,解决喀拉通克铜镍矿充填成本高的问题,实现尾砂和冶炼渣等固废用于充填。 方法:采用室内和工业试验等研究方法论证了冶炼渣用于喀拉通克铜镍矿充填的可行性。通过开展坍落度和抗压强度测试分别研究了全尾砂单一骨料和全尾砂+冶炼渣复合骨料充填料浆的可泵性和强度特征。结果:研究结果表明:全尾砂单一骨料充填料浆的适宜输送浓度为66%~68%,冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填料浆的适宜输送浓度为70%~72%。全尾砂单一骨料充填体28 d强度低于3MPa,添加冶炼渣作为粗骨料可提高充填体的强度,当冶炼渣添加量低于30%时,充填体的强度随冶炼渣骨料占比的增加而增高。结论:假底层充填应采用尾砂+冶炼渣复合骨料,当冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填试块内部未出现冶炼渣离析现象。意义:本文创新地实现高密度冶炼渣用于矿山充填,研究成果对指导喀拉通克铜镍矿充填具有重要意义,也为新疆地区冶炼渣的大宗利用提供了参考。
  • 赵 津,刘心中,马树森,葛 焰
    2024,76(5):135-139 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了有效解决金尾矿的处理问题以及缓解砂石资源短缺的现状,探索利用金尾矿替代部分天然砂制备金尾矿混凝土的可能性。方法:通过立方体抗压强度测试,结合正交试验方法,深入分析了水胶比、金尾矿代替率、砂率以及粉煤灰掺量这四个因素对金尾矿混凝土28 d抗压强度的影响。运用极差和方差法进行了系统分析,确定了各因素在影响金尾矿混凝土28 d抗压强度方面的权重;此外还基于正交试验的数据,建立了金尾矿混凝土抗压强度的多元回归方程。结果:研究结果表明,水胶比对金尾矿混凝土抗压强度影响最为显著,其次是金尾矿代替率、粉煤灰掺量、砂率。建立的回归方程R 2为0.872可在一定程度上预测其抗压强度。意义:研究结果可为金尾矿资源的综合利用提供一定的参考价值。
  • 李学亮,迟仁政,朱 雷,孙志健,赵庆朝,李伟光,李 勇,唐培垚
    2024,76(5):140-148 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对锂渣活性差、堆积量大、利用率低的难题,提出以锂渣为主要原料、矿粉为硅铝矫正料制备碱激发胶凝材料的技术研究。方法:通过正交实验探究各影响因素对胶凝材料抗压强度影响,得到最佳原料配比;通过机械活化和热活化得到锂渣最佳活化条件,采用XRD、SEM对锂渣基胶凝材料的微观结构进行表征。结果:结果表明:当机械活化60 min、650 ℃热活化1h的锂渣掺量60%、水玻璃模数1、水玻璃掺量12%、液固比0.4、养护温度20 ℃、搅拌时间10 min,胶凝材料28 d强度可达45.52 MPa;胶凝材料主要水化产物为钠沸石、C-S-H凝胶、白榴石等,凝胶填充孔隙,增加致密性,提升胶凝材料性能。意义:为锂渣的综合利用提供了新的思路。
  • 张建强,张陆佳,张 明,张 熠,许 晖,薛改利
    2024,76(5):149-156,170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了探究矿山周边具备潜在胶结活性的固废材料及高硫尾砂对胶结充填体强度和充填料浆的影响效应,揭示高硫尾砂复合充填材料的激发机理;方法:通过对不同配比充填体试样进行单轴抗压试验及SEM/EDS测试,分析其抗压强度、破坏模式和微观结构;结果:相较于使用100%水泥,采用生石灰作为激发剂时,尾砂﹕戈壁集料为3﹕7或4﹕6胶结充填体试样的7d强度均有所提高;当尾砂和戈壁集料的配比相同时,随着生石灰掺量的增加,胶结充填体的力学强度逐渐降低,生石灰最优掺量为10%;适当增加矿渣微粉的掺量有利于力学强度提高;通过微观结构分析,水化反应试件的内部生成了大量的纤维状C-S-H以及针状的钙矾石(Aft),充填体试样中的主要元素为O、C、Si、Ca、Al和Mg。结论:采用固废材料完全代替水泥具有可行性;意义:研究结果可为不同充填技术需求下,固废材料的应用提供理论与技术依据。
  • 王红武,陈 灿,彭啸鹏
    2024,76(5):157-162 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着开采年限增加,安庆铜矿已逐步面临尾矿库库容不足难题。为此开展了安庆铜矿尾矿综合利用工艺研究,以期实现尾砂资源化利用,降低排尾量,延长尾矿库使用年限。方法:通过安庆铜矿尾砂产出工艺调研,结合尾砂物化特性分析,研究形成了基于旋流分级联合震动脱水的尾砂综合利用工艺技术。并通过工业试验研究,分析了分级粗尾砂产品质量指标与利用效率。结果:试验结果表明,粗尾砂产品-200目颗粒平均含量低于15%,含水率约18%,硫元素含量低于0.5%,均满足建筑用砂标准。工业试验的尾砂综合利用能力为30t/h,利用效率为48%,每年可减少约20万吨尾矿库排尾量,能有效缓解安庆铜矿尾矿库库容不足难题。意义:相关成果对于面临类似难题的矿山具有较好的指导意义和实用价值,为我国金属矿尾矿固废综合利用技术的发展起到促进作用。
  • 姜浩楠,李 业,纪开明,徐东晶,张 洪,夏志村
    2024,76(5):163-170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对目前我国煤炭废弃物的综合利用效率较低的问题,本文旨在研究水库煤柱坝体对矿井水水质演化的影响。方法:本文以乌兰木伦煤矿低阶煤中的长焰煤和不同矿井水源为例,通过室内静态浸泡实验模拟煤-水相互作用过程,从水化学组分的角度,采用相关性分析、因子分析等统计方法,探讨长焰煤影响下不同矿井水水质演变的控制因素。结果:经过分析得到:四类水样初始水化学类型不一致,反应后演化成HCO3-SO4-Na-Ca型和SO4-HCO3-Na-Ca两种水化学类型,且四类水样主控因素分析的累计方差贡献率分别为82.52%、80.07%、80.68%、80.02%,均满足累积方差贡献超过80%的原则。结论:长焰煤在地表水和地下水中存在不同的影响作用,煤-水协同效应主要包括各种矿物的溶解(碳酸盐岩、硅酸盐岩、硫酸岩盐等)和阳离子交换,地表水和地下水水质演化的主要因素分别是碳酸盐矿物的溶解和阳离子交换。
  • 牛孝子,祝静骋,张 卓,丁 勇,龚自敏
    2024,76(5):171-177,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决阶段空场嗣后充填采矿法中二步骤矿柱采场开采面临充填体内开挖巷道支护量大、效率低、成本高的问题,实现二步骤矿柱采场出矿巷道快速成型。方法:本文针对国内某铁矿开展了充填体内预构巷道的工艺方法研究,采用调研、理论分析和试验的方法,分析预构载体在采场内的受力,进行预构载体的材料调研,选择橡胶充气芯模作为预构载体,结合矿山井下开采条件对橡胶充气芯模进行改造,设计了预构载体的布置方案,并开展了工业试验。结果:结果表明:采用橡胶充气芯模作为预构载体,一次充填高度不易超过2 m以避免橡胶充气芯模受到破坏。预构载体的尺寸确定需综合考虑巷道断面参数和预构载体的运输、安装等因素。与钻爆法在充填体内开挖巷道相比,采用橡胶充气芯模预构巷道可将施工效率提高近5倍,施工成本降低44%,并避免了钻爆法对充填体的破坏,降低了支护成本。意义:本文提出利用橡胶充气芯模作为预构载体,在一步骤采场充填前放置在预形成巷道处,待充填体凝固后收缩橡胶芯模而形成巷道,研究成果对国内类似矿山具有借鉴意义。
  • 高志刚,单世君,张博文,张 晴,韩新磊,卢可涵,全鹏飞
    2024,76(5):178-184,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决矿山开采顶板支护材料的短缺及石墨尾砂大量堆积问题。方法:采用碱激发的手段首次激发矿渣粉煤灰的火山灰活性、石墨尾砂作为骨料,制备沿空留巷支护体材料。试验采用响应面及满意度函数法进行配合比优化。结果:随着用碱量的提高,石墨尾砂沿空留巷支护体材料的抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,成本逐渐增大;随着粉/矿的提高,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐下降,流动性逐渐变好,成本减少;随着骨胶比的增加,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐降低,成本逐渐降低。质量浓度对沿空留巷支护体材料的影响较小。结论:沿空留巷支护体具有最优目标强度且成本为最小,其最优配比为粉/矿为0.501、骨胶比为3.71、质量浓度为85.1%、用碱量为8%。意义:为提高石墨尾砂的工程实际应用提供试验及理论依据。
  • 杨艳会,郑 明,袁 胜,张广田,于海洋,张立群
    2024,76(5):185-192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废大量堆存、占用土地造成的环境污染问题,提高工业固废综合利用效率。方法:以钢渣、矿渣、脱硫石膏等工业固废为原材料制备的固废基胶凝材料,与水泥、粉煤灰按照不同比例混合,再以铁尾矿砂、铁尾矿碎石为骨料,制备C30强度等级的低碳混凝土,试验研究了水泥取代率、粉煤灰掺量对低碳混凝土抗压强度的影响,分析了全固废低碳混凝土的耐久性能,并通过XRD、TG-DSC、SEM的手段探究了固废基胶凝材料的水化产物及过程。结果:结果表明:在粉煤灰掺量80 kg/m3的条件下,固废基胶凝材料对水泥的取代率可达50%~70%,固废基胶凝材料完全取代水泥时宜作为单一胶凝材料使用;全固废低碳混凝土具有良好的耐久性能,其抗氯离子渗透性能、抗冻性能均优于普通混凝土。结论:固废基胶凝材料的早期水化进程较慢,其强度发展依赖于AFt和C-S-H凝胶的大量生成,二者相互交织、穿插提高了胶凝体系的密实度和强度。意义与创新性:本文论证了工业固废制备低碳混凝土的可行性,对混凝土绿色低碳发展具有实际指导意义。
  • 夏 磊,张慧芳,张伟喜,仇 昊,高世伟,马军涛
    2024,76(5):193-197,205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以萤石尾矿资源化利用为目的,研究不同活性激发方法对萤石尾矿反应活性与水化性能的影响。方法:使用热处理、机械粉磨、联合激发三种方式对萤石尾矿进行活性激发,并将其作为掺合料用于制备水泥净浆,评价其反应活性和水化性能。结果:萤石尾矿在经过机械激发和碱热激发后,可表现出一定的反应活性,可观测出显著的无定形玻璃相,其作为掺合料制备水泥净浆的强度均提升了20%以上。结论:机械激发使比表面积增加,粒径减小,有利于萤石尾矿参与水化反应,产生微集料效应,起到填充作用,使掺入萤石尾矿的水泥净浆抗压强度的提高。碱热激发萤石尾矿在水泥水化环境下具有水硬性。机械激发和碱热激发都能提高萤石尾矿的活性使萤石尾矿具备激发后作为活性掺合料使用的可行性。意义:萤石尾矿作为萤石选矿的副产品,长期堆积易造成生态环境的破坏,亟需进行资源化利用。本文首次系统地评价了不同激发方式对萤石尾矿的激发效果,对萤石尾矿的资源化利用具有指导意义。
  • 卿三成,王昕,潘社卫,薛广海,王永光,万用波,渠迎锋,卢 毅
    2024,76(5):198-205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废产量高、堆存量大、利用率低的突出问题。方法:本研究基于多固废协同利用设计思路,以炼钢副产物热闷钢渣(SS)和磷化工副产物磷石膏(PG)为主要原料,配合一定比例的天然碎石(NA)和硅酸盐水泥(PC)制备公路工程无机水稳层,对无侧限抗压强度、劈裂强度、体积安定性、抗冲刷等性能进行了可用性测定,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子电微镜对其水化过程进行了分析。结果:结果表明,磷石膏的适量掺加有助于钙矾石生成填充空隙,而掺加过高则会导致石膏裹附在钢渣表面降低骨料间的粘结作用。其中,由6%PG(≤0.30mm)+6%PC(≤0.30mm)+32%SS(0.30-4.65mm)+40%NA(4.65-20.00 mm)+22%SS(4.65-20.00 mm)制备的试件MW-2满足高速公路的极重公路强度标准,固废利用率高达60%。结论:将SS和NA形成级配骨料,将PG和PC用作胶凝材料,可有效提高试件的最大干密度,提高抗压强度,可满足高性能应用需求。意义:该研究充分利用磷石膏的水化特性及钢渣的骨料特征,创新地将磷石膏和钢渣应用于道路生产,探讨出一套级配合理的高强固废基水稳复合材料配方,为固废的高效协同利用提供了新的技术路径,对工业的低碳循环发展具有重要意义。
  • 采矿工程
  • 郑迪,郭利杰,袁学浩,樊川
    2024,76(5):206-212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本文旨在探讨铁矿资源高效开采的新手段,重点研究双中段并采方式在提高开采效率和资源回收率方面的效果,并通过具体案例分析其开采过程中的安全稳定性问题。方法:本文以安徽某铁矿为研究对象,创新性地提出双中段开采方式。利用Flac3D数值模拟软件,构建了尺寸为50 m×15 m×120 m(长×宽×高)的典型采场数值模型,模拟双中段并采的开采过程。结果:双中段采场开挖后,采场空区底部和左右两侧围岩的应力集中程度显著增加。采空区顶板发生了显著位移,最大位移量达到1.2 m;侧帮最大位移为0.8 m。进一步分析表明,空区围岩的潜在破坏模式主要为剪切塑性破坏。结论:双中段并采方式在提高铁矿开采效率和资源回收率方面具有显著优势。虽然开采过程中会引起围岩应力和位移的变化,尽管存在局部应力集中和位移变形,但通过合理的工程设计和支护措施,可以确保采场整体的安全稳定性。意义:双中段开采技术为类似矿山的开采提供了可行的参考方案,并为铁矿开采技术的创新与发展开辟了新的思路和方法。
    综述
  • 肖柏林,王建栋,阮竹恩,吴爱祥
    摘要:
    目的:为摸清金属矿充填胶凝材料的现状,认清行业难题,启发研究思路,探索发展方向,推进绿色、低成本、高效膏体充填。方法:本文通过文献查阅、经验总结、实地调研、统计分析等方法,综述了当前充填胶凝材料的研究与应用进展。结果:首先,总结了充填胶凝材料的主要类型包括水泥类、冶金渣类、电热渣类、化工渣类、尾砂类5大类十余种小类;其次,归纳了充填胶凝材料的在活性激发、水化机理、有害离子固化、节能减排等方面的研究进展;再次,探讨总结了充填胶凝材料的应用现状,仍以水泥最为常见,胶固粉次之,钢渣固结粉和CH半水磷石膏充填案例效果显著,固废基充填胶凝材料逐渐取代水泥是趋势;最后,指出了充填胶凝材料研究与应用方面亟待解决的问题,包括水硬化模拟、极端环境下材料性能、水硬化过程控制、地域性固废处置、充填胶凝材料的技术标准。结论:本文为推进绿色、高效膏体充填及行业发展提供借鉴与依据。
  • 卜若凡,李萌萌,陈慧华,陈 亮
    2024,76(5):14-27,212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决以底泥为主的内源污染问题,清淤疏浚等工程措施被广泛应用于河流、湖泊和水库等水体环境治理工程。目前,我国因清淤疏浚而产生的底泥高达7 000万t,且仍以每年4%~6%的速度增长。同时,底泥“污染”和“资源”的双重属性也为其资源化利用带来了机遇与挑战。方法:为此,本文通过文献总结对现阶段底泥资源化利用技术的原理、优缺点、成本以及未来发展方向等进行了系统性梳理。结果与结论:发现底泥资源化利用已经涉及生态恢复、建筑施工、建材制造、能源回收、环保材料等多个领域。未来,底泥资源化利用应通过分区建立底泥数据库,提高疏浚工程精度,并在此基础上分区、分层、分类利用底泥,因地制宜选择资源化利用技术;同时,需要优化底泥前处理技术,提升底泥相关产品质量品级,并聚焦底泥中的有毒有害物质和新污染物以实现其安全利用;最终,完善底泥资源化利用全过程标准体系,逐步规范底泥资源化利用市场。
  • 绿色采矿
  • 黎梦圆,李航空,郭利杰,王勇军,杨 明,杨 凯,郭 鹏,李 庞,张会超,王明山
    2024,76(5):28-39 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本研究旨在提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益。方法:基于磷尾砂的物化特性,通过控制絮凝剂用量和入料浓度,研究了磷尾砂在絮凝沉降过程中的最佳条件;并通过调整充填料浆的质量浓度和砂灰比,分析了这些因素对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响。结果与结论:研究结果表明,超细磷尾砂的最佳絮凝沉降入料浓度为10%,在聚丙烯酰胺用量为25 g/t时,底流浓度可达64.53%。磷尾砂胶结充填料浆的流动性主要由屈服应力决定,其受质量浓度影响较大,受砂灰比影响较小。水泥对超细磷尾砂的固化效果有限。研发针对超细磷尾砂的低成本充填胶凝材料是提升充填体性能的关键途径。意义:本研究为提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益提供了最佳工程参数和有效途径,具有重要的工程指导意义和应用价值。
  • 谢荣凯,李 平,陶 俊,张君尉,陈泽晗
    2024,76(5):40-46,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:受固结应力的影响,采场不同位置的充填体强度存在较大差异。为精细化指导矿山充填作业,需构建考虑充填高度和龄期的充填体强度演变模型。方法:以超细尾矿胶结充填体为研究对象,通过提取不同充填高度处的充填体试样,分析了弹性模量、泊松比及抗压强度随充填高度和龄期的变化规律。结果:充填体的弹性模量随着充填高度和龄期的增长而逐渐增大,而泊松比相反;充填体弹性模量、泊松比和抗压强度随充填高度和龄期的变化均符合指数函数的发展规律;考虑充填高度和龄期的充填体抗压强度演变模型可以用相乘模式的双指数模型进行评估,模型计算值与试验值的误差在10%以内。结论:该强度演变模型的建立,可为矿山充填结构的稳定性评估提供更精确的模型参数。
  • 廉柏栋,乔登攀,杨天雨,王 俊,李勇明,郑 聪,高 博,龙 赣
    2024,76(5):47-57,67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以云南某锡矿选矿厂排放的尾砂为对象,通过试验研究与数值模拟分析尾砂料浆管输模式与输砂效率的影响因素。方法:通过水筛试验测得尾砂级配分布规律,以及料浆流变试验测得料浆流变特性,并结合ANSYS-FLUENT对料浆管输模型模拟计算。结论:对比分析Wasp等判据不足,提出了基于颗粒级配的管输模式新判据,并结合级配模型与流变参数计算了输砂效率,结果与实测值的误差绝对值在5%以内,表明了新判据合理,同时构建了输砂效率计算新模型。意义:研究内容为尾砂料浆管输模式提供了新判据,可为相似情况的矿山尾砂料浆管输应用提供一定的参考价值。
  • 史采星,杨凯,郭利杰,许文远
    2024,76(5):58-67 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着地下金属矿山开采深度的增加,井下温度不断升高。本研究旨在探讨温度变化对超细尾砂充填料浆流动性的影响,以优化充填系统的设计和运行。方法:通过流变试验和数值模拟分析温度变化对料浆流动特性的影响,并结合工程需求,研究管道内径和入口流量对超细尾砂料浆流动特性的影响。结果和结论:超细尾砂充填料浆的流变性能可用Bingham模型表征。在输送过程中,速度场表现为中心结构流,可以通过调整入口流量和管道内径来提高输送效率,控制流速分布。在一定温度范围内,随着料浆温度升高,料浆的屈服应力和黏度减小,比摩阻减小;但当温度超过一定值时,料浆黏度反而增加,比摩阻也随之增加;温度对超细尾砂充填料浆的流动特性有显著影响,通过调整入口流量和管道内径可以改善输送效率并控制流速分布。意义:研究结果为地下矿山深部开采中充填系统的设计和运行提供了科学依据,有助于提高充填系统的效率和稳定性。
  • 李伟光,朱阳戈,李勇,赵庆朝,李学亮,唐培垚
    2024,76(5):68-73 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对胶磷矿浮选尾矿因排放量大、粒度细、烧失高等限制其难以有效利用的关键难题,本研究开展了磷尾矿焙烧活化、化学改性制备镁基胶凝材料的试验研究。方法:采用控制变量法研究了磷尾矿的焙烧温度、MgCl2添加量和水灰比等条件对胶凝材料力学性能和微观结构的影响。结果:在焙烧温度为800℃,焙烧时间为2h,MgCl2用量为8%,水灰比为0.1时,胶凝材料试块的7d抗压强度可达45.21 MPa,具有良好的力学性能;主要水化产物为518相和318相,为胶凝材料强度的提升起到了积极作用,促进了胶凝材料强度的提升。结论:该研究充分利用了磷尾矿镁含量高的天然禀赋特征制备出了性能优异的胶凝材料,为磷尾矿的高值化利用提供了一条新的思路。
  • 巴 蕾,卓庆奉,王 晶,王奇峰,肖柏林
    2024,76(5):74-81,92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了利用煤矸石制备膏体,探索煤矸石无废化源头处理技术。方法:通过室内实验研究了膏体制备参数、物料组成及掺量对膏体流动工作特性、强度特性的影响。结果:结果表明:随着粉煤灰替代水泥百分比增加,膏体塌落度和泌水率均先降低后增加,28 d强度却线性降低;低品质粉煤灰可作为细骨料改善膏体的级配,膏体的塌落度和泌水率随粉煤灰细骨料的增加分别线性增加和对数下降,当粉煤灰与煤矸石比例为1:2时,具有最高28 d强度3.32 MPa,且满足自流输送要求;其余不变时,随水泥增加,膏体塌落度增加,泌水率降低,流动性增强,强度呈对数函数形式上升;固定水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:6,膏体的塌落度与泌水率均随着质量浓度的增加而线性降低;而强度随浓度的增加而线性增加。结论:研究可为煤矸石膏体充填的设计与工程应用提供理论依据与技术支撑。
  • 张国祥,王 智,张东升,赖 伟,祝 鑫
    2024,76(5):82-87 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了减少矿山固废堆存,降低处置成本,同时提高井下矿石回采率,针对矿山极细滤泥充填存在浓度低、絮凝沉降困难、溢流跑混等问题,以河南某铅银矿为例,提出了滤泥、米石协同处置精准制备充填系统工艺。方法:开展了滤泥、米石基本物理性质、流动性及强度试验,通过理论分析研究,结合现场实际情况,提出了该铅银矿多物料协同胶结充填工艺,并进行了充填系统的建设及工业试验。结果:1)滤泥粒径小于74 μm颗粒占比达94%,滤泥﹕米石为5﹕5时,充填骨料中-20 μm以下含量占比超过20%,能够满足充填料浆长距离输送;2)采用静态计量周期制备工艺,滤泥采用黏性配料机进行给料计量,米石采用常规配料机进行给料计量,能够实现黏性滤泥的均质打散及精准给料,保障充填系统稳定连续运行;3)现场工业试验时,充填浓度为64%,充填料浆均质化程度高,充填系统运转连续,制备能力达60 m3/h,充填料浆自流至井下空区,泌水率小于3%。结论:多物料协同胶结充填系统的建成使用,提高了矿石回采率,提升了矿山经济效益,同时也为矿山安全开采提供了保障。
  • 朱胜利,杨东伟,祝 鑫,赖 伟,李文波,王英乐,任 磊
    2024,76(5):88-92 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了降低矿山充填运营成本,针对采用上向水平分层充填法进行开采作业的某金矿,开展充填外加剂降本研究。方法:进行了矿山全尾砂室内材料试验研究,研发了针对于矿山尾砂的X601、XN603、204三种高强充填添加剂,并开展了充填体强度配比试验。结果:1)针对矿山尾砂研发的三种高强充填添加剂均能改善充填料浆流动性、调节料浆流变性,使充填改性料浆长时间保持稳定性、抗分层离析的时间延长泌水量大大减少,有促分散、促流动以及固化增强作用。2)在灰砂比1﹕6时,添加剂X601可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高30%左右,28 d强度提高20%左右;添加剂XN601-3可以使7 d强度提高20%左右,28 d强度提高20%左右。添加剂204可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高10%左右,28 d强度提高10%左右。结论:研发的三种外加剂中,X601添加剂为最优添加剂,能够降低20%水泥添加量,为矿山低成本充填提供技术支撑。
  • 刘德峰,崔晨冉,郑彦涛,王良群,姜贵川
    2024,76(5):93-102 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:减少排土场废石堆积对矿山产生的安全威胁。方法:通过研究废石颗粒粒径分布特征,进行不同级配废石胶结充填材料的力学特性及流动性能实验,优化废石颗粒级配,揭示其与水泥及粉煤灰固化作用机制。结果:+0.075~ -16 mm废石充填体试件的颗粒级配分布特征与机制砂充填体强度特性相近,其单轴抗压和抗拉强度及软化系数均高于其余废石级配充填体;四种充填料浆的坍落度相差不大,而+0.075~-16 mm废石充填料浆的泌水率较小,流动性较好;养护28 d废石(+0.075~-16 mm)充填体试件表面较平整,微观结构较紧密,其内部被少量的废石颗粒和粉煤灰、较多的网络状水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和大量的针棒状钙矾石(AFt)水化产物,以及六方板状的CH晶体结构充填,使得其微观结构比其余废石(-16 mm和+0.15~-16 mm)试件更加致密,与机制砂(-16 mm)试件相接近。结论:既能为类似矿山优化充填工艺参数提供技术借鉴,也可以减少矿山充填开采成本。
  • 张君尉,李文源,李 平,谢荣凯,唐建辉
    2024,76(5):103-110 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了实现超细铁尾矿在气泡混合轻质土中的高效利用,以最优力学性能为目标,进行了配合比优化设计。方法:基于BBD响应面曲面法,以尾矿掺量15%~30%、泡沫掺量4%~6%、水料比0.4~0.6为变量,以7 d和28 d抗压强度为响应值,设计了17组配合比,并分析了组成因素间的相互作用对抗压强度的影响程度。结果:泡沫掺量对超细铁尾矿气泡混合轻质土抗压强度影响最为显著,其次是水料比和尾矿掺量; 从两因素交互作用上看,尾矿掺量和泡沫掺量交互作用对抗压强度影响最为显著;通过对回归模型的极值求解,当尾矿掺量为34.19%、泡沫掺量为4.34%、水料比为0.45时,超细铁尾矿气泡混合轻质土具有最优的力学性能。结论:经优化设计后的超细铁尾矿气泡混合轻质土可满足填筑工程技术要求。
  • 申宏栋,陈 曦,焦华喆
    2024,76(5):111-117,134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:研究石墨尾矿制备仿石砖的工艺和性能。方法:通过扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对制备的免烧仿石砖进行了表征和评估。结果:研究表明,采用压制成型法利用石墨尾矿制备免烧砖,最佳的石墨尾矿掺混比为50 wt.%,陈化时间为21 d,此时免烧砖抗压强度35.53 MPa,吸水率为4.22%,均达到产品要求的标准。结论:通过SEM观察,制备的仿石砖表面平整,无明显的孔隙和裂缝。力学性能测试表明,仿石砖具有较好的抗压强度和耐磨性。意义: 利用石墨尾矿制备免烧砖在技术上是可行的,对环境保护和资源回收具有重要意义。
  • 赵艳伟,胡正祥,乔登攀,姚晋龙,李广涛,杨天雨,王 俊
    2024,76(5):118-128 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    探究膏体充填料浆流变特性,对矿山合理布置充填管路,高效进行充填作业有重要意义。目的:将繁琐且影响因素众多的膏体流变参数测量试验与先进的机器学习回归预测模型相结合,实现膏体流变参数的准确预测。方法:利用不同物料配合比条件下共128组膏体流变特性试验数据作为模型数据集,选择极度梯度提升回归树(XGBoost)模型,结合贝叶斯算法(BO)对模型进行超参数寻优设置,建立了多目标参数回归预测模型。结果:研究结果表明:经贝叶斯算法优化后的BO-XGBoost模型较XGBoost模型性能显著提升,决定系数R2提高6%。所构建BO-XGBoost模型真实值与预测值在屈服应力数据集上相对误差维持在0.02水平;粘度数据集维持在0.1水平。结论:BO-XGBoost模型可实现膏体流变参数的高效准确预测,创新性地使用了多目标回归模型,为矿山充填作业设计提供参考,具有一定实际工程应用意义。
  • 王国强,陈鑫政,李守强,郭利杰,刘金海,王海昶
    2024,76(5):129-134 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:取消戈壁集料充填,解决喀拉通克铜镍矿充填成本高的问题,实现尾砂和冶炼渣等固废用于充填。 方法:采用室内和工业试验等研究方法论证了冶炼渣用于喀拉通克铜镍矿充填的可行性。通过开展坍落度和抗压强度测试分别研究了全尾砂单一骨料和全尾砂+冶炼渣复合骨料充填料浆的可泵性和强度特征。结果:研究结果表明:全尾砂单一骨料充填料浆的适宜输送浓度为66%~68%,冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填料浆的适宜输送浓度为70%~72%。全尾砂单一骨料充填体28 d强度低于3MPa,添加冶炼渣作为粗骨料可提高充填体的强度,当冶炼渣添加量低于30%时,充填体的强度随冶炼渣骨料占比的增加而增高。结论:假底层充填应采用尾砂+冶炼渣复合骨料,当冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填试块内部未出现冶炼渣离析现象。意义:本文创新地实现高密度冶炼渣用于矿山充填,研究成果对指导喀拉通克铜镍矿充填具有重要意义,也为新疆地区冶炼渣的大宗利用提供了参考。
  • 赵 津,刘心中,马树森,葛 焰
    2024,76(5):135-139 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了有效解决金尾矿的处理问题以及缓解砂石资源短缺的现状,探索利用金尾矿替代部分天然砂制备金尾矿混凝土的可能性。方法:通过立方体抗压强度测试,结合正交试验方法,深入分析了水胶比、金尾矿代替率、砂率以及粉煤灰掺量这四个因素对金尾矿混凝土28 d抗压强度的影响。运用极差和方差法进行了系统分析,确定了各因素在影响金尾矿混凝土28 d抗压强度方面的权重;此外还基于正交试验的数据,建立了金尾矿混凝土抗压强度的多元回归方程。结果:研究结果表明,水胶比对金尾矿混凝土抗压强度影响最为显著,其次是金尾矿代替率、粉煤灰掺量、砂率。建立的回归方程R 2为0.872可在一定程度上预测其抗压强度。意义:研究结果可为金尾矿资源的综合利用提供一定的参考价值。
  • 李学亮,迟仁政,朱 雷,孙志健,赵庆朝,李伟光,李 勇,唐培垚
    2024,76(5):140-148 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对锂渣活性差、堆积量大、利用率低的难题,提出以锂渣为主要原料、矿粉为硅铝矫正料制备碱激发胶凝材料的技术研究。方法:通过正交实验探究各影响因素对胶凝材料抗压强度影响,得到最佳原料配比;通过机械活化和热活化得到锂渣最佳活化条件,采用XRD、SEM对锂渣基胶凝材料的微观结构进行表征。结果:结果表明:当机械活化60 min、650 ℃热活化1h的锂渣掺量60%、水玻璃模数1、水玻璃掺量12%、液固比0.4、养护温度20 ℃、搅拌时间10 min,胶凝材料28 d强度可达45.52 MPa;胶凝材料主要水化产物为钠沸石、C-S-H凝胶、白榴石等,凝胶填充孔隙,增加致密性,提升胶凝材料性能。意义:为锂渣的综合利用提供了新的思路。
  • 张建强,张陆佳,张 明,张 熠,许 晖,薛改利
    2024,76(5):149-156,170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为了探究矿山周边具备潜在胶结活性的固废材料及高硫尾砂对胶结充填体强度和充填料浆的影响效应,揭示高硫尾砂复合充填材料的激发机理;方法:通过对不同配比充填体试样进行单轴抗压试验及SEM/EDS测试,分析其抗压强度、破坏模式和微观结构;结果:相较于使用100%水泥,采用生石灰作为激发剂时,尾砂﹕戈壁集料为3﹕7或4﹕6胶结充填体试样的7d强度均有所提高;当尾砂和戈壁集料的配比相同时,随着生石灰掺量的增加,胶结充填体的力学强度逐渐降低,生石灰最优掺量为10%;适当增加矿渣微粉的掺量有利于力学强度提高;通过微观结构分析,水化反应试件的内部生成了大量的纤维状C-S-H以及针状的钙矾石(Aft),充填体试样中的主要元素为O、C、Si、Ca、Al和Mg。结论:采用固废材料完全代替水泥具有可行性;意义:研究结果可为不同充填技术需求下,固废材料的应用提供理论与技术依据。
  • 王红武,陈 灿,彭啸鹏
    2024,76(5):157-162 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:随着开采年限增加,安庆铜矿已逐步面临尾矿库库容不足难题。为此开展了安庆铜矿尾矿综合利用工艺研究,以期实现尾砂资源化利用,降低排尾量,延长尾矿库使用年限。方法:通过安庆铜矿尾砂产出工艺调研,结合尾砂物化特性分析,研究形成了基于旋流分级联合震动脱水的尾砂综合利用工艺技术。并通过工业试验研究,分析了分级粗尾砂产品质量指标与利用效率。结果:试验结果表明,粗尾砂产品-200目颗粒平均含量低于15%,含水率约18%,硫元素含量低于0.5%,均满足建筑用砂标准。工业试验的尾砂综合利用能力为30t/h,利用效率为48%,每年可减少约20万吨尾矿库排尾量,能有效缓解安庆铜矿尾矿库库容不足难题。意义:相关成果对于面临类似难题的矿山具有较好的指导意义和实用价值,为我国金属矿尾矿固废综合利用技术的发展起到促进作用。
  • 姜浩楠,李 业,纪开明,徐东晶,张 洪,夏志村
    2024,76(5):163-170 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:针对目前我国煤炭废弃物的综合利用效率较低的问题,本文旨在研究水库煤柱坝体对矿井水水质演化的影响。方法:本文以乌兰木伦煤矿低阶煤中的长焰煤和不同矿井水源为例,通过室内静态浸泡实验模拟煤-水相互作用过程,从水化学组分的角度,采用相关性分析、因子分析等统计方法,探讨长焰煤影响下不同矿井水水质演变的控制因素。结果:经过分析得到:四类水样初始水化学类型不一致,反应后演化成HCO3-SO4-Na-Ca型和SO4-HCO3-Na-Ca两种水化学类型,且四类水样主控因素分析的累计方差贡献率分别为82.52%、80.07%、80.68%、80.02%,均满足累积方差贡献超过80%的原则。结论:长焰煤在地表水和地下水中存在不同的影响作用,煤-水协同效应主要包括各种矿物的溶解(碳酸盐岩、硅酸盐岩、硫酸岩盐等)和阳离子交换,地表水和地下水水质演化的主要因素分别是碳酸盐矿物的溶解和阳离子交换。
  • 牛孝子,祝静骋,张 卓,丁 勇,龚自敏
    2024,76(5):171-177,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决阶段空场嗣后充填采矿法中二步骤矿柱采场开采面临充填体内开挖巷道支护量大、效率低、成本高的问题,实现二步骤矿柱采场出矿巷道快速成型。方法:本文针对国内某铁矿开展了充填体内预构巷道的工艺方法研究,采用调研、理论分析和试验的方法,分析预构载体在采场内的受力,进行预构载体的材料调研,选择橡胶充气芯模作为预构载体,结合矿山井下开采条件对橡胶充气芯模进行改造,设计了预构载体的布置方案,并开展了工业试验。结果:结果表明:采用橡胶充气芯模作为预构载体,一次充填高度不易超过2 m以避免橡胶充气芯模受到破坏。预构载体的尺寸确定需综合考虑巷道断面参数和预构载体的运输、安装等因素。与钻爆法在充填体内开挖巷道相比,采用橡胶充气芯模预构巷道可将施工效率提高近5倍,施工成本降低44%,并避免了钻爆法对充填体的破坏,降低了支护成本。意义:本文提出利用橡胶充气芯模作为预构载体,在一步骤采场充填前放置在预形成巷道处,待充填体凝固后收缩橡胶芯模而形成巷道,研究成果对国内类似矿山具有借鉴意义。
  • 高志刚,单世君,张博文,张 晴,韩新磊,卢可涵,全鹏飞
    2024,76(5):178-184,192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决矿山开采顶板支护材料的短缺及石墨尾砂大量堆积问题。方法:采用碱激发的手段首次激发矿渣粉煤灰的火山灰活性、石墨尾砂作为骨料,制备沿空留巷支护体材料。试验采用响应面及满意度函数法进行配合比优化。结果:随着用碱量的提高,石墨尾砂沿空留巷支护体材料的抗压强度呈现出先增大后减小的趋势,成本逐渐增大;随着粉/矿的提高,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐下降,流动性逐渐变好,成本减少;随着骨胶比的增加,沿空留巷支护体材料的抗压强度逐渐降低,成本逐渐降低。质量浓度对沿空留巷支护体材料的影响较小。结论:沿空留巷支护体具有最优目标强度且成本为最小,其最优配比为粉/矿为0.501、骨胶比为3.71、质量浓度为85.1%、用碱量为8%。意义:为提高石墨尾砂的工程实际应用提供试验及理论依据。
  • 杨艳会,郑 明,袁 胜,张广田,于海洋,张立群
    2024,76(5):185-192 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废大量堆存、占用土地造成的环境污染问题,提高工业固废综合利用效率。方法:以钢渣、矿渣、脱硫石膏等工业固废为原材料制备的固废基胶凝材料,与水泥、粉煤灰按照不同比例混合,再以铁尾矿砂、铁尾矿碎石为骨料,制备C30强度等级的低碳混凝土,试验研究了水泥取代率、粉煤灰掺量对低碳混凝土抗压强度的影响,分析了全固废低碳混凝土的耐久性能,并通过XRD、TG-DSC、SEM的手段探究了固废基胶凝材料的水化产物及过程。结果:结果表明:在粉煤灰掺量80 kg/m3的条件下,固废基胶凝材料对水泥的取代率可达50%~70%,固废基胶凝材料完全取代水泥时宜作为单一胶凝材料使用;全固废低碳混凝土具有良好的耐久性能,其抗氯离子渗透性能、抗冻性能均优于普通混凝土。结论:固废基胶凝材料的早期水化进程较慢,其强度发展依赖于AFt和C-S-H凝胶的大量生成,二者相互交织、穿插提高了胶凝体系的密实度和强度。意义与创新性:本文论证了工业固废制备低碳混凝土的可行性,对混凝土绿色低碳发展具有实际指导意义。
  • 夏 磊,张慧芳,张伟喜,仇 昊,高世伟,马军涛
    2024,76(5):193-197,205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:以萤石尾矿资源化利用为目的,研究不同活性激发方法对萤石尾矿反应活性与水化性能的影响。方法:使用热处理、机械粉磨、联合激发三种方式对萤石尾矿进行活性激发,并将其作为掺合料用于制备水泥净浆,评价其反应活性和水化性能。结果:萤石尾矿在经过机械激发和碱热激发后,可表现出一定的反应活性,可观测出显著的无定形玻璃相,其作为掺合料制备水泥净浆的强度均提升了20%以上。结论:机械激发使比表面积增加,粒径减小,有利于萤石尾矿参与水化反应,产生微集料效应,起到填充作用,使掺入萤石尾矿的水泥净浆抗压强度的提高。碱热激发萤石尾矿在水泥水化环境下具有水硬性。机械激发和碱热激发都能提高萤石尾矿的活性使萤石尾矿具备激发后作为活性掺合料使用的可行性。意义:萤石尾矿作为萤石选矿的副产品,长期堆积易造成生态环境的破坏,亟需进行资源化利用。本文首次系统地评价了不同激发方式对萤石尾矿的激发效果,对萤石尾矿的资源化利用具有指导意义。
  • 卿三成,王昕,潘社卫,薛广海,王永光,万用波,渠迎锋,卢 毅
    2024,76(5):198-205 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:为解决工业固废产量高、堆存量大、利用率低的突出问题。方法:本研究基于多固废协同利用设计思路,以炼钢副产物热闷钢渣(SS)和磷化工副产物磷石膏(PG)为主要原料,配合一定比例的天然碎石(NA)和硅酸盐水泥(PC)制备公路工程无机水稳层,对无侧限抗压强度、劈裂强度、体积安定性、抗冲刷等性能进行了可用性测定,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子电微镜对其水化过程进行了分析。结果:结果表明,磷石膏的适量掺加有助于钙矾石生成填充空隙,而掺加过高则会导致石膏裹附在钢渣表面降低骨料间的粘结作用。其中,由6%PG(≤0.30mm)+6%PC(≤0.30mm)+32%SS(0.30-4.65mm)+40%NA(4.65-20.00 mm)+22%SS(4.65-20.00 mm)制备的试件MW-2满足高速公路的极重公路强度标准,固废利用率高达60%。结论:将SS和NA形成级配骨料,将PG和PC用作胶凝材料,可有效提高试件的最大干密度,提高抗压强度,可满足高性能应用需求。意义:该研究充分利用磷石膏的水化特性及钢渣的骨料特征,创新地将磷石膏和钢渣应用于道路生产,探讨出一套级配合理的高强固废基水稳复合材料配方,为固废的高效协同利用提供了新的技术路径,对工业的低碳循环发展具有重要意义。
  • 采矿工程
  • 郑迪,郭利杰,袁学浩,樊川
    2024,76(5):206-212 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    目的:本文旨在探讨铁矿资源高效开采的新手段,重点研究双中段并采方式在提高开采效率和资源回收率方面的效果,并通过具体案例分析其开采过程中的安全稳定性问题。方法:本文以安徽某铁矿为研究对象,创新性地提出双中段开采方式。利用Flac3D数值模拟软件,构建了尺寸为50 m×15 m×120 m(长×宽×高)的典型采场数值模型,模拟双中段并采的开采过程。结果:双中段采场开挖后,采场空区底部和左右两侧围岩的应力集中程度显著增加。采空区顶板发生了显著位移,最大位移量达到1.2 m;侧帮最大位移为0.8 m。进一步分析表明,空区围岩的潜在破坏模式主要为剪切塑性破坏。结论:双中段并采方式在提高铁矿开采效率和资源回收率方面具有显著优势。虽然开采过程中会引起围岩应力和位移的变化,尽管存在局部应力集中和位移变形,但通过合理的工程设计和支护措施,可以确保采场整体的安全稳定性。意义:双中段开采技术为类似矿山的开采提供了可行的参考方案,并为铁矿开采技术的创新与发展开辟了新的思路和方法。

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