摘要: 充填体顶板是下向充填采场的重要承载结构, 其稳定性直接关系采场作业安全, 合理确定其强度需求是实现安全、高效和经济生产的关键环节。针对充填体顶板强度设计方法及其适用性, 系统综述了国内外相关研究进展。首先, 总结了充填体顶板拉伸、弯折、剪切滑动、旋转、塌落和压缩剪切等主要破坏模式及其力学机制; 其次, 围绕梁理论、板理论和极限平衡理论, 系统梳理了简支梁、固支梁、薄板、厚板、Mitchell 模型及其修正模型等解析计算模型, 并总结了可靠度理论在顶板强度设计中的应用; 进一步分析了数值模拟方法在顶板破坏模式识别、解析计算模型验证及强度需求分析中的应用, 以及经验图表方法的特点。综述表明, 现有解析计算模型总体建立在理想化边界和简化荷载条件下, 对深部开采过程中围岩闭合及其引起的水平挤压作用考虑不足; 数值模拟方法研究表明, 围岩-充填体相互作用能够显著改变顶板应力状态和破坏模式, 并可能导致强度需求呈现不同于传统梁板理论的变化规律; 经验图表方法具有较好的工程便捷性, 但受矿山样本数量限制, 制约了其在不同矿山间的直接推广应用。未来充填体顶板强度设计应进一步考虑多破坏模式耦合、围岩-充填体协同变形、充填体强度离散性及长期服役效应, 推动解析理论、数值模拟、室内试验、原位测试与现场监测的协同应用, 建立具有明确适用条件和参数依据的多层次强度设计体系。
摘要:金属矿山开采正处于“由易至难、由浅至深”的关键转型期,常面临岩体破碎、软岩大变形等工程难题。传统支护中多采用钢拱架+背木的联合支护形式,但GB 16423—2020《金属非金属矿山安全规程》禁止井下永久支护使用木材,使其面临淘汰。通过轻质吸能类膏体材料轻质吸能让压的特点,结合轻钢龙骨和钢筋网约束强化力学性能,研发了一种“水泥圆木”支护材料,可有效替代木材,并系统探究了材料干密度、养护龄期、支护跨度、叠层布置及改性填料对构件抗弯承载、变形吸能性能的影响。结合应用实践,采用该新型支护材料与钢拱架形成的联合支护体系,巷道围岩应力可在20 d内完成释放并达到稳定受力平衡,可有效适配破碎带、断裂带等复杂巷道支护工况,支护结构受力合理、无失稳破坏问题,可完全替代传统圆木,且无易燃、易腐等问题,有效解决深部破碎带、断裂带巷道围岩大变形、支护失稳、巷道返修频繁等难题,为深部矿山软岩大变形巷道支护提供了新型可靠的技术方案。
摘要:针对深部铅锌矿开采过程中隐蔽地压灾害频发、传统监测手段适应性不足的问题,以二里河铅锌矿为工程背景,开展了地声监测系统的优化设计与定位精度提升研究。结合深部采掘空间结构与应力环境特征,构建覆盖井下900 m中段至1100 m中段关键中段的地声传感网络,并引入多组震源模拟与到时误差扰动,系统分析传感器布设方案的空间响应特性与定位误差敏感性。进一步提出改进的高精度ISACE-GPU算法与MSLM-WV方法,实现了复杂传播环境下的震源高效识别与定位精度保障。研究结果表明,优化后的监测系统在标准差0.2 ms以内的到时误差扰动条件下,定位最大绝对误差控制在6.0 m以内,具备良好的抗噪能力与三维感知能力。相较于固定波速法(平均定位误差84.8 m)和MSLM-WV方法(平均定位误差46.4 m),ISACE-GPU算法的平均定位误差显著降低至25.8 m,定位精度得到有效保障,且计算效率大幅提升。研究提出的优化思路与验证体系为地声监测系统在深部矿山的工程部署与效果评估提供了技术依据与可推广的实践路径。
摘要:为实现毛坪铅锌矿掘进废石与选矿尾砂资源化利用,开展不同废石掺量条件下的废石-全尾砂胶结充填材料性能试验研究。通过坍落度测试与单轴抗压强度试验,系统分析废石掺量、灰砂比、料浆浓度对充填料浆流动性及充填体力学性能的影响规律。结果表明:料浆流动性主要由料浆浓度决定,废石掺量与灰砂比的影响相对有限;充填体单轴抗压强度随料浆浓度及灰砂比的提高而增大。掺入20%~40%废石可优化骨料级配,有效提升充填体单轴抗压强度,废石掺量提升至60%后,充填体单轴抗压强度显著下降。综合性能测试结果可知,当灰砂比为1:4或1:5、料浆浓度不低于75%时,充填体单轴抗压强度可稳定超过4.5MPa,满足现场工程使用要求,由此确定该矿山最优废石掺量为20%~40%。基于上述优选配比开展相似模拟试验,结果显示,在先铺设废石后充填尾砂料浆的施工工艺下,充填体单轴抗压强度沿料浆流动方向呈现先升高后降低的分布特征。研究成果可为该矿山充填配比优化、现场施工工艺选择及同类矿山固废协同充填利用提供技术参考。
摘要:为探究甲玛铜多金属矿露天坑回填与深部矿体开采的协同稳定性特征,以现场工程条件为基础,采用 Flac 3D软件,构建覆盖露天历史开采、地下采掘、露天坑回填及深部长期回采的全过程仿真模型,系统分析回填体、围岩、水平隔离矿柱及 4585 m 阶段巷道的位移、应力与塑性损伤演化规律。结果表明:露天坑回填期间,回填体最大压缩沉降 6.0~7.0 cm,坑底岩体附加沉降 -1.0~-1.5 cm,-4585 m 阶段巷道累积附加沉降-0.9~-1.2 cm,应力与塑性损伤基本无变化,回填对地下工程扰动微弱;地下开采过程中,覆岩、矿柱与回填体变形协调、可控,矿岩应力重分布规律合理,关键结构未出现贯通性破坏;露天坑回填与深部开采具备良好协同稳定性。研究成果可为露天转地下矿山安全高效开采提供理论依据与技术支撑。
摘要:针对长期地下开采形成的历史采空区位置不明确、空间关系复杂及稳定状态难以准确判定等问题,以某金属矿山近地表历史采空区为研究对象,开展采空区综合探查与稳定性分析。通过地表及井下现场调查,结合瞬变电磁探测、无人机倾斜摄影、卫星遥感影像分析和钻探验证等方法,对近地表采空区分布特征、异常区域性质及地表变形特征进行了调查分析。结果表明,矿区浅部采空区主要分布于历史采矿影响范围内,地表塌陷、废弃硐口与早期采掘工程具有较好的空间对应关系;瞬变电磁探测发现的局部异常经钻探验证后,部分为构造破碎带,部分为尾砂充填采空区,验证了物探异常解释的可靠性。基于探查结果建立典型采空区二维数值模型,对采空区围岩位移及应力分布特征进行了分析。计算结果显示,采空区变形主要集中于采空区周边及充填体与围岩接触区域,顶板及边界区域存在一定应力集中现象,但未出现明显贯通性破坏区域,现状条件下采空区整体保持稳定。在此基础上,进一步开展地震作用下尾砂充填体动力响应分析,结果表明充填体内部存在一定程度的超静孔隙水压力累积,但超孔压比明显低于液化判别标准,未形成明显液化区域。研究结果可为类似金属矿山近地表历史采空区探查、稳定性评价及安全管理提供参考。
摘要:菱形分段空场嗣后废石胶结充填采矿法是一种低成本、高效率的采矿方法,合理的采矿工艺及其安全保障技术是该采矿方法能够成功应用的关键。通过综合分析杏山铁矿的开采技术条件,提出了适用于该矿山端部矿体的菱形分段空场嗣后废石胶结充填开采采矿法;基于理论分析和试验研究,给出了废石胶结充填体强度需求与物料参数设计;采用经验方法、理论计算和数值模拟,分析了充填巷道底板矿柱安全厚度;基于工程经验,确定了废石胶结充填体安全保障措施。研究结果表明,提出的菱形分段空场嗣后废石胶结充填采矿法能够实现杏山铁矿端部矿体安全高效回采,有效保障充填工程稳定性,为同类矿山的安全高效回采提供了有益借鉴。
摘要:碳质金矿因含有大量有机碳和硫化物,在氰化浸出过程中易产生“劫金”效应,严重影响金回收。焙烧预处理技术是破解碳质物吸附与硫化物包裹的关键途径。系统综述了碳质金矿焙烧预处理技术的研究进展,重点分析了氧化焙烧、微波焙烧及真空焙烧等主流工艺的原理、影响因素与应用效果。传统氧化焙烧通过高温氧化有效破坏碳质结构、释放包裹金,显著提高金浸出率,但存在高能耗与环境污染问题。富氧焙烧、悬浮焙烧等改进工艺在提升反应效率与降低排放方面表现优异。微波焙烧利用电磁波选择性加热,具有快速、节能、避免烧结等优势,尤其适用于难处理微细粒金矿,但技术成熟度仍有待提高。真空焙烧在无氧环境中实现硫化物热分解与金解离,从根本上避免 SO2 等有害气体生成,具备显著环保优势,然而高能耗与高设备要求限制其广泛应用。通过对比各类焙烧技术的能耗、效率与环保性能,为工艺优化选择提供理论依据,并指出未来应聚焦于多技术耦合、参数优化、能耗降低与废气资源化研究,以推动碳质金矿绿色高效预处理技术的发展。
摘要:随着浅部资源的日渐枯竭,大量黄金矿山企业开始对浅部高品位资源进行残矿回收。采场稳定性与地表沉降是残矿安全回收的重要评价指标,因此需要对开采过程中地应力演化规律进行研究。依托辽宁某金矿浅部采场矿柱回收工程,采用 Flac 3D 数值模拟方法对顶柱回收进行了仿真计算,并对回收过程重点区域进行了地应力监测,获得了顶柱回收过程中采场周边围岩地应力演化规律。数值模拟结果显示,采场顶柱回收过程会造成采场周边围岩位移增大 0.3~0.5 cm,地应力向采场周边围岩集中,拉应力增大 0.2~0.4 MPa,塑性区由剪切破坏向拉伸破坏扩展;地压监测数据显示顶柱回采扰动后围岩应力上升,为 0.2~0.6 MPa,与数值模拟结果相符,验证了数值模拟的可靠性。由于地压调整的幅度不大且最终趋于稳定,对稳定性影响有限,可以判断该金矿在残矿回收过程中稳定性良好。研究结果表明,矿柱回收过程中利用地压监测与数值分析可以对采场围岩进行准确的稳定性评价,为现场施工提供了理论指导与安全保障。
摘要:随着金属矿山开采深度不断增加,高温热害问题已成为制约矿山安全生产和工人健康的关键因素。以金属矿山高温掘进巷道为研究对象,聚焦局部压入式通风,采用 Fluent 数值模拟软件建立了三心拱主运输巷道与掘进巷道的三维物理模型。模型充分考虑了围岩散热、机械热源及风流流动的耦合作用,通过设置合理的边界条件(围岩岩壁温度 38 ℃、热源温度 60 ℃),系统模拟了不同主运输巷入口风温(20 ℃和24 ℃)与风筒出口风速(10 m/s、15 m/s和20 m/s)组合工况下掘进巷道内的温度场和流场分布规律。通过6组对比工况,分析了压入式通风对掘进工作面降温效果的影响。研究结果表明:提高风筒出口风速能有效增强射流刚性,扩大掘进巷道的降温范围,并显著降低工作面的温度,当风速从10 m/s提升至20 m/s,工作面最高温度降低3.3 ℃;同时,降低主运输巷入口风温能全局性改善掘进巷道热环境,结合高风速工况可使工作面平均温度低于27 ℃。此外,掘进巷道内温度分布呈现明显分层和“回头热”现象,风速提高能延缓风流加热进程。该研究为金属矿山深部掘进巷道的通风优化设计提供理论依据和设计参考。建议在实际工程中采取“降低送风温度”与“提高送风风速”相结合的综合策略。
摘要: 齿轮传动系统是保障露天矿车减速机正常运行的核心。针对传统传动系统性能较差的问题, 研究提出一种新型露天矿车减速机齿轮自动化传动系统。试验结果表明: 在仿真试验中, 该系统的平均应力及绝对偏差分别为 451.07 MP、11.46 MPa, 平均疲劳寿命及绝对偏差分别为 1.00 万 h、0.017 万 h; 而传统系统中, 双行星系统的平均应力及绝对偏差分别为 484.18 MPa、13.69 MPa, 平均疲劳寿命及绝对偏差分别为 0.94 万 h、0.020 万 h。在实际性能试验中, 该系统的平均传送效率及绝对偏差分别为 91.28% 和 0.86%; 而双行星系统分别为 87.94% 和 1.07%。研究提出的自动化传动系统提高了齿轮传动系统的稳定性和效率, 优化了齿轮传动系统在露天矿车减速机中的运行性能和可靠性, 保障了矿山生产作业的安全进行。
摘要:针对阳新弘盛铜业有限公司炉渣选矿半自磨磨矿系统在试生产阶段暴露出的故障率高、处理能力不足和磨矿指标较差等问题,系统性地开展了提高系统稳定性和磨矿效率的专项研究与应用。通过现场考察和深入分析近2年停机数据,确定皮带输送系统、振动筛及半自磨机是主要故障点;采用设备结构改造、工艺参数优化及管理流程优化等措施,SAB碎磨工艺磨矿系统非计划故障停机时间大幅降低。优化改造实践结果表明:改造后直线振动筛筛下产品-0.074 mm占比从32.69%提高至39.92%,半自磨机利用系数由0.426 t/(m3·h)提高至0.518 t/(m3·h),半自磨系统故障停机时长减少185.91 h,降幅达65.44%,入选矿浆-0.044 mm占比由75%提高至82%,直接经济效益约224万元/a。该优化应用实践为行业内同类SAB碎磨工艺磨矿系统的高效稳定运行提供了有效的技术方案与优化改造经验。
摘要:针对某选矿厂旋流器分级效率偏低的问题,为突破单一参数优化局限,系统开展了给矿流量、给矿浓度、给矿细度等操作参数与沉砂嘴直径、溢流管插入深度等结构参数的多场耦合作用机制研究。通过单因素试验明确了各因素对分级效率的影响规律,采用 L16(4?)正交实验设计,揭示了结构参数与操作参数的协同调控效应。结果表明:各因素对分级效率影响的顺序为给矿细度-38 μm 占比>沉砂嘴直径>给矿流量>给矿浓度>溢流管插入深度,最优参数组合为给矿流量 152 m3/h、给矿浓度 39%、给矿细度-38 μm 占比 37%、沉砂嘴直径 16 mm、溢流管插入深度 105 mm,旋流器分级效率达 66.27%,较原工艺提升 22.86 百分点。研究成果可为同类选矿厂磨矿分级工艺优化提供理论依据和实践参考。
摘要:曲仁盆地北缘赋存2类铅锌硫化物矿床,一类是以西岗寨、罗村、羊角山为代表的黄铁矿矿床;另一类是以凡口和杨柳塘为代表的黄铁铅锌矿床,它们之间的成因联系与差别一直备受关注。通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、单矿物化学成分、电子探针和硫同位素等手段,对曲仁盆地北缘的罗村、杨柳塘和凡口3个代表性矿床不同世代的黄铁矿进行成因矿物学特征研究。结果表明:代表性矿床中热液黄铁矿可分为3个世代,其中黄铁矿矿床中的第一世代黄铁矿 (Py1) 、第二世代黄铁矿 (Py2) 环状结构不发育,富S亏Fe,低As、Co,硫源单一;而黄铁铅锌矿床中的第一世代黄铁矿 (Py1) 成因标型特征与黄铁矿矿床第一世代黄铁矿 (Py1) 相似,第二世代黄铁矿 (Py2) 环状结构发育,富Fe亏S,高As、Co,硫源具多源特征,第三世代黄铁矿 (Py3) 晶粒细小,富S亏Fe,高As、Co,硫源具有多源特征;这些特征表明,黄铁矿矿床的成矿过程比较单一,而黄铁铅锌矿床成矿过程比较复杂,为多期次成矿过程的叠加、改造而成。由此可见,曲仁盆地北缘铅锌硫化物矿床为具有多成矿物质来源、多成矿物理化学条件和多控矿因素组合的典型多因复成铅锌硫化物成矿系统。多世代矿物成因标型特征的研究,可以作为一种厘定多因复成矿床类型及查明其成因机制的有效工具。
摘要:新发现的郭家岭型花岗岩见于大尹格庄金矿田中部的大尹格庄金矿床和南部的新东庄金矿床,岩性为似斑状花岗岩,与玲珑型花岗岩围岩界线清楚,与焦家断裂的上庄、河东金矿床内典型郭家岭型花岗岩的矿物成分与结构构造相似。根据岩石学和岩石地球化学特征判定,大尹格庄金矿田郭家岭型花岗岩属于花岗岩—花岗闪长岩系列,并具有埃达克质岩石特征。根据大尹格庄金矿田成矿年龄与郭家岭型花岗岩成岩年龄接近,且大尹格庄金矿床郭家岭型花岗岩中出现的绢英岩化蚀变,可以判断郭家岭型花岗岩是大尹格庄金矿田主要成矿热源的提供者。
摘要: 土地岭铌钽矿床是湖北省近年来新发现的大型铌钽矿床, 其矿物组成、铌钽矿物粒度与嵌布特征、赋存状态等基础矿物学研究较为薄弱, 严重制约了该类矿床资源高效评价与合理开发利用。通过显微镜鉴定、X射线衍射分析及工艺矿物学参数自动定量分析等手段, 系统开展了矿石工艺矿物学研究。结果表明, 铌钽矿石岩性可分为粗面质(晶屑)凝灰岩和凝灰质绢云千枚岩2类, 其 Nb2O5 品位分别为0.157%和0.114%, Ta2O5 品位分别为0.012%和0.006%。二者矿物组成相似, 铌钽主要赋存于铌钽铁矿和铌金红石中, 其中凝灰质绢云千枚岩中可见少量贝塔石。铌、钽主要以独立矿物形式存在于铌钽铁矿中, 其次以类质同象形式分布于铌金红石中。铌钽矿物嵌布粒度普遍细微, 且解离程度低, 绝大多数颗粒的解离度≤25%, 主要与钠长石、白云母呈两相或多相连生, 选矿分离难度较大。研究成果可为后续资源开发利用与选矿工艺优化提供关键科学依据。
摘要:查拉普金矿床矿石类型主要为蚀变岩型,其次为构造角砾岩型和石英脉型。通过显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段,研究了不同类型矿石中金赋存状态及载金矿物毒砂、黄铁矿的嵌布特征。结果表明:不同类型矿石中金矿物的嵌布特征存在差异,其中蚀变岩型金矿石中独立金矿物含量少,仅在金精矿中可见少量高成色(>950‰)显微—次显微自然金(短径为0.1~0.7μm),与沉积变质型金矿石的早期富集阶段吻合,金元素主要来源于蚀变围岩;构造角砾岩型金矿石中金矿物以中成色(881.90‰~907.10‰)次显微—显微自然金(短径为0.1~10μm)为主,形态多样,兼具沉积型与热液型金矿石特征,金元素来源于蚀变岩及后期富硅富砷富金流体;石英脉型金矿石则以低成色(836.70‰~839.00‰)中细粒自然金(短径为31~38μm)为特征,形态单一,符合热液型金矿石特征,金元素主要来自富硅富砷富金流体。金赋存状态的研究为探讨查拉普金矿床成因提供了依据。
摘要:铅酸蓄电池因工艺成熟、成本低廉,长期服务于交通运输、通信电源和储能系统,是应用最广泛的电池体系之一。然而,铅酸蓄电池存在诸多技术瓶颈,包括正极板栅的氧化腐蚀和活性物质脱落、负极硫酸盐化、电解液分层等,这些失效机制导致铅酸蓄电池循环寿命较短、低温适应性差、能量密度偏低,限制了其在未来新型储能体系的进一步应用。高能环保固态铅电池作为绿色储能技术的重要发展方向,逐渐受到研究人员的广泛关注。通过采用固态电解质替代传统硫酸电解液,有效解决了传统铅酸蓄电池易漏液、电解液分层、循环稳定性差等问题。固态铅电池具备安全性高、循环寿命长、比容量大、成本低廉及可循环利用等综合优势,在低速电动车、可再生能源储能、应急电源和军用装备等领域展现出广阔应用前景。但是,固态铅电池仍面临离子电导率低、内阻较大等难题,严重制约商业化进程,需对固态电解质改性,以提高固态铅电池的电化学性能,对推动能源结构优化升级和实现“双碳”战略目标具有重要意义。