一种基于贝叶斯优化和XGBoost的膏体流变参数预测模型

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R^(2)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;黏度数据集维持在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。

大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理及效果研究

大跨度破碎岩体顶板采用预应力锚固支护,能最大程度地维持顶板围岩稳定,因此研究预应力锚固对大跨度破碎岩体顶板的支护机理及支护效果,对于保障破碎岩体下大跨度地下工程、露天大断面隧道工程的长期稳定性具有重要意义。对锚固后锚固体强度变化进行力学解析,剖析大跨度破碎岩体顶板预应力锚固支护机理,以云南金厂河多金属矿Ⅳ级破碎岩体大跨度顶板支护难题为工程背景,针对其支护方式建立数值模型进行分析,对FLAC3D软件中结构单元Cable的布置,设计新的三段式布置法,将预应力锚杆(索)在FLAC3D软件层面分为预紧段、自由段、锚固段分别赋予指定参数进行数值计算,建立3组不同支护方式的数值模拟方案对预应力锚固支护效果进行验证。结果表明:预应力锚固后,支护区域顶板受拉应力基本小于破碎岩体顶板抗拉强度,塑性区体积对比普通无预应力支护方案,下降比率达到61.95%,顶板Z方向垂直沉降量降低比率高达83.90%,预应力锚固范围内围岩得到了有效控制。

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

以云南某锡矿井下充填管道为对象,经流变实验获得了该矿山全尾砂流变参数,并采用布金汉方程对尾砂料浆阻力损失进行了初步计算,最后运用ANSYS-FLUENT软件进行了模拟计算,并对模拟结果进行了深入分析。结果表明,较优方案为C1,即水泥量为300 kg/m^(3),质量浓度为72%的尾砂料浆能够在管道内安全输送2600余米,充填流量可达110 m^(3)/h,满足了矿山井下充填制备站至各采场空区的充填需求,确保了充填系统的安全、可靠和高效运行。进一步研究分析发现,在管道内输送的尾砂料浆速度和压力存在边界层效应;管输阻力损失随尾砂料浆的屈服应力及黏度的增加而增加,并得出了阻力损失与屈服应力及黏度之间的关系表达式。本文针对充填采矿法中矿山尾砂料浆合理、安全地管道输送,制定了简便高效的计算、模拟和分析方法,为充填采矿法的实际应用提供了有益指导。

深埋安山岩动态力学特性及破碎特征

随着开采深度的增加,岩石力学参数随之发生改变,支护方式也应随之适时调整。为准确掌握基建矿山的岩石动态力学性能,以Jama铜矿的主要围岩安山岩为研究对象,开展了不同加载速度下的常规单轴霍普金森压杆(SHPB)试验,得到了安山岩的动态力学参数及破坏特征,并基于断裂力学理论,构建了考虑应变率的平均块度预测模型,并对冲击破碎后的碎块进行扫描电镜分析。试验结果表明:安山岩的动态压缩应力-应变曲线可分为4个阶段,压密阶段较静态曲线表现不明显。随应变率的提高,动态峰值强度及动态强度因子均呈线性增大趋势,单位体积吸能密度和质量破碎能耗均呈二次多项式规律的增长趋势;随新增比表面积的增大,吸能密度呈线性增大;预测模型理论值与试验值高度吻合;不同冲击速度下试件多以沿晶破坏为主,断口形貌较为复杂,相同放大倍数下随冲击载荷的增加,细观分形维数D_(e)呈线性正相关,可为后期自然崩落法底部结构爆破参数优化及工程应用提供一定的参考。

立式砂仓连续高浓度稳定放砂工作模式的最佳储砂高度

针对传统立式砂仓工作模式充填效率慢,放砂浓度低且不稳定的问题,提出一种连续高浓度稳定放砂的工作模式,储砂高度的保持是此工作模式的关键。先通过离心试验探究了底流浓度随储砂高度变化的函数关系,再通过静态沉降试验得到进料参数,以流体力学软件对立式砂仓储砂过程进行模拟分析,验证其函数关系的可行性,并运用动网格技术对不同储砂高度放砂过程的放砂浓度、溢流浓度和砂面高度变化进行模拟监测,综合探究最佳储砂高度,为立式砂仓连续放砂的研究提供重要参考。结果表明:数值模拟计算值与函数关系计算值没有显著性差异,底流浓度随储砂高度变化的函数关系是可行的;11.8 m为立式砂仓连续高浓度稳定放砂的最佳储砂高度。

基于颗粒级配的尾砂料浆管输模式判据与输砂效率计算模型研究

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。

基于厚板理论下向进路充填假顶强度模型及应用

充填假顶作为下向进路式采场的直接顶板,其稳定是该法成功应用的关键,以充填假顶所需强度为研究对象,通过分析下向进路式采矿法典型工艺特征,确定了假顶危险力学状态,并将其简化为四边简支的厚板模型,借助厚板理论符拉索夫基本解答,分析了充填假顶拉应力分布状态,据此建立了下向进路充填假顶强度模型。通过实测大屯锡矿下向进路式采场充填体上覆压力,以最大监测结果0.35 MPa作为基础计算参数,分析确定了假顶底部极限拉应力为0.23 MPa,为保障假顶稳定,考虑1.5的安全系数,设计假顶抗拉强度0.345 MPa。采用FLAC 3D构建了3-1矿体下向进路式采场物理模型,并模拟分析了充填假顶在设计强度参数条件下服务矿体回采过程中应力分布及稳定性状态,矿体回采至最后一分层,假顶拉应力分布于0.10~0.23 MPa,最大值为0.23 MPa,与理论分析结果一致,假顶服务至分层回采结束,未出现塑性破坏。根据模型计算结果与数值模拟分析结果,推荐满足强度指标的最优配比为废石∶尾砂=8∶2,水泥添加量210 kg/m^(3),质量分数85%,并指导完成大屯锡矿3-1矿体下向进路式采场11万m^(3)充填实践,假顶服务矿体回采过程中未出现失稳引发安全事故,为矿体安全回采提供了强度保障,与矿山原设计相比,模型设计强度更加合理且经济,推荐的废石+铜渣尾砂膏体配比较矿山原充填配比节约32.30元/m^(3),累计节约充填成本355.30万元。

煤矿多源异构数据传输及管控方法研究

针对煤矿多源异构数据采集传输难度大、集成管理困难等问题,根据智能化煤矿数据的特点,总结了煤矿主要指标数据的采集方法,构建了煤矿多源异构数据分布式分类存储系统,并运用Socket通信原理实现了数据采集系统与存储系统间的数据转换。同时,以煤矿多源异构数据的采集和存储方法为基础,分别开发了煤矿运维服务平台和煤矿数据监控平台,并成功应用于煤矿现场。研究实践表明:(1)通过在数据采集系统和存储系统之间建立基于Socket通信原理的数据传输模式,该模式下能自定义传输数据的大小,实现了煤矿数据的快速转换。(2)分布式分类存储系统的应用实现了煤矿多源异构数据的统一管理和利用,极大地减少了煤矿“信息孤岛”的现象。(3)煤矿运维服务平台和煤矿数据监管平台分别实现了对煤矿实时数据和全历史数据的分析与监控。2个平台的成功应用,也间接验证了基于Socket通信的数据传输方式的可靠性。

基于GWO-SVR混合骨料膏体流变参数预测模型

膏体的流变性能对充填管路合理设计和管道输送阻力准确分析有重要影响。为了对膏体流变参数进行准确预测,利用灰狼算法(GWO)对支持向量回归(SVR)进行参数寻优,建立了以混合骨料掺和比、膏体质量分数和水灰比为输入参数的SVR和GWO-SVR两种屈服应力和黏度预测模型,并且对两种模型进行了对比分析。结果表明:GWO-SVR模型与传统SVR模型相比,屈服应力和黏度预测模型的决定系数R^(2)分别提高了5.8%和4.05%,并且GWO-SVR模型预测结果误差更小,屈服应力和黏度预测值相比试验值,其最大误差分别为5.63 Pa和0.00685 Pa·s,表明GWO-SVR模型有着更高的精度,可对混合骨料膏体屈服应力和黏度进行有效预测。

六边形进路开采围岩稳定性的多因素影响分析

针对大屯锡矿进入深部开采后巷道围岩稳定性差的问题,为了保证矿山安全高效开采,采用数值模拟的方法分析了采场埋深、六边形矿房跨高比和侧压系数对围岩稳定性的影响。研究表明:1)各影响因素对围岩的位移和应力均有影响,且各影响因素之间存在显著的交互作用;2)采场埋深和侧压系数对采场围岩位移的影响较跨高比更加显著;3)六边形矿房宽度大于高度时,两帮应力呈线性增长,跨高比对围岩应力的影响大于采场埋深和侧压系数。据此,当确定采场埋深和侧压系数后,改变六边形矿房的尺寸可以提高围岩的稳定性。研究结果对开采设计具有一定的参考价值。

基于RSM和CFD的废石-尾砂充填料浆流变及输送特性研究

为了解决矿山固废大量排放造成的环境问题,采用大红山铜矿的废石与尾砂作为充填材料,采用响应曲面法(RSM)与计算流体动力学(CFD)方法分析质量分数、水灰比对料浆流变特性及输送特性的影响规律。结果表明,废石-尾砂充填料浆符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力受料浆质量分数变化的影响显著,黏度随着料浆质量分数的增大而增大,但随着水灰比的增大呈递减趋势。料浆的阻力损失、流速和质量分数均呈指数增长关系,料浆的最佳输送质量分数为83%~84%。研究结果可为废石-尾砂充填料浆的实际应用提供理论指导。

基于响应面法的废石-铜渣掺和比充填强度影响试验

充填料浆配比与强度在矿山准确充填过程中起决定性作用,运用两种骨料堆积密实度模型分析废石-铜渣混合比例以得出混合骨料最佳掺和比,采用BBD响应面法,对废石-铜渣进行膏体配比设计,建立了各龄期的充填体强度回归模型,研究了料浆质量浓度、水泥添加量、废石-铜渣掺和比单因素及其交互作用对不同龄期充填体强度的影响。结果表明:料浆质量浓度和废石-铜渣掺和比的交互作用对充填体强度初期形成起支撑作用,水泥添加量和废石-铜渣掺和比交互作用对中期充填体强度影响显著,料浆质量浓度和水泥添加量交互作用对后期充填体强度增长起决定性作用。建立充填物料多目标函数模型对废石-铜渣膏体配比进行优化,满足矿山生产要求。在一定程度上为矿山多元骨料的应用提供了理论指导,同时有助于矿冶固废铜渣的综合利用。

基于RSM的戈壁砂-棒磨砂高浓度充填料浆流变特性研究

为分析戈壁砂-棒磨砂充填料浆的流变特性和黏度影响规律,获取最优管道输送参数,针对金川矿区不同粒径戈壁砂和棒磨砂,进行物料粒径级配分析,以实验法确定戈壁砂与棒磨砂最优混合比例,针对不同粒径戈壁砂与棒磨砂制备高浓度料浆,通过流变实验获取流变参数,应用响应曲面法对料浆流变特性的影响规律进行分析。结果表明:戈壁砂-棒磨砂充填料浆符合充填料浆工业需求,料浆流变模型符合Herschel-Bulkey模型;质量浓度、水泥添加量以及配比对料浆黏度都具有显著影响,呈正相关关系,其中质量浓度影响最显著。根据多元分析建立了黏度的非线性模型,模型精度高,相关系数达到0.967。结合充填体强度实验结果,确定了最适宜充填的料浆浓度为82%~83%,为充填料浆后续管道设计提供理论支撑。

基于复变函数不同形状的巷道围岩应力分析

深埋巷道开挖后围岩应力重新分布,影响巷道稳定。因此分析巷道围岩二次应力分布状态对于评估围岩稳定性或设计支护参数具有重要意义。目前岩石力学相关理论中讨论了圆形巷道、椭圆形巷道和矩形巷道二次应力弹性分布特征,缺乏对六边形巷道的分析。本文从弹性力学的孔口问题为切入点,基于复变函数理论,通过保角变换将矩形、六边形巷道转化为单位圆,结合弹性力学理论建立了矩形、六边形巷道围岩分析的力学模型,并分析得到巷道围岩应力分布的解析解。将解析结果与数模拟分析结果对比可知,相同结构巷道围岩二次应力分布一致且大小基本相同,就应力集中情况而言,六边形巷道优于矩形巷道。

基于PCA-RF的边坡稳定性预测

随着露天矿山开采深度的增大,高陡边坡数量也越来越多,边坡灾害发生频次逐年上升,为减少边坡灾害的发生,有必要开展边坡稳定性预测研究。通过对机器学习算法的对比和筛选,提出了一种将主成分分析(PCA)与随机森林模型(RF)相结合的露天边坡稳定性预测模型,边坡实例预测结果显示,该模型预测准确率达100%;通过6折交叉验证法评估发现,该模型的预测精度高达94.44%。将该模型应用于拉拉铜矿东部露天采场终了边坡的稳定性预测,结果表明,边坡东帮、西帮、南帮、北帮均处于稳定状态,该预测结果可为矿山实际生产提供参考。

毛坪铅锌矿下向水平分层充填体布筋优化研究

毛坪铅锌矿使用下向水平分层六角形进路充填采矿法对遗留的水平矿柱进行回采,为提高充填体强度保障回采工作安全,提出了1种素充填体和3种加筋充填体共4种充填体方案。采用FLAC3D软件从最大主应力、最小主应力和Z方向位移3个方面对六角形进路回采进行了数值计算分析,在明确了充填体加筋的必要性的同时,优选出方案2为最优方案,即六角形进路结构规格为3 m×5 m×5 m,主筋网度为1000 mm×1000 mm,副筋网度为(300~350)mm×(300~350)mm。依照方案2的布筋方案进行了现场施工后,通过观察发现充填体无垮塌、无掉落,充填体安全可靠,此布筋方案可为同类型矿山回采水平矿柱设计充填体时提供参考依据。

现代采矿理念与充填采矿

传统采矿模式下,矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼渣等占我国工业固体废料排放量的85%左右.大量矿山固体废料堆放地表易造成严重污染,诱发泥石流、尾矿溃坝事故.根据现代采矿理念,固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径,是绿色采矿的主体支撑技术.充填采矿技术具有消除采动引起的地表下沉和改善采矿应力环境功能,具有低贫损开采、提高资源综合利用率功能和"采富保贫"远景资源保护功能,具有降低废石尾砂等固体废料排放、甚至根本消除采矿末端处理达到无废开采的功能,具有适应各种复杂难采矿床开采的功能.文中还对实现绿色采矿的原则与技术保障以及充填采矿的研究方向进行了探讨.

放矿随机介质理论移动概率密度方程研究

建立了散体移动概率模型,通过分析放出体形态得出了散体颗粒移动迹线表达式,指出颗粒移动迹线上任意两点横坐标之比等于对应层位方差之比,是随机介质放矿理论的一条重要性质,否则概率场与散体移动场、速度场无法统一,推出了膨胀散体和无膨胀散体移动概率密度方程,各项参数物理意义明确,其结果更符合实际散体移动场.

放矿理论研究现状存在问题及发展方向

我国崩落法矿山矿石综合回收水平低,贫化损失指标相对高出国外先进矿山约10％。本文详述了放矿理论的研究现状与存在的问题,目前测定实际崩落矿岩散体流动参数的难度大且手段缺乏,限制了放矿理论对崩落法放矿的实际指导效果,指出放矿控制应以有效指导降低贫化损失为目的,不必拘泥于理论检验,并分析了放矿理论的研究方向。

无底柱分段崩落法端部放矿口的影响机理研究

目前,大型凿岩设备和无轨出矿设备在无底柱崩落法中得到普遍应用,大型设备运行的采场进路断面也相应增大。本文分析了端部放出口散体流动速度分布,揭示了端部放矿条件下放出口沿进路方向的散体有效流动范围,进路宽度及出矿方式对放矿的影响。指出增大放出口散体的有效流动范围,有利于顶部矿岩平稳下降。实际放矿中,应尽量增大铲运机的铲入深度,出矿方式应保持全断面均匀出矿,可使矿岩散体层平整与均匀下降,是降低矿石贫化与损失的有力措施。