基于Citespace可视化的国内外矿山环境治理与生态修复研究进展

矿山环境治理和生态修复是全球生态环境问题的重要挑战之一,也是我国可持续发展和生态文明建设的重要内容。为探究我国矿山环境治理和生态修复研究热点及其发展趋势,以CNKI数据库和WOS数据库为数据源,梳理了2011年至2020年国内外发表的矿山生态环境治理和生态修复有关文献,使用Citespace软件构建国内外矿山环境治理和生态修复的研究热点以及发展趋势等知识图谱,进而分析对比该类研究目前在国内外的优势和不足,并预测和分析发展趋势。研究表明:在2011年至2020年,国内外矿山生态环境治理和生态修复领域研究发文量整体呈稳定上升趋势;该领域国内外的研究热点主要集中在地质环境管理、土地复垦以及综合治理等方面;该领域未来发展趋势将指向遥感监测、机器学习算法和矿山公园建设等方面。分析结果可为我国矿山生态环境治理和生态修复领域的发展提供方向指引。

基于增强角动量的综掘工作面旋流风幕优化数值研究

为研究添加旋流风幕的长压短抽式通风系统的控尘效果,提出以增设多组切向送风的形式增强角动量,增强旋流风幕的稳定性。以某矿综掘工作面为例,分析了出风角、出口距迎头距离、出口长宽比、径轴流量比对旋流风幕的影响,并与附壁射流形成的旋流风幕进行了比较。结果表明,旋流风幕的结构稳定性会随着出风角的增大先增强后降低,随着风幕出口距迎头距离的增大而降低,随着风幕出口长宽比、径轴流量比的增大而增强;与附壁射流形成的旋流风幕相比,优化后的旋流风幕更稳定,更好地保障了涡核区的负压效果,负压增量达117.74%;大幅提升了涡核区轴向速度,增量可达422.73%;距迎头7m处粉尘浓度从18.6mg/m^(3)降低到8.62mg/m^(3),研究成果可为综掘工作面除尘技术提供一定的参考。

铀矿井下作业职业病危害风险概率估计方法

为了解决铀矿井下作业职业病危害风险概率不确定性的问题,基于贝叶斯网络和置信度指标,建立了铀矿井下作业职业病危害风险概率估计模型。首先全面辨识了铀矿井下作业职业病危害风险因素,以风险因素作为网络节点构造了贝叶斯网络结构;然后依托网络结构的逻辑关系和专家决策,获取了贝叶斯网络节点的条件概率;随后在根节点的失效概率估计时引入可弱化决策主观性的置信度指标,以完成铀矿井下作业职业病危害风险概率估计模型的建立,并将模型举例应用到某铀矿企业。研究结果表明:该模型可以预测职业病危害的风险概率,并可以找出影响职业病危害发生的关键因素。研究成果可为有放射性危害的企业职业健康防治奠定基础。

基于云模型的采场冒顶片帮事故预警方法研究

为了能够及时预警矿山冒顶片帮事故安全风险,实现事前预防和控制事故发生,减少人员伤亡和经济损失,构建了基于云模型-组合赋权法的冒顶片帮事故预警方法。首先,基于2-4模型确定了26个指标构成的冒顶片帮事故预警指标体系,把预警等级划分成5个等级;其次,采用乘法积分法将层次分析法和熵权法相结合,计算出26个预警指标组合权重,有效避免了两种赋权方法的局限性;最后,将组合赋权法与云模型相结合,构建了冒顶片帮事故预警模型。并将其应用于铜陵某金属矿山,通过案例研究,采用该预警方法得出的结果与实际情况相吻合,验证了该方法的准确性、可操作性和有效性。

基于WOA-SVM模型的爆破块度预测研究

爆破块度是衡量爆破效果的主要指标之一,为提高爆破块度的预测效果以提高矿山生产效率,采用鲸鱼算法优化支持向量机进行爆破块度的预测,建立基于鲸鱼算法优化支持向量机的爆破块度预测模型。综合考虑影响爆破块度的内外因,选择岩石块度尺寸XB和弹性模量E,炸药单耗Pf、炮孔间距S与炮孔排距B的比值、炮孔深度H与炮孔排距B的比值、炮孔排距B与炮孔直径D的比值,以及炮孔堵塞长度T与炮孔排距B的比值为模型的输入向量,模型输出为爆破后的岩石平均尺寸X50,收集世界范围内的97组爆破数据作为鲸鱼优化算法支持向量机(WOA-SVM)模型的训练集和测试集。结果表明:WOA-SVM模型的均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)和拟合优度相较于BP神经网络、传统支持向量机模型更优,因此,在实践过程中该模型具有更好的效果。

降雨条件下某露天矿不同荷载作用的边坡稳定性分析

降雨一直是引发滑坡灾害的主要因素之一,在历年来的滑坡事故案例中,80%以上的滑坡都有降雨伴随。以西北某露天矿边坡为研究对象,开展室内试验获取各岩层在天然状态和饱水状态下的岩石力学参数,运用拟静力法和流固耦合原理进行数值模拟,对边坡应力应变的分布变化进行了研究,分析塑性区分布状态、关键点位移的变化趋势,模拟计算确定3种不同工况(降雨、降雨+爆破、降雨+地震)下终了边坡稳定性的安全系数,判断边坡的稳定性,并分析了降雨导致地下水升降对边坡稳定性的影响。结果表明,该露天矿初步设计的边坡稳定性较好,符合相关规范,为该矿山后续的边坡开挖施工提供了相关理论依据。

基于ISM和知识图谱的尾矿坝事故风险智能识别研究

为了深入理解尾矿坝事故的发生机理和演化规律,提升尾矿坝的安全管理水平,首先通过总结分析尾矿坝事故案例,筛选出导致尾矿坝溃坝的致灾因素;然后引入解释结构模型(ISM),理清因素间的关联模式和层次关系,从而得到尾矿坝事故的演化路径,在此基础上构建尾矿坝事故知识图谱;最后利用BERT-GCN-SVM模型对知识图谱进行编码和分类,其中利用BERT模型提取节点的文本特征,利用GCN模型捕获图结构信息,采用SVM模型对数据进行分类。构建了一个结构化的尾矿坝事故知识图谱。提出的BERT-GCN-SVM模型能够有效地识别尾矿坝风险,为事故预防提供了新的思路和方法,具有工程实用价值。

基于STAMP-偏序集的非煤矿山爆炸事故系统风险评估模型

通过提出一种基于STAMP偏序集的系统性风险评估模型,揭示非煤矿山爆炸事故的发生机理,并为爆炸事故的有效预防和控制提供参考。首先,利用STAMP模型构建了非煤矿山爆炸事故的系统层次结构,确定了事件集及其层次关系,并从系统设计和安全控制的角度分析了事故的致因因素;然后,采用排序质心法计算了事件集的初始概率,并将概率矩阵作为偏序集评价模型的输入,得到了因素间的聚类关系和节点脆弱性;最后,通过一个实例验证了该模型的有效性和可行性。该模型能够图形化地描述各致因因素间的聚类关系、节点重要度以及系统各组件间的关系,从而能够有效识别系统的脆弱性节点,并为爆炸事故预防提供科学合理的控制措施。

岩石强度屈服准则对隧洞围岩稳定分析结果影响

岩石强度屈服准则是判断隧洞围岩是否进入塑性损伤的重要依据,而不同的岩石强度准则下围岩稳定的计算结果存在一定的差异性。因此,研究分析不同岩石强度准则对隧洞开挖后的围岩稳定计算结果的影响程度是很有必要的。通过分析常用的几种强度准则之间的理论性差异,并以锦屏二级深埋绿泥石片岩段隧洞为研究对象,研究不同强度准则对隧洞开挖围岩变形、塑性区的影响,并且把变形计算值与实测值进行对比。结果表明:5种准则计算得出的围岩变形和塑性区差异性比较明显,M-C准则和H-B准则计算得出的围岩变形和塑性区较大,并且比较接近实测值,而Tresca准则、Mises准则和D-P准则得出的结果较小;在静水压力下,M-C准则和H-B准则计算得出的围岩变形值和塑性区深度与芬纳公式计算值和实测变形值较为接近,但与其他3个强度准则相差较大。M-C准则和H-B准则的计算结果能够较好地符合工程实际,而Tresca准则、Mises准则和D-P准则均不适用于隧洞围岩稳定计算。

基于LS-DYNA的不同装药量对爆破振动效应的影响研究

由于爆破活动的复杂性,很难通过工程试验进行爆破振动效应研究。运用数值模拟计算的方法对爆破振动效应及其危害进行相关研究。结合吴庄铁矿的相关数据,运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序模拟1 000 kg、1 500 kg、2 000 kg及3 000 kg等4种装药量情况下的爆破对地层岩体的振动效应,通过分析得到爆破振速衰减变化以及其应力的变化规律,得出本次爆破生产作业最大装药量为1 500 kg时最为合理;同时该模型模拟结果与吴庄铁矿实际生产爆破计划基本吻合,说明该模型的构建较为成功。模拟结果可以较真实地反映出该铁矿爆破时的爆破振动效应对矿区周边建筑物的影响。

柔性测斜仪在大型地下硐室围岩水平变形监测分析中的可靠性研究

随着地下硐室工程修建跨度及深度的增加,由于开挖卸荷引起的围岩变形破坏越来越严重。建设过程中围岩变形的实时监测对确保整个项目的安全运行起着至关重要的作用。不同于传统点式位移计只能对测点高程位置处进行监测,柔性测斜仪凭借其传感器灵敏度较高且各柔性节可以自由组合等优点,可以对整个布置范围内的围岩变形有更为准确且直观的监测。通过对柔性测斜仪在某大型地下硐室工程围岩收敛变形监测应用中的可靠性展开研究,并与传统点式位移计以及三维数值计算对比分析,结果表明:柔性测斜仪在硐室围岩水平收敛变形监测中具有较高的准确性,有效揭示了围岩变形趋势以及变化规律,可拓宽新型监测仪器在大型硐室工程巷道变形监测中的应用场景。

多中段高溜井卸矿冲击气流产生规律及影响因素研究

多中段高溜井卸矿时所产生的冲击气流使溜井内粉尘进入溜井联巷,冲击气流的产生规律及风速大小决定了粉尘运移规律及粉尘浓度。以某金属矿多中段溜井为背景,结合现场实测数据,考虑颗粒碰撞作用,对高溜井卸矿时不同因素影响下冲击气流的变化规律进行数值模拟研究,分析矿石下落过程中颗粒运动位置与各中段气流方向变化的对应关系。结果表明:在矿石下落过程中,溜井内及各中段溜井联巷的风速逐渐增加,矿石下落造成溜井内产生负压,使部分中段溜井联巷风流方向发生变化;随着卸矿量的增大,卸矿口冲击风速逐渐增加,气流进入联巷后在阻力作用下,冲击风速逐渐减小;卸矿高度越高,卸矿口冲击风速越大,达到峰值的时间越长;矿石粒径与卸矿口冲击风速呈负相关,矿石粒径越小,对气体的推动和夹带量越大,冲击风速也越大。

某尾矿库排洪系统水工模型试验

为确保某尾矿水库的排洪系统可以安全、可靠地运行,构建了尾矿库排洪系统水工模型,模拟3个排水竖井在不同运行方式下的泄流,研究排洪系统典型建筑物排水井及排水隧洞模型段的过流能力,探讨各特征工况下排水井及排水隧洞内水流流态。结果表明,所选取的3个排水竖井,在设计标准的洪水泄洪时,下游泄洪隧洞内的水流均呈现无压流的流态;随着排水井工作水头的增加,泄流量超过设计标准,下游泄洪隧洞内水流呈现明满流交替的流态;当工作水头继续增加时,下游泄洪隧洞内水流呈有压状态。研究结论可为尾矿库或类似工程设计提供参考,并可为水库排洪系统的进一步优化设计及安全运行提供科学依据。

优化综合成本的露天矿油电混编卡车运输优化研究

露天货车运输在露天开采生产中扮演着至关重要的角色。合理调控露天矿货车运输,降低能源费用和碳排放,对于维护资源环保利益、推进矿产领域的绿色矿井建设具有重要意义。基于碳排放视角对露天矿卡车运输能耗问题进行分析,设定碳排放费用和运输费用作为优化目标,同时充分考虑不同装载点至不同卸载点的多种运输路线及作业任务,构建了在低碳约束下的露天矿油电混编卡车运输优化模型。运用改良后的多目标粒子群算法ACCMAPSO对卡车运行能耗进行优化。结果表明,在解决露天矿运输能耗优化问题上,ACCMAPSO可以找到既能显著降低燃料消耗又能减少碳排放的运输路径,且该路径仅需58辆货车即可完成,不仅减少了车辆使用,还降低了综合成本。分别以油耗成本最小、碳排放成本最小和综合成本最小为优化目标,发现以综合成本最小作为优化目标能够大幅度降低运输过程中的能源消耗,有效减少碳排放量。研究结果对于推动矿山企业提升生产技术与运营管理水平具有重要的理论意义和现实价值。

基于CiteSpace的绿色开采研究现状与趋势分析

绿色开采对于减少采矿活动对自然环境的破坏,推动建设环境友好型与可持续性发展矿业产业,实现经济、社会和环境的协调发展具有重要意义。以CNKI数据库作为文献检索来源,在CiteSpace中对相关发文量、发文作者、发文机构和关键词等开展知识图谱分析。研究表明,我国绿色开采在时间上经历了萌芽期、快速发展期、平稳发展期3个阶段;在发文作者分析方面,许家林、钱鸣高、朱卫兵、鞠金峰、王晓振和张吉雄等作者发文量均在10篇及以上,在煤炭绿色开采领域具有重要的贡献;在研究机构合作网络方面,发文量较多的研究机构主要有中国矿业大学矿业工程学院、中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室、中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室、中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院、中国矿业大学环境与测绘学院、河南理工大学能源科学与工程学院以及中煤科工集团有限公司,各机构之间存在密切合作;在关键词聚类分析、时序分析和突现分析方面,我国绿色开采研究主要包括充填开采、关键层、循环经济、煤炭资源和地表沉陷等高频关键词。通过提取突现强度较高的前25位关键词,发现循环经济、煤炭物流等关键词出现年份较早,保水采煤持续时间最长,深部开采和生态修复等形成了新的研究热点。研究可为探析我国绿色开采领域研究热点提供科学依据。

基于STPA和FBN的无人矿卡系统失效风险分析

为探究无人矿卡系统的失效模式,识别导致矿卡系统失效的风险因素,从而提高无人矿卡系统的可靠性,运用系统理论过程分析(STPA)方法构建无人矿卡系统的控制反馈结构,识别导致风险的不安全控制行为,确定不安全控制行为的致因因素;基于风险因素间的关联构建模糊贝叶斯网络(FBN)模型,推理诊断影响无人矿卡系统运行安全的风险因素。结果表明:无人矿卡系统失效受硬件设备、系统软件、通信网络、人员失误、环境影响、外部因素、管理缺陷7个类别共计18种风险因素影响,其中硬件设备导致无人矿卡系统出现失效情况的可能性最大。远程控制端硬件故障、通信系统硬件故障、车端硬件故障、现场安全管理不到位等因素也是影响无人矿卡系统失效的关键风险因素。

基于GA_IPSO-GRNN的深井采区工作面含湿量预测研究

深井采区工作面含湿量是衡量工人热舒适性和热应激风险的综合指标。为更科学地控制深井采区工作面热湿环境,降低工人的职业病风险,需准确预测含湿量。依据现有深井采区工作面热害影响因素与气象指标之间存在相关性与耦合性的特点,分析矿山生产规划与管理因素、矿岩热湿交换因素及工作面巷道调热圈因素,选取14项含湿量影响因素指标。将遗传算法、改进型粒子群算法与广义回归神经网络相结合,构建GA_IPSO-GRNN组合预测模型,结合20个样本进行实证分析与对比验证。结果表明:本文提出的组合预测算法平均相对误差约为5.1%,模型预测效果较好,并且具有较好的鲁棒性与泛化性,为深井热害和数字矿山领域的研究提供了新思路。

浅部地下矿山开采引发地表露天矿山变形规律研究

浅部地下矿山开采活动对地表露天矿山边坡及建(构)筑物的影响较大。针对某浅部地下磷矿山开采工程,通过野外调查、数值模拟和变形统计的方式,分别研究地下矿山1 890 m和1 800m两个开采中段对地表露天矿山及其建(构)筑物变形规律的影响,并将结果与安全要求进行对比。研究结果表明:矿体开采后,随着矿体的深度下降,移动变形量逐渐增大。矿山所采用的地下开采方式引起的扰动范围较小,1 800 m中段以上矿体开采后,引起地表变形的最大沉降量为11.65 mm,最大倾斜值为2.401 mm/m,最大曲率值为0.045 mm/m^(2),最大水平变形值为0.073mm/m,地表所有变形值都未超过Ⅰ级保护的允许变形值,对露天终了边坡及地表已有或是新增的构筑物不具破坏性。

浅谈大红山铜矿生态环境保护与绿色矿山建设

基于生态环保、绿色持续和人类命运共同体的时代发展需求,大红山铜矿以绿色矿山建设为目的进行生产建设。以大红山铜矿的实际生产建设为基础,建设绿色矿山为目的,将矿区划分成建设期和生产期两个阶段,分析环境影响且对矿区各阶段实际环境进行管理,将不同阶段的负责机构及环境责任明确化。同时根据矿区的实际,研究讨论大红山铜矿的矿区生态环境治理及绿色矿山建设,提出后续矿山绿色发展的道路。研究表明,基于大红山铜矿的绿色矿山建设实例,可以为后续类似矿山提供重要参考。

某铜铁矿上向分层充填法采场稳定性研究

某铜铁矿采矿方法中70%为上向分层充填法,由于采深从原来的-300 m左右延伸至现在的-545 m以下,采用上向分层充填采矿方法回采深部矿体存在顶板冒落、充填体强度不足的风险,亟需对其采场稳定性进行研究。采用井下工程地质调查、现场取样、室内试验等手段获取岩体及充填体力学参数,利用midas GTS NX建立简化后矿体模型,采用FLAC3D进行数值模拟以获取采矿和充填后采场的应力及变形情况,分析采场回采-充填的稳定性状况。研究成果可为矿山深部上向分层充填法回采矿体时,采场的稳定性以及工作环境的安全性提供参考。