机液串联式钻机推进系统设计与仿真分析

针对工程钻机推进系统存在的行程大而造成体积和质量大的问题,基于其工作机制进行研究,提出一种机液串联式的钻机推进系统,详细阐述了其工作原理,推导了钻机推进位移与电液比例阀阀门开度的函数关系式。理论分析和仿真验证表明:机液串联式的推进系统具有省距不省力的特点;在钻机工作过程中,动力头的推进速度和位移可达到液压油缸的2倍,液压油缸传递至动力头的推进力为液压油缸活塞输出力的一半,从而减少了钻机桅杆的长度,降低了推进系统的体积和质量;通过电液比例阀调节阀门开度,可以调节动力头的推进位移和速度,使得钻机推进系统满足不同工况的需求。

露天潜孔钻机随钻测量系统研发与应用研究

露天采矿随钻测量技术研究目前尚处于初期阶段,研发随钻参数测量系统是实现随钻测量技术服务于采矿工程行业的首要任务。基于TAIYE-390-Ⅱ潜孔钻机工作原理,确定了随钻参数,提出了一套通用的测量方法,并研发了测量装置。装置主要由数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统组成,可实现对钻进时间、钻进深度、钻进速度、钻杆轴压、回转力矩、回转速度、冲击风压和冲击风量等参数的实时准确测量、采集、计算、存储、显示和远程传输。结合某石灰岩矿钻孔数据,提出了一种反映岩性变化的数据整合方法,并借助钻孔成像试验分析了随钻测量技术在岩体结构面识别中的可行性。结果表明钻进速度和回转力矩对岩体结构响应最为灵敏,冲击风量和冲击风压在钻凿含孔洞的破碎岩体时表现突出,而钻杆轴压和回转速度在岩体结构识别中作用较小。研究成果在潜孔钻机随钻测量系统研发和随钻岩性识别等方面具有重要的理论意义和应用价值。

基于三元DEM的露天煤矿封闭壳状包络体素建模研究

传统地质模型受自身结构性质和布尔运算效率的局限,限制了采矿模型的生成,无法满足露天矿大规模物料规划问题的需求。针对上述问题,对开采体块段模型及采矿模型进行了定义,并提出了一种基于三元DEM的露天煤矿封闭壳状包络体素快速建模方法,即煤岩模型的顶面、底面和侧面DEM建模,三元DEM经固化后即可生成煤岩体对应的封闭壳状包络体素模型。该模型介于实体模型和块体模型之间,能够保障算量精度,同时具有较高的布尔运算效率,可以现实定点、定向的尺寸和结构剖切,在传统算量地模的基础上,通过特定的结构定义,丰富剥采程序和工艺参数等技术指标属性,定制专属的采矿模型,更好地服务于露天矿物料流规划、采剥生产计划动态优化等问题。

基于主客观综合赋权-正向云模型的露天矿含软弱岩层组高陡复杂边坡稳定性分级评定

露天矿含软弱岩层组边坡作为工程中常见的特殊地质边坡,在工程实践中具有较一般类型边坡更大的危险性和复杂性。为克服该类型特殊地质边坡稳定性评定过程中的模糊性,保证边坡稳定性安全评价结果的可信度,基于层次分析法的思想,针对含软弱岩层组边坡创建带量化等级区间的稳定性评价指标体系,运用模糊层次分析法(FAHP)和改进熵权法(Entropy)相融合的主客观综合赋权法,并结合正向云理论构建露天矿含软弱层组高陡边坡稳定性辨识标准云模型图。以某金属露天矿为例,生成露天矿含软弱层组高陡边坡稳定性评价实际云图,通过Dice系数计算实际云图与标准云模型图各等级的相似度,对露天矿含软弱层组高陡边坡稳定性进行评定。结果表明:该露天矿含软弱层组高陡边坡稳定性评价实际云图与标准云图对比各等级相似度分别为{0.0127,0.4284,0.7832,0.2043},由最大相似度准则确定该边坡处于不稳定状态(C等级),与数值模拟、传统极限平衡法分析结果基本一致,验证该模型具有一定的科学性和有效性。该研究为含软弱岩层组边坡建立具有针对性的不确定性分析方法,为其它类似特殊地质边坡稳定性的分析和防治提供思路和手段。

基于CWM和CM的长滩露天矿深孔台阶爆破岩体可爆性评价

在深孔台阶爆破中,对不同地质条件下的岩体按其可爆性进行分级,是进行爆破参数优选优化,确定合理爆破参数的前提,对提高矿区生产爆破效率,改善爆破效果、降低爆破成本具有重要意义。结合长滩露天煤矿爆破开挖实际,通过现场单孔爆破漏斗试验、岩体声波测试、室内岩石力学试验,获取了岩体体可爆性分级相关指标。基于组合赋权(CWM)和云模型(CM)的可爆性分级方法,对长滩露天煤矿剥离岩体的可爆性进行了分级评价。结果表明长滩露天矿正在剥离爆破的4个平台岩体可爆性为:1130平盘主要分布灰绿色粗砂岩,可爆性为Ⅲ级(中等);1115平盘主要岩性为黄绿色中砂岩,可爆性为Ⅱ级(较难爆);1100平盘是紫红色砂质泥岩,可爆性为Ⅰ级(难爆);1145平盘主要以紫红色泥岩为主,可爆性为Ⅲ级(中等)。

矿山地质环境灾变与保护修复研究现状与展望

矿山开采不仅会引发地表沉降、建(构)筑物损毁等安全灾害,还会造成土壤环境破坏、生态系统退化等生态环境灾害。地质环境灾害的类型和特征与采矿方法有关,并且多种地质环境灾害的发生具有耦合性。我国常采用自由垮落、支护加固和剥离排土3种方法处理采区覆岩,分别形成了以长壁垮落法开采、柱式开采和露天开采为代表的3类采空区。综述了3类采区的地质灾害致灾机理、灾害链网形成机制,讨论了地质灾害监测、多灾耦合研究中存在的问题。研究表明:①矿区地质环境灾害主要包括工程安全灾害和生态环境灾害两大类,前者表现为地物空间位置改变引起的采动附加应力损坏各类工程体,后者反映为地物属性变化引起的生态要素缺失和物质能量流动改变;②不同地质环境灾害之间存在耦合性,一种地质环境灾害的出现可能引起一系列次生灾害,形成灾害链网,虽然变形监测、遥感等技术可用于获取地物位置、属性信息,但由于地质环境灾害成灾的复杂性以及传统单一监测预测技术手段的局限性,目前难以对地质灾害进行准确预报预测;③应整合已有的各类变形监测、遥感、传感器、工程检测等技术构建“空—天—建—地—井—人”监测技术体系,融合多源地质环境数据探明矿区物理环境场。在上述分析的基础上,基于多学科交叉视角对矿区地质环境灾害的未来研究方向进行了展望。认为后续研究重点在于:①完善多源数据标准化工作,加强数据安全共享,构建地质环境保护“知识库”;②依托AI辅助和地质环境保护“知识库”,研究矿区多灾耦合机理,明确致灾关键因素,构建灾害链网;③基于灾害链网加强跨学科研究,融合多源数据—模型形成“透明地质条件—矿山开采设计—采动损害/物理场分布特征评价—工程安全预测评价/生态过程预测评价—工程加固维修/生态环境修复”全过程工作机制。分析结果有助于进一步梳理矿区多灾耦合问题的研究思路,对于地质环境灾害综合保护和治理具有较好的参考意义。

基于层次分析法的矿山地质风险评价研究

本文通过对风险管理理论的分析与研究,确定风险识别方法。针对泾县矿区及其周边的地质环境风险进行了识别,建立了泾县矿区矿山地质风险评估体系,包含了地面塌陷、水土流失、矿坑坍塌3个准则层因素及12个指标层因素。采用层次分析法,分析各因素对上级指标的相对重要性,并最终确定各评价因素的复合权重,根据计算结果泾县矿区及其周边的地质环境风险处于中等风险的范围内,矿山地质风险等级为III级,并提出风险管控措施。

坡顶裂隙对边坡渗流规律及稳定的影响

为了探究坡顶裂隙对边坡内雨水渗流规律及整体稳定的影响,以某露天矿边坡为研究对象,采取数值模拟的研究方法,分别建立无裂隙和有裂隙2种边坡模型,观察在降雨时边坡渗流规律及稳定性变化。模拟结果发现:降雨情况下,当坡顶存在裂隙时,雨水入渗量增加,且坡脚入渗量增加最明显,边坡的安全系数大大降低,临界滑移面向坡脚发生了一定的延伸。结果说明,当坡顶存在裂隙时,降雨对坡脚的影响最为严重,应当注意坡脚的边坡治理。

综合监测手段对露天高陡边坡局部垮塌的分析研究

本文通过对福建省上杭县紫金山金铜矿露天采场东帮进行综合监测,结合边坡雷达预警数据、GNSS监测数据、内部位移计监测数据,分析因降雨引起的采场东北帮820~868边坡在重力及雨水冲刷的双重作用下突破临界约束而出现的突然性垮塌。边坡雷达有监测到位移加速变形的趋势,但未及时发出预警。利用综合监测手段,更进一步准确分析高陡边坡。为解决边坡雷达预警问题更进一步监测边坡局部垮塌变形,本文设置预警分区,对采场东北帮820~868边坡进行区域圈定,设置更为敏感的预警阈值。减小圈定区域边坡雷达监测黄色预警和红色预警的短期预警值、长期预警值和预警面积,对曾经出现垮塌区域设置预警分区,从而做出更加准确的预警,显示监测数据波动变化的趋势,为类似高陡露天边坡监测提供参考。

某地矿山水文地质特征及地下水环境评价分析

旨在基本查明矿山项目建设区水文地质条件、地表水与地下水的发育情况,基本掌握区内地表水、地下水变化规律,为下一阶段项目建设的环境影响评价、项目区内地下水资源保护提供水文地质基础资料,为今后项目运行提供可靠的水文地质资料。查明尾矿堆场、选矿场、采矿场及废石场的水文地质条件,求取各区域的含水层水文地质参数,评价采选工程的建设对地表水及地下水的影响程度,基本掌握地下水变化规律,为矿山的建设及后期运营的地下水环境影响评价提供水文地质资料。

露天矿山边坡稳定治理与生态修复技术分析

本文针对露天金属矿山开采过程中边坡稳定性和生态修复问题进行研究。通过文献综述和实地考察,分析了露天矿山边坡的基本特征,总结了影响边坡稳定性的主要因素,包括矿山地质结构、岩层矿物质结构、外界环境因素和开采作业因素等。在此基础上,系统阐述了露天矿山边坡稳定化治理的技术手段,如混凝土灌浆喷射、抗滑桩、挡土墙、防水治水、削坡减载和预应力锚固等。同时,针对边坡生态修复问题,总结了覆土绿化、植生袋绿化、钻孔绿化、挂网绿化和客土喷播等技术措施。研究结果表明,露天矿山边坡稳定治理需因地制宜、综合施策,并与生态修复相结合,才能达到边坡稳定和生态恢复的目标。本研究可为露天金属矿山边坡治理和生态修复提供理论指导和技术参考。

地质雷达在露天矿山安全监测中的高效应用

在采矿实践中,露天矿开采方式为常见方式之一,其安全性问题备受重视。在展开矿山开采行动时,必须加强对安全事项的关注,采用合理手段进行安全监控,从而确保露天矿山的开采工作顺利进行,避免受到不良影响,降低安全事故发生的风险。

爆破扰动下顺层岩质破碎高陡边坡的稳定性监测与数值分析

高陡顺层岩质边坡历来是国内外学者重要的研究内容,高陡顺层岩质边坡稳定性对于露天矿山的安全建设具有重要意义。因此针对某露天矿山终了顺层岩质边坡的稳定性进行了研究,旨在分析该矿山顺层岩质边坡在爆破扰动下的稳定性,通过采用室内岩石力学试验、爆破振动监测法以及数值分析法对该矿山两种爆破条件对顺层边坡的扰动进行了全面的研究。研究结果显示,在两种爆破条件下,顺层边坡结构面处的位移均呈现出由上至下逐渐增加的趋势,且超过结构面一半时,位移显著增加,且当主爆区爆破时,在爆破扰动下,边坡的安全系数为1.66;当预裂孔爆破时,边坡的安全系数为1.61。说明越靠近顺层边坡的结构面时,边坡的稳定性受爆破的影响越敏感,且在主爆区的频繁爆破扰动下,边坡的稳定性已经受到影响,因此在越靠近结构面的预裂爆破起爆后,边坡的稳定性会降低,但根据安全系数的计算结果可知,不同爆破条件下边坡均处于稳定状态。此项研究为该矿山的设计提供了宝贵的理论依据,为今后矿山的设计、生产均提供了可靠的指导。

湖南香花岭锡多金属矿田通天庙花岗岩体地球化学特征及成因

通天庙花岗岩体位于南岭成矿带的香花岭锡多金属矿田西南部,通过对其开展地球化学分析研究表明,主量元素具有高硅、富铝、富碱、贫铁、贫镁、贫钛、高铝饱和指数的特点,稀土元素总量高,轻重稀土无明显分馏,Eu具极强的负异常,微量元素具有富高场强元素,大离子亲石元素,高10 000×Ga/Al,亏损Sr、Ba、Ti元素的特征,均与典型的A型花岗岩相似,说明通天庙花岗岩体应属于过铝质钙碱性-高钾钙碱性A型花岗岩,形成于造山后拉伸环境下,这一认识为了解通天庙花岗岩体成因及构造演化提供了理论依据。

内蒙古胜利矿区东二露天矿地质特征及其开采对锡林河的影响分析

文章以野外施工及收集资料为依据,对野外施工数据及勘查区以往资料进行了分析,以全面了解和掌握胜利煤田东二露天矿区后续开发对周边及锡林河谷处第四系含水层的影响情况。

顾及邻域几何特性的露天矿台阶线提取方法

台阶线数据是露天矿开采过程中的重要基础资料,也是确保露天矿高效、智能开采的重要前提。针对现有的基于点云的露天矿台阶线提取方法存在局部特征丢失、台阶线不连续等问题,将识别台阶线特征点转为识别几何特征面,从特征面轮廓中提取出台阶线特征点,由此提出了一种顾及邻域几何特性的露天矿台阶线自动提取方法。该方法首先对露天矿点云进行规则重采样,依据露天矿台阶平盘、坡面点云法向量与竖直平面夹角具有明显差异这一几何特性提取坡面的特征点云;在此基础上,采用区域生长算法分割坡面点云,通过凹包算法提取分割后的坡面点云轮廓边界获得台阶线特征点;最后利用三阶贝塞尔曲线拟合特征点以生成露天矿台阶线。为验证算法的提取精度,将台阶线与露天矿数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)叠加,并计算该方法提取的台阶线与实际台阶线的位置偏差。结果表明:该方法提取的台阶线完整且连续性好,与手工绘制的台阶线基本重合,能够满足比例尺为1∶2000的制图精度要求;运行效率高,对于面积为3 km2的露天矿,提取时间在4 min以内。证明所提方法能够准确、高效地提取露天矿台阶线,为实现露天矿山台阶线自动绘制提供重要的技术支持。

云南某钢渣磁选尾矿堆场重金属在模拟降雨下溶出特性

以云南某历史遗留钢渣磁选尾砂堆场为研究对象,对钢渣尾矿进行属性分析,采用4种不同酸度的淋溶液,进行为期42 d的动态淋溶试验,分析Fe、Zn、Cd 3种金属的淋溶释放规律,同时建立释放模型。结果表明:尾砂淋出液的pH值呈现淋溶初期pH较高,到达最大峰值后快速下降,后期保持稳定的趋势;在同等pH值条件下,粒径越小,各金属出现浓度峰值的时间较早;Fe离子浓度的溶出顺序为:酸性溶液>中性溶液>弱酸性溶液。金属Zn的溶出情况不同,Zn的溶出在淋溶初期,淋溶浓度较高,在9 d左右达到最低值,并于21~27 d内再次出现浓度峰值,且当溶液中OH-浓度增加时,溶出浓度略有升高。Cd的溶出呈现动态变化趋势,表现出间歇性快速释放的过程。二次回归方程以及DoseResp方程都能够较好地描述3种金属淋出的动力学过程。对于Fe而言,DoseResp方程比二次回归方程的相关系数R 2拟合程度更高。

王洼矿区南湾勘查区侏罗系含煤地层煤层对比研究

南湾勘查区煤层沉积过程由于受“古脊梁”和古河床等因素影响,使沉降幅度与速度各地有所差异,造成煤层结构、顶底板岩性、沉积特征、煤质等发生变化,导致侏罗系煤层的层厚与煤质不稳定,煤层对比带来一定困难。通过综合对比标志层、煤层层间距、岩层岩性组合特征、地球物理曲线特征,对南湾勘查区的煤层进行了对比分析,结果可靠,效果良好。

无人机低空遥感矿山地质灾害监测研究进展及发展趋势

矿产资源开采导致矿区地表频繁发生地质灾害,严重制约了矿山智能化的建设进程,监测并预警地质灾害的发生对于矿区正常生产及防灾部署具有重大意义。当前矿区地质灾害主要依靠传统地面监测手段及In SAR等方法,存在费时费力、周期长及In SAR无法监测大梯度形变等不足,无人机低空遥感作为一种新兴手段,以其独特的优势已经被广泛应用于矿山地质灾害监测中。结合现阶段典型成果及课题组近年来的探索实践,简述了矿山地质灾害的类型,分析了无人机低空遥感矿山地质灾害监测的应用现状,总结了无人机低空遥感在开采沉陷监测、煤火识别及地质灾害监测等方面应用的基本流程,提炼了现阶段无人机遥感实时高精度沉陷盆地构建、水平位移监测及多源时空数据融合等技术发展亟需攻克的技术难点,并从无人机高精度数据采集、多类型载荷协同、5G实时传输及智能灾害监测等方面展望了未来发展方向。未来矿山地质灾害要向“多网融合+实时监测+智能作业+任务协同+全面感知+自主决策”的智能监测预警体系方向发展,需要多学科、多部门学者开展协同攻关,实现“产学研用”联动发展。

耦合多因子的地表生态状况指数在干旱半干旱区露天矿的应用效果评价

矿区生态环境遥感动态监测是指导绿色矿山建设和生态恢复的重要基础。耦合绿度、热度、干度、湿度、亮度多种生态因子的指数,如遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)、地表生态状况组成指数(Land Surface Ecological Status Composition Index,LSESCI)具有可视化、可扩展等优势,已被广泛用于矿区生态环境监测中,但地表生态状况指数在不同景观条件和露天开采模式下表征矿区生态环境的适宜性及差异性尚不明确,并且研究区多为单一矿区易忽略因生态环境背景差异导致的区域异质性。因此,以新疆位于不同生态功能分区以及地形条件下的金宝铁矿区、黑山煤矿区和乌拉根锌矿区为研究区,基于长时间序列Landsat遥感影像提取绿度、热度、干度、湿度、亮度生态因子耦合构建LSESCI、RSEI、改进遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index,MRSEI)及标准化遥感生态指数(Standardized Remote Sensing Ecological Index,RSEIs)4个地表生态状况指数,结合土地利用数据和DEM数据,通过相关性分析、缓冲区分析、滑动滤波、Sen+MK等多种方法综合分析,揭示了基于卫星遥感数据反演获取的地表生态状况指数表征不同生态功能区露天矿地表生态状况性能的差异性。结果表明:(1)不同地表生态状况指数与绿度、热度、干度、湿度、亮度各生态因子的平均皮尔森相关系数达到0.6以上,其中RSEI指数对各生态因子拟合程度最好。(2)结合土地利用数据和DEM数据,LSESCI指数能够有效区分位于山前冲洪积扇区的金宝铁矿露天采区和原地貌裸土及山间谷地,不会过低估计生态环境质量,能够反映露天开采对生态环境的影响范围。对于原地貌有低覆盖植被且存在土地盐渍化的研究区,如黑山煤矿区和乌拉根锌矿区,相比MRSEI和RSEIs指数,RSEI指数与湿度、热度等生态因子相关性更高,不会低估研究区的生态环境质量。(3)基于Sen+MK时间序列分析算法和最优指数,对2005—2020年各矿区的生态环境时空变化特征进行了分析,露天开采对研究区内生态环境质量“良”和“优”的土地影响不大,通过露天开采占用、挖损的土地主要为生态环境质量“中”的土地。相比黑山煤矿区,金宝铁矿区和乌拉根锌矿区的生态环境质量显著下降区域面积小,通过复垦及生态恢复生态环境质量显著提高的面积比例高,其中乌拉根锌矿区复垦率为34.58%,金宝铁矿区复垦率为20.75%。