绿色矿山建设碳源/汇与减排增汇研究进展

为应对长期以来矿业开采导致的环境问题,绿色矿山理念及配套政策逐步发展。碳达峰碳中和目标导向下,绿色矿山倡导低碳化生产、生态开采等新的发展要求。为探究新时期绿色矿山建设在节能减排目标下的重要方向和关键问题,助力碳中和目标与绿色矿山建设的协同发展,该研究以绿色矿山、碳源/汇与减排增汇为关键词开展文献计量分析,总结“双碳”目标下绿色矿山建设内涵与要求,分析绿色矿山建设背景下碳源/汇与减排增汇研究进展,梳理矿区碳源与碳汇核算方法,探究绿色矿山减排增汇策略。得出:绿色矿山在理论与应用方面均具有较为丰富的研究及实践成果,具有良好基础以面对新的发展挑战;绿色矿山现存管理方案与考评体系成果完整,整体偏定性和基础推荐性要求;矿山碳足迹核算中,基于生命周期理念、采用排放因子法的核算模式已较为成熟,但在生命周期划分与核算因子选取过程中仍需慎重,注意加强因子的本地化选取;针对减排增汇目标,绿色矿山在策略上需重视能源与技术视角。在“双碳”目标下,当前绿色矿山相关验收标准在减排方面的关注度有待增强,指标体系的定量化程度与执行力有待提高;煤炭矿山的碳足迹核算与减排潜力分析是未来绿色矿山研究的重点之一;矿山减排研究中,由复垦产生的碳源与碳汇核算及矿山全生命周期的减排方案设计需得到更多关注。

基于磁平衡的钢丝绳探伤数字传感器研究

针对钢丝绳在长期运行过程中会出现断丝、截面磨损、锈蚀等损伤而形成安全隐患的问题,指出应进行钢丝绳健康状态定期安全检测和评估。针对常用的强磁检测法的不完善之处,提出基于空间磁场平衡机制检测的新型钢丝绳损伤判别方法。首先研究采用PRO/E进行三维实体建模,进行了磁路设计;其次采用有限元分析,比较X轴、Y轴磁化方向的优劣,依据磁力线密度、中间直线磁场变化强度得出Y轴磁化方向优于X轴磁化方向;最后通过运用三维磁场数值分析软件,设计计算出合适的传感器聚磁环结构和感知单元。实验研究结果表明,基于空间磁场平衡机制的新型钢丝绳探伤传感器的检测效果较传统强磁探伤传感器的检测效果有明显改善。

矿区整合条件下复杂开拓系统整合优化方案研究

洛坝铅锌矿作为一个多矿区整合矿山,现有的多坑口组织生产、多级斜井提升、井下作业点多面广,导致井下作业人员越多、提升运输成本高效率低等突出问题。通过提出四种开拓系统整合优化方案并进行了详细的技术经济对比,最终优选了以盲竖井、箕斗斜井和斜坡道为核心的运输系统方案打破各坑口各自为政的生产现状,将矿山整合为一体进行集中提升运输,提高了运输效率、减少了用工数量、节约提升成本、降低了管理难度。

动载作用下锚固体应力波传递及破坏特征研究

为研究动载作用下锚固体的应力波传播规律及破坏特征,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对锚固体试件开展了不同预应力及不同冲击次数的冲击试验。研究结果表明:随着预应力增加,锚固围岩中应力波峰值逐渐增加,衰减速度逐渐减小,增大锚杆预应力,锚固自由端拉伸波峰值明显减小;随锚固体试件预应力增加,锚固体轴力损失越快,轴力损失率呈二次线性增加的趋势;预应力较小时,锚固自由端围岩产生裂缝较多,多次冲击下裂缝距离较为接近;随着预应力的增加,自由端头破坏程度减弱;随着预应力增加,拉拔最大位移量越来越小,未受动载作用的原始试件拉拔后未出现明显的破坏;动载作用后,随着预应力增大,锚固端头发生一定程度的劈裂破坏,预应力持续增加劈裂破坏程度越来越弱。

与机器共鸣:人机协同设计的发展与挑战

在人工智能时代,机器已经不再仅仅是执行任务的工具,逐渐涉足人类创造性的领域,其中包括极富创意的艺术设计。本文首先梳理了机器参与艺术设计的模仿、助理、创造三个阶段。之后分析了人工智能参与艺术设计的现状,通过监督学习和无监督学习产生丰富的视觉内容,同时也分析了人工智能设计的不可控性、缺少创新以及偏见与平均化的局限。最后提出了人机协同设计的发展趋势,包括建立智能设计标准、建立高质量训练样本、增加多种人机交流方式,以及平衡人机之间的权责关系。

矿井地面设备自动巡检装置的设计与应用分析

针对常规人工巡检地面供电设备存在巡检效率低、巡检精度不足、工人劳动强度大等不足,对此,设计一套地面供电设备自动巡检装置,介绍了该装置的结构、具体工作原理,分析了其应用优缺点,并在潞安集团某矿进行了应用测试,测试结果表明:应用该装置后,减轻了工人劳动强度,提高了供电设备巡检效率,取得了较好的应用效果,该装置具有一定的推广应用价值。

深立井井筒围岩破坏机理及井壁结构设计

为指导赵固二矿井筒建设,综合理论分析、数值模拟等方法,对井筒围岩损伤变形及井壁结构进行研究,结果表明:井筒穿越地层水平围压系数为1.75~1.86,导致软弱地层井筒塑性区蝶化分布,塑性区尺寸与双向主应力关系的RPP特性围岩强度影响较大;当埋深500~600m时,在冻结前后,及时浇筑井筒围岩损伤形态尺寸差异较大。基于此,确定选择冻结法施工,理论计算设计并校核了井壁结构参数,现场施工监测显示设计参数能够满足工程建设的安全稳定,为类似条件井筒建设提供参考。

基于任务驱动的煤矿生产安全智能化管控平台设计与研究

在研究智能化矿井建设的基础上,根据具体业务和任务需求,从煤矿从业人员的角度出发,提出了一个发挥机关科室专业特长,促使基层联队安全、高效、高质量完成每日、每月、每年工作任务的智能化管控平台数学模型;设计了基于此管控平台所需的,将各种单一业务、任务信息化应用的数据之间联系起来的应用层、分析处理层、传输层、设备感知层的技术架构;描述了构建一个统一联动各子系统,实现信息收集与反馈,多类别、多来源不同感知信息集成与融合的数据采集系统,为调度指挥中心及平台使用者实现协同管控一体化、信息流通畅通化、生产效率最大化奠定了坚实的基础。

石灰石矿终了边坡开挖设计与稳定性计算

露天矿开采中,高陡边坡稳定性评价、边坡参数的合理选取事关矿山安全生产,指导意义重大。旺苍朱家坡石灰石矿终了边坡属顺层边坡,高度最高达302 m,底板岩层倾角较缓,仅为16°。设计中,不仅选择了合适的参数,还对缓台阶的开采爆破进行了针对性设计,提出了多种边坡加固手段。通过数值模拟、理论计算等多种手段对边坡安全性进行计算分析。实践证明:设计中选用的参数能保证终了边坡开采的安全。该案例是石灰石矿终了边坡开挖设计的成功范例。

矿区践行生态文明建设高质量发展总体设计及案例

科教融合、产教融合立体化平台已成为推动生态文明建设和高质量发展的重要途径,各地政府出台了一系列支持政策,鼓励企业与高校合作,加强人才培养和科技创新。本文采用文献资料法、案例分析法和比较研究法等,在对国内外科教融合、产教融合实践进行梳理和分析的基础上,以中煤平朔矿区黄土高原矿区土地复垦野外科学观测研究站为基础构建的数据观测-规律发现-技术转让-政策制定一体化产学研协同平台为案例,分析了科教融合、产教融合发展的历程和成效,系统设计了基地在科学研究、教育教学、科学普及和文化建设等功能方面提升的内容和路径,旨在为我国同类企业提质增效、高校复合型人才培养及资源型城市绿色转型提供本土化可借鉴模式。

基于Landsat遥感影像的平庄西露天矿植被恢复效果与归因分析

监测与评估生态脆弱区煤矿排土场植被恢复效果,厘清植被变化的驱动因子,能为排土场植被恢复的可持续发展提供技术和数据支撑。现有的利用长时序遥感数据进行矿区植被变化及其驱动机制的相关研究,缺少对矿区尺度下排土场全生命周期植被恢复的精细刻画,缺乏专题指标以定量描述排土场植被恢复力。针对上述问题,以平庄西露天矿的3个外排土场为研究对象,基于Landsat遥感影像生成了研究区逐年的最大INDV数据,采用时序趋势分析法对排土场植被进行全周期精细时空监测,并利用植被恢复力评价区域尺度植被恢复效果。最后,使用多元回归残差法定量分析气候变化和人类活动两类主要驱动因子对排土场植被变化的影响。实验结果表明:①2008—2023年间,3个排土场的植被指数都呈上升趋势,不同植被覆盖等级的面积比例逐步上升,绝大部分区域已经恢复至露天开采前的水平;②排土场植被恢复力呈现“先增后降再趋于稳定”的特点,山后排土场恢复力最强,其次为三家排土场,太平地排土场恢复力相对较弱;③在植被改善区,主要呈现人类活动主导影响、人类活动和气候变化共同影响2类驱动模式;在植被退化区,还存在气候变化主导影响模式,尤其在三家排土场,人类活动和气候变化共同作用影响较大。

凝聚式层次聚类算法在露天采矿MILP数学模型中的应用实践

本文采用凝聚式层次聚类算法对块体数据进行预处理,显著降低了混合整数线性规划(MILP)数学模型在矿业应用中的复杂度,以解决矿业排产优化中的复杂问题。该方法的核心在于根据块体的地质和采矿相关属性的相似性,将大量小块体合理聚合成相对较少的大聚合单元,从而简化了模型的变量和约束条件,减少了求解优化问题所需的计算资源和时间。通过某大型露天金矿采矿联合体的应用案例研究,证明了凝聚式层次聚类算法在实践中的有效性。原始的MILP模型由于块体数量巨大和计算复杂度高无法直接求解。应用聚类算法后,将36183个块体合理减少到5810个聚合单元,显著降低了问题的规模。

儿童友好导向的矿区地表致灾因素治理规划研究与探索:以硕嘉湾矿区为例

大规模的煤炭资源开发与利用引发了一系列生态环境问题。在生态文明建设的背景下,对矿区致灾因素及生态修复的综合治理规划提出了更高要求。因此,本文以神木市硕嘉湾矿区为例,通过可见光+热红外无人机航测探明了该区域地表致灾因素主要为隐蔽高温异常、地表裂隙和塌陷、地表水体;在此基础上,以儿童友好作为治理目标导向,围绕治理规划的理论、原则、方针、实施、目标,系统提出“44441”(四理论指导、四原则推行、四方针落实、四步演进规划方案、一目标实现)儿童友好导向的治理规划策略,为矿区的治理规划提出了新兴概念设计,形成了致灾因素识别→前期生态修复→后期治理规划的全生命周期、全链条完整的矿区治理规划新路径,为提高矿区居民生活环境品质,以及矿区可持续发展提供了新思路。

“双碳”目标下云南省废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站可行性分析

为助力“双碳”目标的实现以及对废弃、再生资源的循环利用,云南省利用矿山开采遗留下来的采空区建设清洁能源发电站符合现实需要。而在实际废弃矿山改造过程中,实现多元耦合开发利用模式,更有利于再生能源的渗透和维持电网的稳定运行。根据水光互补发电特性原理,结合云南省自然资源能源禀赋特征,从废弃矿山光伏-抽水蓄能电站工作原理及结构、关键技术、经济效益估算等几个方面论述云南省建设废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站的可行性。分析结果表明,云南省已累计超过15亿m3的采空区及丰富的自然资源、能源为光伏-抽水蓄能电站建设提供了有利条件;且云南省近几年清洁电力的比重也在不断攀升,2022年,清洁电力的占比已达到87.7%;由废弃矿山光伏-抽水蓄能电站实例计算得出,该矿山每年可产生的电量收益达1.2亿元,按照设计年限20年计算,共计产出约24亿元的收益。综上所述,云南省废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站建设优势较为显著。

排土场空间效应及其稳定性评价方法研究

依托矿山排土场工程实例,采用调研、试验和数值分析相结合的研究结果表明,评价结果和过程安全性相悖的关键在于排土场地基-排土体相互作用下的系统空间效应和自身组构特征分层效应。通过现场实证、理论分析和数学物理模型解释凹形的空间夹持效应和凸形发散作用。给出稳定性分析采用2D或3D模型应遵循的高度和曲率半径关系条件的基本原则。进一步,采用允许变形和部分破坏的设计理念,以地基坡度、基础性质、排土料岩性、混合体坡高和坡脚线距离为基本因素,区分设定作业台阶安全标准和整体稳定标准,关联安全等级与控制标准以及考虑降雨及地震工况组合,建立以安全系数为主,综合应力场、位移场、塑性区分布特征的综合评价方法技术路线和流程。

基于ε-△g的双道起坡甩车场设计方法

为探究《采矿工程设计手册》中双道起坡甩车场设计方法的正确性和适用性,本文从理论体系和设计方法等方面对其进行分析研究,重新定义参量并对相关参量公式进行重新推导,证实了《采矿工程设计手册》中双道起坡甩车场的设计方法实际上是基于ε-△g的甩车场设计方法。该方法正确可用且自成体系,是可以用于指导双道起坡甩车场设计的。文章还对双道起坡甩车场一点落平法进行了分析和探讨。

智能化煤矿顶层设计研究与实践

建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状,进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究,阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联,人机主动交互,主要系统自学习自决策3个阶段分区域分层次实现“物质流、信息流、业务流”的高度一体化协同,构建以人为本的智能生产与生活协调运行的综合生态圈的建设目标和阶段性任务。基于煤矿价值活动分析对智能化煤矿复杂巨系统逻辑关联进行研究和系统归并,提出以泛在网络和大数据云平台为主要支撑,以智能管控一体化系统为核心,能够实现对煤矿开拓、生产、运营全过程进行感知、分析、决策、控制的煤矿十大主要智能系统,包括:煤矿智慧中心及综合管理系统;煤矿安全高效信息网络及地下精准位置服务系统;地质保障及4D-GIS动态信息系统;巷道智能快速掘进系统;开采工作面智能协同控制系统;煤流及辅助运输与仓储智能系统;煤矿井下环境感知及安全管控系统;煤炭洗选智能化系统;固定场所无人值守智能管理系统;煤矿场区及绿色生态智能系统等的智能化煤矿建设顶层架构。通过对数据特征与关联关系研究提出智能化煤矿信息实体特征与抽取方法,并研究智能化煤矿知识图谱构建及数据交互推送方法,构建智能化煤矿数字逻辑模型;研究提出智能化煤矿“云边端”数据处理架构和三层递阶控制策略,在此基础上对煤矿智能化应用系统进行具体设计。以张家峁煤矿生产矿井智能化改造和巴拉素煤矿新建矿井全面智能化建设为典型案例进行了工程实践。

用弹性板理论建立地表沉陷预计模型

基于矿山开采的实际情况,将上覆受采动影响的岩层假设成弹性薄板,应用弹性板理论,建立了开采沉陷中的走向和倾向主断面预计模型以及地表全断面预计模型。研究结果表明,用弹性板理论建立的预计模型具有与其他模型相似的性质,并且简单、直观、易用,克服了以往预计模型关于拐点的对称性,更符合实际。最后,用实例证明了该模型的应用效果。

基于起伏形态特征的节理岩石峰值剪切强度准则

运用RYL-600剪切流变仪对不同法向应力下的人工花岗岩试件进行多次剪切试验,得到不同法向应力下的剪切应力-剪切位移曲线,并运用TALYSURF CLI 2000对剪切前后节理面进行形貌扫描,得到节理面3维形貌图。通过试验方法得到节理剪切强度与形貌的关系。在试验结果的基础上,考虑起伏形态参数节理面整体轮廓角加权平均值[θ_p]_x对剪切强度的影响,并对Barton准则进行修正,将由修正的Barton准则计算的剪切强度与试验结果进行对比。研究结果表明:[θ_p]_x随着剪切次数增加而减小;修正的Barton准则计算结果与试验结果较吻合,能较好地预测节理剪切强度。

考虑温度应力影响的立井井壁强度设计方法

基于大量破裂井筒工程实例,对立井设计规范方法进行验证,发现规范计算方法的判断结果与实际情况相差较大。分析表明,现行立井设计规范尚未考虑温度应力的影响,而温度差会对立井体内的应力与应变产生影响是客观事实,因此有必要对其进行修正。基于弹性理论,推导考虑温度应力影响的立井强度设计计算公式,分析公式的数学特征,考察不确定性因素及提出修正思路。鉴于该问题的复杂性,建议进行更深入的研究与探讨,以便提高规范计算方法的科学性、合理性与有效性。