中关铁矿厚大破碎矿体大规模回采技术

沙河中关铁矿矿床成因类型属于高温热液接触交代矿床,北部区域节理裂隙发育,围岩不稳固,采用矿房参数为30 m×12 m×30 m的分段空场嗣后充填采矿法进行回采,生产能力较低。为改变现状,采用阶段空场嗣后充填采矿法进行回采;为保障矿房形成空区后的侧帮稳定性,采用注浆加固的方式进行围岩再造,改变周边矿岩性质,提升稳定性;同时采用双条柱凿岩硐室布置形式,有效保证了凿岩硐室的稳定性。利用减震爆破技术,减少对矿房周边矿岩的扰动,实现回采后空区的稳定,达到大规模回采的目的。改变回采参数后,单个矿房矿量提高近5倍,回采率提升7.6%,炸药单耗降低30%,采切比降低40%,大大降低了采矿成本,提升了年产量。

AI智能分析预警集控平台在中关铁矿的应用

为规范中关铁矿重大灾害风险防控,开展重大灾害风险防控建设,针对中关铁矿重点区域(采场危险区域、排洪设施、井下危险区域、井下皮带机头、机尾、井底车场、马头门等)在重要部位安装高清摄像机和图像智能分析设备,建设企业视频智能监控系统,实现了中关铁矿关键地点、重点部位重大安全风险的实时识别、监测和精准研判,该应用充分利用了人工智能技术、大数据技术、AI智能分析技术,建立安全生产AI诊断预警平台,实现数据共享与业务协同,提高了非煤矿山安全监管监察执法效能,提升了矿山数字化、智能化安全生产水平。

中关铁矿智能矿山建设实践

为实现本质安全,提高矿山企业生产效率,同时响应智能制造号召,将新一代信息通信技术和中关铁矿生产工艺流程深度融合,通过引入采选大型自动化设备和智能化系统,按照“本质安全、智能产线、集中管控、数据引领”的理念进行智能矿山建设。建立了从井下采矿、地表磨选到精粉销售全流程的智能化管理体系,实现了井下少人化、地表自动化、高危作业远程化、安全监测智能化的目标。实践表明,中关铁矿智能化生产技术的应用,不仅显著提高了人员劳动效率,职工人身安全也得到了极大保障。

中关铁矿松软破碎围岩巷道掘支技术应用

中关铁矿井下开采时,部分巷道处于蚀变闪长岩、矽卡岩等松软破碎围岩中,掘进过程中时常出现顶板塌冒、巷道成型不规整、支护反复维修等问题,造成巷道掘进无法顺利进行,工人施工安全无法保障,为实现中关铁矿松软破碎围岩巷道的安全施工,针对此类围岩特性,结合中关铁矿实际情况,采取了诸如缩小巷道断面以及优化光面爆破掘进工艺,同时针对不同跨度的巷道(硐室)分别采用超前锚杆预支护+金属U型支架和喷锚网+长锚索两种不同的联合支护方式。上述综合掘支技术在中关铁矿松软破碎围岩掘进施工中效果明显,不仅提高了巷道掘进的效率,工人作业的安全也得到了极大保障,同时支护二次维修率大幅下降,进一步降低了巷道掘支成本。

浸水作用下磁铁矿动态损伤及能量演化机制

为分析浸水作用下磁铁矿的动态损伤特性以及能量运移规律,对磁铁矿进行不同时间的浸水处理,利用霍普金森压杆试验系统(SHPB)对浸水磁铁矿开展了不同冲击载荷值的动态压缩试验。结果表明:浸水作用下磁铁矿动态破坏变形过程分为弹性变形,屈服损伤变形以及失稳破坏3个阶段;磁铁矿动态抗压强度随浸水时间增加而减小,两者呈指数递减关系,而磁铁矿的动态抗压强度减少值先增大后减小,当浸水时间为14 d时,动态抗压强度减小值最大;随浸水时间增加,磁铁矿破碎程度增大,但浸水时间为14 d的整体破碎均匀度最佳;浸水磁铁矿能量演化过程分为弹性储能,能量转换,能量耗散3个阶段;增加动态载荷值可提高浸水时间14 d的磁铁矿能量利用率,在此浸水时间下磁铁矿能耗密度最大,表明开展磁铁矿浸水处理可以有效改善矿石破碎的不均匀度,减少二次破碎工作量,一定程度上降低爆破能耗。研究结果为富水矿体安全高效开采提供一定理论指导。

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比:盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比:33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。

破碎矿体中深孔爆破一次成井技术

中关铁矿采场切割井施工原采用人工掘进等传统方法,但该法存在安全系数较低、作业场所环境差、劳动强度大且效率低等诸多弊端。随着采矿工艺技术的发展和提高,爆破一次成井法因安全性高、成井速度快、效率较高且经济实用逐渐被广泛应用。为提高中关铁矿切割井施工效率并降低掘进成本,根据中关铁矿实际情况,制定了中深孔爆破一次成井方案。通过研究中深孔掏槽爆破机理,确保爆破过程中有足够的补偿空间;装药孔和空孔呈交叉“正方形”布置,共23个,其中,13个装药孔,10个空孔,对不同类型的孔设置孔径和延期时间,并通过补偿系数的计算验证布孔方式的合理性;同时根据巷道爆破危害管理规定,确定了最佳爆破药量,最终实现了切割井爆破一次成井。现场实际应用表明,中深孔爆破一次成井技术在中关铁矿具有很好的适用性,提高了切割井成井速度和质量,减少了施工安全隐患,保证了矿山安全生产,同时为类似的切割井爆破工程提供了借鉴。

中关铁矿上料系统原矿洗矿脱泥流程优化

中关铁矿为了消除原矿中超细粒级泥料对上料系统的影响,针对因原矿中细粒级物料较多,含泥量高,物料黏性大,水分大造成上料系统皮带通廊卫生量大、磨矿仓易堵塞等问题,采用将原矿进行大块干选、湿式筛分、细粒级预选脱泥、预选精矿脱水作业等工艺,抛除原矿中夹杂的8%的超细粒级泥料的方法进行了原矿洗矿脱泥流程优化的研究,通过流程优化,上料系统皮带通廊卫生量减小,消除了磨矿仓易堵塞的问题。为避免铁资源流失以及对后续磨选作业产生负面影响,还进行了大块干选挡板位置的确定,双层筛筛孔尺寸的确定,预选磁选机磁场强度的确定以及脱水筛筛孔尺寸的确定试验。此次流程优化取得了良好的效果,值得在同类矿山中推广。

中关铁矿地下矿山涌水情况研究

在地下矿山生产中,地下涌水量对于矿山安全至关重要,掌握涌水量的变化规律以及影响因素,在后期开采过程中起至关重要的作用。以中关铁矿涌水量为研究对象,通过现场地质调查以及区域水文地质数值模拟等研究方法,研究地表水位、水压以及矿山的地质结构对矿山涌水量的影响。结果表明:在没有降雨等外来补充下,地下水位以及井下涌水量的变化会保持在相对平稳的状态,并持续一段时间;所建立的帷幕改变了灰岩的富水性、透水性,较天然含水层很大程度上降低了地下矿山的涌水量,为保证安全生产提供了强有力的支持。

山东某磁铁矿石可选性试验研究

为验证山东某磁铁矿石在中关铁矿选矿工艺流程中选别利用的可行性,在矿石性质研究的基础上,对该铁矿石进行了可磨可选性试验研究。试验结果表明:以中关铁矿石为标准矿石,当磨矿细度为新生-0.074 mm粒级含量占50%时,山东某铁矿石的相对可磨度系数为1.20,较中关铁矿石难磨;当山东某铁矿石的磨矿细度为-0.074 mm82.18%时,经单一弱磁选,可获得产率72.72%、铁品位66.28%、铁回收率97.08%的满意指标,但铁精矿中的硫含量较高,为0.69%,需进一步处理,该试验结果可为在中关铁矿选矿工艺流程中选别利用山东某磁铁矿石提供参考依据。

空压机站智能化改造研究与应用

矿山空压机系统是生产运行不可缺少的一个环节,其稳定性直接影响主体工艺的正常运行,面对现场空压机本地单体运行,设备与设备之间彼此信息孤立,关键工艺存在技术难题,数据传输效率低,岗位人员较多,工作环境差,缺少关键生产数据的检测和分析等问题,依托智慧矿山建设发展契机,通过现场安装智能检测仪表,充分利用传感器检测技术、自动化系统采集技术、信息化通信技术,解决现场存在的技术难题,实现了空压机系统远程自动运行模式,构建了一套可靠、开放、安全有效的智能管控平台,通过高效的组态分析画面,实现了人性化的智能远程操作,充分发挥了人员和设备的综合效能。

复杂破碎矿体采矿方法研究及提产优化实践

复杂破碎矿体难以实现安全高效回采,其采矿方法的选择仍是当今采矿技术的难题。本文以某铁矿复杂破碎采场为背景,进行采场结构参数数值模拟及提产布局协同技术研究。首先进行岩体结构面调查分析和岩石试件点荷载强度测试,进行岩体稳定性分级;其次在岩体质量分级的基础上,基于Mathew稳定图表法,在综合考虑采准工程和采场顶板与侧帮稳定性的基础上,获得采场允许暴露的结构参数:当宽度为10~18 m时,采场最大允许暴露长度为30~60 m;当采场高度小于30 m时,采场最大允许暴露长度为30~50 m;当高度大于30 m时,采场最大允许暴露长度为45~60 m。在此基础上,提出25种不同开采方案,采用FLAC3D对采场结构参数进行数值模拟优化,通过采场顶板和侧帮位移、应力、塑性区对比分析等,结合开采实际,提出在南部地质条件相对较好区域推行预控顶大直径深孔采矿法,较为破碎的北部区域采用预控顶中深孔落矿分段凿岩采矿法,并不断进行提产布局及排产优化,顺利实现设计产能。

水力旋流器在中关铁矿尾砂充填中的应用

中关铁矿为地下矿山,采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿法。原充填工艺采用全尾砂充填,由于尾砂中细粒级物料占比较大,影响充填体强度,为了提高充填体强度只能增加充填材料使用量,造成了充填作业的成本增加。为提高充填体强度,保证“二步采”采矿安全性,降低充填成本,中关铁矿充填车间在原工艺流程的基础上,通过在立式砂仓的进砂口处增加FX250-GX-B×6旋流器组对尾砂进行分级,提高进入充填砂仓物料的粒度,优化了充填工艺。调试结果表明,在旋流器给料压力为0.09 MPa时可以得到产率较高、粒度较粗的底流尾砂,在给料压力为0.09 MPa的情况下,通过改变充填料浆浓度(最佳为58%)、灰砂比(最佳为1∶4)、充填材料配比(最佳为矿渣微粉:激发粉=55∶45)3个工艺指标,可以提高充填体强度。该设备的成功应用提供了一种通过对尾砂分级、提高底流粒度来提高充填体强度、降低充填材料消耗的可行性办法,在矿山生产中具有推广意义。

锚固界面剪切力学特征及参数优化试验研究

为加强软岩巷道支护性能,改善锚杆支护设计及其参数,针对锚固系统中界面力学特征以及失效破坏模式进行试验探究,并利用FLAC3D数值模拟方法,以锚固剂、锚固长度为研究参数,对围岩变形、锚杆受力以及塑性区分布规律进行分析、探究,确定科学合理的软岩巷道支护参数。试验研究表明:钢筋—锚固剂界面剪切力学性能,随锚固剂由M20砂浆材料换为高纤维含量ECC-2%材料,其界面峰值剪切应力上涨了122%;当锚固剂—岩石界面黏结强度足够高时,影响其稳定性的主要因素即为岩石自身抗拉强度和内聚力;当采用锚固剂类型为ECC-2%且锚固长度为2.2 m的支护参数时,巷道顶板位移变形量、两帮位移、塑性区范围较优化前的方案分别降低了12.9%、29.15%、20.0%,锚杆最大轴力提高了95.5%。研究结果为软弱围岩支护参数的优化提供了科学依据,并且对于类似工程的支护设计和优化具有参考价值。

中关铁矿有轨运输巷底鼓变形监测分析及控制技术研究

巷道围岩变形是影响其稳定性的重要因素之一。针对中关铁矿有轨运输巷道底鼓变形难题,采用激光扫描仪获取巷道变形后的目标点云数据并进行降噪处理,为克服巷道变形前源点云数据缺失问题,利用NURBS曲面建模技术构建变形前的源点云数据,并利用griddle网格工具进行加密;在此基础上,采用基于点到面(P2P)距离和K近邻算法,对巷道变形量进行计算和分析。结果表明,85.8%的区域底鼓变形值在30 cm以上,且呈现出明显的非均匀现象;根据巷道底鼓变形规律并结合现场实际,提出了“反底拱+锚网喷+短锚索”的组合支护修护方案,并对修复后的围岩稳定性进行分析,工程实践表明,巷道的变形趋势得到了有效控制,顶底板总移近量为52 mm,巷道两帮最大变形量约为39 mm,未再出现明显的底鼓现象。

基于量化GSI系统对地下岩体力学参数的估算

地下岩体力学参数的准确获取可以为破碎岩体支护设计、采矿方法优化提供一定数据支撑,对保护井下作业人员安全起着重要作用。为准确、便捷获得地下岩体力学参数,采用岩体结构等级SR、岩体结构面等级SCR以及岩体完整性系数Kv 3个指标,通过多指标交集定量化获取GSI值,并结合地质强度指标GSI与扰动参数D之间存在的数理关系,量化扰动参数D,并应用Hoek-Brown强度准则确定岩体力学参数。将实际地质调查结果与室内岩石力学试验相结合,估算某地下铁矿岩体力学性能指标,发现矿体力学性能明显弱于围岩约60%,表明需加强进路巷道以及矿岩边界处的支护强度,该估算方法对地下岩体稳定性优化设计具有重要的指导意义。

考虑锚杆拉剪破断特性的锚固系统数值模拟与应用

基于FLAC3D数值模拟软件,考虑锚杆拉剪破断特性,通过FISH语言将pile单元进行修正,反映了锚杆的拉剪破断特性;并且引入了锚固界面的黏结滑移模型,模拟了锚固界面的应变软化行为。将修正的锚杆模型进行验证分析,与室内试验结果吻合良好,且能够较好地反映锚固界面的黏结滑移力学行为和锚杆杆体的破断行为。以中关铁矿为研究对象,开展了修正锚杆模型的应用研究,研究结果可为地下锚固工程稳定性分析提供借鉴。

地下中深孔爆破的最佳减振延期时间研究

以地下铁矿扇形中深孔爆破为研究对象,对实际采集的爆破振动波进行全波段的频率分析,在Matlab拟合叠加分析的基础上,提出了以高频次子周期对应的半周期为最佳延期时间的方法,并进行了数值模拟与现场验证。研究表明:将爆破振动波主频对应的半周期进行错相相减,减振效果并不明显,甚至有振动增强的现象;孔间最佳延期时间主要与爆破振动波有效波段内所包含的高频次子周期相关。以高频次子周期确定延期时间准确性更高。多次叠加减振强度的大小仍与高频次子周期相关。只是在低叠加次数条件下,两者之间的敏感性不高,次高频次子周期也可以起到一定的降振效果。但是,随着叠加次数的增加,两者之间的关联性不断增强,故只有高频次子周期才有良好的连续叠加减振效果。

铁精粉自动采制样系统研究

为了确保采样数据的准确性和一致性,提高采制样的精度和可靠性,针对人工采制样时人员自身的随意性、操作的不规范造成精粉采样误差、数据编码错误等问题,采用由缩分器、智能分矿包装一体机等设备组成的铁精粉自动采制样精确控制系统,可实现全程无人化操作和远程监控,最大程度地减少人为因素的干扰,同时,网络化传输也能够方便数据管理和分析,为生产决策提供更及时的支持。

基于物元可拓分析的岩体质量分级方法研究与应用

影响岩体质量的因素众多,岩体质量分级中往往面临因素考虑不全面、主观性强以及不同因素之间难以进行对比分析等问题,对准确性产生影响。物元可拓分析法的最大优势是可以对不同因素进行综合分析,从定性和定量角度对目标进行确定。针对某矿岩体质量评价工作,基于物元可拓分析法建立岩体质量评价体系,通过确定经典域、节域、待评物元以及权重,完成对岩体的质量评价。结果表明,利用该法对岩体质量的评价结果与工程岩体分级标准相近,证明了方法的合理性和准确性。同时,熵权法确定权重更加客观,物元可拓分析法降低了在分析中考虑不全面和专家主观性的影响。