渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学特性及演变机制

为了明确渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学特性及演变机制,对全尾砂胶结充填体开展了不同渗透水压作用下的三轴力学试验和扫描电镜试验,分析了渗透水压对全尾砂胶结充填体的三轴力学特性和微观结构特征的影响规律,并基于损伤理论和有效应力原理建立了渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的损伤本构模型。研究结果表明:随着渗透水压的增加,全尾砂胶结充填体峰值应力与弹性模量均呈线性减小趋势,且随着灰砂比的增加,渗透水压对峰值应力的弱化作用逐渐减弱,对弹性模量弱化作用逐渐增大;渗透水压会劣化全尾砂胶结充填体内部结构,加速微孔隙与微裂纹的产生与发展,全尾砂胶结充填体内部结构的分形维数随渗透水压增大而增大;通过试验数据对建立的渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的损伤本构模型进行验证,两者的应力-应变曲线较为吻合,表明建立的模型能较好地描述渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学行为。研究结果可为富水矿山全尾砂胶结充填体三轴力学性能指标设计提供一定理论指导。

锂渣的活性激发技术与机理研究进展

锂渣是冶炼锂产品过程中排放的工业固体废物,锂渣长期堆积不仅会造成大量土地资源的浪费,而且也会对周边自然环境造成极大危害,近年来锂渣的活化处理和资源化利用受到了广泛关注。对锂渣的理化性质、活性来源、活性激发技术及机理进行了系统阐述,为今后锂渣的活化研究和大规模利用提供了参考。锂渣中部分SiO_(2)和Al_(2)O_(3)以无定形的形式存在,故具有一定的火山灰活性。尽管不同的活化技术都能激发其潜在活性,但采用单一技术激发锂渣活性时存在活化程度低、激活成本高等问题,因此,未来锂渣活性激发技术应朝着多种激发手段并用的复合活化方向发展。

基于全尾砂充填体非线性本构模型的深井充填强度指标

目前矿山深井充填体强度指标是类比浅部充填经验来确定的,为改变这种不合理局面,根据某深井开采矿山全尾砂充填体单轴压缩实验的应力-应变关系曲线,建立了全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型.结合全尾砂充填体与深部围岩耦合作用下能量损耗相近的原则,得出了全尾砂充填体抗压强度设计公式.实例研究结果表明:建立的全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型与实验结果吻合;深部开采全尾砂充填体强度指标与围岩原岩应力、弹性模量以及充填体本身的力学性能有关,采用非线性本构模型确定的全尾砂充填体强度指标比采用线性本构模型确定的强度指标更精确.

全尾砂料浆磁化絮凝沉降特性

为了提高全尾砂料浆(CTR)的絮凝沉降指标,将磁化处理技术引入到全尾砂料浆沉降试验中,分析自然沉降、磁化沉降、絮凝沉降和磁化絮凝沉降4种条件下全尾砂料浆沉降速度和底流质量浓度的变化特性,探索磁化处理在全尾砂料浆絮凝沉降中的作用机理。结果表明:与未经磁化处理的全尾砂料浆相比,磁化处理后的全尾砂料浆沉降指标达到饱和时,PAC添加量节约40%;相同PAC添加量下,磁化处理后的全尾砂料浆沉降速度提高18~55 cm/h、底流浓度提高约0.8%~2.0%。全尾砂料浆磁化絮凝沉降的最优条件为:磁感应强度0.2 T,料浆速度2 m/s,磁化时间2 min,PAC添加量30 g/t;适合磁化处理条件下,对全尾砂料浆进行磁化处理可明显提高其沉降指标。

磁化处理的全尾砂料浆沉降参数优化模型

为了提高全尾砂料浆的脱水浓缩效果,将磁化处理技术引入到全尾砂料浆脱水浓缩中,并建立GA-SVM模型优选全尾砂料浆的沉降参数。建立支持向量机(SVM)沉降参数优化模型,以磁感应强度、磁化处理时间、料浆流速、料浆浓度、絮凝剂单耗为输入因子,沉降速度为综合输出因子,通过正交试验建立样本数据对SVM模型进行训练与检验,采用遗传算法(GA)对SVM模型参数进行优化,进而得到磁化全尾砂料浆沉降参数的GA-SVM优化模型。将GA-SVM模型运用到某铁矿磁化全尾砂料浆沉降参数优化中,得到的最佳沉降参数为磁感应强度0.192T、磁化处理时间1.85min、料浆速度1.92m/s、PAC单耗28g/t,沉降速度可达约155cm/h。研究表明:适宜的磁化处理条件可提高全尾砂料浆的脱水浓缩效果,节约30.0%~42.5%PAC用量,GA-SVM模型对全尾砂料浆沉降参数预测结果相对误差在5%以内、预测精度高,为全尾砂料浆脱水浓缩及其参数优选提供了一种新思路。

基于未确知测度理论的充填管道堵塞风险性评价

为预测深井矿山充填管道堵塞的难易程度,运用未确知测度理论,建立充填管道堵塞风险性评价模型。选取10项评价指标作为未确知测度模型的判别指标,根据实测数据建立各项指标的未确知测度函数,并利用信息熵理论获得各判别指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得到充填管道堵塞风险性预测值。研究结果表明:金川龙首矿、大红山铜矿、河东金矿和新城金矿等4个评价对象的风险性等级分别为:Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅲ级。未确知测度理论能综合考虑各项评价指标对评价体系的影响,并进行相应的定量计算。

基于熵权法和物元分析的采空区危险性评价研究

为了更精确合理地评价采空区危险性,针对采空区危险性评价中涉及的各因素复杂性和不相容性特点,运用熵权法与物元分析建立采空区危险性评价模型。从地质条件和工程实际出发,考虑采空区稳定性的14项影响因素,基于多指标优化融合的思想,通过物元变换建立采空区危险性评价的物元体系,计算评价指标对评价等级的关联度,引入熵权法确定评价指标的权重,然后根据采空区危险性对评价等级的关联度确定采空区危险性等级。将该方法用于评价湖南冷水江锡矿山8个采空区的危险性,得出其危险性等级分别为Ⅲ级、Ⅲ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅱ级、Ⅱ级、Ⅳ级和Ⅳ级,该评价结果与实际情况相符。

基于熵权和物元分析的矿山安全避险“六大系统”可靠性评价

为了更加准确合理地评价"六大系统"的可靠性等级,运用熵权法与物元分析理论建立了"六大系统"可靠性评价模型。基于"六大系统"的组成成分,提出了影响"六大系统"可靠性的32项指标,采用物元变换理论构建"六大系统"可靠性评价的物元体系,计算单个待评估指标与设定评价等级的相关度,然后利用熵权法确定待评估指标的权重,最后根据待评估指标与设定等级的综合相关度确定"六大系统"的可靠性级别。研究结果表明:该方法综合考虑了各项评估指标对评价体系的影响,评价结果与实际情况相符,能够准确、客观地反映"六大系统"的建设情况。

含硫高黏性三相流态充填浆体管道输送性能

为解决新桥矿含硫全尾砂浆体黏度大、易结块以及管道输送性能差的问题,将发泡技术引入全尾砂胶结充填配浆实验中,研究灰砂比、质量分数和气泡率的变化对浆体流变性能的影响。基于Fluent的充填管道输送流速和压力变化模拟,对三相流态充填体的输送性能进行分析。结果表明:灰砂比为1:6、质量分数为72%、气泡率为20%时,三相流态充填浆体较同配比不含气泡的两相流态浆体泌水率降低29%,黏度降低17%,管道沿程阻力降低25%。气相成分的加入在降低含硫高黏性充填浆体的剪切应力和塑性黏度以及改善其管道输送性能和提升管道输送效率方面具有显著的优越性。

基于AHP-TOPSIS的露天转地下采矿方案优选

为了确定合适的露天转地下采矿方案,建立露天转地下采矿方案综合评判指标体系,运用层次分析法(AHP)和逼近理想解的排序法(TOPSIS)基本理论建立露天转地下采矿方案优选的AHP-TOPSIS综合评判模型。从经济、技术、安全三方面综合考虑影响露天转地下采矿方案的评判指标体系,通过AHP确定各指标的权重,再结合逼近理想解的排序法原理构建AHP-TOPSIS综合评判指标模型,利用TOPSIS原理计算各方案基于评判指标的综合优越度。以黄麦岭磷矿露天转地下采矿方案优选为例,得到各拟选方案的综合优越度分别为67.39%、46.45%、52.14%,从而确定方案I为最优。研究结果表明:该方法可以综合考虑各项评价指标对评价体系的影响,并进行定量计算。

人工砼柱置换残留矿柱采场结构参数优化

为了安全经济地回收某矿山已充填采场中的残留矿柱,根据矿山特殊的地质条件和残矿资源赋存状况,提出人工砼柱置换残留矿柱的回采方案。运用三维有限元模拟软件MIDAS/GTS建立采矿模型,模拟采矿过程,分析在采矿作业扰动下不同结构参数采场顶板围岩、矿柱和人工砼柱的稳定性,结合经济因素对拟选的5组采场结构参数进行优化选择。研究结果表明,采场最大拉、压应力随人工砼柱尺寸的增大而减小;最大拉应力位于上盘围岩顶板中央,是影响采场整体稳定性的主要因素;模型4最大拉应力0.474 MPa,远小于其抗拉强度1.57 MPa,安全富裕系数大,经济合理。最终确定矿山置换残留矿柱的人工砼柱尺寸为3.5 m×3.5 m。

露天转地下开采地表沉降安全性分析

为了最大限度地开采地下资源和保证地表建(构)筑物的安全,基于某矿山露天转地下充填法开采的工程实例,运用MIDAS/GTS建立三维模型,对"三下"开采地表的沉降和移动进行数值模拟研究,并将模拟结果与安全要求进行对比分析。研究结果表明:露天转地下开采影响范围内最大变形值即地表倾斜i、曲率K及水平变形ε最大值分别为0.640 mm/m,0.012×10 3/m和0.503 mm/m,均远低于工程范围内建(构)筑物保护等级相对应的允许变形值;模拟沉降计算的地表变形值与实际值基本吻合,从而验证了该方法的准确性,为我国同类矿山地表沉降预测和安全分析具有参考价值。

基于组合权重和物元分析的矿山安全生产状况研究

为了准确评价矿山安全生产状况,运用组合权重和物元分析建立矿山安全生产状况评价模型。基于矿山安全生产的影响因素,构建含12项评价指标的矿山安全生产状况评价指标体系,采用物元变换确定矿山物元,计算待评指标与矿山安全性评价等级之间的相关度,引入层次分析法和熵权法的组合赋权方式确定评价指标的权重,最后由待评指标与各等级的综合相关度得出矿山的安全生产状况级别,经计算得出某矿业集团下属5个矿山安全性等级分别为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级和Ⅱ级。研究结果表明:组合赋权方式避免了指标权重确定的绝对主观性和绝对客观性,所确定的组合权重科学合理;组合权重和物元分析评价模型为矿山安全生产状况的研究提供了一种新的方法,对制定最佳的矿山安全生产管理方案及完善矿山安全生产保障体制具有重要的指导意义。

基于最优组合权重的GRA-TOPSIS深井巷道支护方案优选

为确定矿山最佳深井巷道支护方案,基于最优组合权重构建深井巷道支护GRATOPSIS综合评价模型,以某深井矿山为例,选取14项评价指标作为GRA-TOPSIS综合评价模型的判别指标,运用层次分析法(AHP)和熵权法确定组合权重,引入最小鉴别信息原理优化组合赋权,利用GRA-TOPSIS综合评价方法定量分析备选支护方案,基于评价指标的综合优越度确定最优巷道支护方案。结果表明,5种备选支护方案的综合优越度分别为:50.4%,49.0%,56.6%,42.7%,55.8%。顶板与两帮均锚杆锚索、喷射混凝土,底板锚索并注浆联合支护方式为最优决策。该评价模型能够对支护方案定量评价,模型鲁棒性强。

膏体充填开采覆岩移动变形规律研究

为分析矿山膏体充填开采覆岩移动角的变化规律,采用FLAC^(3D)分析软件对某矿山膏体充填开采不同因素影响下覆岩的移动变形特征进行模拟,并基于模拟结果对覆岩不同水平的移动角进行研究。研究结果表明:充填体灰砂比越大和充填率越高,地表下沉量越小,覆岩危险变形区的发育高度也越小;覆岩危险变形区的发育高度与充填体灰砂比之间满足指数函数关系;覆岩移动角会随着覆岩距顶板高度的增大而近似于线性增大。结合回归分析,建立了覆岩移动角与覆岩距顶板高度、充填体灰砂比之间的关系式,进一步揭示了膏体充填开采下的覆岩移动角的变化规律,为矿山合理确定覆岩移动角提供一定的基础理论依据。

基于变权物元可拓模型的非煤矿山安全标准化等级评价

为准确评价非煤矿山安全标准化等级,基于变权理论和物元可拓理论,建立非煤矿山安全标准化评价的变权物元可拓模型。从安全监管、安全保障、安全生产和安全绩效4个方面选取16个因素作为评价指标,运用变权理论确定指标权重,再由待评物元关于各评价等级的贴近度及等级变量特征值得出矿山安全标准化等级,最后通过敏感性分析指出对评价有重要影响的敏感性指标。经计算得出某非煤矿山安全标准化等级为Ⅱ级且偏向于Ⅰ级的程度较大,其中生产工艺系统安全管理是该评价的敏感性指标。研究结果表明:变权物元可拓模型是对传统物元可拓模型的有效改进,能够提高非煤矿山安全标准化评价的准确性。

基于多维云模型的充填管道堵塞风险评估

管道堵塞是充填系统主要失效事故之一,严重阻碍了充填作业的正常进行。为准确预测充填管道堵塞风险,基于充填管道堵塞不确定性与模糊性的特点,引进多维云模型对管道堵塞风险进行评估。选取充填倍线等11项指标因素作为多维云模型变量,根据云理论确定数字特征;考虑到管道堵塞是由多指标共同作用的结果,采用改进CRITIC法对指标值进行处理,与多维云模型耦合得到评估对象隶属于不同风险等级的综合确定度,以此判定充填管道堵塞风险等级。对国内4家采用充填采矿法矿山的充填管道堵塞风险进行评估,结果表明:金川龙首矿、河东金矿、大红山铜矿、新城金矿充填管道堵塞风险等级分别为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅲ级。通过与模糊数学、未确知测度理论、一维云模型和SPA-AHP等评估方法进行对比,本文方法与其他方法获得的大红山铜矿的管道堵塞风险等级分别为Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ级,该计算模型确定的风险等级在满足评估结果准确的前提下,对评估结果更加严格,实践中更能确保安全,也为充填管道堵塞风险预测提供了新方法。

基于相对差异函数的金属矿采空区危险性识别

为了经济合理地治理金属矿采空区,建立了相对差异函数的采空区危险性识别模型。首先建立含14个指标的采空区危险性识别指标体系,并采用相对差异函数确定评价指标对评价级别的相对隶属度和熵权法、层次分析法(AHP)确定评价指标的组合权重;然后计算采空区危险性对评价级别的综合相对隶属度和级别特征值;最后根据级别特征值的平均值确定采空区的危险性级别。将该模型运用于某锡矿山8个采空区的危险性评价识别中,确定了各采空区的危险性级别,识别结果与未确知测度理论法识别结果相一致,符合现场实际。研究结果表明:该模型可通过自身参数的4种组合来提高采空区危险性识别结果的可靠性,为采空区危险性识别提供了一种新的方法。

磁化处理全尾砂料浆沉降规律及其参数优化

为了降低全尾砂料浆的脱水浓缩成本、提高脱水浓缩效果,将磁处理技术引入到全尾砂料浆沉降中,并通过正交试验建立样本数据,运用GA-BP模型确定磁化全尾砂料浆的最佳磁化处理参数.试验研究显示:磁化全尾砂料浆沉降指标随着磁感应强度、磁化时间或料浆速度的增大均呈先增大后减小的趋势,并成非线性变化关系;适宜的磁化处理条件可以提高全尾砂料浆的沉降指标,全尾砂料浆最佳磁化絮凝沉降参数为磁感应强度0.192T、磁处理时间1.85min、料浆速度1.92m/s、PAC(聚合氯化铝)添加量28g/t,最大沉降速度约155cm/h,可节约PAC用量30.0%~42.5%.

露天转地下开采地表沉陷预计及安全性分析

为了最大限度地开采地下资源并保证地表建构筑物的安全,运用MIDAS/GTS(岩土与隧道分析系统)建立三维模型,对新桥矿露天转地下开采诱发的地表沉降和移动进行数值模拟研究。结果表明,露天转地下开采影响范围内最大变形值:地表倾斜、曲率及水平变形最大值分别为0.640mm/m、0.012×10^(-3)/m和0.503mm/m,低于工程范围内建(构)筑物保护等级对应的允许变形值,露天转地下开采不会诱发危及民居等地面建(构)筑物稳定性的移动和变形,为矿山地表沉降预测和安全分析提供了理论依据。