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。

胶结充填体早期损伤对后期力学性能的影响

目的为了探明胶结充填体早期损伤对后期承载性能的影响,方法通过开展早期受损充填体经养护一定龄期后的单轴压缩试验,以损伤龄期和压损程度为变量,以受损充填体的后期变形特性、抗压强度、弹性模量为后期力学性能评价指标,分析充填体损伤龄期和压损程度对其后期力学性能的影响规律。结果结果表明:在同一损伤龄期下,充填体在80%压损下后期峰值应力及残余应力最低;压损程度对龄期3,7 d的充填体后期变形特性影响较小,对龄期14,21 d的充填体后期变形特性弱化作用较大;80%以下的压损程度对龄期3,7 d充填体后期抗压强度影响较小,各个压损程度对龄期14,21 d充填体后期抗压强度影响较大,压损程度越大,后期抗压强度越低;各龄期充填体后期弹性模量均随压损程度的增大而增大。养护龄期14 d之后的充填体受损后对其后期力学性能影响显著,且不同压损程度对龄期14 d之后的充填体后期力学影响显著。结论研究结果可为上向水平充填采矿方法中充填质量的控制提供理论指导。

光面爆破工艺在石人沟铁矿的应用

结合石人沟铁矿巷道掘进工程,介绍了光面爆破试验情况,确定了光面爆破参数。根据现场混装炸药特点,改善了装药结构并重新计算了爆破装药量,改善了巷道掘进爆破质量,减少了掘进炮孔数量,降低了掘进成本,提高了掘进效率,取得了良好的光面爆破效果,对类似矿山巷道掘进具有一定的借鉴和指导意义。

基于微震监测的金属矿山地压规律分析及监测研究

为探寻金属矿山地压活动规律,及时对其进行监测,以中关铁矿为研究对象,设计并布置了12通道高精度微震监测系统,通过多参数综合分析明确了微震活动性特征,进而揭示了地压活动规律,应用多指标综合分析得到了中关铁矿地压活动活跃期。结果表明:设计布置的微震监测系统校准了监测精度在其规定区域内时间、空间上的准确性结果与现场实际一致,监测结果有效可靠;结合微震事件发生位置和事件数,对微震活动性、累积视体积和能量指数等多参数进行分析,发现在同一时间轴下各参数变化规律及显著特征分布基本一致,在监测期间地压活动较为频繁;通过微震b值、EV值,确定了中关铁矿地压活动活跃期为2022-08-28—08-30、2022-09-14—09-17和2022-09-22—09-28,应加强观测,以便及时响应,这为基于微震监测技术在地压活动方面的监测提供了技术支撑。

复杂采场结构参数数值模拟及采矿方法优化

复杂采场存在矿岩强度低、侧帮与顶板易坍塌等风险,其采场结构参数的确定及采矿方法的选择是当今采矿技术的一大难题。以某铁矿复杂采场为背景,进行采场结构参数数值模拟及采矿方法优化研究。首先进行岩体力学实验和现场结构面调查分析,在此基础上采用BQ值分级法进行采场岩体质量分级;然后基于岩体质量分级结果,按采场宽度分别为10、12、14、16、18 m,采场高度分别为15、20、30、45、60 m,分为单矿房、两矿房、三矿房、四矿房开采等4种情况,分别对每种情况下采场应力、位移、塑性区分布云图进行模拟计算和对比分析,以确定合理的矿房宽度和长度参数;最后结合分析结果并考虑安全及经济等因素,提出2种回采方案。研究结果可为类似采场结构参数的确定及采矿方法的选择提供参考。

钢渣基复合充填胶凝材料开发及配比优化

由于钢渣具有难磨、活性低、体积膨胀性等特性,目前尚未得到充分利用。为提高钢渣利用率,以某铁矿选矿全细尾砂为骨料,利用矿山周边的钢渣、矿渣、脱硫石膏等固废资源协同开发新型低成本充填胶凝材料,并进一步优化配比。首先,对试验材料进行物化分析,在此基础上进行胶凝材料配比试验及配比优化试验,确定充填胶凝材料配比;其次,进行充填体胶砂强度验证试验和料浆稳定性测试,以分析强度、泌水率和分层度的影响规律;最后,进行二次多项式逐步回归分析,并以充填成本为优化目标建立料浆配比优化函数关系式,得到细尾砂骨料钢渣基复合充填胶凝材料优化配比为钢渣粉∶脱硫石膏∶矿渣粉=4∶1∶5,当料浆浓度为64%、胶砂比为1∶5时,其胶结体强度远高于PO.42.5水泥,成本低于PO.42.5水泥约35%。研究成果可为冶金矿山绿色清洁生产提供新的途径。

一次成井技术在石人沟铁矿的应用

传统上分段凿岩阶段矿房法切割天井的形成,大都采用7655型凿岩机进行浅孔凿岩方式,人员劳动强度大,劳动效率低,且安全上也没有保障,为提高劳动效率,石人沟铁矿采用进口1254台车,进行中深孔凿岩,一次爆破成井,大幅提高了劳动效率,降低了人员劳动强度,提高了安全系数。

冲击载荷下早龄期充填体力学与损伤特性研究

为了探索损伤龄期对早龄期充填体力学性能的影响,采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,研究充填体在经3、5、7、9 d龄期养护后不同冲击载荷作用下的力学与损伤特性。结果表明龄期为3、5 d的充填体强度较低,峰值应变大,在达到峰值应变后仍处于较高的应力状态,表现出一定的延性,具有较强的塑性和黏弹性;龄期7、9 d的充填体峰值应变变小,到达峰值应变后应力水平迅速降低,表现出脆性材料的特性;早龄期充填体损伤度随着应变的增加而增加,损伤曲线主要表现为上凸型曲线,随着龄期的增长,上凸越显著。因此,鉴于早龄期充填体对损伤龄期的敏感性,在实际生产过程中,应充分考虑充填体早期养护龄期的保障。

破碎采场通风天井预注浆加固基岩深孔爆破成井技术

由于矿岩破碎,采区通风天井掘砌施工安全性较差,反掘扩孔和反掘扩刷过程中均存在塌方等安全风险。以某铁矿复杂破碎采场为背景0,进行通风天井预注浆加固基岩深孔爆破成井技术研究与实践。采用“正掘导孔+反掘扩孔+反掘扩刷”技术进行采区通风天井施工,针对塌方段提出2种施工方案:钢圈加固和壁后浇筑充填支护工艺、钢筒预埋注浆管浇筑充填和注浆加固联合支护工艺,虽能达到预期处理效果,但施工工期长;在此基础上,提出破碎采场通风天井下行注浆加固基岩及大直径深孔凿岩分段爆破成井施工工艺,可有效避免井筒塌方风险,工期缩短50%。可为破碎采场盲竖井掘砌施工提供一条新思路。

大水矿山多参数水文智能监测预警系统

国内大水矿山水文监测系统在信息采集、监测范围及实时性等方面还存在不足。以某大水铁矿山为背景,基于GPRS数据传输及网络传输技术,结合矿山建设实际,提出一套集地表及井下一体的水文在线监测预警解决方案,包括地表水文钻孔自动遥测预警系统和井下水文在线监测预警系统;并提出矿井生产过程中结合应用超前钻探与物探技术实现工作面靶向探放水,将水量较大的探水孔作为长期放水孔加装监测传感设备,实现系统灵活扩展。通过对矿山井上水文钻孔、井下沟渠流量、排水管道流量、管道压力、井下水仓水位等水文参数的实时动态监测和安全预警,及时掌握地下水动态并进行安全管控。

中关铁矿矿井通风系统优化研究

为优化中关铁矿矿井通风系统,针对中关铁矿主扇、局扇及各中段通风构筑物设置情况,对矿井通风系统现状进行分析,并测定分析了主要中段通风参数,总结了矿井通风系统存在问题,提出了具体优化改进措施;最后,对改进后的矿井通风效果进行分析及验证。通过对矿井通风系统进行优化改造,有效地改善了井下作业环境,提高了通风系统稳定性和可靠性,保障了矿井安全生产。

基于细观尺度的胶结充填体破坏模拟试验研究

为分析充填体材料细观裂纹的萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,从尾砂胶结充填体微细观结构出发,采用Weibull统计函数对充填体材料的非均质特性进行描述,结合充填体室内力学试验结果,建立基于有限元理论的RFPA2D数值力学模型,分析胶结充填体的细观破坏演化模式和声发射特性。研究结果表明:尾砂胶结充填体是一种多相复合材料,具有强度低、非均质性高等特点;试件的破坏首先发生于力学性质较为薄弱的部位,并以此经过微-细-宏观跨尺度发展,最终导致充填体破坏;充填体破裂过程的声发射演化规律反映了裂纹发展的动态特征。

破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

为保障破碎矿体采场稳定,减少矿石损失和贫化,实现安全高效开采,以某铁矿破碎采场为背景,利用FLAC3D分析不同宽度采场的稳定性,确定合理的采场结构参数。通过计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应力、位移和塑性破坏区变化特征,得出不同结构参数采场的稳定情况。结果表明,当采场宽度超过14 m时,顶板的应力和位移都较大,采场的稳定性变差;随着采场宽度的增大,侧帮的应力和位移变化范围逐渐减小,有利于采场的稳定;当采场宽度大于12 m时,两帮容易发生剪切滑移破坏,采场的稳定性变差。因此,建议采场宽度选择为10~12 m。工程实践表明,优化选择的采场结构参数合理。

阶段空场嗣后充填采矿法采场长度优化及工程应用

为优化某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法的采场长度,提高矿山安全生产水平和生产效率,采用FLAC3D构建了采场数值模型,分析不同开挖步骤下,矿房顶板和侧帮的应力、位移、塑性破坏区变化对矿房稳定性的影响,并对采场的结构参数进行优化。研究结果表明,在巷道未支护的情况下,当开挖长度达到36 m时,顶板最大拉应力超过该区域矿石的抗拉强度,侧帮最大拉应力值超过该区域矿石的抗拉强度,顶板拉伸剪切破坏塑性区逐渐增大,且有贯通趋势,此时采场的顶板和侧帮均逐渐失去稳定。因此,在考虑经济效益和巷道未进行支护的情况下,建议采场长度不宜超过36 m。

一起斜井提升系统险肇事故分析

2008年9月24日18时15分，某矿斜井提升矿石过程中，斜井卷扬司机接到地面信号工发出的执行信号后，便启动卷扬机。运行近1m后，接到井下信号工发出的停车信号，立即停车，此时已造成井下1名挂钩工被矿车碰顶。经医院诊断，不足轻伤，但想起来非常可怕。

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。

胶固粉尾砂胶结充填体强度实验研究

针对胶固粉和硅酸盐水泥对尾砂胶结充填体抗压强度的影响进行了对比实验研究,测得不同浓度、不同灰砂比和充填体在不同龄期下的抗压强度。实验结果显示:在灰砂比和浓度相同条件下,随龄期的增加,胶固粉胶结充填体强度增长明显,28d龄期胶固粉充填体强度明显高于水泥充填体强度值,60d龄期胶固粉充填体强度增加值依然显著;低灰砂比胶固粉尾砂胶结充填不仅满足矿山充填强度的要求,并降低了充填成本,具有良好的效益。

考虑料浆温度影响的细尾砂膏体自流输送研究

为探究料浆温度影响下细尾砂膏体大流量自流输送特征,构建了细尾砂膏体自流输送水力坡度模型;基于数值模拟,分析了考虑料浆温度影响的不同流量、充填倍线细尾砂膏体自流输送水力坡度特征。所建立的水力坡度模型的测量误差为4.85%、2.21%,迭代计算56次、68次后收敛,表明该模型具有较高的可靠性及合理性。研究结果表明,随流量增加,细尾砂膏体的水力坡度增大,且充填倍线越小,增加趋势越趋于线性;膏体输送过程粗细颗粒间存在"非均匀干扰沉降"现象,随充填倍线增加,粗颗粒受细颗粒与料浆溶液影响而非均匀沉降,导致颗粒相互作用数量增多,水力坡度升高;膏体粗颗粒运移存在一定规律,屈服应力是影响颗粒运移的最关键因素,随充填倍线增加,膏体剪切流动区域面积增加,水力坡度升高;基于试验结果,为实现自流输送,建议输送流量选取220 m3/h,充填倍线选择5。