金属矿山充填浓度多目标优化控制

针对常规PID控制时充填浓度存在滞后性、时变性等特点,且易受尾砂性质和粒径等因素影响,提出了一种充填浓度的多目标优化控制策略。通过对充填工艺流程进行分析,构建充填浓度的多目标控制模型,设定多目标决策变量,建立对应的目标函数和约束条件,从底流浓度、充填质量、充填成本方面对充填浓度进行多目标优化,采用遗传算法进行求解,并在MATLAB中进行仿真。通过仿真曲线可知,多目标优化算法在评价指标方面满足质量合格、低成本的控制需求,与传统PID控制算法相比,多目标优化控制算法响应速度更快,鲁棒性更强,该充填系统运行以来,充填浓度稳定在70%±1%左右,成本降低15%,满足工业生产要求。

基于水压致裂法的三山岛深竖井工程区地应力测量与反演分析

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模拟方法反演了竖井工程区2017.56 m深的地应力场。结果表明:在水压致裂测试的钻孔357.76~1899.00 m深度范围内,最大水平主应力(SH)为23.16~70.86 MPa,最小水平主应力(Sh)为15.24~47.06 MPa;主应力随深度近于线性增加,地应力测量孔实测最大水平主应力方向分别为NW55.5°、NW60.4°、NW58.4°,为近北西方向;竖井工程区应力场主要以水平应力为主导,1200.00 m以下铅直主应力(Sv)为中间应力,SH与Sv之比平均值为1.53;通过FLAC 3D软件的反演分析获得了建井工程区内地应力场随深度、地层变化的分布规律,测试点的反演结果与实测值基本一致。近2000 m超深地层地应力状态及其分布规律,为竖井工程的井筒井壁设计和工程风险评估提供了基础科学依据。

滨海金属矿区域地应力场测量与规律分析

采用应力解除法,使用高精度UPM40岩石三轴应变地应力测定仪对三山岛金矿新立矿区进行了地应力测量。结果显示,矿区水平最大主应力方位为NW向,应力场中以水平最大主应力为主导,水平最小主应力方位与水平最大主应力方位接近垂直;-400 m深度处地应力受构造应力影响有突增现象,地质情况复杂,应当予以关注;6个测点所测最大主应力倾角都近似处于水平,水平最大主应力方位与所在区域地质构造情况吻合,表明所测地应力结果可靠。对6个测点主应力进行线性回归,结果表明,主应力随深度变化呈较好的线性相关,与现有理论相符。矿区地应力在一定程度上抑制了断裂带的导水能力;所测地应力结果可为新立矿区的开采设计提供依据。

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研究

根据某矿山开采实际,利用PFC^(2D)建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型,分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明,崩落法回采时,上部隔离矿柱发生了破坏,上盘地表出现拉应力集中,塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前,回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后,上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大,且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时,隔离矿柱未出现整体破坏,上下盘地表未出现明显塌陷,上下盘地表和回填体的水平应力变化不大,但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。

山东黄金集团深部矿山热害特征与治理措施研究

矿井高温热害是制约矿山安全生产的关键问题。采用资料收集与现场调研等分析手段,对山东黄金集团典型深部矿山通风降温现状及热害特征与热源分布进行分析,同时结合国内外金属矿山,总结提出了山东黄金集团典型矿山在深部热害领域所采取的典型治理措施。其研究成果为山东黄金深部矿山通风降温与热害治理提供了技术指导,也为同类矿山深部通风制冷降温技术提供了参考。

针对双目摄像技术的岩体结构面非接触调查评述

为准确评估岩体质量的优劣,以及了解其在稳定性方面的差异,进行岩体质量分级工作是必要的,其中最关键的部分是调查岩体的结构面。现阶段,对于岩体质量分级中的岩体结构面的调查方法主要有现场接触法、钻孔测量以及非接触扫描测量3类方法。随着科技发展,基于双目摄像技术的岩体结构面非接触调查法在识别准确率上有质的提升,同时大大节省人力物力成本。该文结合基于双目摄像技术的岩体结构面非接触调查法的基本原理、采集过程及数据处理过程对这项技术进行详细介绍,同时通过应用实例对该技术的实用性进行评述。该技术符合现场实际条件,能够快速评价岩体质量,为矿山企业提供重要依据来选择工程结构参数,并有效指导生产。

模糊综合评判法在蚀变岩型金矿床岩体质量评价中的应用

对于工程岩体的质量评价,不论是目前常用的Q系统分类法、地质力学RMR分类法还是国标BQ分类法,都存在一定的局限性。为了得到一个更加准确,更贴近真实岩体质量的评价结果,引用模糊综合评判法进行岩体的稳定性评价。以焦家金矿蚀变岩型金矿床为例,对不同蚀变类型的岩性稳定性进行模糊综合评判。结果表明焦家矿区调查区域为-190中段至-330中段之间,除-270以上黄铁绢英岩化花岗岩为Ⅲ类稳定性一般的岩体外,其余蚀变花岗岩的岩体质量均为Ⅳ类较差和Ⅴ类很差的岩体。品位最高的黄铁绢英岩化碎裂岩岩体稳定性最差,在施工到相应岩性的采场时特别要注意做好采场的相关支护工作。

固废基充填胶凝材料配比分步优化及其水化胶结机理

充填体强度对安全高效采矿至关重要,而胶凝材料是获得高强度充填体的关键.本文以工业固废为原料,首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比,然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量,进而获得胶凝材料完整配比;并以水泥为参照,借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制.结果表明:(1)激发剂各组分对矿渣敏感顺序为:氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠,且相互之间存在不同程度的交互作用;(2)在最佳质量配比(矿渣85.00%,熟石灰8.03%,硫酸钠3.96%,脱硫石膏1.85%,氢氧化钠1.16%)下,可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1~3 d)强度和2倍的后期(7~28 d)强度;(3)高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石(AFt)和C–S–H有关,钙矾石在早期快速成核与生长,形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因,后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用,使充填体结构进一步致密化.使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿;工业固废质量占比86.85%,协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废;D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析.

某金矿全尾砂高浓度充填流变特性与微观结构的分析

以小东沟金矿全尾砂为研究对象,开展了充填料浆流变性质研究,采用Brookfield RSR-SST流变仪准确测定其流变参数。实验结果表明,该矿全尾砂充填料浆流变曲线符合H-B流变模型,随着全尾砂浓度的增加,屈服应力呈典型的指数函数关系,当其浓度超过72%时,屈服应力和塑性黏度明显增大。通过对不同浓度、不同灰砂比的全尾砂进行3、7、14 d单轴抗压强度测试,获得充填体强度与充填材料配比参数的关系。通过SEM扫描电镜对充填体内部水化产物微观结构分析,得到充填体内部水化产物随灰砂比提高的演化规律,为小东沟金矿实现全尾砂高浓度充填提供理论依据。

絮凝剂和减水剂对尾砂浓密性能与充填体强度的影响

为提高溢流尾砂胶结充填效果,对溢流尾砂开展了添加和未添加减水剂沉降试验、湿堆密度测试、胶结料浆流变参数与抗压强度测试、胶结充填体总空隙率和微观结构测试,探究了絮凝剂与减水剂对溢流尾砂浓密性能和充填体强度的作用机理。研究表明:絮凝剂与减水剂具有“协同效应”,可提高尾砂浓密底流浓度,但效果与减水剂添加顺序和添加量相关。添加絮凝剂与减水剂使溢流尾砂湿堆密度增大,由0.559提高至0.591。絮凝剂添加使胶结充填体总空隙率与结构缺陷增加,造成充填体抗压强度降低;而含絮凝剂与减水剂的胶结充填体总空隙率降低,结构更致密,充填体抗压强度得到提高。尾砂浓密阶段添加减水剂可降低后续胶凝材料用量。相关研究成果可为优化尾砂高浓度胶结充填工艺提供借鉴。

缓倾斜中厚矿体上向进路充填采矿方法优化及地压控制研究

针对金属矿山缓倾斜中厚矿体采用上向水平分层走向进路充填采矿法生产效率低、矿石损失率高等问题,提出一种上向水平互错式进路充填二步骤回采的新方案。在二步骤进路规格选取方面,首先引入一种优化的强度软化模型,利用FLAC^(3D)数值模拟与现场实测相结合反演确定GSIt取值为30。结果表明:二步骤进路回采导致一步骤进路顶板下沉量、顶板最大拉应力大幅度提高。随二步骤进路规格增大,一步骤进路顶板下沉量、顶板最大拉应力均有下降趋势,根据模拟结果最终确定二步骤进路规格为5m×4m。试验采场损失率和贫化率明显降低,出矿量增加,生产成本减小,实现了矿山的高效经济开采,现场应用表明新方案具有很高的推广应用价值。

浓密机耙架扭矩双重模糊PID控制系统研究与应用

深锥耙架浓密机脱水工艺机理复杂,具有非线性、大滞后、系统稳定性低的问题,难以实现耙架扭矩及底流浓度的稳定自动控制,耙架改进安装压水旋喷装置,建立浓密机耙架扭矩关系模型,建立双重模糊神经网络PID扭矩、底流浓度控制算法,仿真验证其参数指标优于神经网络PID和传统PID,算法稳定调节时间1709.32 s,超调量2.55%,工程应用表明,浓度控制更加稳定,连续高浓度充填时间延长0.7 h。

某金矿膏体料浆流变特性研究与神经网络分析

通过研究某金矿的全尾砂基本性质,采用博乐飞RSR-SST型流变测试仪测定其膏体料浆的流变参数,获取流变曲线并分析其变化过程。利用BP神经网络原理,建立了以料浆质量浓度X_(1)、灰砂比X_(2)、容重X_(3)和扩展度X_(4)影响因素,屈服应力Y_(1)和塑性黏度Y_(2)两个流变参数的流变模型。结果表明:料浆质量浓度是影响流变特性的主要因素,料浆的扩展度次之,灰砂比和料浆容重影响最小;当质量浓度处于72%~74%时,灰砂比、料浆容重和扩展度对流变参数影响较小;全尾砂膏体流变参数随着料浆质量浓度、灰砂比呈线性增长;建立的流变函数模型在预测金矿充填料浆流变特性参数中的误差在可控范围、准确性高,可为管输沿程阻力计算、井下充填管网布置提供依据。

玲珑金矿九曲分矿通风系统优化研究

针对玲珑金矿深部通风不良导致的高温热害问题,通过现场调研、核算总风量、机站优化设置、新增通风井巷工程等手段,确定了玲珑金矿九曲分矿通风系统优化方案。研究结果表明:通过新掘-470~-620 m水平九曲矿段回风井工程,形成主井、副井进风,东、西两翼及中部55勘探线倒段回风井回风的“两进三回”通风方式,同时在九曲矿段-620 m中段(东翼),大开头矿段-620 m中段(西翼)、中部-620 m中段55勘探线回风井设置回风机站,经Ventsim三维通风模拟软件解算,系统总风量达到204.7 m^(3)/s,能满足深部通风要求。研究成果为矿区深部系统优化奠定了基础。

不同地应力测试方法在三山岛金矿2 005 m竖井建井区域的应用及其地应力分布规律研究

地应力对地下工程安全施工及长期稳定性是极其重要的。运用声发射法、非弹性恢复(ASR)法、水压致裂法对三山岛金矿西岭矿区2 005 m竖井工程勘察区域进行地应力测量,获取了其地应力分布规律及其异常区域,并分析了不同地应力测试方法的测试原理、适用条件及测试结果的差异性。结果表明:不同埋深水平最大主应力始终为第一主应力;当埋深增加到一定程度后,第二主应力发生转换,由最小水平主应力转变为垂直主应力;声发射法测量结果表明,第三主应力Kaiser效应点与ASR法、水压致裂法测试结果存在较大差异;分析了σ_(H)/σ_(V)、σ_(h)/σ_(v)、σ_(H)/σ_(h)随埋深的变化趋势(σ_(H)为水平最大主应力,σ_(h)为水平最小主应力,σ_(v)为垂直主应力),并对测试区域地应力异常区域进行了圈定。上述分析为竖井的设计、施工及长期稳定性提供了有效的数据支撑。

基于Fluent的掘进巷道热环境数值模拟及分布规律研究

选取三山岛金矿西山矿区-960 m中段掘进巷道为研究对象,基于有无制冷情况下的不同入风温度及不同的风筒出口位置建立模型进行数值模拟,可以得出矿井巷道速度场及热度场分布变化情况及规律。分析了掘进巷道速度场分布规律及“回头热”现象的原因,研究了风源在有制冷与无制冷条件下巷道热环境分布规律。研究表明:(1)当风从风管射出后将形成贴附射流域、回流域及涡流域。风管与工作面越近,风流对工作面扰动越大,而射流域和回流域范围越小。(2)风源在无预冷条件下,各工况条件下巷道平均温度均超过30℃,且出现“回头热”现象。风源在有预冷条件下,各工况条件下巷道最高温度不超过28℃,巷道均未出现“回头热”现象。(3)巷道上侧风流温度高于下侧,风流温度最高值出现在巷道上隅角附近。合理选择掘进巷道降温方法、制冷降温参数及优化降温系统有一定的应用意义。

基于模糊算法的充填不满管控制系统研究

低倍线采场进行充填时,充填管路垂直段料浆不满管问题显现,从而加速垂直管路磨损,甚至引发料浆相变造成管路堵塞,目前缺少提高满管度的有效控制方法。通过现场调研和理论分析计算,建立自流输送模型,在保障充填量的条件下,建立模糊控制算法,调节充填浓度和管路有效直径,提高料浆输送阻力和满管度,算法稳定调节时间17 s,超调量6%,控制效果优于PID控制算法,可改善深井低倍线充填不满管状态。

基于钻孔岩芯岩石质量指标和岩体块度指数岩体质量分级对比应用

不同的岩体质量等级需采用不同的支护措施,对岩体质量进行评价是保障矿山安全生产的重要环节。常用的Q系统评价法、RMR分级法与BQ分级法等体系分级法虽更加准确,但部分参数难以获取,可以在生产过程中用指标法先行进行简单分级。利用岩石质量指标(RQD)和岩体块度指数(RBI)两种单一指标法对焦家金矿工勘孔进行了简单的岩体质量分级。两种指标法的分级结果大部分较为一致,结果表明,焦家金矿深部盲竖井区域大部分岩体质量为中等的Ⅲ类岩体,岩石较为完整,仅个别深度井壁需要重点支护。通过对比两种分级方法的结果发现:相比岩体块度指数,岩石质量指标存在一定的局限性,岩体块度指数在一定程度上更能反应岩芯的真实破碎状态,在岩石质量分级过程中更准确一些。在今后的生产工作中值得进一步应用和优化。

基于三元混合模型的滨海金矿矿井涌水水源分析

为查明三山岛深竖井建设区域矿井涌水源,选用三元混合模型分析法对三山岛矿井涌水水样进行化验分析,利用矿化度(M)和SO2-4、Mg2+浓度的线性相关性,建立地下矿山涌水源三元混合模型并计算。结果表明:模型方法简单便于操作,能够很好地判断矿井涌水水源构成;矿井涌水在浅部主要来源于海水,其次是基岩卤水,少量第四系水,随深度增加,基岩卤水比例增加,海水和第四系水占比显著下降。

上向水平进路充填高效采矿方法研究

针对上向水平进路充填采矿法进路回采效率低、顶板安全隐患等缺点进行优化研究,提出了二步骤回采的新的回采顺序,并顺利在胶东某矿山应用。经过实际对比,新采矿方法具有生产成本低、开采损失小、生产效率高等优点,适于在相似条件矿山推广应用。