检索结果-内蒙古大学图书馆

工程科学学报 2022年第10期44卷 1778-1788页

作者：张英郭奇峰席迅蔡美峰伦嘉云潘继良北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 应急管理部信息研究院北京100029

水力耦合激活岩石天然裂隙,诱导裂隙扩展形成复杂裂隙网络,增加岩石渗透性是矿产地热共采体系中的关键技术.本文通过预制含单裂隙、T型裂隙和Y型裂隙的砂岩试样,进行三轴水力耦合试验,研究多形态裂隙砂岩的关键阈值(闭合应力、起裂应力... 详细信息

水力耦合激活岩石天然裂隙,诱导裂隙扩展形成复杂裂隙网络,增加岩石渗透性是矿产地热共采体系中的关键技术.本文通过预制含单裂隙、T型裂隙和Y型裂隙的砂岩试样,进行三轴水力耦合试验,研究多形态裂隙砂岩的关键阈值(闭合应力、起裂应力、损伤应力、峰值强度)、弹性模量、泊松比以及破坏模式等力学特性,同时开展裂隙渐进演化过程中声发射和渗透率的演化规律研究,进一步分析水力耦合作用下裂隙岩石增透机理.结果表明:多形态预制裂隙砂岩试样在水力耦合作用下,既有裂隙均通过拉伸、剪切或混合模式扩展形成次生裂纹,构成裂隙网络,试样渗透率显著增加.单裂隙试样的次生裂隙以剪切破坏为主,T型和Y型裂隙试样的次生裂隙为剪切破坏和张拉-剪切破坏两类.此外,多形态裂隙对试样强度的影响大于水的弱化作用.随着轴压增大,岩石渗透率峰前阶段先减小后增大,达到强度破坏时突跳增大.当试样达到峰值后应力突然下降时,渗透率达到最大值,渗透率增透效果最好.预制裂隙角度和形态的变化对突跳系数的影响幅度较小,单裂隙的平均突跳系数值大于Y型裂隙大于T型裂隙.研究结果有助于理解裂隙破坏和流体流动行为,进而指导矿产地热共采的工程.

关键词：水力耦合裂隙扩展混合型裂隙突跳系数渗透率增加

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金属矿膏体流变行为的颗粒细观力学作用机理进展分析

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工程科学学报 2022年第8期44卷 1293-1305页

作者：李翠平黄振华阮竹恩王少勇北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学顺德研究生院佛山528399 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

金属矿膏体料浆颗粒间以及颗粒与水间的相互作用是膏体表现出复杂流变行为的根本原因.流变学是指导膏体充填工艺的重要基础理论,然而膏体作为一种多尺度、高浓度颗粒悬浮液,其流变行为十分复杂,现有流变模型难以描述膏体在剪切作用下的... 详细信息

金属矿膏体料浆颗粒间以及颗粒与水间的相互作用是膏体表现出复杂流变行为的根本原因.流变学是指导膏体充填工艺的重要基础理论,然而膏体作为一种多尺度、高浓度颗粒悬浮液,其流变行为十分复杂,现有流变模型难以描述膏体在剪切作用下的流变行为.通过分析传统膏体流变模型的局限性,综述国内外文献,以颗粒的表面特性以及颗粒与水的相互作用为出发点,剖析尾砂颗粒表面氢键网络结构的形成原因及其影响因素,阐述受氢键网络结构影响的剪切作用下颗粒间细观摩擦力的来源及其变化,分析剪切过程中出现的剪切条带、剪切稀化以及剪切增稠等流变行为的内在机理,归纳随剪切速率变化的膏体流变行为的摩擦耗散规律,提出准确衡量膏体体系的宏观摩擦力是分析其流变行为的关键,以便明晰膏体复杂流变行为发生的细观力学机理,从而推动金属矿膏体流变学从宏观流变向细观致因的发展.

关键词：膏体充填流变行为细观力学氢键网络可变摩擦

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高原矿井掘进工作面截割粉尘污染效应及通风控尘参数分析

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煤炭学报 2021年第7期46卷 2146-2157页

作者：蒋仲安杨斌张国梁曾发镔王亚朋北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物... 详细信息

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物的扩散及沉降特性,并根据颗粒物的扩散特性对高原矿井掘进工作面通风“控尘”及“排尘”参数进行确定。结果表明:截割落岩形成的粉尘受截割头运动和掘进工作面涡流的影响,粒子主要沿截割臂向回风侧方向运动,截割左侧岩体时涌向司机工作区的粉尘明显多于右侧,且以粒径在40μm以下的颗粒为主。受海拔上升环境参数改变的影响,流体性质会发生变化,导致颗粒受力情况和运动轨迹改变,扩散距离变小,沉降加快,其中对PM 5以上的微粒影响较为明显;虽然海拔上升流体携带粉尘的能力减弱,导致掘进工作面沿程粉尘质量浓度下降,但粉尘沉积量会增多,存在二次飞扬的风险。在掘进工作面安装压入式“附壁控尘风筒”后,会在掘进工作面形成顺时针旋转涡流风幕,可将产生的粉尘有效的控制在掘进工作面前段,而另一侧的“除尘风机”会将掘进工作面聚集的粉尘及时排出。当附壁风筒径轴风量比m≥0.7、压抽比n<1时,在“射流、汇流以及旋转风幕”的作用下,能使距掘进工作面20 m之后的区域粉尘质量浓度降低70%以上,有效的降低了高原矿井掘进过程中粉尘对人员和机械设备的损害。

关键词：粉尘污染截割粉尘掘进工作面高原矿井粒径分布附壁风筒径轴风量比

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粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆的抗离析性能影响规律

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中国有色金属学报 2022年第1期32卷 302-312页

作者：张鹏高谦王有团张涛吴凡内蒙古工业大学矿业学院呼和浩特010051 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为揭示粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆抗离析性能的影响规律,通过物化试验分析粉煤灰颗粒形状、粒径和组成物质。根据泵送膏体充填料浆中粗骨料颗粒在水平管道、垂直管道和采场内的受力状态,提出了抗离析性能指数K。为验证该指数,开展不... 详细信息

为揭示粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆抗离析性能的影响规律,通过物化试验分析粉煤灰颗粒形状、粒径和组成物质。根据泵送膏体充填料浆中粗骨料颗粒在水平管道、垂直管道和采场内的受力状态,提出了抗离析性能指数K。为验证该指数,开展不同掺量流变、泌水率和分层度试验,发现掺量与K指数呈正比关系,K指数与泌水率和分层度呈反比关系。结合泌水机理、絮网理论、膏体定义和曲线估计对试验结果分析。结果表明:粉煤灰可充当细骨料掺入泵送膏体充填料浆;K指数可定量表示泵送膏体充填料浆抗离析能力,当K≥1时,料浆不易离析且K值越大抗离析性能越强;当K<1时,料浆则极易离析;将粉煤灰掺入泵送膏体充填料浆可有效提高抗离析性能,但存在阀值40%;结合掺量−K指数(R^(2)=0.978)模型、K指数−饱和率(R^(2)=0.988)模型、膏体定义和粉煤灰掺量(5%、10.5%和15%),充填料浆室内试验确定粉煤灰合理掺量区间为10.4%~12%,合理的K指数区间为25.79~28.19,且掺量−K指数计算模型相对误差分别为2.5%、0.16%和0.58%,精度较高,可为现场制备高质量泵送膏体充填料浆提供理论基础和指导。

关键词：地下采矿泵送膏体充填料浆粉煤灰掺量抗离析性能

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赤泥复合充填材料浸出行为及固化机制

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复合材料学报 2023年第12期40卷 6729-6739页

作者：刘树龙王贻明吴爱祥张敏哲王志凯吴立波北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 贵州川恒化工股份有限公司福泉550500

针对赤泥高碱性、化学成分复杂、资源化利用率低的问题,以赤泥协同粉煤灰等多固废制备矿山充填材料,对比研究赤泥复合材料配比对充填体抗压强度的发展规律,采用XRD、SEM等微观分析手段揭示充填材料水化机制,通过淋溶试验、毒性浸出试验... 详细信息

针对赤泥高碱性、化学成分复杂、资源化利用率低的问题,以赤泥协同粉煤灰等多固废制备矿山充填材料,对比研究赤泥复合材料配比对充填体抗压强度的发展规律,采用XRD、SEM等微观分析手段揭示充填材料水化机制,通过淋溶试验、毒性浸出试验探明充填体固碱机制、浸出行为及毒害离子固化机制。结果表明:赤泥复合材料质量比为赤泥∶粉煤灰∶水泥=3:7:0.4时,充填体3、7、28天抗压强度分别为0.76、1.35、1.87 MPa,材料成本为78.08元/吨,满足矿山充填开采要求。在赤泥-粉煤灰-水泥的协同互锁作用下,充填体生成了以水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、钙矾石、钠系菱沸石为主的水化产物,且赤泥∶粉煤灰质量比越小,粉煤灰比表面积越大,充填体结构越致密,固碱效果越好。钙矾石和C-S-H凝胶通过物理固封和化学结合的形式,使赤泥复合材料毒性离子浸出浓度满足固废要求。

关键词：赤泥粉煤灰充填材料水化机制浸出行为

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基于环管试验的粗骨料膏体管输阻力模型及优化

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第5期49卷 181-191页

作者：杨晓炳闫泽鹏尹升华杨航北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为探明粗骨料膏体的管输阻力特性,开展了关于粗骨料膏体输送特性的工业级环管输送试验,利用白金汉方程对环管数据拟合处理后获得膏体的实际流变参数,并建立了基于流动度测试的粗骨料膏体阻力方程.通过响应面分析法(RSM-BBD)对膏体输送... 详细信息

为探明粗骨料膏体的管输阻力特性,开展了关于粗骨料膏体输送特性的工业级环管输送试验,利用白金汉方程对环管数据拟合处理后获得膏体的实际流变参数,并建立了基于流动度测试的粗骨料膏体阻力方程.通过响应面分析法(RSM-BBD)对膏体输送行为进行分析,分别得到单因素和多因素耦合对阻力损失的影响规律,并优化了粗骨料膏体的管道输送参数.结果表明:流变测试得到的流变参数普遍大于环管拟合参数,其中屈服应力相差10.4%~12.2%、塑性黏度相差21%~32.8%.通过响应面分析得到了单因素对阻力损失影响的敏感程度为质量分数>管径>流量,并发现因素间的交互作用影响显著,其中质量分数和管径的交互影响起到决定性作用.以金川实际充填需求为背景采用响应面优化后的输送参数为:管径220 mm、流量142.4 m^(3)/h、质量分数73.2%.研究成果可为粗骨料膏体充填系统运行参数的选取提供参考.

关键词：粗骨料膏体管输阻力环管试验流变特性响应面分析

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基于GA-SVM的钢渣基胶凝材料开发及料浆配比优化

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工程科学学报 2022年第11期44卷 1897-1908页

作者：杨晓炳闫泽鹏尹升华李伟光高谦北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化.首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝... 详细信息

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化.首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝材料配方预测的GA-SVM模型,确定了钢渣基胶凝材料的最佳配方(质量分数)为:钢渣30%、脱硫石膏4%、水泥熟料12%、芒硝1%;其次采用XRD和SEM分析了钢渣基胶凝材料的水化机理;最后基于灰靶多目标决策模型对料浆配比进行优化实验,以强度(7 d和28 d)、工作特性(坍落度、泌水率)、成本为指标优化料浆配比.结果表明,采用新型钢渣基胶凝材料,充填料浆的最佳配比参数为:灰砂比1∶4,固相质量分数为72%.并进行了验证实验,得到相应强度参数和工作特性参数分别为1.74 MPa、3.61 MPa、24.2 cm和5.91%,均满足嗣后充填的要求,此配比条件下的充填成本为每立方米113元,较水泥充填成本降低了38.92%.

关键词：膏体充填 GA-SVM 钢渣基胶凝材料灰靶决策模型配比优化

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纤维增强含硫尾砂胶结充填体的力学性能及能量分配演化特征

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4435-4448页

作者：杨晓炳侯永强尹升华杨航北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628

开展纤维增强含硫尾砂胶结充填体的单轴压缩试验,研究纤维含量对充填体力学特性的影响规律,并揭示纤维增强含硫尾砂胶结充填体在峰值应力前的能量分配演化特征及损伤破坏演化过程。研究结果表明:添加聚丙烯纤维的充填体在荷载超过应力... 详细信息

开展纤维增强含硫尾砂胶结充填体的单轴压缩试验,研究纤维含量对充填体力学特性的影响规律,并揭示纤维增强含硫尾砂胶结充填体在峰值应力前的能量分配演化特征及损伤破坏演化过程。研究结果表明:添加聚丙烯纤维的充填体在荷载超过应力峰值后,应力-应变曲线并没有快速下降,说明纤维的掺入提高了充填体的抗变形破坏能力;充填体的轴向应力和轴向应变均随着纤维含量的增加呈先增大后减小的趋势,并且聚丙烯纤维提高残余应力的效果要明显高于提高峰值应力的效果;纤维增强含硫尾砂胶结充填体在峰值应力处的总应变能、弹性应变能及耗散能均表现为先增大后减小的趋势,并在纤维含量(质量分数)为0.6%时达到最大值;此外,当纤维含量为0~0.6%时,总应变能随着纤维含量的增加基本遵循一次函数递增规律,而弹性应变能及单位体积应变能随着纤维含量的增加均基本遵循指数函数递增规律;添加纤维的充填体损伤增长速率要明显低于未添加纤维的充填体损伤的增长速率,并且充填体在峰值应力前的损伤破坏过程主要经历了3个阶段。

关键词：聚丙烯纤维含硫尾砂充填体能量耗散损伤破坏

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废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型

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工程科学学报 2022年第7期44卷 1115-1125页

作者：杨晓炳尹升华郝硕杨航北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题,开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究.首先基于泌水−坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间,获得了PC作用下的料浆流变参数... 详细信息

针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题,开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究.首先基于泌水−坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间,获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律.其次,通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征,明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律.最后,构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型.结果表明,PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数,改善料浆流动性.合理掺量可以提升充填体的早期强度,但对28 d强度有削弱.料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小,料浆均质化程度越高,且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势.当PC的质量分数为0.26%~0.5%时,料浆均质化程度高,PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值,分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s.

关键词：料浆均质性流变特性强度特性图像信息 PC减水剂

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矿产与地热资源共采模式研究现状及展望

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工程科学学报 2022年第10期44卷 1669-1681页

作者：蔡美峰马明辉潘继良席迅郭奇峰北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 山东黄金集团有限公司济南250101

地热能作为一种绿色清洁且储量巨大的可再生能源,在降低矿产资源深部开采成本方面具有显著优势和发展潜力.充分利用深部岩体中蕴藏的地热能,不仅可以有效缓解矿产资源开采中的热害难题,而且有利于促进我国能源产业的绿色低碳和可持续发... 详细信息

地热能作为一种绿色清洁且储量巨大的可再生能源,在降低矿产资源深部开采成本方面具有显著优势和发展潜力.充分利用深部岩体中蕴藏的地热能,不仅可以有效缓解矿产资源开采中的热害难题,而且有利于促进我国能源产业的绿色低碳和可持续发展.在梳理当前可能伴生有地热资源的矿产资源基础上,对现有的矿-热资源共采技术进行了回顾和总结,分析展望了未来矿-热资源共采的新模式,介绍了基于卤水循环系统的矿-热资源共采、基于开挖技术的矿-热资源共采、基于充填采矿法的矿-热资源共采、基于溶浸采矿法的矿-热资源共采和基于废弃矿井再利用的矿-热资源共采等技术方案,同时指出了矿-热资源共采所面临的主要挑战,包括加强矿-热共同赋存区勘探、发展深部高温坚硬岩层破岩与掘进技术、加强深部多场耦合环境岩石力学理论与试验研究、建立矿-热资源共采热能分级利用体系.相关研究成果旨在释放矿产资源开采中的地热能发展潜力并促进地热资源的规模化利用,可为我国深部矿产资源开采和地热资源开发提供有益的参考和借鉴.开展矿产与地热资源共采战略研究,有望为推进我国深部资源开发和实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标提供一条有效途径.

关键词：深部矿产地热资源矿-热共采热害低碳矿山

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