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碱渣改性充填体早期力学特性及能量演化特征

材料导报 2024年第9期38卷 136-142页

作者：孙海宽甘德清薛振林刘志义张雅洁华北理工大学矿业工程学院河北唐山063200 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063200

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增... 详细信息

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增加,充填体失稳破坏位移量、单轴抗压强度、弹性模量先增大后减小,当碱渣添加量为5%时,充填体抗压强度大,抵抗变形能力强;随碱渣添加量增加,充填体耗散能、弹性变形能、峰值强度下单位体积应变能及总能量均先增加后减小;单轴压缩条件下,碱渣改性充填体破坏模式为半贯穿或贯穿的斜剪切、平行双裂隙以及倒Y型裂隙,破坏程度随碱渣添加量增加而增大;建议采用质量浓度77%、细粗尾砂级配3:7、碱渣添加量5.35%的配比来制备碱渣改性充填体,经计算其抗压强度为5.3458 MPa,能满足矿山早期生产需求。研究结果为碱渣改性材料的可行性提供了一定的理论依据。

关键词：碱渣改性充填体单轴抗压强度能量演化特征破裂模式配比参数寻优

基于矿物特征分析的磁铁矿动态破碎与能耗机制

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矿业研究与开发 2024年第7期 258-266页

作者：甘德清袁涛薛振林刘志义孙海宽华北理工大学矿业工程学院河北省矿业开发与安全技术重点实验室

为研究动载下磁铁矿石的破碎特性及能耗规律，以某沉积变质型磁铁矿石为研究对象，利用分离式霍普金森压杆对磁铁矿石进行冲击破碎试验，结合矿物特征理论分析磁铁矿石的动力学特性、破碎能耗及破碎形态。结果表明：在冲击载荷作用下，... 详细信息

为研究动载下磁铁矿石的破碎特性及能耗规律，以某沉积变质型磁铁矿石为研究对象，利用分离式霍普金森压杆对磁铁矿石进行冲击破碎试验，结合矿物特征理论分析磁铁矿石的动力学特性、破碎能耗及破碎形态。结果表明：在冲击载荷作用下，磁铁矿石应力-应变曲线呈现3个阶段：弹性阶段、裂纹演化阶段、卸载阶段。随着入射能的增加，破碎能耗及能耗密度不断增大，破碎平均粒径随着能耗密度的增加而减小。在低入射能下，能量以弹性能形式储存在石英颗粒内部，当应力波作用结束后，能量释放，用于原有裂隙扩展，破坏试样内部结构。在高入射能下，石英颗粒储存弹性能速率加快，更快达到储存极限，内部能量快速释放，原有裂隙快速扩展并产生大量的沿晶裂隙及穿晶裂隙，试样内部结构破坏严重。磁铁矿石成分以石英为主，矿石结构构造和接触关系简单，结构以结晶结构、交代结构为主，构造以条带构造、块状构造为主，矿物颗粒之间成线接触，破碎主要以沿晶破裂和穿晶破裂为主，带有阶梯状和蛇纹状破裂形态。

关键词：磁铁矿石结构构造破碎特性破碎能耗

金属矿山充填料浆管道输送理论研究20 a进展与展望

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金属矿山 2024年

作者：甘德清孙海宽刘志义薛振林张友志华北理工大学矿业工程学院河北省矿业开发与安全技术重点实验室

尾砂胶结充填采矿法是实现绿色矿山建设，符合“双碳”战略发展的重要采矿手段。管道输送系统为充填料浆顺利输送至采空区提供了可靠途径，随科学技术进步而不断发展。分析了近20 a国内外充填料浆管道输送的发展脉络，提出了管道输送系... 详细信息

尾砂胶结充填采矿法是实现绿色矿山建设，符合“双碳”战略发展的重要采矿手段。管道输送系统为充填料浆顺利输送至采空区提供了可靠途径，随科学技术进步而不断发展。分析了近20 a国内外充填料浆管道输送的发展脉络，提出了管道输送系统具备的3个特点，首先，管道输送研究理论体系丰富，归为尾砂胶结充填料浆性质及管流特性两方面；其次，管道输送安全事故频发，堵管、爆管、磨损失效尤为突出，开展管输理论与工程应用研究具有重要现实意义；最后，为提高矿石开采效率，实现采充协调，大流量管输系统成为料浆输送的主要发展趋势。基于管道输送两方面研究内容，从充填料浆自身属性角度出发系统梳理了充填材料类型及充填料浆的流变性、触变性等研究进展，从管输特性角度综述了管输的具体影响因素及管流特性取得的研究成果，并对速度场分布、管输阻力计算方法、管道磨损、管流可视化及传热等方面所建立的理论体系展开了深入探讨。结果表明：常采用Bingham模型及H-B模型描述不同类型的充填料浆流变特性，塑性黏度及屈服应力等流变参数是料浆管道输送的主要影响因素，通过加入减阻剂、减水剂或缓凝剂等外添加剂可以有效改善由于料浆流层间的黏滞阻力；优化管径，输送速度，充填倍线等设计参数可改善充填料浆在管道内的流动状态，减少流动过程的摩擦阻力损失。针对“三高一扰动”问题及经济高速发展需求，在“双碳”背景下，展望了未来管输核心装备及技术研发的发展前景，认为未来研究侧重点主要包括：① 在装备方面，开发新型充填材料，充分利用工业固废资源，实现绿色清洁生产；建立一套自动化充填料浆制备系统，依据料浆性质与管输设计参数进行自适应性计算与分析，实现物料精准控制；对管道材料进行精细化加工或替换，减少输送摩擦阻力，提高料浆输送的效率；实现充填料浆的物理可视化监测，减少由于堵管爆管事故发生。② 在技术层面，充填料浆管道输送系统设计有必要与计算机科学等进行交叉融合，利用深度学习卷积神经网络算法、计算机编程等手段实现管道输送智能化设计，构建一个可视化、高效化、经济化的现代充填料浆管道输送系统。

关键词：充填开采尾砂胶结充填料浆管道输送清洁生产智能化研究现状未来展望

基于改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 264-271,287页

作者：闫鹏张云鹏侯善营张为为杨曦华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063210 华北理工大学建筑工程学院河北唐山063210

针对经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)存在模态混叠和降噪效果不佳的问题,依据分解—正交—聚类—降噪—重构的思想,提出了改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法。该方法融合了核主成分分析的正交性、K-means算法的聚... 详细信息

针对经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)存在模态混叠和降噪效果不佳的问题,依据分解—正交—聚类—降噪—重构的思想,提出了改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法。该方法融合了核主成分分析的正交性、K-means算法的聚类特性以及小波包的降噪优势,不仅可以消除EMD的模态混叠,也具有良好的降噪效果。研究结果表明:与自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise analysis, CEEMDAN)和EMD方法相比,在模拟信号降噪试验中,改进EMD-小波包方法的信噪比(7.9 dB)最大,均方根误差(2.96)最小。在实测爆破振动信号降噪中,改进EMD-小波包方法降噪后的信号与原始信号相关系数最大为0.91。改进EMD-小波包和CEEMDAN方法的降噪效果相对理想,且改进EMD-小波包方法对10~60 Hz低频信号能量保存效果较好,对60 Hz以上中高频噪声的滤除效果最好。

关键词：爆破振动信号经验模态分解(EMD) 核主成分分析(KPCA) K-means算法小波包降噪

密褐褶菌（Gloeophyllum trabeum）抑制高硫煤自燃特性研究

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煤炭学报 2024年

作者：董宪伟李晓茜王福生韩铁生董轩萌华北理工大学应急管理与安全工程学院河北省矿业开发与安全技术重点实验室华北理工大学公共卫生学院河北省煤矿卫生与安全重点实验室华北理工大学矿业工程学院

为绿色经济、环境友好地抑制高硫煤氧化自燃，利用可持续、能耗低的微生物法脱硫，选择密褐褶菌(Gloeophyllum trabeum)浸出高硫煤，密褐褶菌降解纤维素时会发生Fenton反应，其产物H2O2与煤发生氧化-还原反应脱除FeS2，达到抑制煤自燃... 详细信息

为绿色经济、环境友好地抑制高硫煤氧化自燃，利用可持续、能耗低的微生物法脱硫，选择密褐褶菌(Gloeophyllum trabeum)浸出高硫煤，密褐褶菌降解纤维素时会发生Fenton反应，其产物H2O2与煤发生氧化-还原反应脱除FeS2，达到抑制煤自燃的目的。将密褐褶菌与煤浆作用30天后酸洗、干燥，通过硫含量测定、工业分析、XRD、FTIR、同步热分析等实验，从宏观性能和微观机理等方面明晰密褐褶菌作用后对煤结构及组分的变化，结果表明：密褐褶菌作用后的高硫煤其全硫脱除率均在50%以上，且主要脱除无机硫，脱硫煤的挥发分降低。利用Jade软件对X射线衍射结果分析，经密褐褶菌脱硫后两种煤样中黄铁矿的重量占比有所减少，分别从64.30%下降到52.40%、从57.10%下降到45.70%，石英的重量占比上升。5.02%高硫煤的芳香烃含量升高了2.81%，含氧官能团含量下降了2.38%，3.04%高硫煤的芳香烃含量升高了3.79%，含氧官能团含量下降了4.23%，脂肪烃含量下降了1.92%。脱硫煤氧化自燃的特征温度点后移，其中两种煤样的着火点T6分别推迟了18 ℃、32 ℃，两煤样总释放热量分别降低472.66 J/g、348.19 J/g；受热分解阶段的反应活化能E分别提高11.79 kJ/mol、38.67 kJ/mol，指前因子A均变大，表明经密褐褶菌脱硫后不易发生煤氧复合反应，因此通过密褐褶菌脱除FeS2抑制煤自燃具有可行性，为抑制高硫煤氧化自燃提供实验基础。

关键词：密褐褶菌高硫煤煤自燃脱硫 Fenton反应

充填体—边界介质组合体剪切力学特性与参数分析

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金属矿山 2024年第2期 80-87页

作者：卢宏建牟超武捷华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业开发与安全技术实验室河北唐山063210

充填体—边界介质组合体接触面的剪切力学特性与参数是研究充填采场应力分布与充填体揭露稳定性评价的基础数据。通过室内直剪试验与RFPA^(3D)数值模拟试验联合手段,对3种灰砂配比(1∶4、1∶8和1∶20)、4种接触面法向应力(50 k Pa、100 ... 详细信息

充填体—边界介质组合体接触面的剪切力学特性与参数是研究充填采场应力分布与充填体揭露稳定性评价的基础数据。通过室内直剪试验与RFPA^(3D)数值模拟试验联合手段,对3种灰砂配比(1∶4、1∶8和1∶20)、4种接触面法向应力(50 k Pa、100 k Pa、150 k Pa和200 k Pa)的充填体—边界介质组合体(充填体—围岩、充填体—矿体、胶结充填体—非胶结充填体)的剪切力学特性与声发射特征、黏聚力和内摩擦角参数变化规律进行了分析。结果表明:随灰砂配比降低,充填体—围岩组合体峰值剪切强度减少,破坏模式由脆性变为延性,破坏形态由颗粒粘连、块状粘连到凸起体尖端被剪断。灰砂配比1∶4组合体发生破坏时剪切应力垂直下降,振铃计数率突然骤增,其他阶段振铃计数率相对较小。灰砂配比1∶8和1∶20组合体从裂隙压密到破坏阶段,声发射振铃计数率密集,剪切过程中有明显剪胀变形;充填体—边界介质组合体接触面的峰值剪切强度随法向应力、灰砂配比降低而减少。胶结充填体—围岩接触面峰值剪切强度略小于胶结充填体—矿体强度,胶结—非胶结充填体组合体峰值强度远小于胶结充填体—矿岩组合体,接近非胶结充填体自身强度;充填体—边界介质组合体接触面的黏聚力和内摩擦角随灰砂配比降低而减少。充填体—围岩与充填体—矿体黏聚力和内摩擦角接近,胶结—非胶结充填体组合体黏聚力和内摩擦角参数远小于胶结充填体—矿岩组合体。研究结果拓展了充填体—边界介质组合体剪切力学特性获取方法,为充填采场稳定性分析提供了基础数据。

关键词：充填采矿充填体—边界介质组合体非线性接触面剪切力学特性数值模拟

含油率影响下油页岩力学性质与破坏断裂特征研究

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金属矿山 2024年第4期 62-69页

作者：甘泽杨曦李富平甘德清华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业开发与安全技术实验室河北唐山063210

油页岩的含油率存在巨大差异,这种含油率的变化会引起其力学性质与破坏断裂特征的差异。选取含油率为6.5%、6%、5%和3%的垂直层理油页岩试样,对其开展单轴压缩实验、场应变与声发射监测。研究发现:含油率的提升会降低油页岩抗压强度,并... 详细信息

油页岩的含油率存在巨大差异,这种含油率的变化会引起其力学性质与破坏断裂特征的差异。选取含油率为6.5%、6%、5%和3%的垂直层理油页岩试样,对其开展单轴压缩实验、场应变与声发射监测。研究发现:含油率的提升会降低油页岩抗压强度,并使其由脆性向延性转变。高含油率油页岩易发生剪切—张拉破坏;低含油率油页岩破坏模式偏向于张拉破坏。加载过程中,油页岩试件主应变场由均匀分布向应变集中分布转变,垂直层理油页岩的应变场更容易形成多条平行应变集中条带,当含油率不断降低时,主应变场变化过程中的剪切现象减弱。高含油率的试样振铃计数表现为阶梯型增长,破坏后,依然出现了较高的振铃计数;低含油率油页岩只在破坏时出现较高的振铃计数。相同弹性能条件下,低含油率油页岩在储能阶段的变形更小。高含油率试样具有一定延性,在试样到达应力峰值点后,弹性能并没有完全释放,仍保留一部分弹性能。低含油率试样的抗变形能力较强,所以,在相同应变条件下,其耗散的能量更高。

关键词：油页岩含油率应力—应变曲线破坏模式主应变场声发射能量演化

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某多金属硫化矿酸浸试验研究

矿冶工程 2024年第1期44卷 121-124,128页

作者：张晋霞郑凯露牛福生华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063210

对某难选多金属硫化矿浮选预处理所得精矿进行了酸浸试验研究。在浸出温度95℃、硝酸浓度9 mol/L、液固比4∶1及浸出时间2 h条件下进行酸浸试验,铜和锌浸出率分别达到了90.46%、85.34%,铅几乎没有浸出。浸出过程主要受固膜控制和化学反... 详细信息

对某难选多金属硫化矿浮选预处理所得精矿进行了酸浸试验研究。在浸出温度95℃、硝酸浓度9 mol/L、液固比4∶1及浸出时间2 h条件下进行酸浸试验,铜和锌浸出率分别达到了90.46%、85.34%,铅几乎没有浸出。浸出过程主要受固膜控制和化学反应混合控制。

关键词：多金属硫化矿酸浸动力学固膜控制铜铅锌

基于加权多矩融合特征的矿物影像智能识别算法研究

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金属矿山 2024年第1期 165-173页

作者：汪金花刘巍李孟倩戴佳乐韩秀丽华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业工程开发与安全技术重点实验室河北唐山063210

随着数字识别技术在镜下影像分析的广泛应用,镜下物质类型的智能识别成为了一个微观分析的基础问题。镜下影像自动识别不仅能有效节约人工成本,还能提高识别效率。针对镜下矿物智能识别精度低的问题,以镜下影像的颜色矩、纹理矩以及形态... 详细信息

随着数字识别技术在镜下影像分析的广泛应用,镜下物质类型的智能识别成为了一个微观分析的基础问题。镜下影像自动识别不仅能有效节约人工成本,还能提高识别效率。针对镜下矿物智能识别精度低的问题,以镜下影像的颜色矩、纹理矩以及形态RSTC矩3类指标为识别特征,以指标熵权和变异系数权为识别初始权,构建了一种多矩融合机器学习智能识别模型。选取磁铁矿、云母、方解石、黄铜等的影像集为第一类样本,以烧结矿中的玻璃相、铁酸钙等影像作为第二类样本,提取样本颜色矩、纹理矩和形状RSTC矩的特征,量化分析了特征在影像识别中的贡献率,开展了多矩融合机器学习智能识别试验。结果表明:不同类型特征指标对影像识别过程贡献率有明显差异,多矩融合机器学习智能识别模型具有较好的识别率和鲁棒性,能够明显提高影像识别精度,指标熵权和变异系数权为初始权能够明显促进算法快速收敛,减少识别时间,该研究为矿石镜下影像识别提供了新的方法。

关键词：矿物影像多矩融合特征智能识别综合定权