矿冶工程

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• 三维非贯通节理岩体剪切力学特性与损伤本构模型

  赵华, 钱兆明, 郑斌, 张来鑫, 曹日红, 姚汝冰, 史秀志, 邱贤阳

  利用3D打印技术实现了包含随机岩桥的三维非贯通节理制作,针对5种不同贯通度和3种不同法向应力作用下的试样开展了三维非贯通节理直剪试验,基于测试结果分析了三维非贯通节理抗剪强度参数随节理贯通度的变化规律。结果表明,节理峰值抗剪强度随节理贯通度的增加呈现明显的减小趋势,黏聚力和内摩擦角与节理贯通度增长之间的关系存在明显差异,黏聚力呈现非线性快速下降趋势,而内摩擦角相对稳定。此外,基于室内直剪试验结果,引入流变元件表征试样的剪切力学行为,构建非贯通节理岩体剪切损伤演化本构模型,且模型计算结果与试验测试结果吻合良好。

• 基于尖点突变理论的急倾斜厚大矿体回采矿柱稳定性分析及宽度优化

  杨秀福, 王沉, 陆浩成, 罗义, 李程, 王威

  针对尾砂充填体下急倾斜厚大磷矿体回采采场矿柱安全宽度留设问题,采用弹性力学理论构建了充填体下采场矿柱力学分析模型,计算得到充填体下矿柱承载的平均载荷,并采用顶板矿柱+采场矿柱的采场结构布置方案。利用尖点突变理论分析矿柱失稳的临界条件,推导矿柱失稳的临界宽度表达式,计算得到矿柱宽度大于3.591 m。基于理论计算,选择矿柱宽度2、3、4、5 m,矿房宽度10 m进行采场围岩变形破坏特征模拟。对比位移和塑性区发现,随着矿柱宽度增大,采场顶板下沉量逐渐减小;矿柱宽度为5 m时,采场顶板最大下沉量为30.95 mm,塑性区仅波及顶板局部区域。工程实践表明：矿柱宽度为5 m时,矿柱最大位移为18.47 mm,最大应力为4.32 MPa,采场、充填体均处于稳定状态,符合工程安全性和经济性要求。

• 基于点云识别技术的露天矿边坡岩体结构面产状与破坏模式研究

  李家东, 赵旭阳, 杜坤, 李少杰

  为提高露天边坡结构面调查效率及破坏模式判识精度,以河南南泥湖钼矿露天边坡为研究对象,将露天边坡划分为6个调查分区,采用基于点云识别的节理裂隙调查方法获取各边坡区域岩体结构面产状数据,结合人工测线测量结果对识别精度进行验证。对识别获得的结构面数据进行聚类分析,划分出各边坡分区的优势结构面组,利用赤平投影方法分析优势结构面与边坡的空间组合关系,判定各分区潜在破坏模式。结果表明：点云识别获取的结构面产状数据与人工测量结果具有较好一致性,能够满足边坡结构面调查与分析要求。6个分区共识别出14组优势结构面,其中Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅴ区和Ⅵ区各发育2组优势结构面,Ⅲ区和Ⅳ区各发育3组优势结构面;基于赤平投影分析,不同分区边坡潜在破坏模式存在一定差异,以平面滑动和楔形破坏为主,部分分区表现为单一破坏模式,部分分区则表现为2种破坏模式并存。

• 龙首矿露天转地下开采边坡岩体稳定性研究

  刘吉祥, 赵钺, 沈彦丞, 赵尔丞, 张春阳, 邓志鹏

  针对金川龙首矿露天转地下开采过程中边坡稳定性与地压控制难题,采用数值模拟分析了地下回采-充填过程中露天边坡及矿体围岩应力演化与塑性区演变规律。结果表明：地下开采会导致露天坑地表形成椭圆形的沉降区域,沉降位移与开采深度正相关,最大沉降位移为1.53 m;地下回采诱发了明显的次生应力场重分布,露天坑底区域压应力由2.0 MPa 降至0.1 MPa,形成贯穿至地表的低应力松弛区;塑性区主要分布在露天坑底部及南坡坡底,充填体有效限制了塑性区向边坡深部扩展,边坡坡体内无贯穿塑性区,表明边坡整体稳定。在后续深部开采过程中,建议加强塑性区发育区域的微震监测与多点位移观测,同时严格控制充填接顶率,防止局部围岩冒落诱发边坡失稳。

• 露天矿爆破块度动态识别模型研究与应用

  黄磊, 陶明, 刘玉龙, 罗朝, 徐源泉

  为解决非洲纳米比亚湖山矿爆破块度快速自动识别的问题,提出了一种露天矿爆破块度动态识别模型,通过双目相机获取立体图像并构建深度图,结合改进的YOLOv8实例分割模型实现碎石分类与块度分析;并采用迁移学习、ROI提取和阴影数据增强技术优化模型,提升模型在复杂环境下的识别精度。模型训练结果表明,优化后的模型精确率达0.375,召回率0.600,准确度0.300,该模型在露天矿极端复杂场景下具有强大鲁棒性,能从高噪、高干扰的背景中成功检出大部分有效岩块。现场实测数据表明,该模型能在高粉尘与动态光照环境下稳定运行,对现场有效岩石的识别准确率达85%,块度分布曲线误差控制在8%以内。该模型为湖山矿爆破效果的高效评估与智能检测提供了可靠的技术支撑。

• 含交叉裂隙岩体裂纹扩展与能量演化研究

  唐晞源, 周宗红, 徐阳, 刘剑, 李怀鹏

  基于PFC^2D构建数值模型,系统分析了围压与裂隙倾角对交叉裂隙岩体裂纹扩展、破坏模式及能量演化的影响。结果表明,随着围压增加,破坏模式由低围压下的张拉或混合型破坏转为高围压下的剪切主导破坏。随着倾角增大,破坏路径由次裂隙主导转为主裂隙主导。围压显著影响裂纹的扩展形态与数量,但倾角主要影响裂纹起裂位置和扩展路径。围压提升岩样的储能能力,促进应变能积累,增强结构的整体韧性。倾角主要影响能量分配路径,交叉裂隙倾角45°时试样具有极高的能量储存能力和延迟破坏行为,表明其承载能力强,但岩爆风险较高;交叉裂隙倾角60°时试样的储能极限较低且能量释放更突然,表现出典型的脆性破坏特征。

• 基于临界降雨模式曲线的汛期尾矿坝稳定性快速评估方法

  刘佳坤, 渠琛, 王超, 李亮

  为快速评估汛期尾矿坝稳定性,选取安全系数与可靠度指标确定尾矿坝的临界状态,通过非饱和渗流与极限平衡分析,提出基于临界降雨模式曲线(CRPC)的汛期尾矿坝安全评价方法。正交试验结果表明：尾矿砂有效黏聚力<em>c</em>′、有效内摩擦角<em>φ</em>′、饱和渗透系数<em>K</em>_s及V-G模型拟合参数a、n对基于安全系数的CRPC影响程度依次为<em>φ</em>′&gt;<em>K</em>_s&gt;<em>a</em>&gt;<em>c</em>′&gt;<em>n</em>。<em>c</em>′、<em>φ</em>′、<em>K</em>_s主要控制CRPC水平变化,而a、n则主导其垂直变化。基于此,选取<em>φ</em>′、<em>K</em>_s、<em>a</em>、<em>c</em>′构建基于可靠度指标的CRPC。参数分析结果表明：随着<em>c</em>′、<em>φ</em>′、<em>K</em>_s、<em>a</em>变异系数增大,基于可靠度指标的CRPC稳定区域逐渐减小,其中<em>φ</em>′变异系数对其影响最大。基于汛期实测降雨记录,应用2种CRPC评价汛期尾矿坝稳定性并提出预警建议,与当地安全监测部门的统计数据对比,在土体参数统计特征未知的前提下,推荐使用基于安全系数的CRPC法。

• 基于传统稳定性分级方法及分形理论的岩体质量评价

  郝益民, 章跃芬, 朱永生, 郝书玉, 芮福鑫, 宋卫东, 田济扬

  以山东鑫汇金矿为工程背景,采用ShapeMetriX 3D系统对现场20处节理裂隙进行扫描测量,获得了岩体产状和节理几何数据;分别利用BQ分级法、Q分级法和RMR分级法对矿岩稳定性进行分级评价,并引入分形理论分析节理裂隙空间分布特征。结果表明,3种分级方法所得岩体质量等级较为一致,整体稳定性介于一般至差。其中上盘及其接触带稳定性基本为Ⅳ级及以上;矿体稳定性以Ⅲ级为主;下盘围岩稳定性相对较好,部分为Ⅱ级。分形维数小于1.1时岩体质量较好;分形维数大于1.1时岩体质量较差。基于以上研究结果,初步提出了依据岩体节理裂隙分布的分形维数为分级指标的岩体质量评价方案。

• 三维扫描点云重构下高陡边坡危岩体识别方法

  赵彦旭, 张扬, 郭太堂, 李涛

  为解决扫描设备获取的高陡边坡潜在危岩体点云数据不连续、不完整导致边坡曲率特征挖掘误差大、危岩体与稳定岩体边界模糊的问题,提出一种基于三维扫描点云重构的高陡边坡危岩体识别方法。该方法使用克里金插值法处理稀疏或分布不均的点云数据,通过考虑空间相关性增加数据点密度,得到更连续和完整的点云数据,以准确反映边坡的真实形状。采用局部表面拟合方法和k-邻域搜索算法,估算点云数据的法向量和曲率,挖掘边坡的几何特征,以揭示边坡形态和潜在不稳定区域。利用不一致性指标分析点云数据的几何特征变化,设定阈值筛选边缘点,从而清晰界定危岩体与稳定岩体的边界,准确划分危岩体范围。基于Voronoi图的增量法建立危岩体边缘轮廓内的点云数据,构建危岩体三维扫描点云数据模型,并运用Slide软件分析危岩体风险等级,完成高陡矿山边坡危岩体识别。工程应用结果表明,本文所提方法计算的边坡曲率估计误差小于0.3%,各组边坡危岩体识别的F1值一直保持在0.99以上,危岩体识别质量高。

• 不同应力路径下含泥质风化白云岩的力学特性和破坏特征

  魏威, 陈冲, 沈晓杰, 崔冰, 陈天浩

  为研究含泥质风化白云岩的力学响应及其对工程稳定性的影响,以某矿区风化白云岩为研究对象,通过单轴压缩、单轴劈裂及常规三轴压缩等室内试验,系统分析其在不同应力路径下的力学特性与破坏模式。结果表明：相较于不含泥质风化白云岩,含泥质风化白云岩的抗压强度与抗拉强度显著降低,变形能力增强;含水条件下风化白云岩抗压强度明显衰减,含泥质风化白云岩更为敏感;三轴压缩试验中围压升高可有效提升岩石强度与韧性;含泥质风化白云岩更易发生塑性变形及剪切破坏,而不含泥质风化白云岩在高围压条件下倾向于发生脆性破坏。