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Distribution and Fate of Arsenic in Copper Mining,Beneficiation and Smelting in China
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作者 HAN Wei WANG Yujing NIE Jinglei 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第10期1844-1853,共10页
Copper smelting is the main source of arsenic pollution in the environment,and China is the largest country for copper smelting.Taking 2022 as an example,this study analyzes the distribution and fate of arsenic across... Copper smelting is the main source of arsenic pollution in the environment,and China is the largest country for copper smelting.Taking 2022 as an example,this study analyzes the distribution and fate of arsenic across the copper mining,beneficiation,and smelting processes using a life-cycle approach,providing important insights for arsenic pollution prevention and the resource utilization of arsenic-bearing solid waste.The results show that the amount of As in waste rock,tailing and concentrate are 53483 t,86632 t,76162 t,respectively.After smelting treatment,the amount of arsenic in different types of solid waste,wastewater,waste gas and products are 76128 t,1 t,31 t and 2 t,respectively,and the proportion in arsenic sulfide slag is the highest(55%).The amount of emission to the environment is 32 t,accounting for only 0.04%of total amount.In the future,key considerations are to improve the resource utilization rate of arsenic-containing solid waste(tailing,smelting slag),especially arsenic sulfide slag,and to digest its environmental risk. 展开更多
关键词 arsenic contamination copper mining copper beneficiation copper smelting material flow
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Identifying potential hazards of opencast mining area using acoustic velocity structure imaging method
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作者 DONG Long-jun YAN Ming-chun +2 位作者 PEI Zhong-wei ZHANG Yi-han YANG Long-bin 《Journal of Central South University》 2025年第2期405-419,共15页
Identifying potential hazards is crucial for maintaining the structural stability of opencast mining area.To address the limitations of irregular structure and sparse microseismic events in opencast mining monitoring,... Identifying potential hazards is crucial for maintaining the structural stability of opencast mining area.To address the limitations of irregular structure and sparse microseismic events in opencast mining monitoring,this paper proposes an active-source imaging method for identifying potential hazards precisely based on velocity structure.This method innovatively divides the irregular structure into unstructured grids and introduces a damping and smoothing regularization operator into the inversion process,mitigating the ill-posedness caused by the sparse distribution of events and rays.Numerical and laboratory experiments were conducted to verify the reliability and effectiveness of the proposed method.The results demonstrate the competitive performance of the method in identifying hazard areas of varying sizes and numbers.The proposed method shows potential for meeting hazard identification requirements in the complex opencast mining structure.Furthermore,field experiments were conducted on an rare earth mine slope.It confirms that the proposed method provides a more concrete and intuitive scheme for stability monitoring for the microseismic monitoring system.This paper not only demonstrates the application of acoustic structure velocity imaging technology in detecting unstructured potential hazard regions but also provides valuable insights into the construction and maintenance of stable opencast mining area. 展开更多
关键词 opencast mining traveltime tomography ray tracing velocity structure
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An innovative N00 mining approach for protecting entries and mining panels
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作者 ZHANG Jun HE Man-chao +7 位作者 WANG Ya-jun YANG Gang HOU Shi-lin CHEN Yu-wen KANG Xu-hui SHI Zhen FU Qiang DU Fu-kang 《Journal of Central South University》 2025年第9期3514-3538,共25页
Addressing the issues of significant entry settlement and severe mining pressure manifestations in the conventional 121 approach,an innovative N00 approach is proposed.By comparing the mining process and entry formati... Addressing the issues of significant entry settlement and severe mining pressure manifestations in the conventional 121 approach,an innovative N00 approach is proposed.By comparing the mining process and entry formation process of different approaches,the characteristics of entry roof settlement evolution under different approaches are obtained.The N00 approach,which incorporates roof cutting and NPR cable support,optimizes the mining and entry formation process to reduce the settlement phase of entry roof,decreases the settlement of entry roof,and enhances the steadiness of entry roof.The N00 approach modifies the entry roof structure through roof cutting and establishes a hydraulic support load mechanics model for the mining panel to derive the theoretical load pressure formula for the N00 approach’s hydraulic support.Compared with the conventional 121 approach,the pressure on the N00 approach’s hydraulic support is reduced.Empirical data obtained through field monitoring demonstrate that the N00 approach has reduced the roof settlement of the entry and weakened the mining pressure manifestation at the mining panel,achieving the goal of protecting the entry and mining panel. 展开更多
关键词 N00 approach entry formation process roof cutting roof settlement mining pressure manifestation
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Determination of support mechanical mechanism of pre-stressed expandable props to stope roof in room-and-pillar mining
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作者 LI Kun-meng WANG Yong-jiang +3 位作者 LIU Kai LI Yuan-hui FU Zheng-chun PANG Bo-xue 《Journal of Central South University》 2025年第9期3539-3556,共18页
This study is to determine the support mechanism of pre-stressed expandable props for the stope roof in room- and-pillar mining, which is crucial for maintaining stability and preventing roof collapse in mines. Utiliz... This study is to determine the support mechanism of pre-stressed expandable props for the stope roof in room- and-pillar mining, which is crucial for maintaining stability and preventing roof collapse in mines. Utilizing an engineering case from a gold mine in Dandong, China, a laboratory-based similar test is conducted to extract the actual roof characteristic curve. This test continues until the mining stope collapses due to a U-shaped failure. Concurrently, a semi-theoretical method for obtaining the roof characteristic curve is proposed and verified against the actual curve. The semi-theoretical method calculated that the support force and vertical displacement at the demarcation point between the elastic and plastic zones of the roof characteristic curve are 5.0 MPa and 8.20 mm, respectively, corroborating well with the laboratory-based similar test results of 0.22 MPa and 0.730 mm. The weakening factor for the plastic zone in the roof characteristic curve was semi-theoretically estimated to be 0.75. The intersection between the actual roof characteristic curve and the support characteristic curves of expandable props, natural pillars, and concrete props indicates that the expandable prop is the most effective “yielding support” for the stope roof in room-and-pillar mining. That is, the deformation and failure of the stope roof can be effectively controlled with proper release of roof stress. This study provides practical insights for optimizing support strategies in room-and-pillar mining, enhancing the safety and efficiency of mining operations. 展开更多
关键词 expandable prop room-and-pillar mining complex variable function roof characteristic curve support characteristic curve yielding support
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Mechanism,prevention,and control of mining-induced dynamic disasters in underground metal mines in China:Challenges and solutions 被引量:2
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作者 LI Peng CAI Mei-feng +3 位作者 MIAO Sheng-jun REN Fen-hua GORJIAN Mostafa PENG Chao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2549-2606,共58页
Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological ... Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological problems to be solved urgently.In this article,the occurrence status and grand challenges of some typical dynamic disasters involving roof falling,spalling,collapse,large deformation,rockburst,surface subsidence,and water inrush in metal mines in China are systematically presented,the characteristics of mining-induced dynamic disasters are analyzed,the examples of dynamic disasters occurring in some metal mines in China are summarized,the occurrence mechanism,monitoring and early warning methods,and prevention and control techniques of these disasters are highlighted,and some new opinions,suggestions,and solutions are proposed simultaneously.Moreover,some shortcomings in current disaster research are pointed out,and the direction of efforts to improve the prevention and control level of dynamic disasters in China’s metal mines in the future is prospected.The integration of forward-looking key innovative theories and technologies in the abovementioned aspects will greatly enhance the cognitive level of disaster prevention and mitigation in China’s metal mining industry and achieve a significant shift from passive disaster relief to active disaster prevention. 展开更多
关键词 underground metal mines dynamic disasters MECHANISM monitoring and early warning prevention and control
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Preface:Heavy metal(loid)s at mining&metallurgical sites:Fate,risk and remediation
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作者 薛生国 李楚璇 +1 位作者 赵东叶 吴川 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期1033-1035,共3页
The contamination of heavy metal(loid)s at mining&metallurgical sites has been a major environmental challenge worldwide[1].Typically,large amounts of metal(loid)s-bearing wastes are generated at these sites,such ... The contamination of heavy metal(loid)s at mining&metallurgical sites has been a major environmental challenge worldwide[1].Typically,large amounts of metal(loid)s-bearing wastes are generated at these sites,such as smelting slag,combustion residues,mine tailings,wastewater,and exhaust gas[2].Due to their high mobility in the environment,the released heavy metal(loid)s can easily enter the soil and water environment,posing long-term and widespread threats to ecological and human health[3]. 展开更多
关键词 mining WASTEWATER SMELTING
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PHUI-GA: GPU-based efficiency evolutionary algorithm for mining high utility itemsets
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作者 JIANG Haipeng WU Guoqing +3 位作者 SUN Mengdan LI Feng SUN Yunfei FANG Wei 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE CSCD 2024年第4期965-975,共11页
Evolutionary algorithms(EAs)have been used in high utility itemset mining(HUIM)to address the problem of discover-ing high utility itemsets(HUIs)in the exponential search space.EAs have good running and mining perform... Evolutionary algorithms(EAs)have been used in high utility itemset mining(HUIM)to address the problem of discover-ing high utility itemsets(HUIs)in the exponential search space.EAs have good running and mining performance,but they still require huge computational resource and may miss many HUIs.Due to the good combination of EA and graphics processing unit(GPU),we propose a parallel genetic algorithm(GA)based on the platform of GPU for mining HUIM(PHUI-GA).The evolution steps with improvements are performed in central processing unit(CPU)and the CPU intensive steps are sent to GPU to eva-luate with multi-threaded processors.Experiments show that the mining performance of PHUI-GA outperforms the existing EAs.When mining 90%HUIs,the PHUI-GA is up to 188 times better than the existing EAs and up to 36 times better than the CPU parallel approach. 展开更多
关键词 high utility itemset mining(HUIM) graphics process-ing unit(GPU)parallel genetic algorithm(GA) mining perfor-mance
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我国煤矿区矿井水水质空间分布特征及矿井水处理技术思路 被引量:8
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作者 孙亚军 郭娟 +6 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 熊小锋 华景帆 穆林杰 吴文轩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期584-599,共16页
矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、... 矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、高悬浮物、高硫酸盐、高Na+为主要特征,酸性矿井水和重金属主要集中于云贵等部分矿区;水质成因与煤矿区所处地域特征密切相关,如干旱与半干旱气候条件、充水地下含水层水质、煤层硫分含量、围岩岩性、微生物作用、岩浆活动等因素等,采矿活动对矿井水质形成及演化影响的权重较大。全国煤矿矿井水水化学类型以SO_(4)-Na型、SO_(4)-Ca·Mg型、SO_(4)-Na·Ca型、HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。基于全国矿井水水质特征,阐述了现有矿井水地面处理技术与瓶颈,论述了现有井下矿井水处理工艺,并以“阻断、减量、保护”为主要污染防控思路,提出一种煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术,通过过程减量,实现矿井水低成本井下处理与回用。然后,基于采空区位置选择、采空区储水空间计算、储水安全性评价、减量修复效果评价、减量过程水动力场-水化学场-微生物场演化特征和次生危害解决方案等问题构建了矿井水自然修复技术框架,并基于煤矿实例采空水水化学组分和微生物群落结构演化规律验证了矿井水修复技术的可行性,具有较高的推广应用价值。煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术的构建能够降低矿井水处理成本,助力煤-水协调绿色开采,实现矿井水修复与资源化利用。 展开更多
关键词 矿井水水质 井下矿井水处理 废弃采掘空间 自然修复 微生物群落结构
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金属非金属矿山作业链数智化技术体系研究 被引量:2
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作者 王李管 刘永春 张炬 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期12-21,共10页
意义矿产资源是现代工业与社会发展的重要物质基础。然而,我国矿山企业普遍面临资源品位低、矿区规模小且空间分布分散等突出问题,传统矿山作业模式难以满足新常态下对生产效率、安全保障、产品品质和精细化管理的更高要求。因此,构建... 意义矿产资源是现代工业与社会发展的重要物质基础。然而,我国矿山企业普遍面临资源品位低、矿区规模小且空间分布分散等突出问题,传统矿山作业模式难以满足新常态下对生产效率、安全保障、产品品质和精细化管理的更高要求。因此,构建以作业链为核心的矿山数字化技术体系,推动矿业产业向数字化、智能化全面转型升级,已成为矿业培育新质生产力、实现高质量可持续发展的关键路径。进展在资源数字化领域,国内企业已成功研发出具有国际领先水平的数字化技术与产品体系,实现了矿产资源全生命周期的建模、评价、设计、优化与管理的全面数字化;在智能作业方面,井下装备的高精度定位、智能路径规划和自动驾驶技术已实现工程应用;在安全保障领域,研发了基于微震监测的自动事件拾取与智能预警软硬件系统,构建了集“认知-感知-管执”于一体的矿山数智化安全技术体系;在可视化管控层面,以多源异构数据融合为基础,通过数字孪生技术手段,实现了矿山多系统协同联动与多装备集群的高效调度管控。结论与展望未来的矿山数智化作业链技术体系将通过多模态感知、工艺优化、全流程智能化、数据资源化、大模型智能体和云端开采的有机融合,构建一个高度智能化、协同化、安全化的矿山生产管理生态系统,实现数据到决策的闭环智能管控。 展开更多
关键词 金属非金属矿山 矿山作业链 智能化 数字化 自动化
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大倾角极近距离煤层群重复采动巷道围岩破坏规律与控制方法 被引量:4
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作者 贾后省 张志明 +4 位作者 刘少伟 彭博 于辉 邵帅钦 王艺博 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期68-80,共13页
大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用... 大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用下巷道围岩破坏规律,设计了有利于围岩塑性破坏分布收敛的非对称屋顶断面,提出了基于巷道围岩塑性区分布规律的非均匀锚杆(索)支护设计方法。研究结果表明:大倾角极近距离煤层群重复采动影响条件下,巷道周边双向主应力差值较大且方向偏转,导致巷道围岩周边破坏呈现非均匀、局部湮灭、最大破坏深度偏转等蝶形特征,巷道内错位置和断面形状决定了巷道破坏形态和范围,内错距直接影响了其围岩塑性区分布与扩展的程度,而坚硬岩层的存在造成塑性区局部湮灭。当巷道内错距离大于17 m时,巷道周边应力趋于稳定,其围岩塑性区大小与形态无明显变化,内错位置大于该距离时,对巷道的围岩稳定性最有利。巷道断面的单边跨度尺寸决定了其所在侧的塑性破坏深度,当巷道断面为非对称屋顶断面时,围岩塑性分布收敛程度显著。巷道断面设计时,巷道最长边应位于坚硬岩层侧且尽量避开最大破坏深度方向,以便充分利用坚硬岩层塑性区湮灭特性,避免巷道围岩塑性区蝶叶过度扩展。因此,可充分利用大倾角非对称屋顶形巷道断面的几何特征,基于巷道围岩塑性区分布规律与合理锚固层位分布特征,进行非均匀锚杆(索)支护设计,有效保障锚杆(索)支护力的发挥的同时,保障巷道围岩的整体稳定。同时,在31233运输巷进行了试验,布设了巷道顶板深部位移与锚索支护力监测站,监测期间顶板变形量在100 mm以内,锚索支护力发挥稳定,围岩整体控制效果较好。 展开更多
关键词 大倾角 极近距离煤层群 重复采动 回采巷道 支护
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采动诱发断层滑移评估模型及失稳范围确定方法 被引量:2
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作者 赵洪宝 张博 +1 位作者 张驰 吉东亮 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期23-33,共11页
【目的】断层在采动影响下易活化发生滑移失稳,可能引发矿震等一系列灾害,严重威胁矿井安全,因此,需分析受采动影响的断层活化力学机制,提前确定采动与断层活化的互馈影响准确范围。【方法】以山西辛置煤矿213B工作面为工程背景,分析采... 【目的】断层在采动影响下易活化发生滑移失稳,可能引发矿震等一系列灾害,严重威胁矿井安全,因此,需分析受采动影响的断层活化力学机制,提前确定采动与断层活化的互馈影响准确范围。【方法】以山西辛置煤矿213B工作面为工程背景,分析采动影响导致断层活化的过程,建立采动影响断层围岩弹性力学模型,从应力变化角度阐明采动对断层稳定性造成影响的力学机制,构建断层滑移倾向评估模型。采用FLAC3D模拟回采进程中断层上下盘滑移倾向指标的变化趋势。依据断层滑移倾向指标与断层摩擦因数之间的关系,判定断层活化的临界值,确定断层失稳空间范围,分析断层活化后导致强矿震的危险空间范围。【结果和结论】结果表明:当采动工作面逐渐接近断层时,会导致断层滑移倾向性指标大幅上升。受采动影响,F1478断层和F1477断层均产生局部滑移错动。断层滑移倾向表现出上下盘相互错动的趋势,导致滑移指标呈现出“振动波”形式。工作面双断层数值模拟背景下,回采导致断层滑移失稳与采动的互馈影响范围,为工作面通过F1478断层后的32~200 m,断层滑移错动位置主要集中在距离煤层底板向上12 m范围内。现场微震监测数据推测断层滑移失稳区间为通过F1478断层后的30~200 m,与数值模拟结果基本一致,表明断层滑移倾向评估模型准确可靠,数值模拟分析的互馈影响区间判断合理。研究方法可为类似地质条件的工作面评估断层活化提供技术参考依据,为煤矿安全高效开采提供保障。 展开更多
关键词 断层活化 采动影响 断层滑移评估 矿震 断层失稳 煤矿地质
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暗环境适应性的基于SLAM的煤矿井下机器人定位方法 被引量:4
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作者 江松 崔智翔 +3 位作者 代碧波 饶彬舰 何润丰 王浩宇 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期349-361,共13页
在智慧矿山建设的背景下,智能化设备的应用日益成为矿山智慧化改造的主要内容,用于巡检、危险区域勘测等任务的煤矿井下智能机器人运行依赖于数字地图构建和机器人自身定位,但大多数传统的定位方法在煤矿井下出现了低效甚至失效的情况,... 在智慧矿山建设的背景下,智能化设备的应用日益成为矿山智慧化改造的主要内容,用于巡检、危险区域勘测等任务的煤矿井下智能机器人运行依赖于数字地图构建和机器人自身定位,但大多数传统的定位方法在煤矿井下出现了低效甚至失效的情况,同步定位与建图技术(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)成为了煤矿井下智能机器人定位方法的较优选择。然而,受制于激光雷达的高成本,以及相机在井下的低光照环境性能不佳,需要设计一种兼顾低成本和具有井下低光照环境适应性的SLAM定位方法,故提出了一种具有井下暗光照适应性煤矿井下机器人定位方法。首先,采集了陕西省宝鸡市凤县某煤矿井下的实景图像和SLAM所需的相机与IMU数据,根据图像制作了非匹配的暗光与正常光数据集,经过数据扩增达到3560张图像。设计了结合自注意力模块的EnlightenGAN图像增强网络,在不依赖配对数据集的情况下兼顾图像不同区域的依赖关系应对图像光照不均区域。在ORB-SLAM3框架的基础上,引入全局部图像检测对输入图像进行筛分,引入基于解析解的IMU初始化改进策略提高初始化速度,并引入了改进的图像增强网络对低光照以及光照不均的图像进行增强处理。在EuRoC数据集上的试验表明,基于图像增强的煤矿井下智能机器人定位方法能够在低光照环境下降低13.7%的ERMS和15.24%的ESD。在2个实际煤矿巷道场景中,系统能够识别低光照环境、增加SLAM系统提取的特征点数量,减少定位轨迹的漂移现象,最终改善系统在巷道低光照区域的定位效果。 展开更多
关键词 同步建图与定位 井下煤矿 煤矿机器人 图像增强
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我国矿业ESG实践进展与提升路径研究 被引量:3
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作者 张福良 孙仁斌 +3 位作者 常畅 宋崇宇 李晓宇 王春辉 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期18-25,共8页
随着ESG理念在国际资本市场的推广与应用,矿业企业的ESG实践能力已成为影响其获取国际市场准入资格与政策支持、拓展融资渠道、降低融资成本的重要因素,是推动矿业绿色转型、保障我国能源资源安全的重要环节。本文通过梳理我国矿业企业... 随着ESG理念在国际资本市场的推广与应用,矿业企业的ESG实践能力已成为影响其获取国际市场准入资格与政策支持、拓展融资渠道、降低融资成本的重要因素,是推动矿业绿色转型、保障我国能源资源安全的重要环节。本文通过梳理我国矿业企业在披露、评级和投资等环节的ESG实践现状,分析我国矿业当前面临挑战,探索提升我国矿业ESG实践能力和国际竞争力的有效路径。研究结果表明:我国矿业领域ESG实践呈现信息披露率逐年上升,披露情况与国际标准存在一定差距;国际评级机构对我国矿业企业的评级覆盖率低,评级结果整体落后;我国矿业ESG股权投资规模小,矿业ESG指数投资产品缺失的特点。在关键矿产国际竞争、国际评级指标的本土适应性、主流信息披露指引缺少行业特色、矿业领域ESG人才缺口大等方面存在一定的挑战。我国矿业行业应从以下几方面形成合力,共同助力矿业高质量发展:一是推出中国矿业企业ESG信息披露通用规则,为矿业企业提供操作方案和规则指引;二是选择部分国内优秀ESG评级机构重点扶持,增强本土ESG研究的国际影响力;三是构建中国矿业ESG指数,向资本市场推出优质矿业投资标的;四是梳理国内金融机构支持矿业绿色发展的金融工具,为矿业企业提升ESG治理水平提供融资渠道;五是整合矿业企业优秀ESG实践案例,加强社会传播;六是设置矿业ESG专业学科,为矿业企业输送人才。 展开更多
关键词 矿业ESG ESG实践 矿业上市公司 可持续发展 国际竞争力
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高级智能化煤矿建设发展思考 被引量:2
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作者 毛善君 陈华州 +10 位作者 刘海滨 景超 张弘 张鹏鹏 张磊 樊迎博 孙峰 李中州 吴叶明 贾瑞杰 李祥 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期165-180,共16页
目前煤矿智能化建设已经取得了阶段性重大应用成果,但仍处于初级或中级智能化水平,存在系统性和实用性等问题,智能化矿山建设步入深水区,高级智能化矿井建设势在必行。在分析智能化煤矿建设存在问题的基础上,结合科学采矿、工业物联网... 目前煤矿智能化建设已经取得了阶段性重大应用成果,但仍处于初级或中级智能化水平,存在系统性和实用性等问题,智能化矿山建设步入深水区,高级智能化矿井建设势在必行。在分析智能化煤矿建设存在问题的基础上,结合科学采矿、工业物联网、时空智能、大数据分析、智能制造和工业控制等技术,详细阐述了高级智能化矿井建设“六体系、六化、两模式或平台、六链流”的“6626工程”,并对高级智能化矿井建设分类、建设思路、经济与社会效益和相关关键技术进行了论述。“六体系”包括标准体系、技术体系、装备体系、管理体系、培训体系和服务体系;“六化”包括装备智能化、地测透明化、分析在线化、控制协同化、智能系统化、生产绿色化;“两模式”包括基于透明化地测保障的智能化协同管控平台及应用系统和基于精确时空信息的矿井采掘工作面少人或无人自适应截割协同管控平台及应用系统;“六链流”包括煤链流、电链流、风链流、水链流、物链流和绿色循环经济链流。高级智能化矿井建设的“6626工程”为智能化煤矿建设成功涉过深水区和可持续发展提供一种可行的路径和技术支撑。 展开更多
关键词 高级智能化矿井 “6626工程” 协同管控平台 时空智能 科学采矿
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论“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障 被引量:7
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作者 王双明 李识博 +6 位作者 孙强 侯恩科 耿济世 师庆民 王生全 周书涛 郑鑫超 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开... 受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开采和绿色开采,保障“碳达峰、碳中和”、生态文明建设和美丽中国的战略需求,成为煤炭工业高质量发展亟待破解的瓶颈。围绕煤炭开采地质条件演化和多圈层结构响应,提出了破解煤炭安全开采、环境保护和可持续发展问题的“6R”(可恢复“Recover”、可再用“Reuse”、可减损“Reduce”、可再储“Restore”、可循环“Recycle”、可再生“Renewable”)开发理念和煤矿区资源安全、绿色开采和减损地质保障的科学内涵和研究思路,主要内容包括:明晰煤炭开采地质条件的演化规律,厘清安全开采与绿色开采的关系,建立煤炭安全开采和绿色开采的协调机制,应用地质工程手段保障煤炭安全减损开采和绿色开采,形成煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控策略和开发理念;基于安全开采和绿色开采协调的“碳、水、环”约束下煤炭开采区采动影响地质结构和地质条件功能再利用理念,建立基于煤炭开采区地质结构保护与煤炭安全、绿色开采的多方位、全时空监测-预测-预警体系,剖析减损开采的地质主控因素,提出关键岩层组合关系和隔水封闭层位的动态评价和保护与修复方法,形成基于关键岩层和隔水层损害程度、宏观裂隙形态与地下水导流能力控制的减损开采理论与模式;推进“煤炭安全、绿色开发→地质条件保护、修复、利用→资源再利用和可持续发展”全周期和全链条减损保障研究,通过开采调控、岩层控制、工程防治和修复重构,形成多圈层功能服务的煤矿区地质条件保护和重构技术及理论,打造“碳、水、环”约束下地质条件再利用的煤炭开采区“碳-水-生态-能源”的储蓄库,发展人地和谐和产业可持续开发模式。“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障研究,服务于煤炭安全、绿色开采和地质环境保护、经济社会可持续发展,实现煤炭开采区地表生态和谐与地下空间功能利用,形成能源安全牵引、减碳低碳驱动、水资源和水环境保护、生态环境和谐下的煤矿区可持续发展的全链条开发减损地质保障格局。 展开更多
关键词 “碳、水、环”三重约束 多圈层响应 减损机制 煤炭开采地质保障 全链条综合开发
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智能采矿数智赋能技术内涵与应用范式 被引量:3
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作者 付翔 王开 王然风 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页
数据与智能是驱动精准化、高效化和安全化智能采矿可持续发展的核心引擎。提出了基于“数据−算法−装备−生态”四维协同架构的智能采矿数智赋能技术体系,构建了涵盖数据治理、智能决策、装备执行与人机协同的采矿全链条智能化闭环框架。... 数据与智能是驱动精准化、高效化和安全化智能采矿可持续发展的核心引擎。提出了基于“数据−算法−装备−生态”四维协同架构的智能采矿数智赋能技术体系,构建了涵盖数据治理、智能决策、装备执行与人机协同的采矿全链条智能化闭环框架。数据层通过标准化存储架构与多模态数据融合,建立全矿井数据资产平台,支撑实时数据流服务与历史数据挖掘;算法层结合工业机理模型与群智能算法,构建基于多目标优化的动态决策体系,实现采矿工序协同优化与安全权重优先控制;装备层依托智能新型煤机装备群,开发装备自适应控制与多机协同联动机制;生态层通过数字孪生、人在回路优化与专家规则嵌入,构建“人−机−智−环”共生体系,驱动系统动态迭代。基于上述框架,提出了智能采矿“数据流−智能流”双向协同机制与分层解耦逻辑,实现毫秒级装备控制、秒级算法决策与分钟级人工干预的动态响应,构建AI与人类双向赋能的新型采矿生产关系。以综采工艺为典型场景,基于“需求牵引−数据驱动−智能决策−装备执行”的闭环赋能路径,构建了综采工艺的智能采矿数智赋能应用范式,建立了“自动化工艺执行→AI策略生成→人工校验→人机协同控制”循环流程,支持人工/分工/批准/否决多模式动态切换,可实现采煤工艺自动化与AI辅助决策的深度协作,推动采矿行业从“机器替代人”向“人智增强机”范式转型。 展开更多
关键词 智能采矿 数智赋能技术 煤矿人工智能 AI决策 人机协同
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黄河中游陕北煤矿区采动地裂缝对土壤入渗特性的影响及其侵蚀效应 被引量:3
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作者 宋世杰 成星 +4 位作者 王双明 刘露 李源红 张家杰 陈宝灯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1234-1248,共15页
破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以... 破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以浅)为研究对象,利用定水头法和仪器分析法分别测定土壤入渗速率、累积渗透量、饱和导水率(K_(s))、有机质、机械组成、>0.25 mm水稳性团聚体含量,揭示了采动地裂缝对土壤入渗特性的影响规律,基于RUSLE2模型计算阐明了考虑入渗特性的采动地裂缝小空间尺度上的土壤侵蚀效应。结果表明:①采动地裂缝周围土壤的入渗速率随时间变化而呈现出瞬变(0~3 min)、渐变(3~60 min)及稳定(60~110 min)3个阶段的动态变化过程;②采动地裂缝发育提高土壤K_(s)的效应最显著,平均增幅为60.63%,该效应随采动地裂缝宽度的增大和距裂缝水平距离的减小而增强;③土壤累积入渗量和K_(s)与极细砂粒呈极显著正相关(p<0.01),而与黏粒、有机质则呈极显著负相关(p<0.01),与>0.25 mm水稳性团聚体也呈显著负相关(p<0.05);④考虑入渗特性计算的可蚀性K值变化幅度比不考虑时增大了1.12~2.13倍;基于指数函数构建了不同宽度采动地裂缝影响周围土壤入渗速率和可蚀性K值作用范围的预测模型,发现当距采动地裂缝水平距离分别超过226、157 cm时,采动地裂缝增大周围土壤入渗速率及可蚀性的效应基本消失,其可作为黄河中游陕北黄土采动地裂缝发育区水土流失效应的精准防控靶区。 展开更多
关键词 采动地裂缝 土壤入渗特性 土壤侵蚀效应 RUSLE2模型 陕北煤矿区
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半干旱矿区植物根系对采动应力响应数值模拟 被引量:1
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作者 刘英 裴为豪 +6 位作者 郭勇 陈孝杨 雷少刚 潘东江 宫传刚 陶慧玲 陈航 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1717-1731,共15页
根系损伤是半干旱井工开采煤矿区植物损伤的关键生态问题,采动岩层破断运动诱发的根土层应力变化对植物根系的损伤机理及影响因素仍需深入探究。依据准黏聚力理论和锚固理论构建基于FLAC^(3D)的植物主根应力损伤数值模型,通过控制变量,... 根系损伤是半干旱井工开采煤矿区植物损伤的关键生态问题,采动岩层破断运动诱发的根土层应力变化对植物根系的损伤机理及影响因素仍需深入探究。依据准黏聚力理论和锚固理论构建基于FLAC^(3D)的植物主根应力损伤数值模型,通过控制变量,分别模拟不同开采条件、不同根土层力学性质和不同根系密度和直径下植物根土复合单元与根系的宏观力学扰动特征,构建植物根系应力对不同开采深度、推进速度、煤层埋深、煤层厚度的状态响应函数。结果得到:开采基岩破断产生的顶板应力会传递到根土层,根土层塑性区破坏范围随工作面不断推进递增,扰动区根系上下部受到的最大剪应力增加,根系上下部所受应力的非一致性是诱发采空区边界附近根系损伤的重要原因。控制单一变量的情况下,扰动区根系受到的最大剪应力随着采厚的增加递增,随采深的增加递减,但采速的变化仅影响覆岩应力传递到根土层的时间,对根土层塑性区破坏范围基本无影响;随内摩擦角和黏聚力增加,土体的抗剪性能越强,根土层发生剪切破坏的区域递减,利于植物根系保护;随根径的增大,根系单位面积上的应力递减,而根系密度的变化对根系应力及根土层塑性区破坏程度影响较小。根系上下部应力差与采厚、采深、采速之间的响应函数类型均为连续渐变函数,与推进距离之间的响应函数为阶跃变化函数。植被保护或源头减损时须调控开采沉陷位态,或采用充填、部分充填等静态开采技术,尽可能降低开采扰动对植物根系的应力损伤。研究结果可丰富半干旱矿区煤炭井工开采诱发植物损伤机理。 展开更多
关键词 半干旱矿区 采动应力 植被退化 力学机制 根系扰动
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地表动态沉陷对废弃露天矿坑建设抽水蓄能电站的影响评价 被引量:2
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作者 李杨 雷兴海 +9 位作者 王楠 任玉琦 金向阳 王可 蒋逵超 葛鹏 夏雪 李铁峥 石孝明 王玉亮 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期56-69,共14页
地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knoth... 地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knothe时间函数的地表动态沉陷预测模型;对海州露天矿区岩土体蠕变参数进行反演和敏感性分析,研究了露井联合开采不同时期地表沉陷规律;分析了2020—2120年抽水蓄能电站所在剖面沉陷灾害分布,最后对抽水蓄能电站建设和运营期间的稳定性进行了评价。研究结果表明:地表沉陷受煤层倾角、煤层埋深、开采厚度、边坡角度和采空区空间分布等因素影响,最大沉陷值、影响范围和持续时间均大于单一的井工开采方式;综合考虑井工和露天开采相互影响的修正Knothe时间函数模型能更准确地预测地表动态沉陷;基于CVISC蠕变模型建立的露井联合开采三维数值计算模型,具有较好的适用性和准确性;上水库和抽水管路距影响区域的最小距离分别为254.9、15.1 m,半地面厂房位于采空区的影响范围内;注浆充填治理采空区能有效控制地表动态沉陷(平均减小85%沉陷值),废弃海州露天矿坑建设抽水蓄能电站具有可行性。研究成果对于废弃露天矿区的地表动态沉陷可持续预测、地质灾害防治和剩余资源开发具有重要意义。 展开更多
关键词 露井联合开采 废弃露天矿坑 抽水蓄能电站 地表动态沉陷 稳定性评价
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煤矿覆岩矿震关键层及其破断释能机制 被引量:2
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作者 窦林名 曹晋荣 +5 位作者 曹安业 蔡武 巩思园 鞠明和 周坤友 阚吉亮 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期180-192,共13页
覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震... 覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震之间的关系。提出了覆岩矿震关键层概念,总结了覆岩矿震关键层特征及其与关键层之间的区别联系,給出了覆岩矿震关键层判识方法。通过分析覆岩矿震关键层破断过程中的裂隙发育和能量演化规律,揭示了覆岩矿震关键层破断释能机制。结果表明:①煤矿震动事件包括微型震动、高能震动和矿震,煤矿矿震可划分为覆岩型、断层型、煤柱型、底板型、褶曲型和复合型;②覆岩矿震关键层是指顶板中一层或数层对覆岩型矿震的发生和分布具有控制作用的关键岩层(组),根据空间赋存位置,可将其分为高位和低位2种类型;③考虑厚硬岩层破断条件和能量条件,提出了覆岩矿震关键层判别方法,案例分析表明该方法具有一定的正确性和适用性;④除采空区两侧的裂隙带外,覆岩矿震关键层与低位顶板之间出现水平剪切裂隙,层间节理应变能和剪切耗散能集中,岩层间发生剪切–错动。此外,覆岩矿震关键层内部还出现了水平向的层内裂隙,层内存在节理应变能和剪切耗散能聚集区,覆岩矿震关键层具有分层破坏特征;⑤当岩体所承受的实际最大应力超过岩层或结构接触面强度极限时,覆岩矿震关键层出现破断或结构失稳,形成覆岩型矿震,该过程中部分弹性应变能和重力势能转化为矿震能量以及各类耗散能等。研究结果可为覆岩型矿震防控提供理论指导。 展开更多
关键词 覆岩型矿震 矿震关键层 裂隙演化 释能机制 离散元模拟
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