随着全球核能需求的增长,对铀资源分布质量的科学评估以及对铀储量的精确测量工作变得尤为重要。铀裂变瞬发中子测井技术作为重要的铀矿测井勘查手段,具有定量结果不受放射性平衡影响的优势,但其测量准确度受到中子源脉冲宽度与产额的影响。基于伴随α中子管的铀矿测井仪,可通过搭载在中子管上的伴随α探测器,对出射中子的伴随α粒子进行时间和空间上的统计,进而剔除源中子干扰,提升测井准确度。在模拟过程中,为了获取测井过程中的中子出射信息,以及伴随α探测器和超热中子探测器的响应时序信号,提高时序模拟效率,提出了一种结合蒙特卡洛模拟软件与MATLAB软件的响应时序模拟方法。通过合理设置预延迟时间和符合门宽,建立了地层铀质量分数为0~1.00%时,符合计数率与地层铀质量分数的关系曲线。对验证样的计算结果表明,地层铀质量分数的计算值与实际值之间的偏差值优于0.1%;当地层铀质量分数高于0.5%,相对偏差优于10%,该方法整体满足勘查需求,具有较强的铀矿测井应用价值。

机器学习算法可从大量地质数据中自动学习和提取特征,进而实现对岩性的快速准确识别。以内蒙古某砂岩型铀矿区为研究对象,将数口井的测井数据随机划分为训练集和验证集,通过调整模型结构和优化超参数进行训练,利用BC1401、BC2802、BC4603和BC7206等4口井进行测试,实现对随机森林、XGBoost、K值邻近算法、BP网络和SMOTE-LSTM算法等模型应用效果的对比。分析结果显示,SMOTE-LSTM模型应用的稳定性和准确度最优,准确率为84.6%。

为了明确水平井工艺对地浸采铀的溶浸效果,采用数值模拟方法,研究了不同参数对“水平井注-直井抽”与常规“直井抽注”的影响规律。结果表明,与“直井抽注”相比,水平井长度与溶浸范围成正比,“水平井注-直井抽”垂向溶浸范围小,平面上波及率高,溶浸死角小,且浸出液有效利用率高,在处理薄层铀矿上具有显著优势;水平渗透率与垂向渗透率之比对“直井抽注”溶浸影响较大,在垂向渗透率较低的情况下,“水平井注-直井抽”的矿段溶浸效果优于“直井抽注”的矿段溶浸效果;抽注液量与溶浸范围正相关,随着抽注液量的增大,“水平井注-直井抽”与“直井抽注”的溶浸死角均减少,抽注液量增大对“水平井注-直井抽”的溶浸效果影响较大,当流量达到210 m³/d时,“水平井注-直井抽”的矿层溶浸范围高于概化直井的矿层溶浸范围。

在原地浸出采铀工艺中,铀的迁移过程受地下水流动和溶质扩散的共同作用,可通过对流-弥散方程进行描述。建立原地浸出采铀工艺中铀浓度随时间和空间变化的模型,对准确预测地下水中铀的迁移过程至关重要。传统数值方法(如有限差分法)在处理高维复杂问题时,计算量大且易产生误差。本研究探索了物理信息神经网络在对流-弥散方程求解中的适用性与精确性,对一维对流-弥散方程进行了数值模拟,并将物理信息神经网络解与数值解、解析解进行了对比。结果表明,在长期模拟中物理信息神经网络解比数值解更贴近解析解,具有较高的精度,并具备一定的外推能力。另外,在引入随机失活处理后,物理信息神经网络模型的泛化能力和收敛速度显著提升,验证了物理信息神经网络在复杂物理问题中的应用潜力。

某铀矿山随着开采深度的不断增加,矿体厚度变薄,倾斜角度变大。以某铀矿山急倾斜薄矿脉为研究对象,通过AHP-TOPSIS优选方法对比分析了不同采矿方法,提出了适用于该矿山的薄矿脉高分段深孔连续高效协同采矿法。基于此采矿法,利用FLAC3D数值分析手段,分析了几种不同采场结构参数的方案及其开采过程中的应力场、位移场和塑性区分布特征,获得了最优采场结构参数。研究结果表明:方案1~方案4中顶柱与间柱未出现拉应力,方案5与方案6出现少量拉应力;方案1~方案6的塑性区占比为22.52%~27.98%,在方案3下采场表现出较优的稳定性。综合安全性和经济性,确定最优采场结构参数为顶柱高度5 m、间柱宽度8 m(方案3)。

渗透系数的准确性对地浸砂岩型铀矿床的研究和开发具有重要意义。以砂岩型铀矿床地浸采铀技术为研究对象,基于国内外对矿床水文地质井成井工艺和渗透系数计算方法的研究现状,分析了水文地质井成井质量对渗透系数计算的影响,采用VB可视化编程软件降低了计算和曲线绘制时的人为误差,使矿床渗透系数的获取更简洁、高效、准确。

“CO₂+O₂”浸出过程是人工强化下的水岩作用过程,非铀矿物的溶蚀物会进入浸出液体系,导致浸出液矿物溶解沉淀状态发生改变。运用地球化学模拟手段对“CO₂+O₂”浸出过程浸出液中的离子存在形式及矿物溶浸平衡进行模拟计算,进而研究地浸开采过程中矿物溶解迁移和沉淀状况。针对目标矿床地下水还原性强、碳酸盐含量高的特征,研究了含锰矿物沉淀产生的条件及影响因素。结果表明:在中性浸出条件下,研究矿区浸出液中U主要以UO₂(CO₃${)}_{3}^{4-}$形式存在,UO₂(CO₃${)}_{2}^{2-}$次之,二者的占比主要受pH影响;浸出液中碳酸盐矿物饱和指数均大于零,处于过饱和状态,pH是控制碳酸盐矿物沉淀的主要因素,发生碳酸钙类矿物沉淀的临界pH为6.7,发生碳酸钙镁类矿物沉淀的临界pH为6.5;浸出液中硫酸盐矿物饱和指数均小于零,不会有硫酸钙沉淀析出,硫酸钙类矿物沉淀主要受钙离子和硫酸根含量的控制。在中性浸出条件下,易产生铁矿物沉淀,且受pH影响较大;同时,浸出液中会有含锰矿物析出,氧化还原条件是影响其溶解沉淀的重要因素;浸出液中大部分含硅矿物处于过饱和状态,其溶解沉淀受pH影响较大。研究结果对地浸开采中预防沉淀物质的产生具有重要意义。

新疆某砂岩型铀矿床地质提交资源为详查阶段,勘探网度为200 m×200 m,勘探程度较低,且矿层厚度薄,铀品位低。另外,该矿床存在含矿含水层渗透性差(渗透系数仅为0.045 m/d)、承压水头高等复杂水文地质条件,在该矿床区域还未开展任何浸出试验工作。为研究该矿床的铀资源浸出情况,通过采取中性浸出试验及提高下注压力浸出工艺方法,开展了现场浸出试验研究,获得单孔平均抽液量1.7 m³/h、浸出液平均铀质量浓度40.37 mg/L、单孔最高铀质量浓度390.22 mg/L、年浸采率13.39%的效果。研究结果为该矿床铀资源开发提供了技术支撑。

为在工业生产中提升白钨精矿的回收率,探究了十二烷基苯磺酸钠在白钨矿表面的吸附特性,采用水浴振荡方法对吸附量、吸附动力学及吸附热力学进行研究,利用动力及热力学方程模型探究pH、药剂浓度、温度对吸附特性的影响。结果表明:在pH=10时,十二烷基苯磺酸钠在白钨矿表面的吸附量最大;在pH=7时,吸附速率最快,吸附过程符合伪二级动力学方程。在一定范围内,十二烷基苯磺酸钠在白钨矿表面的吸附量与药剂浓度及温度呈正相关,吸附过程符合Freundlich方程,是非均相多分子层吸热反应。

用微波等离子体技术分解¹³CF₄时,存在操作流程复杂、分解条件苛刻、反应管易腐蚀等问题。为解决这些问题,进行了热催化分解¹³CF₄制备¹³CO₂试验。采用固态脱氟剂γ型纳米级氧化铝,在无水、高温条件下,通过¹³CF₄与固态脱氟剂之间的气-固相反应,将¹³CF₄分解转化为¹³CO₂,同时将脱氟剂中的金属氧化物转化为金属氟化物。研究表明,在添加气为O₂的条件下,当反应气流速为120 mL/min、催化剂装填量大于60 g、原料混合气中O₂含量大于50%、高温反应炉程序升温至900℃时,γ型Al₂O₃催化剂对¹³CF₄气体的转化率达90%,具有良好的催化分解性能,可实现连续催化和分解。该催化分解过程工艺简单、操作方便、碳收率高,可用于工业化生产。

在铀转化车间二氧化铀氢氟化过程中,二氧化铀原料桶的开盖与投料均需人工操作;为了降低操作人员受辐射风险,设计二氧化铀原料桶手轮盖开盖机器人控制系统。该系统采用STM32F407IG系列为主控芯片,利用USB通信模块与机械臂伺服电机通信进行机械臂的运动控制;提出并采用基于关键点检测和机器人逆运动学相结合的机械臂定位方法,实现机器人对二氧化铀原料桶手轮盖的准确定位和柔顺开关;同时设计了上位机监测与控制界面。实验表明,机器人能够较好地完成对手轮的识别和定位,机械爪手能顺利插入手轮的轮辐并按要求进行旋转。

湖山铀矿矿床赋存条件复杂,且在生产爆破环节存在矿块爆破移位问题,矿废混合严重,同时缺少对爆破后装车矿石品位的计量手段。为检测装车后矿石品位,快速识别矿石和废石,进而控制和计量贫化损失,设计并研发了放射性卡车扫描站。通过红外对射确定进出的精确时间点,通过射频识别技术确定卡车身份,实现卡车扫描站的动态扫描;通过3组伽马能谱探测器,降低因矿石装载形态不规整与卡车行驶路线偏移而产生的误差;通过现场数据采集系统、服务器数据管理系统和客户端数据管理系统,实现多台(套)扫描站的综合管理;通过把卡车扫描站接入调度系统,指导矿车在储矿堆上的卸载。为了评估卡车扫描站对铀矿山生产的影响,分别使用铲装边界模型数据和卡车扫描站数据,与基准品位控制模型数据进行对比,2种场景下的损失率和贫化率由铲装边界模型数据的8.14%和12.62%,降低到卡车扫描站数据的-3.36%和4.85%。对某2个月的生产数据进行分析发现,通过扫描站有效区分不同含量的矿石,并进行矿废分离,矿石运输量降低了8.4%,金属回收量提高了4.7%,储矿堆平均品位提升了19.8%。以上结果显示,卡车扫描站的引入对湖山铀矿的生产工作产生了重大且积极的影响。

在⁷⁶Ge同位素生产工艺中,电动调节阀是通过DCS(Distributed Control System)的PID模块来控制,从而实现级联管线内部压力的自动调节;但当工艺系统出现较大压力波动时,现有的电动调节阀控制方法,无法达到最优的控制效果,导致被控工艺压力超出运行安全限值,对工艺系统的安全稳定运行产生了严重不良影响。本研究针对目前电动调节阀在压力异常情况下控制性能较弱问题,提出了对电动调节阀的DCS控制组态程序进行优化的控制方案。实际运行表明,优化后的控制程序避免了异常情况下工艺压力出现较大波动的现象,有力地保障了⁷⁶Ge同位素生产线的安全平稳运行。

在燃料棒电子束焊接过程中,易出现成品率异常情况,其中表面划伤和直线度超差是燃料棒成品率异常的主要缺陷。通过分析,明确了焊接挡板孔径过大、顶头焊接使用次数过多和顶头无轴承设计等因素是造成燃料棒成品率异常的直接原因;通过缩小挡板孔径、确定顶头焊接合理使用次数、设计轴承等措施,及时控制缺陷,提高成品率,进一步降低了制造成本,研究结果为燃料棒制造工艺改进奠定了基础。

针对某露天矿山安全管理中存在的问题,采用Python编程语言及PyCharm编辑器,建立安全检查基础数据库和大数据分析模型,分析安全问题。基于安全检查历史数据库、新增安全检查问题等数据,构建时间、空间、致因、问题类别等多维度评价体系,探求本质安全和安全检查发现问题的规律及发展趋势,并采取针对性的解决措施。数据库和分析模型的建立还可辅助开展安全检查问题综合性评价,直观展示问题产生的时间、场所、原因、类别等重要信息,为及时发现重复性问题隐患提供客观数据支撑,避免重复性问题隐患风险长期存在,有效降低安全风险。安全大数据模型现阶段主要应用于安全检查工作,在安全管理制度体系建设、“双控”体系运行、安全教育培训、事故预测警示等领域的应用仍有探索空间。

德兴铜矿将矿山生产过程的组织管理与现代化矿业技术手段相结合,通过DIMINE三维矿业软件已完成对部分矿区的资源数字化建模及更新,但矿山现有CAD地测系统存在的数据孤岛、数据融合及DIMINE三维矿业软件早期无数据库版本等问题仍制约着矿山的智能化进程。为了推动矿山智能化,提高开采工艺的效率及经济性,对矿山智能化建设中的地质、测量、采矿等基础环节进行了研究,对原系统功能进行了分析、研究和优化,在DIMINE软件系统基础上进行了定制开发,实现了德兴铜矿现有地测平台功能与数据的全覆盖,保证了历史成果,满足了地测业务相关工作要求。

沽源460伴生铀钼资源属于非晶质胶硫钼矿,具有矿性复杂、选冶难度大、工艺流程长等特点,经过二十余年的试验研究和生产实践,形成了“氧压酸浸—改性过滤—萃取分离—工艺水循环”工艺开发技术体系。综述了沽源460铀钼矿的技术创新历程,分别从铀钼矿高效浸出、矿浆固液分离、铀钼分离纯化、产品制备、工艺水循环利用、关键设备和材料工程应用等方面进行了技术创新与实践,建成了年处理20万吨铀钼原矿的氧压浸出示范矿山,大幅提升了中国复杂伴生铀钼资源开发的科技水平。该矿山是矿产领域新质生产力的典型体现。

铀是核电发展的重要原料,在铀矿资源开采、加工等过程中均有放射性废水产生,放射性废水的治理问题备受关注。从物理法、化学法及生物法等方面,介绍了铀矿山放射性废水治理技术的研究进展,探讨了各种方法治理放射性废水过程中去除放射性核素的氧化还原、吸附、配合沉淀等相互作用机制、发展状况及其优势和局限性,并对铀矿采冶放射性废水治理技术的应用提出合理化建议和展望。