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【院慶65周年礦山院故事集】技術革新無極限,創新腳步不停歇(記采礦工程中心)
全球首座750萬t/a全尾砂膠結充填地下礦山建設之路
時間:2021年08月23日 瀏覽:
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  近年來,我國金屬礦山大型化、規?;乃俣乳_始加快,尤其是國家“十二五”期間,一批大型地下礦山的建設逐步開始實施。目前國外的大部分地下礦山都采用強化開采和規?;洜I的模式,對于低品位資源而言,規?;_采更是成為礦山生存和持續發展的必然選擇。我院采礦工程中心瞄準行業發展的這一趨勢,從2011年開始,以安徽開發礦業李樓—吳集750萬t/a礦山工程建設為依托,積極推進大型礦山規?;涮铋_采關鍵工藝技術,通過不懈努力,最終成功解決了大型礦山開采效率低、安全保障程度低、工藝技術水平落后和生產成本高等瓶頸問題。

  

  安徽開發礦業李樓—吳集鐵礦隸屬五礦邯邢礦業有限公司,采選設計規模750萬t/a, 由于750萬t/a地下充填開采為目前世界上規模最大的全尾砂充填開采礦山,國內尚無相關的技術可借鑒,要建設成示范礦山將面臨眾多需要攻克的難題,主要技術難點和問題有以下幾方面:難點一、李樓—吳集鐵礦主要礦物為鏡鐵礦和磁鐵礦,礦體品位低,平均含鐵品位為31~34%,其中低品位(TFe20~25%)礦石資源儲量比例約占資源總量的1/3。礦區地表為村莊、民宅、農田以及公路,礦體上方有流砂層和第四系富含水層。礦床開采需要對地表進行嚴格保護,不允許塌陷和移動。同時不能破壞礦體頂板,以防破碎風化帶裂隙水滲水補給,造成淹井事故。為此,必須開發低成本、高效率、高質量的采礦與充填工藝,礦山才能在保證安全開采的同時,獲得較好的經濟效益。難點二、目前國內礦山中段高度40~60m,個別礦山達到120m,礦塊長30~60m,寬10~30m,還需留足夠的底柱、間柱和頂柱,礦柱礦量占礦塊礦量的20~50%。礦山在生產過程中,同時采準或回采的采場多,戰線長,礦塊效率低,成本高,三柱礦量大,資源回收率低。難點三、國內外大型礦山主要采用崩落法開采,選擇空場采礦法開采或空場嗣后充填采礦法開采的大型礦山大部分采用VCR法或VCR法切槽的深孔側向崩礦采礦法,一次崩礦量小,工序復雜,爆破振動大,效率低。要達到礦山750萬t/a的生產規模,傳統的爆破方式難以滿足李樓—吳集鐵礦山生產能力、回收率、回采成本及爆破震動破壞等技術要求。難點四、大規模地下開采及高效采礦方法的采用對充填提出了更高的要求。安徽開發礦業有限公司達到750萬噸/年的生產規模,年充填體積將達223萬m3,若采用常規流量(80-100m3/h)充填系統,則根據礦床賦存條件,整個礦區將設置10套以上的充填系統,從而導致投資增大、作業效率降低、成本增加,并最終影響企業的經濟效益。為此必須研究采用大流量充填系統,使其單套系統制備輸送能力達到180~200m3/h。

  

  面對這一系列的技術難題,我院采礦工程中心項目組科研人員攻堅克難、不懈努力,通過四年的試驗研究和現場生產實踐,最終攻克了特大型地下礦山規?;涮畈傻V多項關鍵技術,礦山2016年采礦規模達到770萬噸,實現了安全高效開采。項目研究形成了全尾砂膠結充填規?;_采技術系統,建成了國內外第一座750萬t/a全尾砂膠結充填地下礦山,為大型礦床實現安全高效開采提供技術支撐,同時為今后國內1000萬噸級特大型地下礦山的開發提供示范和借鑒。

  這一課題的成功攻克,取得了許多的技術創新和成果:成果一、開發了大結構高效全尾砂充填采礦法,階段高100m、分段高25m、寬20m、不留階段頂底柱,采用全盤無軌機械化作業和全尾砂膠結充填,實現了集中強化采礦和規?;a。成果二、開發了大規模中深孔多維度精細爆破技術,按中段片區、分段爆區、爆破功能單元和微差控制,實行時空多維度精細爆破大量落礦,實現了爆破效果和爆破有害效應的雙重控制。成果三、建立了巖體蠕變模型,確定了采場和充填體的合理暴露時間。研究揭示了大結構采場周邊應力、采場幫壁單向應力和拉應力、充填體垂直方向應力的分布規律,奠定了大結構采場充填采礦的理論基礎。

  2016年11月9日,項目完成的《特大型地下礦山規?;涮畈傻V技術研究及應用》、《200m³/h大流量充填系統及生產應用研究》兩項技術成果順利通過了由中國有色金屬工業協會組織的以蔡美峰院士為組長的科技成果評價。專家組一致認為項目技術難度大,創新程度高,研究成果填補了國內外金屬礦山大結構全尾砂充填采礦空白,對類似礦山具有很好的示范作用,推動了金屬礦產資源開采技術進步。項目整體技術處于國際領先水平。750萬t/a全尾砂膠結充填規?;_采技術系統的形成,標志著我院在規?;涮畈傻V技術領域又邁上了一個新的臺階,并在國內外金屬采礦行業內樹立了新的標桿。

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