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研究方向

方向一:地下采矿理论与工艺

 

  辽宁科技大学矿业工程学院,以张国建教授为学术带头人的学术团队,从上世纪80年代起就开始本方向的研究,多年的科研实践,形成了“采矿工程优化与数值模拟” 、“崩落采矿法采矿工艺优化研究”等研究方向,提出了站在系统进化和整体优化的高度,从先进技术和科学管理两个方面采取有效措施,运用最小耗能原理、松散介质动力学、爆破理论、放矿理论等,把回采系统作为一个有机整体进行系统研究、整体优化,综合研究回采系统各环节以及它们之间的相互关系,找出其内在的规律性,使系统达到整体最优的效果,降低矿石损失率和贫化率,提高矿山经济效益。

  该方向现正承担和已完成国家、省、部等科研课题十余项,其中主持国家自然科学基金“无底柱分段崩落法崩落体形成机理与控制(基金号51174110)”和原冶金部基金项目“无底柱分段崩落法崩落矿石形态和效果的研究”等研究课题9项。主持的“无底柱分段崩落法崩落体研究与应用”等7个项目已通过省部级技术鉴定,研究处于国际领先水平,获省、市科技进步奖7项,目前正承担有“十二五”国家科技支撑计划项目“金属矿床高效地下开采关键技术研究及示范”中“地下矿山新型崩落采矿技术与应用(项目编号:2013BAB02B08)” 子课题的研究。获辽宁省科学技术奖二等奖1项;冶金科学技术奖一等奖1项;获批国家专利8项,出版学术专著1部,发表学术论文40余篇。培养了硕士研究生18人、博士研究生5人。

 

方向二:露天采矿理论与爆破技术

 

  1、矿岩动力学特性与矿山爆破参数优化研究

  爆破预测模型与智能设计系统,综合应用爆破基础理论与计算机模拟技术,研究矿岩动力学特性,建立岩石爆破破坏模型与效果预测模型,探讨爆破效果的智能分析和系统经济评价,通过建立工程数据库,积累对岩体等爆破对象不确定因素的认识,利用人工智能技术开发爆破设计专家系统。以矿石爆破破碎能耗为核心,以系统工艺成本最低为目标的大系统优化的指导思想,建立矿山工艺过程研究的理论分析、计算机模拟、实验室试验和工业试验的系统分析方法,优化矿山爆破参数,精细控制矿山爆破,成功应用于以鞍钢为代表的矿山采选工艺系统的改造中。

  2、大孔径聚能爆破技术研究

  系统研究了聚能装药药型罩的形态、装药射流机理及影响射流效应的主要因素,建立特定岩性和炸药条件下聚能破岩效应与裂隙扩展关系模型,研究聚能破岩的炮孔工作参数,探讨不同孔径条件下双线性聚能药柱的最优断面形式及结构参数,为炸药能量的高效利用及复杂条件下的预裂爆破开辟了一条的途径。

  矿山爆破是我校多年来加强建设的强势学科方向,完成了多项省部级和企业委托的课题,发表论文50余篇,获中国工程爆破协会科学技术奖二等奖一项,辽宁省科学技术奖一等奖1项,冶金科学技术奖三等奖1项,获批辽宁省自然科学基金项目2项,十三五国家重点研发计划项目子课题1项。

 

方向三:矿山岩体控制

 

  1、 露天矿高陡边坡稳定性研究

  基于损伤力学原理与三维节理网络模拟技术提出了节理岩体损伤张量的分析技术,得出了损伤张量的概化模型;结合FLAC-3D数值模拟技术与损伤断裂力学理论,解决了符合露天矿山边坡形成特点的岩体渐近损伤规律的分析方法,并系统分析了鞍钢眼前山铁矿边坡随采场逐渐下延的稳定性动态变化规律,确定了采场边坡在矿山服务年限内的稳定状态与可靠程度,研究结果的应用对矿山安全生产实践具有很好的指导意义。

  2、岩体边坡加固治理技术研究

  露天矿边坡工程问题与矿山企业效益密切相关,尽可能加陡露天矿固定帮边坡角,最大限度减小剥岩量或增加采出矿石量,以获取巨大的经济效益,但却以增大边坡的滑坡风险为代价,鞍钢矿山的数十次滑体加固治理有效的控制了边坡安全状态,为企业创造了较大的经济效益。

  3、 金属矿山露天采场边坡微震监测及失稳机理研究

  本学科方向具有爆破振动记录仪,24通道的加速度传感器、Paladin(v.2)-24位地震记录仪、PMTS-Paladin主控时间服务器等实验设备,有多名从事岩石力学和自动控制的博士,如果此中心能够获批,以鞍钢集团大孤山露天矿为研究现场,将深入开展高陡岩质边坡微震活动规律及其失稳机理的基础研究,这对于我国未来的边坡、特别是金属矿山露天采场边坡的治理技术发展、防治和控制高岩质边坡失稳诱发的重大工程地质灾害,具有重要的理论意义和工程应用价值。

  4、尾矿坝自动化安全监测及预警系统研究

  我校是辽宁省安全生产监督管理局指定的尾矿库自动化安全监测技术支撑单位(详见辽宁省安全生产监督管理局文件,辽安监管一[2010]164号),先后为鞍钢集团的齐大山尾矿库和弓长岭参将峪尾矿库、大孤山尾矿库安装了尾矿库自动化安全监测系统,实现了对影响尾矿库安全的各个因素(坝体浸润线、坝体位移、干滩长度、库区水位)的自动化实时监测。同时开发了基于摄影测量和模式识别技术的尾矿库干滩测量系统。

  5、基于激光和视频技术的矿用卡车倒车预警系统

  由于露天矿卡车倒车引发的坠崖事故日益突出,引起了矿山企业的重视。矿山卡车的倒车预警系统有别于普通轿车的倒车预警系统,我们矿业工程学院的老师从露天矿重型卡车体积庞大、倒装场现场环境复杂的实际情况出发,开发了一套基于激光和视频技术的矿用卡车倒车预警系统。通过在鞍钢集团东鞍山铁矿重型卡车上的实际应用表明,该系统运行稳定,倒车预警效果良好,可以有效避免因倒车引发的坠崖事故的发生。

  本方向完成了多项省部级和企业委托的课题,发表论文40余篇,获中国钢铁协会冶金科学技术一等奖1项。

 

方向四:矿产资源的高效加工与利用

 

  1、新型磁选设备与工艺

  以新型磁选设备的研发、工艺优化及推广应用作为主要研究内容。

  辽宁科技大学研制成功的国内首创的高效磁选设备——磁选柱系列,近10多年来,已经成功大规模应用于国内大中型选厂,如本钢歪头山铁矿、南芬选矿厂、鞍钢弓长岭选矿厂、包钢选矿厂、吉林板石铁矿选矿厂、桓仁铜锌矿业公司选矿厂、江西新余良山铁矿等十几家磁选厂。以磁选柱设备为核心的“提铁降硅”新工艺应用取得了领先的技术指标,为我国铁精矿质量达到国际先进水平做出了重大贡献,创造了巨大的经济效益。该成果获辽宁省政府科学技术进步奖及科技成果转化奖二项,拥有国家专利6项。

  该研究方向最近研发的磁选环柱继承了磁选柱精选的优点,同时拓宽了应用领域,应用前景广阔。

  另外,菱镁矿及其它非金属矿选别提纯时,也需去除铁杂质,除铁磁选设备研发及应用也具有重要意义。

  2、菱镁矿、有色金属选矿工艺及药剂研究

  以菱镁矿、有色多金属及有色金属共伴生矿等为研究对象,对其进行浮选理论、浮选工艺、浮选药剂研发与应用的系统研究。

  自主研发新型高效铁矿反浮选、菱镁矿反浮选、正浮选捕收剂及调整剂系列药剂。“鞍山贫赤铁矿选矿新工艺、新药剂、新设备研究及工艺应用” 获国家科技进步二等奖;“新型捕收剂KD-Ⅰ及其在菱镁矿反浮选脱硅中的应用” 获辽宁省科学技术进步奖二等奖,从2009年至今,连续4年与海城镁矿耐火材料总厂签订菱镁矿选矿技术服务合同及浮选药剂供货合同,销售额120万/年;后英集团特种镁砂项目总投资18亿元,其中菱镁矿选矿厂工程预算投资4亿元,我校承包除设计和施工外的全部技术工作,包括:工艺流程研发、生产技术参数确定、生产试车调试、工人培训及生产过程技术服务,以钥匙工程的方式交付甲方,并为甲方长期提供浮选药剂。以同样方式我们还承包了辽宁新发展耐火材料有限公司肃北菱镁矿选矿厂,生产超纯精矿(MgO含量>99%)40万吨/年,替代高纯度进口镁砂。

  此研究方向获冶金工业部科学技术进步一等奖一项,中国有色金属工业科学技术二等奖一项,辽宁省科技进步二等奖一项,鉴定为国际领先水平。获得国家发明专利二项,申请专利二项。

  3、铁矿低温选矿工艺研究

  辽宁科技大学利用化工和选矿的学科交叉,在浮选药剂的合成与应用方面进行了5年的探索,目前已在国际杂志发表论文10篇,发明专利1项。2011-2012与鞍钢联合进行的赤铁矿低温反浮选项目完成鉴定,2013年开始在鞍千矿业进行大工业试验。研究团队实现的技术突破有:

  解决了低温浮选问题,浮选矿浆21-24 ℃,药剂由70 ℃保存降低到室温;

  捕收剂用量降低到440 g/T给矿,药剂价格因使用工业废渣和地沟油,每吨也会大幅度降低;

  在精矿品位不降低的条件下,收率提高1.3%左右。

  4、新型矿用药剂与超细颗粒分选(2017年成立的长江学者团队)

  围绕新型矿用药剂、矿物界面化学、超细颗粒分选理论与技术、纳米微泡浮选机理及应用等领域开展研究,解决了细颗粒和超细颗粒高效分选世界性难题。在国际上首先提出的纳米微泡浮选与旋转摩擦静电干法分离技术和理论,对复杂难选超细颗粒矿物回收取得突破性进展。研发了新型阴离子反浮选捕收剂,实现了铁矿的常温浮选。利用水溶性有机高分子协同效应,使我国的球团工艺膨润土添加量大幅降低到8.6 kg/t,促进了我国球团技术的发展与提高。

  研究课题:(1)浮选表面化学理论与应用;(2)硫化矿物电化学;(3)超细颗粒分选;(4)新型浮选技术及装备研究与开发;(5)纳米气泡浮选;(6)矿用药剂的开发与应用;(7)新型磁电选矿技术;(8)尾矿综合利用及污水处理;(9)球团工艺与新型粘结剂。