新型崩落采矿技术攻克“地下堡垒”


 

 

  深藏地下,一梦亿年。铁作为世界上发现最早、利用最广、用量最多的金属,早在19000年前,周口店“山顶洞人”就用它做颜料,是人类的“宝贝”。可铁矿石作为不可再生资源,如果不能充分回采,不但造成巨大流失,有一天还可能“弹尽粮绝”,资源枯竭。若是能有一项技术,可以最大限度地减少铁矿开采损失,那不啻一个福音。

  福音来了!日前,由鞍钢矿山公司承担,辽宁科技大学、东北大学、北京科技大学等单位共同参加的国家“十二五”科技支撑计划项目课题——“地下矿山新型崩落采矿新技术”通过验收,并应用于生产,有效破解了矿石贫化严重的行业共性问题,对于提高矿山企业经济效益具有重要意义。

  相关资料显示,预计到2020年,地下开采矿山达到60%左右,资源枯竭问题日趋凸显。而目前金属矿床地下开采广泛使用的“无底柱分段崩落法”,虽因高出矿率很受欢迎,但同时存在资源利用率不高、矿石贫化、开采成本增加等问题,制约矿山企业效益提升,成为采矿科研工作者长期以来绕不开的一个“堡垒”。从2013年开始,国家相关部委将金属与非金属矿山高效地下开采关键技术研究及示范列入国家科技支撑计划,决心下大力气,集全行业智慧,打一场“夺宝”攻坚战,攻下地下采矿的“堡垒”。

  简单地讲,在运用“无底柱分段崩落法”开采过程中,崩落矿体的形态直接影响出矿效率和质量。围绕回采系统各环节相互关系,解决对崩落体形态的控制和优化问题,就是攻克“堡垒”的关键点。

  我校作为“地下矿山新型崩落采矿新技术”课题第二参加单位,承担了课题四项任务中的两项。这两项任务恰恰就是“无底柱崩落回采系统各环节相互关系研究”和“崩落体状态与控制研究”。

  说起来,我校张国建教授负责的课题组研究崩落采矿技术近30年,具有稳定且特色鲜明的研究方向——“采矿工程优化与数值模拟”。围绕这一方向,多年来,他们承担国家、省、部级等科研课题近20项,其中主持国家自然科学基金项目“无底柱分段崩落法崩落体形成机理与控制”等科研课题14项,其研究处于国际领先水平,为国家创造了显著的经济效益和社会效益……实际上,此前他们已经创造性地提出崩落体和覆盖松散岩层自然分级概念,初步建立起崩落体理论,在崩落采矿技术回采系统各环节间架起了桥梁。多年的累积,让他们得以站在自己创造的“巨人”肩膀上,继续努力奋斗攻坚克难。

  当然,起点越高,面临的难题也就越大。关键是,要从无到有开发出全新的技术,压力太大了。课题组同志加班加点,不断探索,不甘失败,为了一个数据,他们反复推敲;为了一个点子,他们集思广益;没有现成路可走,他们就披荆斩棘,以创新为动力,打破常规,自己开路——

  课题组主要成员张治强博士说,这四年,“闯过一关又一关,闯了多少关数不过来。”

  根据理论研究和现场模拟试验,他们发现崩落体是个复杂曲面体。但这崩落体实际长什么模样,只有现场来验证。可是坚硬的矿石,机器钻不进去,“土行孙”来了也无能为力啊。大家脑洞大开,有人提议在矿石里嵌入磁性小球,爆破后利用仪器探测磁性小球位置,以此来确定崩落体形态。又有人提出利用电子定位装置、用红外线测定……莫衷一是时,突然有人醍醐灌顶:我们的目的是找到评价崩落体形态优劣的放出系数,利用放出信息就可以求出放出系数,何必非要和崩落矿体长啥样较劲?你一言我一语,大家集思广益,通过思想火花碰撞、反复推敲和论证,终于找到了一种确定崩落体形态的方法,并申请了国家专利……

  课题组在研究过程中遇到的另一个难题之一就是设备问题。由于研究的特殊性,没有现成的实验设备可用,需要自行研制。在研制的过程中,遇到了各种各样的问题和困难,而且没有先例可循。课题组集校内外专家学者,大家群策群力,从设备论证到每个零部件的设计加工,一边探索一边前进,直到合乎制作规范。他们先后研制了崩落体形态及其形成机理系统模型等设备,并通过学校固定资产验收。每一套设备的研制,都是饱含课题组及相关人员智慧和汗水的“原创”——中国创造。也就是在这个“自力更生”过程中,打造出了一支高水平的科研队伍。

  从2013年1月1日到2016年12月31日,国家“十二五”科技支撑计划课题“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”,在包括我校在内的各有关参加单位的艰辛努力下,终于完美收官。该项研究成果进一步深化了崩落体理论体系,研发了崩落体形态控制技术和废石混入控制技术,建立了鞍钢矿业公司弓长岭井下矿示范工程。“新型崩落采矿技术”终于攻克了地下采矿技术的“堡垒”,开辟了地下矿山资源高效开发利用新途径。而我校课题组围绕自己负责的两项任务,奋勇拼搏,产教融合,为课题顺利完成做出突出贡献。

  2017年 3月16日,“十二五”国家科技支撑计划“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”课题验收会在学校国际学术交流中心举行。中国有色金属工业协会验收专家组综合评审后认为:“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”课题成功研发出崩落体形态控制、矿岩接触带相对粒度控制等关键技术,在鞍钢弓长岭井下铁矿建立了无底柱分段崩落采矿法示范工程,取得良好的应用效果,显著提高了矿石回收率,降低了矿石贫化率。专家点赞,“该研究成果具有广泛推广价值”。参会的学校课题组成员都舒了口气,脸上露出欣慰的笑容。(邢秋艳/文 曾家兴/摄