信息公告
   
  2019年度高等學校科學研究優秀成果獎科學技術進步獎公示
 

 

  項目名稱:露天轉地下楔形過渡開采關鍵技術研究與應用

  推薦單位:東北大學

  項目簡介:

  《露天轉地下楔形過渡開采關鍵技術研究與應用》項目主要研究解決過渡期露天、地下生產相互干擾導致減產或停產過渡問題的關鍵技術,該項目以海南鐵礦露天轉地下開采為工程背景,在總結國內外露天轉地下研究成果與生產經驗的基礎上,分析傳統的預留境界礦柱過渡模式對礦床高效開采的不適應性,提出過渡期地下誘導冒落法開采掛幫礦體、露天延深開采坑底礦體的楔形轉接過渡模式,以及該模式下露天地下協同開采技術方法,包括掛幫礦體地下誘導工程的布置形式與誘導冒落參數的確定方法、露天坑底延深開采境界的確定原則與細部優化方法、露天地下同時生產的安全保障措施與高效開采技術等,提出了利用誘導工程的回采順序與采空區高度控制邊坡巖移的方向,使其指向塌陷坑而不滑落于露天采場的采動巖移控制方法;按露天與地下開采最優方案的回采指標與回采便利條件,比選擇優確定過渡期露天地下開采細部境界的方法。此外,研究了露天地下協同安排回采順序、協同形成覆蓋層、協同布置開拓系統與協同優化產能管理等的理論方法與工藝技術,以及高陡邊坡綜合監測預警安全保障技術。由此形成了完整的露天轉地下楔形過渡協同開采方法。在海南鐵礦應用中,進一步研究了掛幫礦體提前高效開采技術、復雜礦體三維探采結合技術、高陡邊坡巖移控制方法、覆蓋層簡易形成方法等問題,從而延長了露天地下同時開采的時間,加速了地下產能的提高,有效解決了海南鐵礦露天轉地下過渡期產能平穩銜接的難題,并實現了增產過渡。

  項目創新點為:(1)首次研發出露天轉地下楔形轉接過渡開采模式,以及過渡期露天地下協同開采方法,拓展了露天轉地下過渡期的開采時空,使礦體在連續開采中實現從露天到地下開采方式的漸近轉接,為過渡期平穩過渡與增產銜接開辟了新途徑。(2)構建了掛幫礦體誘導冒落法高效開采理論方法與技術體系,大幅提高了掛幫礦體的開采效率。(3)首次提出了通過調整工程回采順序與采空區高度控制邊坡巖移方向的工藝方法,解決了露天地下同時開采巖移危害控制的技術難題。(4)開發了復雜形態礦體三維探采結合技術,與低貧化放礦方式相結合,顯著降低了復雜形態礦體開采的礦石損失率和貧化率。(5)研發了基于巖體損傷劣化信息動態采集分析的高陡邊坡綜合監測預警新技術,建立了多源監測預警信息一體化分析平臺,實現了對高陡邊坡監測數據遠程在線融合處理,為邊坡采動巖移危害防治提供了安全保障。

  該項目已獲授權專利20余項,研究成果自2012年始在海南鐵礦全面應用,由于增大過渡期產能、降低采準系數、節省廢石回填形成覆蓋層的費用等,創直接經濟效益33.43億元;在大孤山鐵礦、小汪溝鐵礦等礦山應用,創經濟效益30.93億元。理論分析與應用實踐表明,露天轉地下楔形過渡協同開采方法,克服了傳統過渡方法存在的露天與地下開采時空的制約關系,消除了采動滑坡危害,有效利用了露天與地下開采的工藝優勢,是一種安全高效的新型采礦方法。該法具有露天轉地下過渡工藝簡單、露天與地下采場安全生產條件好、開采強度大、效率高等突出優點,適用于各類礦巖穩定條件的露天轉地下開采的金屬礦山,可大幅度提高過渡期礦體的開采效率,實現露天轉地下的安全過渡與增產銜接。

  主要完成單位及創新推廣貢獻:

  東北大學,研發了過渡期地下誘導冒落法開采掛幫礦體、露天延深開采坑底礦體的楔形轉接過渡模式,以及該模式下的露天地下協同開采方法;首次提出利用誘導工程的回采順序與空區高度,控制邊坡巖移的方向,使其指向塌陷坑而不滑落于露天采場的采動巖移控制方法;提出按露天與地下開采最優方案的回采指標與回采便利條件,優化過渡期露天地下開采細部境界的方法,以及露天地下協同安排回采順序、協同形成覆蓋層、協同布置開拓系統與協同優化產能管理等的理論方法與工藝技術。在海南鐵礦應用該法中,進一步研究了復雜礦體三維探采結合技術、高陡邊坡巖移控制方法與監測預警技術、覆蓋層簡易形成方法等問題,由此形成了露天轉地下楔形過渡開采理論與技術體系,并將研究成果推廣應用于大孤山鐵礦、眼前山鐵礦、弓長嶺井下鐵礦、黑山鐵礦、西石門鐵礦等礦山,取得良好的應用效果。該項目獲2016年中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎一等獎,獲2017年中國冶金礦山企業協會冶金礦山科學技術獎一等獎。

  武漢科技大學,參與項目的理論研究與現場施工技術指導,完成傳統過渡方式的不適應性分析,提出露天陡幫延深開采下盤側礦體,留下上盤側掛幫礦體應用誘導冒落法高效開采的楔形轉接過渡方式,構建了協調開采的技術體系,提出了利用采空區形狀與高度控制巖移方向的新概念以及邊坡巖移的綜合防控技術。參與楔形轉接過渡模式研究總結與邊坡巖移控制研究報告的撰寫。

  金誠信礦業管理股份有限公司,金誠信礦業管理股份有限公司于2009年11月開始承包海南鐵礦露天轉地下的礦井施工與開采工程,調集經驗豐富員工成立項目經理部,參與露天轉地下楔形過渡開采技術方案與實施方案的討論與完善,負責地下誘導冒落與回采工程的具體施工。在掘進過程中,針對海南鐵礦礦巖硬度大而節理裂隙發育的復雜地質條件,多次組織技術人員和施工人員進行鑿巖試驗,較好地解決了海南鐵礦掛幫礦破碎帶鑿巖施工的難題;對于回采時的中深孔爆破,多次組織爆破試驗,合理優化炮孔布置、調整裝藥結構,改善了爆破效果,保證了誘導工程的爆破質量;加強出礦管理,每一步距嚴格按計劃控制出礦量,保證了采空區的形狀與高度,有效消除了邊坡巖移危害。認真制定項目施工技術方案,統籌安排過渡期采礦、運輸等環節,運用大量進口設備進行快速施工,及時排查生產隱患,確保了施工質量與安全,大幅度提高了東端幫掛幫礦礦體的開采效率,實現了低貧損高效開采,保障了海南鐵礦過渡期的增產銜接。該項目獲2016年中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎一等獎,獲2017年中國冶金礦山企業協會冶金礦山科學技術獎一等獎。

  海南省昌江縣海南礦業股份有限公司,組成露天轉地下開采技術研究組,參與海南鐵礦露天轉地下楔形過渡開采方案的討論與完善,制定實施方案,完成施工圖設計并組織施工。提出并實施了掛幫礦三分段同時采準的工藝技術,以及露天延深開采技術;負責邊坡巖移監測與邊坡巖移危害防控措施的實施;根據探礦技術資料,優化露天地下協同開采時空關系;積極配合東北大學進行巖體力學參數測定、邊坡滾石試驗與爆破參數試驗,制定并實施了誘導冒落法形成覆蓋層與回采爆破參數優化方案;在采空區冒透地表后,觀測紀錄邊坡巖移過程。觀測與試驗結果為本次研發過渡期新型采礦方法提供了豐富而詳細的第一手資料,保證了新型采礦方法的實用性與工藝參數的合理性。此外,總結露天延深開采技術,參與掛幫礦誘導冒落法試驗研究總結與項目試驗研究報告的撰寫。該項目獲2016年中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎一等獎,獲2017年中國冶金礦山企業協會冶金礦山科學技術獎一等獎。

  北京礦冶科技集團有限公司,參與項目安全開采理論研究和高陡邊坡巖層控制與監測預警技術開發,形成了一套基于無線傳感網絡的邊坡巖體深部滑動變形監測預警系統,并提出了一套露天礦邊坡動態穩定性評價方法,建立了多源監測預警信息一體化分析平臺,實現了對高陡邊坡監測數據的遠程在線融合處理分析。為露天轉地下開采邊坡巖移控制與危害防控提供了安全保障。獲2016年中國有色金屬工業科學技術獎二等獎。

  推廣應用情況:

  項目研究成果先后在鞍鋼、西鋼、河鋼、中金、五礦等集團所屬的20余家單位推廣應用,經濟、社會和環境效益顯著,對金屬采掘業的露天地下協同過渡高效開采及風險防控具有重要的推廣價值和示范作用。項目有關技術成果主要推廣應用情況見下表。

  主要應用單位情況表

 

  曾獲科技獎勵情況:

  本項目近年曾獲重要科技獎勵情況

  1.露天轉地下楔形過渡開采關鍵技術研究與應用,獲2016年中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎一等獎;

  2.露天轉地下楔形過渡開采關鍵技術研究與應用,獲2017年中國冶金礦山企業協會冶金礦山科學技術獎一等獎;

  3.數字化、精細化爆破整體崩落回采重疊空區群礦柱關鍵技術,獲2016年中國有色金屬工業科學技術獎二等獎。

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