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信息公告
   
  2019年度高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖公示
 

 

  项目名称:露天转地下楔形过渡开采关键技术研究与应用

  推荐单位:东北大学

  项目简介:

  《露天转地下楔形过渡开采关键技术研究与应用》项目主要研究解决过渡期露天、地下生产相互干扰导致减产或停产过渡问题的关键技术,该项目以海南铁矿露天转地下开采为工程背景,在总结国内外露天转地下研究成果与生产经验的基础上,分析传统的预留境界矿柱过渡模式对矿床高效开采的不适应性,提出过渡期地下诱导冒落法开采挂帮矿体、露天延深开采坑底矿体的楔形转接过渡模式,以及该模式下露天地下协同开采技术方法,包括挂帮矿体地下诱导工程的布置形式与诱导冒落参数的确定方法、露天坑底延深开采境界的确定原则与细部优化方法、露天地下同时生产的安全保障措施与高效开采技术等,提出了利用诱导工程的回采顺序与采空区高度控制边坡岩移的方向,使其指向塌陷坑而不滑落于露天采场的采动岩移控制方法;按露天与地下开采最优方案的回采指标与回采便利条件,比选择优确定过渡期露天地下开采细部境界的方法。此外,研究了露天地下协同安排回采顺序、协同形成覆盖层、协同布置开拓系统与协同优化产能管理等的理论方法与工艺技术,以及高陡边坡综合监测预警安全保障技术。由此形成了完整的露天转地下楔形过渡协同开采方法。在海南铁矿应用中,进一步研究了挂帮矿体提前高效开采技术、复杂矿体三维探采结合技术、高陡边坡岩移控制方法、覆盖层简易形成方法等问题,从而延长了露天地下同时开采的时间,加速了地下产能的提高,有效解决了海南铁矿露天转地下过渡期产能平稳衔接的难题,并实现了增产过渡。

  项目创新点为:(1)首次研发出露天转地下楔形转接过渡开采模式,以及过渡期露天地下协同开采方法,拓展了露天转地下过渡期的开采时空,使矿体在连续开采中实现从露天到地下开采方式的渐近转接,为过渡期平稳过渡与增产衔接开辟了新途径。(2)构建了挂帮矿体诱导冒落法高效开采理论方法与技术体系,大幅提高了挂帮矿体的开采效率。(3)首次提出了通过调整工程回采顺序与采空区高度控制边坡岩移方向的工艺方法,解决了露天地下同时开采岩移危害控制的技术难题。(4)开发了复杂形态矿体三维探采结合技术,与低贫化放矿方式相结合,显著降低了复杂形态矿体开采的矿石损失率和贫化率。(5)研发了基于岩体损伤劣化信息动态采集分析的高陡边坡综合监测预警新技术,建立了多源监测预警信息一体化分析平台,实现了对高陡边坡监测数据远程在线融合处理,为边坡采动岩移危害防治提供了安全保障。

  该项目已获授权专利20余项,研究成果自2012年始在海南铁矿全面应用,由于增大过渡期产能、降低采准系数、节省废石回填形成覆盖层的费用等,创直接经济效益33.43亿元;在大孤山铁矿、小汪沟铁矿等矿山应用,创经济效益30.93亿元。理论分析与应用实践表明,露天转地下楔形过渡协同开采方法,克服了传统过渡方法存在的露天与地下开采时空的制约关系,消除了采动滑坡危害,有效利用了露天与地下开采的工艺优势,是一种安全高效的新型采矿方法。该法具有露天转地下过渡工艺简单、露天与地下采场安全生产条件好、开采强度大、效率高等突出优点,适用于各类矿岩稳定条件的露天转地下开采的金属矿山,可大幅度提高过渡期矿体的开采效率,实现露天转地下的安全过渡与增产衔接。

  主要完成单位及创新推广贡献:

  东北大学,研发了过渡期地下诱导冒落法开采挂帮矿体、露天延深开采坑底矿体的楔形转接过渡模式,以及该模式下的露天地下协同开采方法;首次提出利用诱导工程的回采顺序与空区高度,控制边坡岩移的方向,使其指向塌陷坑而不滑落于露天采场的采动岩移控制方法;提出按露天与地下开采最优方案的回采指标与回采便利条件,优化过渡期露天地下开采细部境界的方法,以及露天地下协同安排回采顺序、协同形成覆盖层、协同布置开拓系统与协同优化产能管理等的理论方法与工艺技术。在海南铁矿应用该法中,进一步研究了复杂矿体三维探采结合技术、高陡边坡岩移控制方法与监测预警技术、覆盖层简易形成方法等问题,由此形成了露天转地下楔形过渡开采理论与技术体系,并将研究成果推广应用于大孤山铁矿、眼前山铁矿、弓长岭井下铁矿、黑山铁矿、西石门铁矿等矿山,取得良好的应用效果。该项目获2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖一等奖,获2017年中国冶金矿山企业协会冶金矿山科学技术奖一等奖。

  武汉科技大学,参与项目的理论研究与现场施工技术指导,完成传统过渡方式的不适应性分析,提出露天陡帮延深开采下盘侧矿体,留下上盘侧挂帮矿体应用诱导冒落法高效开采的楔形转接过渡方式,构建了协调开采的技术体系,提出了利用采空区形状与高度控制岩移方向的新概念以及边坡岩移的综合防控技术。参与楔形转接过渡模式研究总结与边坡岩移控制研究报告的撰写。

  金诚信矿业管理股份有限公司,金诚信矿业管理股份有限公司于2009年11月开始承包海南铁矿露天转地下的矿井施工与开采工程,调集经验丰富员工成立项目经理部,参与露天转地下楔形过渡开采技术方案与实施方案的讨论与完善,负责地下诱导冒落与回采工程的具体施工。在掘进过程中,针对海南铁矿矿岩硬度大而节理裂隙发育的复杂地质条件,多次组织技术人员和施工人员进行凿岩试验,较好地解决了海南铁矿挂帮矿破碎带凿岩施工的难题;对于回采时的中深孔爆破,多次组织爆破试验,合理优化炮孔布置、调整装药结构,改善了爆破效果,保证了诱导工程的爆破质量;加强出矿管理,每一步距严格按计划控制出矿量,保证了采空区的形状与高度,有效消除了边坡岩移危害。认真制定项目施工技术方案,统筹安排过渡期采矿、运输等环节,运用大量进口设备进行快速施工,及时排查生产隐患,确保了施工质量与安全,大幅度提高了东端帮挂帮矿矿体的开采效率,实现了低贫损高效开采,保障了海南铁矿过渡期的增产衔接。该项目获2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖一等奖,获2017年中国冶金矿山企业协会冶金矿山科学技术奖一等奖。

  海南省昌江县澳门尼斯人手机网站官网股份有限公司,组成露天转地下开采技术研究组,参与海南铁矿露天转地下楔形过渡开采方案的讨论与完善,制定实施方案,完成施工图设计并组织施工。提出并实施了挂帮矿三分段同时采准的工艺技术,以及露天延深开采技术;负责边坡岩移监测与边坡岩移危害防控措施的实施;根据探矿技术资料,优化露天地下协同开采时空关系;积极配合东北大学进行岩体力学参数测定、边坡滚石试验与爆破参数试验,制定并实施了诱导冒落法形成覆盖层与回采爆破参数优化方案;在采空区冒透地表后,观测纪录边坡岩移过程。观测与试验结果为本次研发过渡期新型采矿方法提供了丰富而详细的第一手资料,保证了新型采矿方法的实用性与工艺参数的合理性。此外,总结露天延深开采技术,参与挂帮矿诱导冒落法试验研究总结与项目试验研究报告的撰写。该项目获2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖一等奖,获2017年中国冶金矿山企业协会冶金矿山科学技术奖一等奖。

  北京矿冶科技集团有限公司,参与项目安全开采理论研究和高陡边坡岩层控制与监测预警技术开发,形成了一套基于无线传感网络的边坡岩体深部滑动变形监测预警系统,并提出了一套露天矿边坡动态稳定性评价方法,建立了多源监测预警信息一体化分析平台,实现了对高陡边坡监测数据的远程在线融合处理分析。为露天转地下开采边坡岩移控制与危害防控提供了安全保障。获2016年中国有色金属工业科学技术奖二等奖。

  推广应用情况:

  项目研究成果先后在鞍钢、西钢、河钢、中金、五矿等集团所属的20余家单位推广应用,经济、社会和环境效益显著,对金属采掘业的露天地下协同过渡高效开采及风险防控具有重要的推广价值和示范作用。项目有关技术成果主要推广应用情况见下表。

  主要应用单位情况表

 

  曾获科技奖励情况:

  本项目近年曾获重要科技奖励情况

  1.露天转地下楔形过渡开采关键技术研究与应用,获2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖一等奖;

  2.露天转地下楔形过渡开采关键技术研究与应用,获2017年中国冶金矿山企业协会冶金矿山科学技术奖一等奖;

  3.数字化、精细化爆破整体崩落回采重叠空区群矿柱关键技术,获2016年中国有色金属工业科学技术奖二等奖。

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