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技术革新无极限 创新脚步不停歇——全球首座750万t/a全尾砂胶结充填地下矿山建设之路

发布日期:03月01日 浏览次数:273





    近年来,我国金属矿山大型化、规模化的速度开始加快,尤其是国家“十二五”期间,一批大型地下矿山的建设逐步开始实施。目前国外的大部分地下矿山都采用强化开采和规模化经营的模式,对于低品位资源而言,规模化开采更是成为矿山生存和持续发展的必然选择。我院采矿工程中心瞄准行业发展的这一趋势,从2011年开始,以安徽开发矿业李楼—吴集750万t/a矿山工程建设为依托,积极推进大型矿山规模化充填开采关键工艺技术,通过不懈努力,最终成功解决了大型矿山开采效率低、安全保障程度低、工艺技术水平落后和生产成本高等瓶颈问题。
    安徽开发矿业李楼—吴集铁矿隶属五矿邯邢矿业有限公司,采选设计规模750万t/a, 由于750万t/a地下充填开采为目前世界上规模最大的全尾砂充填开采矿山,国内尚无相关的技术可借鉴,要建设成示范矿山将面临众多需要攻克的难题,主要技术难点和问题有以下几方面:难点一、李楼—吴集铁矿主要矿物为镜铁矿和磁铁矿,矿体品位低,平均含铁品位为31~34%,其中低品位(TFe20~25%)矿石资源储量比例约占资源总量的1/3。矿区地表为村庄、民宅、农田以及公路,矿体上方有流砂层和第四系富含水层。矿床开采需要对地表进行严格保护,不允许塌陷和移动。同时不能破坏矿体顶板,以防破碎风化带裂隙水渗水补给,造成淹井事故。为此,必须开发低成本、高效率、高质量的采矿与充填工艺,矿山才能在保证安全开采的同时,获得较好的经济效益。难点二、目前国内矿山中段高度40~60m,个别矿山达到120m,矿块长30~60m,宽10~30m,还需留足够的底柱、间柱和顶柱,矿柱矿量占矿块矿量的20~50%。矿山在生产过程中,同时采准或回采的采场多,战线长,矿块效率低,成本高,三柱矿量大,资源回收率低。难点三、国内外大型矿山主要采用崩落法开采,选择空场采矿法开采或空场嗣后充填采矿法开采的大型矿山大部分采用VCR法或VCR法切槽的深孔侧向崩矿采矿法,一次崩矿量小,工序复杂,爆破振动大,效率低。要达到矿山750万t/a的生产规模,传统的爆破方式难以满足李楼—吴集铁矿山生产能力、回收率、回采成本及爆破震动破坏等技术要求。难点四、大规模地下开采及高效采矿方法的采用对充填提出了更高的要求。安徽开发矿业有限公司达到750万吨/年的生产规模,年充填体积将达223万m3,若采用常规流量(80-100m3/h)充填系统,则根据矿床赋存条件,整个矿区将设置10套以上的充填系统,从而导致投资增大、作业效率降低、成本增加,并最终影响企业的经济效益。为此必须研究采用大流量充填系统,使其单套系统制备输送能力达到180~200m3/h。
    面对这一系列的技术难题,我院采矿工程中心项目组科研人员攻坚克难、不懈努力,通过四年的试验研究和现场生产实践,最终攻克了特大型地下矿山规模化充填采矿多项关键技术,矿山2016年采矿规模达到770万吨,实现了安全高效开采。项目研究形成了全尾砂胶结充填规模化开采技术系统,建成了国内外第一座750万t/a全尾砂胶结充填地下矿山,为大型矿床实现安全高效开采提供技术支撑,同时为今后国内1000万吨级特大型地下矿山的开发提供示范和借鉴。       
    这一课题的成功攻克,取得了许多的技术创新和成果:成果一、开发了大结构高效全尾砂充填采矿法,阶段高100m、分段高25m、宽20m、不留阶段顶底柱,采用全盘无轨机械化作业和全尾砂胶结充填,实现了集中强化采矿和规模化生产。成果二、开发了大规模中深孔多维度精细爆破技术,按中段片区、分段爆区、爆破功能单元和微差控制,实行时空多维度精细爆破大量落矿,实现了爆破效果和爆破有害效应的双重控制。成果三、建立了岩体蠕变模型,确定了采场和充填体的合理暴露时间。研究揭示了大结构采场周边应力、采场帮壁单向应力和拉应力、充填体垂直方向应力的分布规律,奠定了大结构采场充填采矿的理论基础。
    2016年11月9日,项目完成的《特大型地下矿山规模化充填采矿技术研究及应用》、《200m³/h大流量充填系统及生产应用研究》两项技术成果顺利通过了由中国有色金属工业协会组织的科技成果评价。专家组一致认为项目技术难度大,创新程度高,研究成果填补了国内外金属矿山大结构全尾砂充填采矿空白,对类似矿山具有很好的示范作用,推动了金属矿产资源开采技术进步。项目整体技术处于国际领先水平。750万t/a全尾砂胶结充填规模化开采技术系统的形成,标志着我院在规模化充填采矿技术领域又迈上了一个新的台阶,并在国内外金属采矿行业内树立了新的标杆。

                                  (党群工作部 杨倩如/采矿工程中心 林卫星 )
 

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