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蔡美峰:实现深部高效开采必须变革传统采矿工艺
2018-11-09
中国工程院院士蔡美峰在2018矿业前沿与信息化智能化科技年会暨首届智能矿业国际论坛上指出,要提高金属矿深井自动化高效开采水平,必须对传统的采矿模式及其工艺技术进行根本变革。
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  中国工程院院士蔡美峰在2018矿业前沿与信息化智能化科技年会暨首届智能矿业国际论坛上指出,要提高金属矿深井自动化高效开采水平,必须对传统的采矿模式及其工艺技术进行根本变革。

 

蔡美峰

 

  蔡美峰表示,随着浅部资源的减少和枯竭,我国金属矿产资源的开采正处于向深部全面推进的阶段。2000年以前,我国只有2座矿山开采深度达到或接近1000米,而目前已有15座地下金属矿山开采深度达到或超过1000米。

  “未来10年内,我国将有三分之一以上金属矿山采深超过1000米,深部开采是我国金属矿开采面临的最主要问题,同时,随着勘探技术和装备进步,我国在3000米到5000米深部找到一批大型金属矿床是完全可能的。”蔡美峰表示,我们必须把5000米采深作为深部开采战略研究的目标。

  蔡美峰指出,与浅埋矿床相比,由于深部矿岩的地质构造、赋存条件以及地应力等均与浅部矿岩有所不同,其开采技术条件更加复杂,当前我国深部开采面临着几个关键难题:一是深部高地应力问题;二是深部岩性恶化;三是深井高温环境;四是深井提升问题。

  蔡美峰表示,岩爆的预测、预报是一项世界级难题,但是在岩爆诱发机理及其预测理论和技术研究方面已经取得重要突破,需要通过进一步创新研究,精准监测开采过程中岩体能量聚集、演化、岩体破裂、损伤和能量动力释放的过程,特别是精准捕捉能量释放的前兆和过程,为岩爆的实时预测、预报提供可靠依据。

  “岩爆防控应主要从优化采矿方法入手,减少和控制开采开挖引起的扰动能量的聚集,减轻和控制岩爆发生。同时,采取能吸收能量的支护措施,阻止和减弱岩爆的冲击破坏作用。”蔡美峰说。

  对于深井高温环境控制与降温治理,蔡美峰指出,现有的降温技术都是被动式降温技术,为了高效解决深井降温问题,必须发展主动式降温技术。一是深井高温岩层隔热技术。通过研发新型高效的隔热新材料、新技术、新工艺,对岩层高温热源进行隔离,在此基础上再采用人工制冷降温技术,从而取得良好降温效果。

  二是深井地热开发技术。在深部开采过程中,采用热交换技术,对岩层中地热资源开发利用。将深井采矿和深部地热开发相结合,大幅度降低降温综合成本,从而为采矿深井降温找到一条具有颠覆性的经济有效的技术途径。

  近年来,国内外开发的增强型地热系统由于热交换面积小,地热开发能力极为有限。蔡美峰表示,将采矿技术用于地热开采可从根本上解决这一问题,同时可大幅降低采矿降温成本,提升开采效益。

  “如果将深部采矿与深部地热开发结合起来,实行深部矿产资源和深部地热共采,就为二者的经济有效开发,实现资源和能源开发双赢开辟了最佳的途径。”蔡美峰表示,深部矿产资源和深部地热共采涉及多领域、多学科的理论和知识,是一个需要进行开创性研究的系统工程。

  为了提高金属矿深井自动化高效开采水平,蔡美峰强调,必须对已有采矿模式及其工艺技术进行根本变革。

  一是非传统爆破连续破岩切割采矿方法。蔡美峰表示,传统的爆破采矿工艺对围岩稳固性造成破坏,而矿石、废石一起采也大大增加选矿作业和提升的工作量,因此必须研究精准切割采矿方法。主要包括机械连续切割掘进与采矿技术;高压水射流破岩掘进与采矿技术;激光破岩掘进与采矿技术;等离子破岩掘进与采矿技术等。

  二是支护变革。深部充填采矿技术、充填采矿法是有效控制深部开采的地压活动,保证开采安全的采矿方式,但充填采矿法成本较高,因此必须对充填工艺和充填材料进行一系列的重大改革。

  蔡美峰表示,全尾砂膏体充填可在低水泥耗量条件下获得高质量的充填体,能有效维护空区、控制岩爆,代表了这种技术的发展方向。“我国地下矿山应对这种充填工艺进行更进一步的研究,特别要因地制宜地选择充填材料,在成本、效率、充填支护效果等方面形成更加突出的优势,为深部开采广泛推广应用创造条件。”蔡美峰说。

  三是深井提升技术。我国金属矿山广泛使用多绳摩擦式提升机,但是据国内外统计,当井深超过1800米后,摩擦提升技术会遇到许多困难。蔡美峰指出,必须研发无绳垂直提升技术,如直线电机驱动提升技术、磁悬浮驱动提升技术等。

  四是采选一体化技术。蔡美峰介绍,可以考虑研究井下预选、抛尾技术,矿浆输送技术,或者将选矿厂建在井下,减少对生态环境的破坏、降低生产成本。

  在蔡美峰看来,遥控智能化无人采矿是最好地应对不断恶化的深部开采条件和环境条件,最大限度提高劳动生产率和采矿效率、保证开采安全的最根本、最有效、最可靠的方法。蔡美峰指出,目前,国内外仍处于建设“无人矿山”的初级阶段,为实现无人采矿从“初级阶段”向“高级阶段”过渡,对传统的采矿模式、技术、工艺和管理手段进行根本性的变革是完全必要的。

  蔡美峰表示,先进的采矿装备是制约我国采矿技术进步的关键问题。我国必须加大科技研发经费投入,在较短时间内实现大型化采矿装备国产化,为加速我国自动化智能采矿技术的推广应用创造有利的条件。

 




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