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科研成果

科研成果


《復雜難采深部銅礦床安全高效開采關鍵技術研究》

       銅陵有色金屬集團控股有限公司冬瓜山銅礦開采深度達千米以上,礦石生產能力10000t/d。為了控制地壓,保護礦區及周邊環境,采用充填采礦法,充填方式為高濃度全尾砂膠結充填。我院負責完成全尾砂膠結充填實驗室試驗、采場充填工藝技術研究等工作。通過實驗室配比試驗得出了不同灰砂比及濃度下試塊的強度發展規律;根據不同采礦方法不同充填部位的強度要求確定了充填料漿配比參數;通過理論分析計算設計了不同結構的充填擋墻;根據空區形態研究了采場脫水及充填接頂技術。上述研究成果在冬瓜山銅礦生產中應用多年,保證了深井礦山大空場充填作業的順利進行,實現了Ⅱ步驟采場的安全回采。

 

《災害性大型復雜群空區巖層控制與安全開采綜合技術》

       本項目以現場調查、室內試驗、理論分析、數值模擬和工程驗證等技術手段,對巖體的結構進行了質量和穩定性評價,研究了塌陷區充填廢料的各項性質,提出了充填廢料局部加固方案以及塌陷區安全開采技術方案及措施;以開采前主動卸壓、開采中強化巖層支護和嗣后采空區處理為指導思想,開發了具災害性的大型復雜采空區群條件下應用分段空場法分區安全開采工藝技術和采場圍巖控制技術,其核心技術為:

1)主動卸壓技術。通過采用設置“Π”型區域性支撐礦柱、優化回采順序的措施實現應力調整和應力轉移,達到卸壓開采的目的。

2)巖層加固優化—礦石回采復合新技術。直接利用崩礦炮孔兼做錨固孔,實現巖層支護與礦石回采同步進行。

3)充填作用機理研究與充填高度優化。優化采場廢石充填高度,創造性地提出了充填1/3空區高度的圍巖控制新技術,并成功運用于礦山生產之中。

 

《地下高危空區群大規模立體分區中深孔控制爆破技術研究》

      該項目通過大量的試驗研究和地下中深孔大規模爆破實踐,研究開發了等比錯位布置切割槽和立體分區中深孔控制爆破技術。成功實施了總裝藥量308.8 t大規模地下控制爆破,屬當前國內外地下中深孔爆破規模最大的一次。

       研究開發了非線性等阻力自由面爆破技術。為不規則自由面和形狀復雜爆體的多孔爆破的優化布孔裝藥、降低大塊率、改善爆破效果,提供了有效的技術支撐。研究開發出多臨空面自拉槽擠壓爆破大量崩礦技術,成功的解決了多臨空面不能實施擠壓爆破和由于礦柱已破壞而無法形成切割槽的難題。

 

《巖溶大水礦山井下近礦體帷幕注漿及安全高效開采綜合技術》

       通過對礦區、礦床水文工程地質條件、礦山開采技術條件和防治水技術方案的綜合研究,得出萊新鐵礦不具備疏干排水的條件,也不具備地面帷幕注漿的條件,只適合采用礦床井下近礦體帷幕注漿防治水方法。

       通過采用穿脈水平探水注漿鉆孔進行探查礦體圍巖水文地質特征,達到基本封堵地下水主逕流通道的目的;通過實施加密鉆孔探水注漿工程,最終在近礦體形成由注漿鉆孔控制的井下注漿帷幕;并通過采用群孔注漿技術和高壓(15MPa)注漿工藝,為查清礦床水文工程地質特征,封堵礦床高壓巖溶地下水,降低工程成本,達到高堵水率的隔水注漿帷幕,起到至關重要的作用。

        采用異種介質界面爆破技術,有效地解決了防止爆破對充填體破壞,造成充填體強度下降,垮落的充填體混入礦石造成貧化等現象發生的技術難題。采用采充分離、互不干擾、利用充填余壓強制接頂的高效充填工藝,試驗表明自然接頂率在90%以上,從根本上解決了上向進路充填法接頂難的技術難題。

 

《特大空區礦柱群立體分區控制開采技術》

        項目開發了特大空區礦柱群立體分區控制開采新技術,技術安全可靠,切實可行,成果具有開創性。技術成果應用于柿竹園多金屬礦,先后實施了總裝藥量達308.8t、821.3t等世界級特大規模地下中深孔控制回采爆破10次,多次刷新世界紀錄,其大于800mm×800mm大塊產出率僅為3.63%,實測爆破振動結果均符合安全允許標準。2006年~2010年期間,回收難采礦808.8萬噸,處理采空區197.61萬m3。項目已獲銷售收入258816.00萬元,增創利潤80119.73萬元,經濟效益和社會效益顯著。項目技術成果已在多座礦山推廣應用,應用前景廣闊,對我國礦業可持續發展具有重要意義。

 

《極破碎頂板復雜層控型礦床采礦方法多元化協同強化開采技術》

        項目組通過5年的試驗研究和開采實踐,攻克了上下盤巖體及局部極不穩固礦床安全強化開采的技術瓶頸。項目授權實用新型專利1項,發表科技論文13篇,取得主要技術創新有:

(1)研究開發出破碎頂板層控型礦床多元化采礦方法協同開采技術,采用采礦方法類聚排列優選技術、關鍵目標與可優化因素層次分解技術及灰關聯技術進行分析計算,使整個礦床實現協同開采,達到經濟效益最大化。

(2)研究開發了豎分條間隔上向高分層充填采礦法和頂板破碎條件下的上向分層膠結充填多中段并段連續回采技術,連續回采高度由60m提高到120m至180m,中段之間無頂底柱,損失貧化降低20~25%,采準切割工程量減少30~35%,縮短了生產準備時間,在礦體水平面積僅1.2萬m2的條件下,單中段生產能力達100萬t/a以上。

(3)研究開發出分級與溢流尾礦循環利用充填輸送工藝技術和新型膠結充填料漿雙軸攪拌機,進入充填站的尾砂和回水利用率達100%,水泥消耗量降低22%。

項目整體技術達到國際先進水平,破碎頂板層控型礦床多元化采礦方法協同開采技術達到國際領先水平。

 

《高氣壓智能化大型潛孔鉆機研制》

       該項目于2011年5月26日通過了由國家科技部社會發展科技司組織的項目驗收,并于2011年9月25日通過了由中國有色金屬工業協會組織的科技成果鑒定。鑒定會上專家評定該設備具有如下創新特點:

①在國內首次研制成功2.0MPa以上高氣壓大型潛孔鑿巖設備,有效鑿巖孔徑達到225mm,突破了潛孔鑿巖最大孔徑的極限;

②研制出了適應高氣壓潛孔鉆機要求的相配套的鉆具,填補了我國高氣壓鉆具產品的空白;

③該設備采用CAN總線技術和PLC控制技術,實現了鉆機的全自動作業,具有故障監控、誤動作保護和遠程監控等功能;

④開發了負載感受液壓控制系統,保證了設備的平穩運行,有效地解決了液壓系統的發熱問題,減少了系統的能耗;

⑤發明了新型的盤式鉆桿庫,結構簡單,工作可靠;

⑥該設備采用雙動力驅動系統,滿足不同工況的運行要求,解決了大型設備轉場難的問題。

 

《特大型礦床深部開采綜合技術研究》

       特大型礦床深部開采綜合技術研究是金川集團股份有限公司和長沙礦山研究院有限責任公司、國家金屬采礦工程技術研究中心、北京科技大學共同承擔的科研項目。本課題研究目標:立足我國深井開采現實,結合金川公司的實際情況,開發特大型礦床深部開采綜合配套技術,解決金川公司深部開采的技術難題,為850m及以下中段的安全生產提供技術支持。通過該課題研究,建立具有代表性和廣泛推廣意義的特大型礦床深部資源高效開采綜合技術集成示范系統,進一步提高資源利用水平,增強企業可持續發展能力,促進我國有色金屬礦業整體科技水平的提高。

 

《無間柱分區分層協同開采技術研究與應用》

      長沙礦山研究院有限責任公司和巴彥淖爾西部銅業有限公司聯合進行了“無間柱分區分層協同開采技術研究與應用”科研攻關。項目組通過3年的試驗研究和開采實踐,攻克了上向分層充填采礦法現場應用存在的技術瓶頸,獲得授權發明專利2項、實用新型專利3項,發表科技論文18篇,取得的主要技術創新有:

(1)成功研發出無間柱分區分層協同充填采礦技術及工藝,解決了常規分層充填采礦法間柱回收難題,實現了間柱資源的高效回收;

(2)研究開發了交錯接力免壓拱采場頂板控制技術,充分發揮了巖體的自我承載能力,保障了回采作業安全,減少了采場支護工作量及材料消耗;

(3)發明了高溜井支護新技術,保證和延長了溜井的服務年限。

       項目整體技術達到了國際先進水平,其中無間柱分區分層協同充填采礦技術及交錯接力免壓拱采場頂板控制技術達到了國際領先水平。應用本研究成果獲各琦銅礦礦石生產能力已達200萬t/a以上,同時處理了大量的尾砂和掘進廢石,取得了很好的社會和環保效益。

 

《袋裝充填采礦技術與新型充填外加劑研究》

       項目國際上首次開發了袋裝充填采礦法,發明了上向分層壁式袋裝充填采礦法、圍堰式袋裝充填采礦法和高分層袋裝充填采礦法,實現了充填采礦法的新突破:開發了袋裝充填工藝與技術,研制了袋裝充填的檢測與試驗裝置,發明了固定袋裝充填體的構架及搭建方法,形成了完整的技術系統:開發出充填體膨脹劑、緩凝早強劑和輸送促流劑等充填外加劑,有效解決了低阻輸送,低耗充填和充填接頂等技術難題;研究揭示了袋裝充填料漿的密實固結機理、袋裝充填體力學特征及作用原理,奠定了袋裝充填的理論基礎。

       該項目獲授權發明專利9項,發表科技論文10多篇。項目整體技術已在獲各琦銅礦等多座礦山推廣應用3年以上,已累計采出礦石154.74萬t,新增銷售額93309.25萬元,新增利潤39442.22萬元,促進了我國金屬采礦工業的發展,經濟效益和社會效益顯著。

 

《鏡鐵山礦樺樹溝銅礦2760-2640m連續工程可行性研究報告》

       2007年,鏡鐵山礦對樺樹溝礦區銅礦采礦工程開展了初步設計(以下簡稱《初步設計》),并于2012年9月完成基建工程,目前正在2760m水平采礦。由于初步設計中未對2760m~2640m礦體進行詳細設計,開拓系統目前僅到達2760m水平,無法滿足銅礦2760m~2640m開拓及回采需要。

       本次設計的2700m~2640m中段。按照地質資料,礦體產狀變化較大,根據不同礦體產狀因地適宜的設計了針對性較強的采礦方法,以便更好的回收資源,設計工作扎實、細致、服務到位。

對于厚度≤5m的礦體,采用淺孔留礦嗣后充填法,占比22%;

對于厚度5~15m的礦體,采用沿走向布置的階段空場嗣后充填法,占比33%;

對于厚度≥15m的礦體,采用垂直走向布置的階段空場嗣后充填法,占比45%。

設計貧損指標均達到國內先進水平。

       項目組各專業細致了解現有系統的特點。有針對性的提出了各種可行方案對比分析,最終推薦銅礦區2760m~2640m接續工程采用“平硐+溜井+斜坡道”開拓系統。自2700m新建斜坡道至2735m水平出地表,與地表廢石運輸巷相聯通,向下繼續掘進與2690m分段向聯通。2700m中段的礦石,通過出礦進路經鏟運機倒入2760m~2640m主溜井,通過主溜井振動放礦機裝入4m3側卸式礦車,用20t架線式電機車牽引經主平硐南出口運至地表原礦倉。

        設計方案實現了鐵礦、銅礦分離運輸互不干擾。同時斜坡道又能緩解溜井壓力,溜井堵塞后仍可用無軌運輸來保證生產持續性。

    

《平原淺埋巖溶大水礦山綠色高效開采及井下近礦體帷幕注漿防治水技術研究》

       徐樓鐵礦自2005年建設以來,針對巖溶大水這類復雜的開采技術條件,通過研究近礦體帷幕注漿防水技術、新型復合型地壓控制技術、膠結充填技術等,建立了平原淺埋巖溶大水礦山綠色高效開采技術體系,成功地解決了井下涌水量過大、地表不允許塌陷,頂板極易產生塌落冒頂等開采難題,達到了提高回采強度、降低采礦成本及采礦貧化率、損失率等指標,實現無尾排放的目標。

        同時,減少礦區地表和尾礦庫征地185畝,每年減少排放井下涌水量1527.9萬m3,保護了地下土地資源和水資源,社會效益和環境效益明顯。其研究成果若在全國類似礦山推廣,其效益將是巨大的。

 

 

 

 

 


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