金属矿深部开采岩爆灾害防控研究进展与工程实践

随着浅部金属矿产资源的日益枯竭,金属矿山深部开采势在必行。开采进入深部后,高应力等复杂地质环境使得岩爆等灾害问题凸显,成为制约金属矿深部开采的主要问题之一。尽管岩爆灾害问题由来已久,但受其发生机制和监测手段的限制,始终未能得到有效解决。首先,通过文献调研,对岩爆评价体系和岩爆防控技术进行了系统的总结与归纳。结果表明,当前所提出的岩爆评价体系较多,能够对岩爆灾害的等级和倾向性进行较好地评价与预测。在岩爆防控技术体系方面,按照灾害处置时机和防护机制,可分为被动式防控技术和主动式防控技术两类。其次,基于开采方案优化和应力环境再造思想发展起来的整体规划理念,为金属矿深部开采岩爆灾害防控提供了新思路与新方法。最后,以三山岛金矿深部开采为背景,验证了整体规划理念下卸荷采矿方案在岩爆灾害防控上的优势与效果,为未来金属矿山深部开采岩爆灾害的超前干预与主动防控提供了有效借鉴。

超大型深井铁矿高效绿色开采技术与智能装备研究现状与展望

我国铁矿资源矿床普遍具有厚度大、品位低的特点,这使得传统的开采方式难以经济有效地满足市场需求.为了在激烈的市场竞争中占据优势,同时遵循环保和低碳发展的要求,必须采用千万吨级的大规模、低成本、环保低碳开采模式.这种开采模式不仅能显著降低单位矿石的开采成本,还能最大程度地减少对环境的影响,降低碳排放,实现资源的可持续开发与利用.为此,本文围绕超大型深井矿山高效绿色开采的采矿新模式、安全新技术、绿色新要求、智能新趋势,旨在攻克“深部厚大矿体超大规模连续开采原理与方法、高应力岩体强循环扰动灾变机理及力学行为、深热矿井多风机自适应智能节能通风机制”3项关键问题,研究形成“深部倾斜厚大矿体盘区化时空协同连续开采技术、大规模采动力学环境高效感知装置与灾害防控技术、尾砂膏体大流量连续稳态制备与输送技术、深热矿井多级动态智能通风及热害直冷防治技术、盘区回采作业链设备群智能决策与协同作业管控技术”5项关键技术,实现厚大矿体大参数高效连续开采、大规模开采的工程岩体力学与动力灾害防治、采选固废高效充填利用、智能节能通风与热害防治、盘区智能化回采作业链高效协同等方面的理论、技术、方法和装备创新,创建千米以深千万吨级金属矿绿色智能开采新理论、新技术和新装备并建立示范矿山,形成可推广应用的超大型深井矿山高效绿色开采技术体系,以期全面提升我国深部战略矿产资源的大规模绿色开发能力,为深部矿产资源大规模绿色开发提供理论基础与技术支撑.

金属矿山TBM地下始发硐室群设计及关键施工技术研究

针对金属矿山TBM地下始发硐室群建设重点技术,分析TBM地下始发硐室群设计依据,提出一体化组装始发与分体组装始发硐室群组成布置及各硐室结构参数计算方法。以某金属矿山TBM工程为例,综合考虑TBM设备、组装吊装设备、地质条件因素及安全因素等,分别得出两种方案中始发硐室群各硐室结构参数,最后通过分析工程量、工期等,比选得出最优方案,并根据最优方案介绍TBM始发硐室群施工关键技术。研究结论可为类似工程提供借鉴依据。

金属矿山深井开采中的力学问题研究进展

针对国内外金属矿山深井开采的发展现状和迫切需求,在分析相关矿山深井开采存在问题的基础上,分别从正在开展的研究工作、已取得的研究成果和经验、尚待解决的技术难题等方面论述了当前金属矿山深井开采的相关力学问题。研究表明,深井开采及灾害控制与相关力学基础理论密切相关。综述了金属矿山深井开采中的岩石力学、充填体力学、热力学、流体力学及材料力学研究的最新理论、技术和成果,可为国内外深井开采矿山和相关研究人员提供借鉴和参考。

金属矿山充填采矿技术应用研究进展

地下金属矿山固废充填开采技术是实现矿业低碳绿色开发的重要途径,矿山充填不仅可以实现最大限度的回采矿产资源,而且可以实现矿业固废的环保处置。系统回顾了金属矿山充填采矿方法的发展历程,从金属矿山高效率规模化充填采矿、连续充填开采和如何降低充填采矿成本3个方面介绍了最新的技术应用研究进展。首先系统梳理了金属矿山充填工艺的演变发展脉络,总结了涵盖矿山固废充填料浆制备、充填料浆管道输送、充填采场封闭和采场尾砂料浆脱水等全流程充填工艺技术的应用进展和发展趋势。然后研究分析了尾砂充填体非均质特性和尾砂料浆固结力学特性的演化发展机制,并对比分析了传统的采场充填体强度需求解析方法与改进的胶结充填体强度需求计算-设计方法,进而介绍了井下采场充填体质量原位监测与分析评价方法。基于上述研究进展综述,得出矿山充填采矿方法变革是实现高效率、规模化、低成本充填采矿的核心要素,矿山全流程充填工艺创新是稳定制备与使用高质量充填料浆的必要举措,深入研究采场充填体力学作用机理问题是确保充填采矿技术安全、绿色、经济、便捷应用的本质要求。最后阐明了充填采矿领域未来应重点关注的研究方向,指出加快发展绿色低碳充填新技术、新材料与新装备是助推金属矿山充填转型发展的动力引擎。

金属非金属矿山安全标准化体系流程化表征研究

本文针对金属非金属矿山安全标准化体系及信息系统难以有效推动落实的难题,提出"安全管理流程化,管理流程表单化"思想,开展了矿山安全标准化体系流程化表征方法研究。分析并构建了矿山安全标准化体系各子要素间的内在逻辑关系,确定了危险源辨识与风险评价及安全检查两个核心要素的相关业务,提出了矿山安全标准化体系流程化表征方法,并对两个核心要素的业务流程进行了流程化表征,确定了各个业务流程附属表单的主要内容。通过矿山安全标准化体系流程化表征,将矿山人机环管多维因素纳入业务工作流,通过工作流驱动矿山安全标准化体系PDCA持续运行,也为矿山安全标准化信息管理系统开发奠定基础。

甲玛铜多金属矿破碎软岩巷道分级支护体系研究

针对甲玛多金属矿二期工程现有巷道围岩稳定性分类方法无法有效指导巷道支护设计的现状,基于ShapeMetrix3D近景摄影技术的工程地质调查和围岩物理力学性质试验,建立了统计区域范围内的三维岩体质量评价模型,结合甲玛矿区二期范围内的岩体质量评价体系,给出了Ⅱ~Ⅳ岩体支护标准和支护体系,制定了Ⅱ~Ⅳ岩体的巷道支护方案和支护技术参数,形成了一套适用于甲玛矿区二期区域并且可以长期使用和参考的分级支护体系标准,为甲玛矿区支护设计、施工提供技术指导,具有较高的工程应用价值。

金属矿山充填技术工程实践与发展趋势

充填采矿法是实现绿色矿山和无废矿山建设的重要途径,也是深部矿产资源的首选开采方法。金属矿山充填技术经过几十年的发展,工艺技术逐渐成熟,但仍面临深井开采长距离高落差管道输送等一系列难题,并受充填成本的制约,随着人工智能为代表的新一代信息技术与采矿技术的交叉融合,传统充填工艺面临新的机遇和挑战。本文回顾了金属矿山充填技术的发展历程,从充填骨料角度对分级尾砂充填、戈壁集料充填、全尾砂充填和多元骨料充填等国内外工程案例进行了详细分析,总结了不同骨料充填工艺在骨料的供给方式、搅拌工艺、设计理念等方面的差异,展望了金属矿山充填工艺技术的发展趋势,提出未来应着重开展充填工艺系统的标准化、模块化、智能化、无人化建设,以及绿色充填技术,低成本深井固废充填技术和功能性矿山充填技术4个方向的研究,为国内矿山的充填工艺设计及充填技术创新提供参考。

缓倾斜极薄钨矿资源绿色开采技术研究

某钨矿为缓倾斜极薄矿体,矿体平均倾角约25°,厚度平均0.4 m,采用全面采矿法开采,回采过程中留下来大量的不规则矿柱,整体回采率仅为65%左右,资源损失严重,难以达到地下矿山开发利用回采率的指标和绿色开采的要求。本文通过对该钨矿山开展绿色开采技术研究,分析采空区的充填治理方案,确定经济合理的空区充填参数。同时采用理论分析,空区充填改变围岩受力状态的同时,最大限度的回收矿柱资源。根据矿山不同采场的围岩条件和开采技术条件,通过采场顶板暴露面积研究,提出了三种采场矿柱的回收技术方案,并在该矿山推广应用,经济效益显著。

某矿山露天-地下联合开采产能衔接方案研究

为充分开发利用地下资源,延长某露天矿山服务年限,某矿山计划采用露天-地下联合开采的方式回采矿山资源,而联合开采期间的产能衔接是影响矿山资源利用和经济效益的重要因素。本文通过分析矿山资源、矿体产状、开采方式等因素对地下采场进行分区,并计算出地下采场生产能力,最终提出了露天产能配合地下产能的生产衔接方案。

甲玛铜多金属矿盘区合理回采顺序动态模拟研究

在甲玛铜多金属矿地上地下并行大规模开采的复杂条件下,针对地下二期复杂厚大矿体的安全高效回采问题,综合分析矿山开采现状的基础上,提出2种盘区回采顺序方案,采用数值模拟方法对不同的盘区回采方案进行了分析优选,通过对比分析不同回采顺序条件下采场等关键部位的应力、位移的动态响应特性,确定盘区间隔回采方案最佳,该方案可为地下二期矿体安全高效开采提供技术支持。

高寒高海拔地下矿山绿色开采技术研究进展

近年来,高寒高海拔矿山建设项目日渐增多,在助力当地经济快速发展的同时,也带来了诸如破坏当地生态环境等系列问题,亟需发展一套适合高寒高海拔矿山资源开发特点的绿色开采技术。笔者结合多年高原矿山开采技术研究经验,认为应从智能采矿方法、尾矿充填、强化通风、安全监控与信息化等方面建立高寒高海拔矿山的绿色开采框架,其中采矿方法应遵循机械化、自动化、智能化的发展方向,降低工人在高原缺氧环境下的作业强度,提高劳动效率。充填工艺需解决低温环境充填料浆输送困难及充填体强度发展缓慢等问题,应发展全尾砂膏体充填技术,提高尾砂利用率,降低地表大量堆存尾砂对自然环境的影响。鉴于高原矿山氧含量不足、通风网络复杂等特点,提出分区增压补氧及按需分时调控的通风思路,并重点对工作面进行除烟降尘强化通风,改善工人的作业环境。为动态监控地表沉降位移及井下作业安全风险,需开展区域及局域地压调控技术研究,并建立高反认知及安全培训体系,持续保障高原地下矿山大规模安全开采。以上形成的高寒高海拔地下矿山绿色开采新成果,探索了高寒高海拔地下矿山绿色开采新路径,具有可行性及很强的创新性,可为其他高原矿山提供技术参考。

金属非金属矿山双重防控体系信息管理系统设计方法研究

本文针对金属非金属矿山双重防控体系运行过程中风险辨识与评价不及时、安全检查不到位、隐患排查与治理不闭环等问题,研究金属非金属矿山双重防控体系信息管理系统设计与功能模块的实现过程。基于金属非金属矿山双重防控体系的建设思想和要求,结合数字化处理和互联网传输技术,探讨设计了由数据层、功能层、用户层和接入层构成的系统总体架构;通过分析双重预防机制的内部规律和关联逻辑关系,构建了风险管理、安全检查和隐患闭环管理三个核心业务模块的动态运行任务流程;运用流程化表征方法对矿山人机环管涉及的业务流程进行了流程化表征,开发了双重防控体系流程运转程序和表单化表征。最终实现了双重防控机制安全信息的实时传递和即时推送,推动了矿山全岗位职责全流程闭环管控运行,有效提升了金属非金属矿山企业安全管理水平。

含夹层或软弱破碎带难采矿体协同开采技术研究

含夹层或软弱破碎带矿体开采一直是矿业界难题。现阶段针对此类矿体,一般是对矿体上下盘采用不同的采矿方法进行适应性开采,但大部分矿山受地质特征、作业安全、采矿成本等因素制约,通常采用采易弃难的回采方式,造成了矿产资源的永久损失。以“协同开采”理念为指导,提出了一种含夹层或软弱破碎带难采矿体协同开采技术,即预先回采夹层或软弱破碎带,实现回采工序协同作业以及地压协同管理,从源头上解除安全隐患,为后续矿体开采创造安全的技术条件,最大化发挥协同开采的技术价值。以国内某磷矿与某铜多金属矿为例,针对其特定的开采技术条件,以夹层剔除与切割槽作业协同实施为核心,制定了矿体内含不同厚度夹层与上下盘矿体的协同开采方案;同时基于地压协同或环境再造理念,发展了一种软弱破碎氧化带矿体协同开采方法,实现了软弱破碎氧化带矿体的安全高效回采。所提出的协同开采方案为国内类似矿体开采提供了技术参考,在一定程度上提升了“协同开采”理念在类似复杂难采矿体开采中的实践指导价值。

矿山深部开采岩体稳定性监测技术研究

针对矿山深部开采过程中易发生地压灾害的问题,基于微震监测技术,结合矿山实际特点建立深部岩体稳定性监测系统。优化台网设计,通过定点爆破进行波速校正,最终建立了定位误差在10 m,灵敏度在-2.2的监测台网。对监测数据进行波形拾取,分析微震事件时空演化特征,圈定潜在危险区域,并对潜在危险区域围岩变形损伤进行分析。最终总结出微震事件大幅度上升且处于较高水平、空间分布高度集聚、能量指数突然下降而累积视体积迅速上升的动力灾害预警前兆。研究结果可为深部开采岩体稳定性监测提供参考。

TBM在地下金属矿山应用中的发展现状与趋势

全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)技术较传统钻爆法具有机械破岩、安全高效的优势,其在金属矿山的发展与应用将深度影响或变革矿山的设计理念、生产建设和采矿技术,是大型金属矿山建设及深部资源开采向绿色集约及现代化发展的关键技术和重要手段。通过归纳TBM在国内外金属矿山的应用情况,分析了TBM矿山工程的特点和TBM技术装备的快速发展,表明TBM技术能够应用于大型金属矿山的井巷开拓,但同时也面临着岩爆、卡机、涌水、围岩大变形等挑战。对TBM技术研究现状和金属矿山TBM工程发展趋势进行了介绍与分析,探讨了金属矿TBM应用面临的科学问题,为TBM技术在金属矿采掘工程领域的进一步研究与发展提供参考。

高应力环境下深部金属矿整体规划的思考与展望

我国现有的矿山开采规划主要是基于浅部矿床开采实践所形成的,通常只考虑经济与工程因素。在采矿全生命周期开展开采规划,优先获取高品位的矿石,从而获得最大经济效益。深部开采处于“三高一扰动”引起的复杂地质力学环境,高地应力的影响是深部矿山开采规划重要因素。本文开展了对深部高应力环境下金属矿整体规划领域的文献调研和问题探讨。首先,以实现矿山资源开发投资价值为目标,从战略规划与战术规划两个维度分层次讨论了深井矿山从整体到局部设计的过程,适用于一般深部矿山开采的全生命周期规划,并重点分析了岩石强度时效性对于开展深井矿山整体规划具有重要的现实意义。其次,阐述了当前国内外深井矿山在高应力条件下的设计与布局,正“V”型及倒“V”型采矿顺序应用于深部均未能兼顾“改善应力状态”与“获取最大净现值”,理想的四周型开采顺序不失为一种兼顾的采矿布局,但在实际开采应用过程中,工程布置及采场应力状态还需进一步探讨。最后,指出了整体规划模型中的应力预测与校准对于预测高危险区域及指导深部开采规划的重要意义。在深部矿山开采规划中充分考虑高应力环境的工程影响,如何将高应力环境及其随开采过程的演变规律完全融入到开采规划中,还需开展进一步研究工作。

考虑压力和温度养护条件的胶结充填体早期强度特性研究

为在实验室模拟矿山原位充填环境的压力、温度等因素对胶结充填体的固结影响,本文设计了一种考虑压力与温度协同控制的胶结充填体养护方法及试验装置。采用该试验装置开展了养护压力与养护温度对胶结充填体早期固结强度的影响研究。结果表明:养护压力、养护温度对胶结充填体早期强度有明显影响;养护压力对充填体早期强度发展有利;随着养护温度升高,胶结充填体强度呈先升高后降低的趋势,养护温度为55℃时,胶结充填体强度呈下降趋势。在养护压力和养护温度的耦合影响下,高温有利于胶结充填体的早期强度发展。

缓倾斜极薄矿体全面法开采残留点柱回采方案及稳定性分析研究

某石英脉型钨矿床,矿体倾角平均20°,矿脉厚度0.3~0.8m,采用全面法开采。经过20多年的开采遗留下大量点柱和空区,而且相邻的采空区、以及相邻中段的采空区基本已相互贯通形成空区联合体。随着暴露时间的延长,采场应力集中,采空区安全隐患大,同时造成大量矿柱资源浪费。为了确保矿山生产安全和可持续发展,同时对遗留的矿柱进行回收,通过研究采场顶板允许暴露面积、结合开采技术条件、充填工艺研究等,确定的矿柱回收工艺和采场充填工艺,并针对试验采场的回收方案进行采场矿柱回收稳定性数值分析,综合验证了点柱充填回采的方案是安全可行的,从而为矿山空区治理与点柱安全回收提供指导。

卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度研究

地下采空区给露天生产带来了极大的危害,采空区顶板安全厚度的确定是露天生产的重要安全保障。为了研究卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度,通过对矿山原有采矿技术条件和地质资料的分析及现场实地测量和调查并结合钻孔探测等手段,确定了露天矿下采空区的分布情况。以此分析地下采空区与露天境界空间关系并对露天边坡危险区进行区划,利用理论计算和数值模拟手段对最危险区域的采空区顶板安全厚度进行研究。结果表明:在最危险区域范围内,对不同采空区范围,不同位置的采空区进行模拟结果分析,露天开采的采空区隔离层安全厚度为16m(2个台阶高度),采空区对露天开采的影响较小。