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运用关键技术,实现矿产资源科学开采 我国深井矿山数量短时间内有望世界第一
——中国工程院院士蔡美峰谈深部开采现实情况与未来发展走向

2018-11-07 14:31:00     作者:章利军 侯爱民

  11月3日,在“绿色矿山院士行——走进马钢矿业”活动中,中国工程院院士蔡美峰应邀作了主旨报告。报告中,他结合多年来的探索和技术研究,畅谈了我国冶金矿山深部开采的现实情况及未来发展走向,鲜明地指出:我国矿山企业要想提高资源综合利用率,必须以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引,牢固树立绿水青山就是金山银山的发展理念,积极运用关键技术,努力实现矿产资源科学开采。

  蔡美峰说,上世纪末,我国只有2座金属矿山开采深度达到1000米,新世纪以来发展速度很快,已有16座深度开采矿山,其中最深的矿山已达到1600米。目前,在建的思山岭矿山等一批大型地下金属矿山,矿体最大埋深2000米,矿石最大储量53亿吨,超深超大规模位于世界最前列。近期在山东滨海1600—2600米深度探明了一个金金属储量550吨的大型金矿床。随着勘探技术进步和勘探深度增加,我国未来在3000—5000米深部找到一批大型金属矿床是完全可能的。根据我们最新调研成果,当前国外开采深度1000米以上的金属矿山共112座.其中,加拿大28座,南非27座,澳大利亚11座,美国7座,俄罗斯5座。我国超过澳大利亚,居世界第三位。据,我国三分之一以上的地下金属矿山,未来10年开采深度将达到获超过1000米,其中部分矿山可达到2000米—3000米。按照现在深部开采的发展速度,我国深井矿山数量短时间内有望世界第一。

  蔡美峰指出,深部开采是我国金属矿开采面临的最主要问题,关键难题来自与几个方面。一是深部高地响应力问题。地应力是采矿前即存在于地层中的天然原始应力,所有采矿开挖活动都在地应力控制之下进行。地应力值随深度增加呈近似线性增长关系。在深部高地应力作用下,采矿开挖将形成破坏性的地压活动,导致岩爆、塌方、冒顶、突水等开采动力灾害发生,严重影响生产安全和正常进行。二是深部岩性恶化。进入深部后,岩体结构与力学特性会发生重大变化,浅部的硬岩到了深部可能会变成软岩,弹性体变成塑性获塑性体。适用于浅部的采矿和支护设计标准与方法,原封不动地用于深部,可能出现一系列严重问题。三是深井高温环境。岩层温度随深度以3.0摄氏度/100米的梯度增加,深井高温环境严重影响工人劳动生产率和设备使用效率。四是提升问题。随着开采深度增加,矿山的开采难度显著增加,提升难度和成本也会相应增加,并对安全生产构成威胁。

  蔡美峰强调,解决深部开采的各种问题,需要我们积极运用关键技术,比如常用降温技术,我国目前采用人工制冷降温的深井矿山只有几个。降温设备多数从国外引进,价格昂贵,很难在我国大范围应用,并且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,着力实施深井高温岩层隔热技术。深井高温环境主要是高温岩层热辐射所造成,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等,就会使井下巷道和采矿工作面取得良好降温效果。着力实施深井地热开发技术。地热本身是一种天然能源,现在我们去考量它的负作用,作为一种灾害在防控。如果在深部开采过程中,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利用相结合,就会大幅度抵消降温成本,从而为采矿深井降温找到了一条具有颠覆性的经济有效的技术途径。

  蔡美峰指出,化石能源的时代很快就会过去,水、电、太阳能、风能等可再生能源可为人类提供的能源将极其有限,难以替代化石能源的空缺,核电的大规模使用也会受到各种限制。因此,开发深部的巨大地热资源,将是解决人类未来长期能源需求的正确方向。

  下一部,国内矿山企业应大面积使用先进传感及检测监控技术、采矿设备遥控及智能化技术、井下无轨导航与控制关键技术(井下目标跟踪技术、运动控制技术、远程通讯技术)、高速数字通信网络技术、高度智能地下采矿技术、新工艺,并依托国家和科研系统的大力扶持,尽早实现大型自动化设备国产化。因为,我国从事采矿科技研究人数众多、力量强。只要集中力量,通过战略性创新研究,就能在开发颠覆性采矿新模式、新技术方面取得突破,为无人采矿从“初级阶段”向“高级阶段”过度创造条件。相对于目前西方矿业发达国家,我国采矿在不远的奖来实现“弯道超车”,是完全有可能的。

编辑:刘经纬     来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网
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