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                向深地進軍是礦業發展必由之路

                ----中國國際黃金大會深部開采及數字化礦山技術論壇側記

                時間:2018年07月30日     來源:中國黃金網     作者:本報記者 許勇

                  “深地項目事關國家資源安全,向地球深部進軍,是我國礦業發展的必由之路。”吳愛祥指出,根據國家資源潛力評價表明,深部1000米到3000米,隱藏著巨大的礦產資源潛力。

                 

                 

                  隨著我國經濟的發展,淺表礦產資源逐漸枯竭,我國的礦產資源正逐步進入深部開采階段。對于如何實現深部安全、環保、高效開采,在中國國際黃金大會的深部開采及數字化礦山技術論壇上,來自國內外的專家進行了深入探討。

                 

                深部資源豐富但困難重重

                  “未來10年,我國將有1/3的金屬礦山進入千米深井時代,而深部的高地應力、高地溫、高井深是深部礦產資源開采過程中所面臨的難題。”北京科技大學副校長吳愛祥說。

                  我國目前經濟增速仍然保持在6.7%的中高速水平,從中長期來看,對資源的需求將不斷增加。但是,我國大部分基本金屬資源稟賦較差、產量有限,長期依賴進口。

                  “深地項目事關國家資源安全,向地球深部進軍,是我國礦業發展的必由之路。”吳愛祥指出,根據國家資源潛力評價表明,深部1000米到3000米,隱藏著巨大的礦產資源潛力。

                  吳愛祥表示,目前全球勘查轉向大陸深部覆蓋區,西方資源大國開始主攻深部資源增儲。我國采礦的深度大多小于1000米,遠遠落后于礦業發達國家。

                  “深地開發能有效獲得能源,提高資源保障程度,增強行業國際競爭力,提升礦冶技術水平,擴大緊缺金屬的產能,同時能擴展危機礦山的資源潛力。”吳愛祥說。

                  但是,吳愛祥同時也強調,隨著采礦深度的增加,地應力逐漸增大,溫度也隨之提高,提升成本大幅增加,這些都是深部礦產資源開采所面臨的難題。

                  據了解,平均地下深度每增加100米,溫度會上升2.5攝氏度,到了2000米,溫度就將上升到70攝氏度左右。而根據國家的規定,作業面溫度達到26攝氏度以上就要采取措施降溫,到了30攝氏度就必須停止生產。這對降溫措施提出了很高要求。

                  巖爆是深部開采過程中面臨的最大難題。巖爆是一種巖體中聚積的彈性變形能在一定條件下的突然猛烈釋放,導致巖石爆裂并彈射出來的現象,殺傷力極強。同時,高地壓還會造成井下水壓的升高,從而使得礦井突水災害尤為嚴重。中國科學院院士何滿潮指出,在我國,進入深部開采以后,巖爆是非常頻繁的。

                  “從露天到地下再到深井,人員與設備的安全性、作業環境以及提升運輸等都越來越復雜,開采的難度也越來越大。”赫氏公司澳洲及亞洲董事總經理夸克說。

                 

                新技術、新材料讓深部開采成為可能

                  習近平主席在2016年全國科技創新大會上曾提出,向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題。自此,向地球深部進軍正式拉開帷幕,國家深地項目也相繼開展。

                  吳愛祥介紹,2016年立項的深部巖體力學與開采理論,煤礦深井建設與提升基礎理論及關鍵技術、深部金屬礦建井與提升技術,已經取得了一系列成就。

                  吳愛祥表示,通過這些深地項目,已經建立了深部采動巖體破裂機制及預警模型,揭示了巖體破裂面的抗剪強度與磨損面積的正相關性;研發了新型剛性罐道巡檢機器人,能夠對深井、超深井的剛性罐道進行快速巡檢;開發了金屬礦深井提升關鍵技術,解決了超深井提升機溜坡距離大,穩定性差等難題,實現安全可靠啟動。

                  對于深部的巖爆問題,何滿潮表示,要解決巖爆所帶來的災害,首先要能夠在實驗室模擬巖爆,再現巖爆的過程才能對巖爆的機理做深入研究,才能找出對癥下藥的對策。

                  為此,何滿潮通過研究礦山工程巖體大變形災害控制,設計發明出一套對巖爆進行實驗的設備系統,通過設備,掌握巖爆規律,再實際進行控制。

                  “巖爆其實是一種能量釋放,巖爆發生的過程就是能量釋放的過程。普通的材料無法吸收能量,自然就無法控制巖爆。”何滿潮指出,NPR材料具有負泊松比效應,不僅能夠吸收能量,還能忍受大變形,從而有效控制巖爆。

                  負泊松比效應是指受拉伸時,材料在彈性范圍內橫向發生膨脹,而受壓縮時材料的橫向反而發生收縮。“實驗證明,這種材料對于吸收能量非常有效,由此材料做成的NPR新型錨索給解決巖爆問題提供了有力的途徑。”何滿潮說。

                  夸克則提出從礦山工程建設上對深部開采面臨的問題進行控制。對于如何解決深部的地應力問題,夸克認為,通過合理設計礦柱,并合理選擇采礦方式和工具,能夠有效限制巖石應力和巖爆。

                  “預處理、鉆爆設計對于降低延時高地應力至關重要。”夸克表示,同時還需要安裝合適的地震監測系統,以及安裝適合的主錨錮支護和輔錨固支護,并在需要位置安裝鋼拱支撐。

                  對于高地溫,夸克表示,冷卻系統需要集成到礦山設計中,礦山設計應在整個集成系統中進行優化。

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