我國基于稀土資源保護的境界外礦體開采技術(shù)突破瓶頸

時間：2019-01-23 來源：

來源：科技日報

　　近日，2018年中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會冶金礦山科學技術(shù)獎獲獎項目公布，由包鋼集團礦山研究院牟英杰等為主要創(chuàng)造人，完成的“基于稀土資源保護的白云鄂博東礦境界外礦體開采技術(shù)研究”項目斬獲“2018年中國冶金礦山科學技術(shù)特等獎”。

　　包鋼集團礦山研究院始建于1963年，是包鋼（集團）公司從事礦產(chǎn)資源開發(fā)和白云鄂博資源綜合利用新技術(shù)、新工藝研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的專業(yè)機構(gòu)，具有技術(shù)力量雄厚、專業(yè)配套齊全、實驗設(shè)備先進、技術(shù)領(lǐng)先、科研成果豐碩、影響面廣等優(yōu)勢。

　　白云鄂博礦床是一座罕見的大型綜合性多金屬共生礦床

　　確保前后期安全高效開采稀土資源至關(guān)重要

　　白云鄂博鐵礦是我國具有代表性的大型露天礦山，是包鋼生存和發(fā)展的重要原料基地。自1957年建礦以來一直采用露天方式開采，目前已形成主礦采場、東礦采場和西礦采場。經(jīng)過60多年的開采，東礦采場境界內(nèi)保有鐵礦石儲量已不足2千萬噸，采場面臨閉坑停產(chǎn)的壓力，屆時包鋼的鐵礦石供應(yīng)將會出現(xiàn)巨大缺口。根據(jù)礦山最新地質(zhì)資料，東礦境界外蘊藏著巨量的鐵、鈮、稀土資源，因此盡早規(guī)劃、合理開發(fā)這部分資源，可以有效緩解東礦生產(chǎn)壓力，延續(xù)礦山生命周期，保障包鋼（集團）公司鐵礦石原料供給安全。

　　白云鄂博礦床是一座罕見的大型綜合性多金屬共生礦床，含有稀土、鈮等多種需要保護的資源，與其他礦山比較有它的獨特性。其中稀土被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，是涉及到國家安全的戰(zhàn)略資源和高科技材料。包鋼從建設(shè)之初，就對白云鄂博承擔起了開發(fā)利用與資源保護雙重戰(zhàn)略任務(wù)?！氨Ｗo性開采”既是包鋼可持續(xù)性發(fā)展的需要，也是國家賦予包鋼的社會責任。因此礦山在露天開采過程中，嚴格按照工業(yè)品位指標，對稀土白云巖、含鈮混合巖等有用巖石，通過分穿、分爆、分采、分運、分堆等措施進行了有效保護。

　　根據(jù)礦山地質(zhì)資料，東礦境界外鐵礦體上、下盤均為稀土白云巖，其形態(tài)沿走向為透鏡狀，沿傾斜方向為層狀、似層狀，與鐵礦體產(chǎn)狀近于一致。對于東礦境界外資源開發(fā)過程中，如何確保前期在鐵礦石開采時不破壞稀土資源，后期能安全高效開采稀土資源？如何確保在露天——地下、地下應(yīng)力重分布的復(fù)雜開采環(huán)境下安全開采稀土資源？等等一系列問題亟待解決。為了解決以上難題，開展了基于稀土資源保護的白云鄂博東礦境界外礦體開采技術(shù)研究課題，通過該項工作為包鋼（集團）公司在決策合理利用東礦深部資源提供科學、合理的判斷依據(jù)。

　　近十年圍繞稀土資源保護性開采問題開展攻關(guān)獲得突破

　　基于稀土資源保護的境界外礦體開采技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平

　　近十年來，“基于稀土資源保護的白云鄂博東礦境界外礦體開采技術(shù)研究”項目團隊圍繞稀土資源保護性開采問題開展技術(shù)攻關(guān)，一系列關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，其中一種水力增壓爆破方法等5項獲發(fā)明專利授權(quán)，一種大塊率低的水力增壓爆破的裝藥結(jié)構(gòu)等4項獲實用新型專利，發(fā)表論文10余篇。專家意見認為：基于稀土資源保護的境界外礦體開采技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

　　項目團隊針對白云鄂博東礦多資源賦存特殊性，提出了稀土資源原位保護的分區(qū)段構(gòu)建保護墻方法，在鐵礦開采前為稀土的保護樹立了屏障，確保稀土資源后期開發(fā)利用。

　　開發(fā)出對上下盤稀土保護環(huán)境下夾心鐵資源的低擾動、水力增壓破巖技術(shù)。提出了水力增壓爆破能量利用率和合理水柱高度計算理論，開發(fā)出差異微差-柔性緩沖的精準延時減振爆破技術(shù)，實現(xiàn)了鐵礦高效能落礦，同時保障了夾心鐵資源在開采時，上下盤稀土資源的低擾甚至無擾。

　　通過理論計算和相似模擬試驗，揭示了鐵礦開采后的充填體與稀土之間的相互力學關(guān)系，提出了后期稀土開采對充填體的損傷變形破壞模式，發(fā)明了有利于提高整體穩(wěn)定性的充填體布筋方式。實現(xiàn)了鐵礦開采后的環(huán)境再造，保障了開采系統(tǒng)的整體穩(wěn)定，為后期稀土資源安全無損開采創(chuàng)造了條件。

　　構(gòu)建開拓系統(tǒng)、采礦方法、基建投資、運營成本等多條件約束下的產(chǎn)能模型，優(yōu)化選擇深部資源的合理生產(chǎn)規(guī)模。在確保生產(chǎn)規(guī)模前提下，開展采掘設(shè)備的多方案配套選型研究。

　　兩年后南區(qū)境界外資源可實現(xiàn)安全開采

　　屆時將有100萬噸/年的境界外資源供給包鋼集團

　　白云鄂博礦區(qū)為我國著名的稀土賦存礦區(qū)，包鋼集團白云鄂博東礦經(jīng)過60多年的開采，按照開采設(shè)計境界內(nèi)保有儲量僅可服務(wù)約3年。而東礦境界外賦存有巨量的礦產(chǎn)資源，該部分資源的開發(fā)利用，將可延長東礦服務(wù)年限，保障包鋼集團的原材料供給。

　　根據(jù)“基于稀土資源保護的白云鄂博東礦境界外礦體開采技術(shù)研究”項目研究成果，境界外資源可分為南區(qū)、北區(qū)及深部資源3個采區(qū)，該部分采用分期分區(qū)地下方式開采。對于上下盤稀土資源研究采用預(yù)筑充填隔離保護墻技術(shù)開采，根據(jù)研究可有效保護稀土資源不擾動破壞，同時保證夾心鐵資源的開采。根據(jù)多目標決策確定的南區(qū)100萬噸/年、深部采區(qū)300萬噸/年生產(chǎn)規(guī)模合理可行。

　　2017年底，包鋼（集團）公司在組織專家對該項目驗收后，包鋼（集團）公司立項同意盡快對東礦境界外資源（一期）即南區(qū)工程進行建設(shè)。目前已基本完成了東礦境界外資源（一期）開采可行性研究報告編制工作，正在開展相關(guān)批復(fù)的辦理工作。預(yù)計2年后南區(qū)境界外資源可實現(xiàn)安全開采，屆時將有100萬噸/年的境界外資源供給包鋼集團。

　　白云鄂博東礦采用基于稀土資源保護的境界外礦體開采研究成套技術(shù)，按照工程進度可實現(xiàn)東礦露天-地下的不停產(chǎn)過渡，可采出東礦境界外鐵礦石資源量1.539億噸，保障了包鋼集團原材料的供給。其中深部1230m水平以下礦體1.318億噸、采場境界外掛幫礦體0.221億噸，延長東礦礦山生命周期57年，創(chuàng)造利稅約76.65億元。同時該研究成果對于白云鄂博主礦及巴潤鐵礦境界外資源開采具有借鑒推廣作用，該成套技術(shù)安全上可靠、技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理，可為包鋼（集團）公司下一步對東礦境界外資源的開發(fā)利用提供合理、科學的判斷依據(jù)。

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