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我國基于稀土資源保護的境界外礦體開采技術突破瓶頸

2019-01-22 14:52:25   來源:科技日報

  近日,2018年中國冶金礦山企業協會冶金礦山科學技術獎獲獎項目公布,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研究”項目斬獲“2018年中國冶金礦山科學技術特等獎”。
  包鋼集團礦山研究院始建于1963年,是包鋼(集團)公司從事礦產資源開發和白云鄂博資源綜合利用新技術、新工藝研發及產業化轉化的專業機構,具有技術力量雄厚、專業配套齊全、實驗設備先進、技術領先、科研成果豐碩、影響面廣等優勢。
  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。經過60多年的開采,東礦采場境界內保有鐵礦石儲量已不足2千萬噸,采場面臨閉坑停產的壓力,屆時包鋼的鐵礦石供應將會出現巨大缺口。根據礦山最新地質資料,東礦境界外蘊藏著巨量的鐵、鈮、稀土資源,因此盡早規劃、合理開發這部分資源,可以有效緩解東礦生產壓力,延續礦山生命周期,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。其中稀土被廣泛應用于國民經濟生產的各個領域,是涉及到國家安全的戰略資源和高科技材料。包鋼從建設之初,就對白云鄂博承擔起了開發利用與資源保護雙重戰略任務。“保護性開采”既是包鋼可持續性發展的需要,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。
  根據礦山地質資料,東礦境界外鐵礦體上、下盤均為稀土白云巖,其形態沿走向為透鏡狀,沿傾斜方向為層狀、似層狀,與鐵礦體產狀近于一致。對于東礦境界外資源開發過程中,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、地下應力重分布的復雜開采環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。
  近十年圍繞稀土資源保護性開采問題開展攻關獲得突破
  基于稀土資源保護的境界外礦體開采技術達到國際領先水平
  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研究”項目團隊圍繞稀土資源保護性開采問題開展技術攻關,一系列關鍵技術獲得突破,其中一種水力增壓爆破方法等5項獲發明專利授權,一種大塊率低的水力增壓爆破的裝藥結構等4項獲實用新型專利,發表論文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達到國際領先水平。
  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段構建保護墻方法,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利用。
  開發出對上下盤稀土保護環境下夾心鐵資源的低擾動、水力增壓破巖技術。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,開發出差異微差-柔性緩沖的精準延時減振爆破技術,實現了鐵礦高效能落礦,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系,提出了后期稀土開采對充填體的損傷變形破壞模式,發明了有利于提高整體穩定性的充填體布筋方式。實現了鐵礦開采后的環境再造,保障了開采系統的整體穩定,為后期稀土資源安全無損開采創造了條件。
  構建開拓系統、采礦方法、基建投資、運營成本等多條件約束下的產能模型,優化選擇深部資源的合理生產規模。在確保生產規模前提下,開展采掘設備的多方案配套選型研究。
  兩年后南區境界外資源可實現安全開采
  屆時將有100萬噸/年的境界外資源供給包鋼集團
  白云鄂博礦區為我國著名的稀土賦存礦區,包鋼集團白云鄂博東礦經過60多年的開采,按照開采設計境界內保有儲量僅可服務約3年。而東礦境界外賦存有巨量的礦產資源,該部分資源的開發利用,將可延長東礦服務年限,保障包鋼集團的原材料供給。
  根據“基于稀土資源保護的白云鄂博東礦境界外礦體開采技術研究”項目研究成果,境界外資源可分為南區、北區及深部資源3個采區,該部分采用分期分區地下方式開采。對于上下盤稀土資源研究采用預筑充填隔離保護墻技術開采,根據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。根據多目標決策確定的南區100萬噸/年、深部采區300萬噸/年生產規模合理可行。
  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)即南區工程進行建設。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,正在開展相關批復的辦理工作。預計2年后南區境界外資源可實現安全開采,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,按照工程進度可實現東礦露天-地下的不停產過渡,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,該成套技術安全上可靠、技術上可行、經濟上合理,可為包鋼(集團)公司下一步對東礦境界外資源的開發利用提供合理、科學的判斷依據。

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