新型崩落開採技術攻克「礦石貧化」

鐵，一直以來是人們所熟知的世界上發現最早、利用最廣、用量最多的金屬，其可謂是多功能「寶貝」，早在19000年前，周口店「山頂洞人」還用它做顏料。

但據相關資料顯示，預計到2020年，地下鐵礦山開採將達60%左右。作為不可再生資源的鐵礦石，若不能充分回採，不但會造成巨大流失，甚至還可能「彈盡糧絕」。

該用怎樣的一項技術能最大限度地減少鐵礦開採損失？

福音來了！

日前，由鞍鋼礦山公司承擔，遼寧科技大學、東北大學及北京科技大學等單位共同參加的國家「十二五」科技支撐計劃課題——「地下礦山新型崩落採礦技術與應用」順利通過驗收，並應用於生產。該課題能有效破解礦石貧化嚴重的行業共性問題，對於提高礦山企業經濟效益也頗具重要意義。

「堡壘」攻關勢在必得

「無底柱分段崩落法」是目前金屬礦床地下開採廣泛使用的技術方法，其高出礦率深得人心。然而，高出礦率的背後卻存在資源利用率不高、礦石貧化以及開採成本增加等問題，制約著礦山企業效益的提升，成為採礦科研工作者長期以來繞不開的一個「堡壘」。

2013年，國家相關部委決心下大力氣，集全行業智慧，打一場「奪寶」攻堅戰，攻下地下開採之「堡壘」——將金屬與非金屬礦山高效地下開採關鍵技術研究及示範列入國家科技支撐計劃。

無獨有偶，遼寧科技大學張國建教授課題組研究崩落採礦技術已近30年，具有穩定且特色鮮明的研究方向——「採礦工程優化與數值模擬」，在這場「奪寶」攻堅戰打響之時，張國建教授課題組積極響應，承擔了該課題4項任務中的2項——「無底柱崩落回採系統各環節相互關係研究」及「崩落體狀態與控制研究」。

據了解，在運用「無底柱分段崩落法」開採過程中，崩落礦體的形態直接影響出礦效率和質量。圍繞回採系統各環節相互關係，解決對崩落體形態的控制和優化問題，即是攻克「堡壘」的關鍵。

張國建教授課題組任務重大，卻也勢在必得。

站在巨人的肩膀上前行

實際上，張國建教授課題組此前已創造性地提出崩落礦體和覆蓋礦體之上的鬆散岩層自然分級概念，並初步建立了崩落體理論，在崩落採礦技術回採系統各環節間架起了橋樑。

多年的累積，讓該課題組得以站在自己創造的「巨人」肩膀上，繼續攻堅前行。

科研工作就是在不斷克服難題中日新月異。在承擔課題任務後，張國建教授課題組也踩到了絆腳石——針對任務要求，要從無到有開發出全新技術。

「根據理論研究和現場模擬試驗，我們發現崩落體其實是個複雜曲面體。這一崩落體實際上到底長什麼模樣，只能靠現場驗證。」張國建教授表示還是有些犯難，「礦石的堅硬度非同一般，機器鑽不進去，『土行孫』來了也恐怕無能為力」。

面對這一難題，課題組成員也紛紛「腦洞大開」：有人提議在礦石里嵌入磁性小球，爆破後利用儀器探測磁性小球位置，以此來確定崩落體形態；有人提出利用電子定位裝置，用紅外線測定……正莫衷一是時，突然有個建議令人感覺似醍醐灌頂：我們的目的是找到評價崩落體形態優劣的放出係數，利用放出信息就可以求出放出係數了，何必非要和崩落體長什麼樣較勁？

通過思想碰撞、反覆推敲和論證，張國建教授課題組最終找到了一種能確定崩落體形態的方法，並申請了國家專利。

眼見科研進展愈發順利，課題組正蓄勢而上，設備問題卻又成為一道坎兒。「由於研究的特殊性，沒有現成的實驗設備可用，就得需要我們自行研製。然而在研製過程中，遇到的各種各樣的問題，還將沒有先例可循。」張國建教授撓撓頭有些難為情地說道，「我們做採礦研究的當然可以清楚地說出設備能幹什麼、怎麼用，但對設備的設計製作就完全是『門外漢』了。」

知悉了課題組在這一道坎兒大傷腦筋，該校工程技術訓練中心的工程師前來助陣，軟體學院的博士也來獻智，國內該領域的知名專家學者也被請來群策群力。從設備論證到每個零部件的設計加工，一邊探索一邊前進，直到合乎製作規範。「最終，覆蓋層滲水規律實驗系統裝置、崩落體形態及其形成機理系統模型等5套『原創』設備落地生花。」課題組主要成員張治強博士欣喜地講著這4年來課題組闖過的一關又一關，因著「為了一個數據而反覆推敲；為了一個點子而集思廣益。沒有現成路可走，就披荊斬棘，以創新為動力，打破常規自開路」而倍覺榮耀。

完美收官貢獻大智慧

自2013年1月1日至2016年12月31日，整整4年，這一國家「十二五」科技支撐計劃課題「地下礦山新型崩落採礦技術與應用」在遼寧科技大學等有關參加單位的艱辛努力下，終於完美收官。

「『地下礦山新型崩落採礦技術與應用』課題成功研發出的崩落體形態控制及礦岩接觸帶相對粒度控制等關鍵技術，在鞍鋼弓長嶺井下鐵礦建立了無底柱分段崩落採礦法示範工程，取得良好的應用效果，顯著提高了礦石回收率，降低了礦石貧化率。」在近日「十二五」國家科技支撐計劃「地下礦山新型崩落採礦技術與應用」課題驗收會上，中國有色金屬工業協會驗收專家組對課題做了十分嚴謹和細緻的評審。

至此，「新型崩落採礦技術」終於攻克地下採礦技術的「堡壘」，開闢了地下礦山資源高效開發利用的新途徑。而張國建教授課題組也終於將其所負責的兩項任務成功「交差」，貢獻了科研人之大智慧。

「該項研究成果具有廣泛推廣價值。」在驗收專家手動點贊之時，張國建教授課題組成員都舒了口氣，於其臉上露出的欣慰笑容，不僅是收穫科研成果之喜悅，更是科研人對於科研事業之大愛。

《中國教育報》2017年06月12日第7版

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