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技术团队在研发过程中，把安全高效开采与无固废精准开采技术紧密衔接，从源头上破解了多年来矿产资源开发与生态环境保护两难的困局。
科技如神奇而又万能的“魔盒”，一旦打开，将会释放出足以改变一个矿山命运的巨大能量。河南嵩县山金矿业有限公司对此有着深切的体会——今年上半年，该公司黄金产量同比增幅44.36%，利润总额同比增幅42.65%，提前45天实现双过半。“从建矿初期的连年亏损、入不敷出，到现在的盈利大户、盆满钵溢，公司能实现脱胎换骨般的变化，主要得益于无固废精细化安全开采技术的成功应用，仅此项技术，近3年来就累计为公司新增利润11.6亿元。”该公司党委书记、董事长、总经理王元民感触颇深地说。
“蚀变岩型金矿床犹如硬币的正反面一样，一方面由于‘蚀变’才造成金元素的聚集进而形成了金矿床，有的地方蚀变岩性的金品位还比较高；另一方面却又因‘蚀变’对周边矿岩造成破坏，形成了许多破碎带，影响了围岩的稳定性，增加了开采难度。”该公司运营管理部部长马章印解释说：“区域构造带倾斜中厚破碎矿体属于国内外难采矿体，构造带与矿体交错，矿岩破碎，稳固性差，开采技术难度大；前期采用中深孔开采损失贫化率高，技术难度大，复杂程度高。”
该公司矿山作为典型的蚀变岩型金矿，金矿床赋存于M1构造蚀变破碎带中，矿体沿走向和倾向变化显著，特别是急倾斜金矿床品位价值高。但是，由于区域构造带内的蚀变岩型金矿床构造裂隙发育，矿岩完整性和稳固性较差，矿山开采过程中采场和巷道的支护难题无疑成为了最大的“拦路虎”。
该公司作为山东黄金企业，在矿山建矿初期，因对豫西地区蚀变岩型金矿的认识研究不够、开采经验不足，曾走过了一段弯路。他们开始采用的分段中深孔凿岩阶段落矿的采矿方法，因矿山井下裂隙水发育、矿岩破碎且泥化严重，致使开采损失贫化率极大，无法实现应采尽采，造成了金矿资源的浪费。更重要的是，因矿山单个采场采准切割工程周期过长，采场个数少，采场生产接续困难，常常是“吃了上顿没下顿”，等着“找米下锅”，从而导致企业连年亏损，每年都得靠上面救济过日子，严重制约了企业的发展。守着金山岂能过穷日子，从不服输的山东黄金人决定从头做起，向科技寻求制胜之道。
说干就干，时不我待。2014年，一个以该公司主要领导牵头、技术骨干参加，联合中南大学、重庆大学组成的“嵩县山金矿业有限公司蚀变带内倾斜中厚破碎矿体安全开采关键技术”攻关小组成立，并迅速投入工作。技术团队通过持续攻关，先后攻破了一系列长期制约矿山安全高效开采难题——发明冒落松散岩体内顶板超前支护装置，解决了构造带内巷道掘进顶板的预支护难题；发明巷道围岩近场应力调控方法，解决了巷道开挖并进行预支护后的岩石灾变难题；提出顶板钻孔窥视实验与支护理论相结合，确定采场及巷道的支护方案，形成了急倾斜破碎金矿床支护安全保障技术。
在此基础上，他们乘势而上，又发明了急倾斜破碎矿体的分采方法，对不同质量等级的矿岩“因矿生法”，Ⅲ~Ⅳ级矿岩采用精细化上向进路法，Ⅴ级破碎矿岩则提出C料尾砂下向进路法；发明扩大矿房回采面积的工程方法，解决上向进路三岔口暴露面积大的安全隐患；基于岩石动力学参数的岩体可爆破性分级，提出安全进路爆破方案，实现采场高效爆破；发明溜井口大块的全自动破碎系统，并发明采场无轨与有轨耦合的矿石运输系统，实现采场高效出矿，形成了急倾斜破碎金矿床高效开采技术。这些安全高效开采技术的研发及应用，不仅提高了矿山的安全系数，降低了开采成本，还明显提高了矿山回收率，实现了资源的应采尽采。新技术在全矿范围内推广应用近3年来，矿井生产能力由原来的每天500吨增长至每天1100吨，矿石回收率由75%上升至97%，贫化率由35%降低至4%，选矿回收率达90%，新技术在全矿收益中占比100%，累计为矿山新增利润116178.73万元。国内行业专家对此技术给予高度评价，认为该项目成果填补了国内相关矿产的开采空白，大幅提高了矿产资源利用率，提升了企业市场竞争力，支撑了企业的可持续发展，使嵩县山金扭亏为盈，对类似矿山具有很好的示范作用，也能较好的适用于国内有色、黑色、贵金属地下矿山急倾斜破碎金矿床的低成本高效无固废开采，特别是众多处于区域构造带下顶板破碎的难采矿床的开采。
既要采得出，更要吃得净。该技术团队在研发过程中，把安全高效开采与无固废精准开采技术紧密衔接，从源头上破解了多年来矿产资源开发与生态环境保护两难的困局。
他们在开展分级尾砂似膏体充填基础研究方面，研发了立式砂仓高压风水两用造浆喷嘴、充填管路送水装置、快速切换装置、充填管道预热系统等4个专利，解决了细尾砂分级造浆及充填管道防冻的技术难题，提高了充填效率。同时，变革传统的充填工艺及充填系统，采用新型矿山充填材料，同等配比下充填体强度提高6倍左右；研发了相配套的分级尾砂充填设备，建成一套中央集成式细尾砂似膏体自动控制充填系统，实现了料浆浓度达到73%的似膏体充填；创新性地对搅拌桶的结构进行改造，有效解决了充填搅拌桶容积小、搅拌时间短等难题，为上向进路法充填体自立性和下向进路法高强度人工假底提供保障，形成了急倾斜破碎金矿床充填采矿安全保障技术。对无法充填的尾砂如何处置，是金属矿山普遍面临的一个难题。该技术团队结合安全高效开采技术，先后开展了细粒尾砂絮凝沉降特性与浓密机理研究等，井下分级尾砂充填后剩余的细粒级尾砂，经浓密后压滤制砖，不但形成了急倾斜破碎金矿床无固废开采技术，而且还保证了资源的吃干榨净。
“我们采用井下废石就地回填的措施，以及提出的井下分级尾砂充填后剩余的含泥细粒级尾砂经浓密后压滤制砖的综合利用方案，使矿山尾砂利用率达到100%，真正彻底实现了绿色、安全、高效、清洁开采。”王元民如数家珍地说：“这样不仅节约了土地，保护了生态环境，还从源头上减轻了尾矿堆存压力，为矿山高质量发展赢得了时间和空间。我们以此为依托申报的‘嵩县山金矿业有限公司资源开发与环境治理一体化工程’项目，获评2021年绿色矿山重大工程奖一等奖。这在全国具有很好的推广示范意义。”（本文刊登于2022年8月29日《中国矿业报》第2版）
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编辑/宫 莉
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