北京科技大学蔡美峰院士团队：我国深部金属矿山绿色智能可持续发展关键工程科技战略丨Engineering

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第7卷，原文出自：Key Engineering Technologies to Achieve Green, Intelligent, and Sustainable Development of Deep Metal Mines in China

引言

金属矿产资源是世界各国处于第一位的工业原料，对国民经济的发展和社会物质文明与科技进步有举足轻重的作用。经过多年持续高强度开发，我国浅部金属矿产资源逐渐减少或枯竭，金属矿产资源的开采正处于全面向深部推进阶段。目前，已有20多个地下金属矿山达到或超过1000 m的开采深度。据统计，未来十年，我国三分之一以上的地下金属矿山的开采深度将超过1000 m，其中最大开采深度将达到2000~3000 m。随着勘探技术和装备的进步，我国未来在3000~5000 m深部找到一批大型金属矿床是完全可能的。因此，深部开采是我国金属矿产资源开发面临的最迫切问题，也是今后保证我国金属矿产资源可持续开发与供给的最主要途径。在此背景下，北京科技大学蔡美峰院士团队从前瞻性的角度提出了解决深部开采难题的关键工程科技战略。

深部安全高效开采面临一系列工程挑战，深部开采面临的关键难题主要来自以下几个方面：（1）高地应力。在深部高地应力作用下，采矿开挖将形成破坏性的地压活动，导致岩爆、塌方、冒顶、突水等开采动力灾害的发生，严重影响生产安全和正常作业。（2）岩性恶化。进入深部后，岩体结构与力学特性会发生重大变化，给支护和后续开采安全带来很大负担，严重影响开采效率和效益。（3）高温环境。深部矿井的高温环境会使围岩的力学性能大大劣化，严重影响设备的安全运行、作业效率和工人身体健康，会造成不可预测的灾害和事故。（4）深井提升。随着开采深度的增加，矿石和各种物料的提升高度显著增加，造成提升难度和成本大幅增加。传统有绳提升技术不仅难以满足深部提升的要求，而且对生产安全构成潜在威胁。
深部开采关键工程科技战略有四种：岩爆预测预报与防控技术、支护技术、高温环境控制与降温技术、提升技术。
传统的浅部采矿模式和开采方法已不适合深部高应力场、高井温、岩体结构变化和复杂的地质条件。为了适应深部金属矿绿色智能开采的要求，提高深井自动化高效开采水平，必须对现有采矿模式及其工艺技术进行根本变革。因此，可以采用绿色智能采矿模式，例如：精准切割采矿，这主要包括机械连续切割掘进与采矿技术、高压水射流破岩掘进与采矿技术、激光破岩掘进与采矿技术以及等离子破岩掘进与采矿技术。另外，还可以采用无废开采、溶浸采矿、地下采选一体化开采、智能化无人采矿这四种绿色智能的采矿模式。上述几个具有前瞻性的关键创新技术的集成，形成了我国金属矿深部开采创新技术体系的整体框架。采矿业是国民经济发展的保障性行业。中国是发展中国家，目前尚处于工业化和城镇化的快速发展阶段。因此，对金属矿产资源和金属矿产品的需求还会在一定时期内保持高位。未来矿产资源开发涉及绿色开采、深部开采、智能化采矿三大主题，其中深部开采是统领全局的主题。为了解决未来深部开采面临的一系列关键技术难题，必须广泛吸收各学科的高新技术，发展先进的、非传统的采矿新理论、新技术、新工艺，创造更高效率、更低成本、最少环境污染和最好安全条件的绿色智能采矿模式，提高金属矿产品产量和生产效率，从而保证我国矿产资源的有效供给及国民经济安全与可持续发展。

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.07.010

以上内容来自：MeifengCai,PengLi,WenhuiTan,FenhuaRen. Key engineering technologies to achieve green, intelligent, and sustainable development of deep metal mines in china [J]. Engineering, 2021, 7(11): 1513-1517.