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重点研发计划“深部金属矿建井与提升关键技术”获得立项批复

发布时间:2016-08-28

近日,由北京科技大学牵头的国家重点研发计划项目“深部金属矿建井与提升关键技术”于2016年7月13日获得中国21世纪议程管理中心的立项批复,开始全面实施。该项目是“十三五”国家重点研发计划“深地矿产资源勘查开发”重点专项中深部矿产资源开采理论与技术方向优先启动的两个项目之一。

深部金属矿建井与提升关键技术项目由北京科技大学牵头,纪洪广教授担任项目负责人。参与单位包括山东黄金集团有限公司、中国黄金集团公司、中国恩菲工程技术有限公司、金诚信矿业管理股份有限公司、锦州矿山机器(集团)有限公司、东北大学、中南大学、山东大学、北京中煤矿山工程有限公司、北京矿冶研究总院、长沙矿山研究院有限责任公司、中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司等国内20家大型企业、重点高校和科研院所。项目由蔡美峰院士、于润沧院士、洪伯潜院士等采矿、建井及提升领域的资深专家担任技术顾问,项目组成员是来自各承担单位的著名专家、中青年技术骨干和青年学者。本项目将针对金属矿深部资源开发中由于高应力、高水压、高地温、复杂服役条件等所导致的建井与提升重大难题,开展为期五年的基础理论研究和重点技术攻关。

随着开采深度的增大,尤其是当超过1500m,甚至接近2000m 以后,地层地应力显著增高,地层温度、孔隙水压力也随之升高。深部地层中不确定性因素、未知因素更多、更复杂化,建井工程条件、提升条件发生一系列显著变化,给建井工程和提升系统及其运行安全带来的风险也显著提高。现有的建井基础理论、设计与施工技术、支护与地压控制、提升理论与控制技术、提升装备及其安全保障技术等均受到很大挑战。因此,如何构建适合于深竖井建井与提升基础理论体系,研发与之配套的技术体系与装备配套技术,保证深竖井条件下井筒与提升系统的长期稳定性和可靠性是深地资源开发必须首先解决的瓶颈问题。

深部金属矿建井与提升关键技术项目将紧紧围绕“深部地层建井工程性能及其空间变异规律与深竖井建井工程风险”、“金属矿深部高应力强压缩硬岩地层原位高效破岩机理与井筒长期服役安全保障”、“深井大载荷、大功率、高速提升与可靠性保障”三个关键科学问题,重点研究深部地层由于高应力及多场共同作用所导致的建井工程条件的变异性,井筒及相关硐室所处岩层及多相地质体分布特征的区位差异性、服役环境的复杂性,寻求定量分析、科学预测、有效降低深竖井建井与长期服役过程中由于多种不利因素及其不确定性所导致的各类风险的理论和方法。通过研究高应力硬岩地层快速建井过程中机械与爆破过程的能耗、破岩效率、振动响应、围岩扰动等机理,改进刀具加工工艺,研发硬岩地层机械破岩滚刀及纠偏钻具和精准爆破成井技术。研究多种有害因素对井筒及井壁结构的劣化作用机理,研发井筒井壁新型结构、井壁材料和井帮围岩控制技术,攻克金属矿深竖井井筒在开采扰动、废烟废气等力学与化学因素耦合作用下的长期稳定性和服役安全性问题。重点研究重载提升机性能与结构、容器轻量化和钢丝绳及悬挂体系优化、大功率提升机变频驱动、失控保障等关键基础理论与技术,攻克深井大功率高速提升与控制领域的基础理论与关键技术。

通过项目研究,将初步形成1500m以深、2000m 以浅金属矿深竖井高效掘进成井关键技术与装备能力和大吨位高速提升与控制关键技术与装备能力,并形成相应的技术标准和规范。

项目实施按照五个课题进行组织。即:深竖井建井工程风险分析理论与优化设计方法、金属矿深竖井高效掘进与成井关键技术及装备、金属矿深竖井井壁结构与围岩控制关键技术、深竖井大吨位高速提升装备与控制关键技术、大吨位轻量化提升容器与牵引关键技术。

通过项目实施所形成的近2000m深竖井建井与提升基础理论、关键技术、工艺装备等研究成果,不仅可以直接为埋深1500~2000m范围内资源开采,特别是深部稀有、贵重、战略资源开发提供理论基础和关键技术和重点装备,有着显著的直接经济效益。而且项目成果在科技、经济、社会、军事方面有着更大的社会效益和科学价值。

首先,在地球深部资,蕴藏着大量宝贵资源。随着我国工业化、城镇化速度加快,对能源的需求急速增长。而经过多年的开采,浅部资源逐渐减少和枯竭,迫切需要开辟能源与重要矿产资源的“第二矿带”。通过前期的深地探测和深地找矿计划,在 2000m 深度范围内发现有若干大型金矿床。比如山东的三山岛西岭金矿,矿体埋深均达到 2000m,金金属储量均超过 50 吨,并且深部尚未见底。据预测,我国在 3000m~4000m深部仍存在大型金属矿床,特别是有色金属矿床和金矿床。而本项目在深井建井与提升方面的研究和所取得的成果,将为深地资源开发提供必要前提和基础。

其次,进入到地球的更深部,探索地球的起源、地球的演化、生命科学、宇宙的形成和发展等都是人类永久的研究课题,这既是人类的梦想,也是经济发展的现实需要。同时,由于深地空间及其环境具有本底噪声低、高地应力、高地温、高渗透压等特点,是开展暗物质研究、地球内部结构与演化等重大前沿科学问题的理想场所。而要开展这些工作,其基本前提就是能够开劈理想的深地空间和进入空间的通道,深井建设与提升技术的核心宗旨,就是研究如何打通进入进入深部地层的安全通道,而这正是本项目将要开展的研究和拟攻克的关键技术。

再者,深井建井与提升技术的突破和发展,不仅可为深地研究奠定必要前提和基础,而且可以带动相关领域技术的发展,如深地地质工程与环境工程技术、地下工程技术、防灾减灾与安全工程技术以及控制、地下通讯技术等;同时,可以促进形成许多边缘学科,如深地空间工艺学、深地空间材料学、深地空间生物学、深地环境学、深地灾害学等等。

因此,深部金属矿建井与提升关键技术项目研究对于科学、社会、经济、生态等有着重要的现实意义和战略意义,对军事发展则有着更为特殊的重要意义。

(来源:北京科技大学)


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