图为张国建教授(右三)在实验设备旁为课题组成员进行实验讲解。 刘国良 供图
铁,一直以来是人们所熟知的世界上发现最早、利用最广、用量最多的金属,其可谓是多功能“宝贝”,早在19000年前,周口店“山顶洞人”还用它做颜料。
但据相关资料显示,预计到2020年,地下铁矿山开采将达60%左右。作为不可再生资源的铁矿石,若不能充分回采,不但会造成巨大流失,甚至还可能“弹尽粮绝”。
该用怎样的一项技术能最大限度地减少铁矿开采损失?
福音来了!
日前,由鞍钢矿山公司承担,辽宁科技大学、东北大学及北京科技大学等单位共同参加的国家“十二五”科技支撑计划课题——“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”顺利通过验收,并应用于生产。该课题能有效破解矿石贫化严重的行业共性问题,对于提高矿山企业经济效益也颇具重要意义。
“堡垒”攻关势在必得
“无底柱分段崩落法”是目前金属矿床地下开采广泛使用的技术方法,其高出矿率深得人心。然而,高出矿率的背后却存在资源利用率不高、矿石贫化以及开采成本增加等问题,制约着矿山企业效益的提升,成为采矿科研工作者长期以来绕不开的一个“堡垒”。
2013年,国家相关部委决心下大力气,集全行业智慧,打一场“夺宝”攻坚战,攻下地下开采之“堡垒”——将金属与非金属矿山高效地下开采关键技术研究及示范列入国家科技支撑计划。
无独有偶,辽宁科技大学张国建教授课题组研究崩落采矿技术已近30年,具有稳定且特色鲜明的研究方向——“采矿工程优化与数值模拟”,在这场“夺宝”攻坚战打响之时,张国建教授课题组积极响应,承担了该课题4项任务中的2项——“无底柱崩落回采系统各环节相互关系研究”及“崩落体状态与控制研究”。
据了解,在运用“无底柱分段崩落法”开采过程中,崩落矿体的形态直接影响出矿效率和质量。围绕回采系统各环节相互关系,解决对崩落体形态的控制和优化问题,即是攻克“堡垒”的关键。
张国建教授课题组任务重大,却也势在必得。
站在巨人的肩膀上前行
实际上,张国建教授课题组此前已创造性地提出崩落矿体和覆盖矿体之上的松散岩层自然分级概念,并初步建立了崩落体理论,在崩落采矿技术回采系统各环节间架起了桥梁。
多年的累积,让该课题组得以站在自己创造的“巨人”肩膀上,继续攻坚前行。
科研工作就是在不断克服难题中日新月异。在承担课题任务后,张国建教授课题组也踩到了绊脚石——针对任务要求,要从无到有开发出全新技术。
“根据理论研究和现场模拟试验,我们发现崩落体其实是个复杂曲面体。这一崩落体实际上到底长什么模样,只能靠现场验证。”张国建教授表示还是有些犯难,“矿石的坚硬度非同一般,机器钻不进去,‘土行孙’来了也恐怕无能为力”。
面对这一难题,课题组成员也纷纷“脑洞大开”:有人提议在矿石里嵌入磁性小球,爆破后利用仪器探测磁性小球位置,以此来确定崩落体形态;有人提出利用电子定位装置,用红外线测定……正莫衷一是时,突然有个建议令人感觉似醍醐灌顶:我们的目的是找到评价崩落体形态优劣的放出系数,利用放出信息就可以求出放出系数了,何必非要和崩落体长什么样较劲?
通过思想碰撞、反复推敲和论证,张国建教授课题组最终找到了一种能确定崩落体形态的方法,并申请了国家专利。
眼见科研进展愈发顺利,课题组正蓄势而上,设备问题却又成为一道坎儿。“由于研究的特殊性,没有现成的实验设备可用,就得需要我们自行研制。然而在研制过程中,遇到的各种各样的问题,还将没有先例可循。”张国建教授挠挠头有些难为情地说道,“我们做采矿研究的当然可以清楚地说出设备能干什么、怎么用,但对设备的设计制作就完全是‘门外汉’了。”
知悉了课题组在这一道坎儿大伤脑筋,该校工程技术训练中心的工程师前来助阵,软件学院的博士也来献智,国内该领域的知名专家学者也被请来群策群力。从设备论证到每个零部件的设计加工,一边探索一边前进,直到合乎制作规范。“最终,覆盖层渗水规律实验系统装置、崩落体形态及其形成机理系统模型等5套‘原创’设备落地生花。”课题组主要成员张治强博士欣喜地讲着这4年来课题组闯过的一关又一关,因着“为了一个数据而反复推敲;为了一个点子而集思广益。没有现成路可走,就披荆斩棘,以创新为动力,打破常规自开路”而倍觉荣耀。
完美收官贡献大智慧
自2013年1月1日至2016年12月31日,整整4年,这一国家“十二五”科技支撑计划课题“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”在辽宁科技大学等有关参加单位的艰辛努力下,终于完美收官。
“‘地下矿山新型崩落采矿技术与应用’课题成功研发出的崩落体形态控制及矿岩接触带相对粒度控制等关键技术,在鞍钢弓长岭井下铁矿建立了无底柱分段崩落采矿法示范工程,取得良好的应用效果,显著提高了矿石回收率,降低了矿石贫化率。”在近日“十二五”国家科技支撑计划“地下矿山新型崩落采矿技术与应用”课题验收会上,中国有色金属工业协会验收专家组对课题做了十分严谨和细致的评审。
至此,“新型崩落采矿技术”终于攻克地下采矿技术的“堡垒”,开辟了地下矿山资源高效开发利用的新途径。而张国建教授课题组也终于将其所负责的两项任务成功“交差”,贡献了科研人之大智慧。
“该项研究成果具有广泛推广价值。”在验收专家手动点赞之时,张国建教授课题组成员都舒了口气,于其脸上露出的欣慰笑容,不仅是收获科研成果之喜悦,更是科研人对于科研事业之大爱。
原文链接：中国教育报（2017年6月12日第7版）
（责编：孟婍、李文慧）
