PPT课件-最新金属矿山典型安全技术

新形势下金属矿山安全科技支撑 2024年8月 目一、金属矿山安全面临的新形势 CONTENTS 录二、金属矿山典型安全技术 三、金属矿山安全科技支撑发展趋势 一、金属矿山安全面临的新形势 （一）高质量发展是我国当前的首要任务 党的第二十届中央委员会第三次全体会议指出：高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。 这一论断充分体现了我国发展的阶段性特征，我们必须坚定不移地贯彻新发展理念，推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，不断增强我国经济创新力和竞争力。 （二）矿产资源是支撑高质量发展的关键基础原料 高质量发展离不开产业的发展，战略新兴产业和未来产业更是发展新质生产力的重点任务，这些均需要大量的矿产资源支撑。 到2040年，预计我国铜需求量将达到近2000万吨，铝需求量达到近5500万吨，镍需求量超过300万吨，钴需求量超过25万吨，锡需求量达到22万吨，钼需求量18万吨。 党中央、国务院高度重视矿山安全工作。党的十八大以来，习近平总书记多次对矿山安全生产作出重要指示批示，为做好新时代矿山安全生产提供了根本遵循和行动指南。 只有保障了矿山的安全生产，才能保障资源的供给。同时，矿山安全生产事关人民群众生命财产安全，事关经济发展和社会大局稳定。 2023年9月6日，印发了《中共中央办公厅国务院办公厅关于进一步加强矿山安全生产工作的意见》（国务院公报2023年第26号），强调矿山安全生产是重中之重。 提出：要强化矿山安全科技支撑体系建设，组织重大关键技术攻关。实施一批矿山安全类重大科技项目，研究推进建设矿山安全领域全国重点实验室。 2022年2月8日，国家矿山安全监察局印发了《关于印发<关于加强非煤矿山安全生产工作的指导意见>的通知》（矿安〔2022〕4号）。 提出：通过源头管控、规范条件等，进一步提升非煤矿山企业规模化、机械化、信息化和安全管理科学化水平，从根本上消除事故隐患、从根本上解决问题，推动非煤矿山行业安全高质量发展。 2024年4月14日，国家矿山安监局、应急管理部等7部门印发了《关于深入推进矿山智能化建设促进矿山安全发展的指导意见》，强调要深入推进矿山智能化建设，推动矿山安全治理模式向事前预防转型。 提出：到2030年，推动矿山开采作业少人化、无人化，有效防控重大安全风险，矿山本质安全水平大幅提升。 （四）全国矿山安全形势总体稳中向好 在国家统一部署和安排下，近十年矿山和非煤矿山事故发生的数量与死亡人数总体呈下降趋势。全国矿山安全形势保持了稳中向好的良好势头，需毫不松懈地严控安全发展底线，筑牢非煤矿山安全生产的防线。 （五）矿山安全事故分析—原因分析 矿山安全事故的发生存在人的因素、物的因素及自然因素等，主要集中在开采技术与装备、安全生产管理方面。 金属矿山安全事故原因构成 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 开采技术与装备 安全生产管理 其他 根据统计分析，矿山安全事故原因中，开采技术与装备方面因素占比约为45%，安全生产管理方面因素占比约为45%，其他方面占比约为10%。 （五）矿山安全事故分析—事故发生区域 由于我国矿产资源禀赋条件较差，尤其是地下矿山的开采技术条件相对更差，因此，地下开采矿山是安全事故发生的重灾区。 随着经济社会发展对资源的消耗不断增大，东部、易采、浅部地区已难以满足资源消耗需求，西部高寒高海拔地区、深凹露天、深部地下等成为资源供给的关键阵地。同时，选矿技术的进步使得入库尾矿的粒度越来越细，尾矿库安全管理难度增大。 矿山安全生产也面临着新的挑战。 1.高寒高海拔地区冻融循环和采动融合作用下露天矿边坡稳定性控制难度大 •高寒高海拔地区具有显著的低温、低氧、低压、冻融、生态承载力低等特征。 •长期冻融循环加采动条件诱发边坡岩土体性能时空劣化机理与致灾机理复杂，冻融-采动条件下岩体力学参数确定难，岩体结构面数据处理与特征识别低效。 冻融-采动条件下岩体力学参数确定难 寒区岩体影响因素 冻融-采动条件下 露天矿边坡滑移突发性强 复杂的加卸载过程 卸载-加载-卸载-加载 长期爆破荷载作用长期冻融循环作用 冻-融-冻-冻 预警智慧化 程度不高、成功率低 尺寸效应 滑坡视频 2.深凹露天高陡边坡灾变防控难度大 •我国一批露天矿山已进入露天开采的后期阶段，一些矿山边坡高度已超过800米（西藏阿里改则铁格隆南金铜矿边坡将达到1110米），高陡边坡在生产扰动、风化等影响下，边坡的灾变控制难度极大。 •高陡边坡可靠度基础理论、滑坡模式、动载响应、灾变动态反馈等亟需科技突破。 3.细粒尾矿入坝后难以筑坝使得尾矿库安全运行难度提升 •政策要求在保证紧缺和战略性矿产矿山正常建设开发的前提下，全国尾矿库数量原则上只减不增，因此尾矿库征地难度极大，必须用好尾矿库库容，提高利用率。 •随着选矿技术的进步，入库尾矿粒度越来越细，不易于固化，筑坝难度越来越大，在提高库容利用率的同时，尾矿库安全运行难度大幅提升。 4.规模化开采条件下群采空区稳定性判别及处置难度大 •规模化开采一般涉及点多面广，多中段同时开采，在一定时期内会形成地下采空区群，随着爆破、生产运输等活动的扰动，采空区群的稳定性判别及处置的难度较大。 •根据统计，与采空区有关的事故占金属非金属矿山事故总数的33%，事故起数最多、人员伤亡最多、分布范围最广。 5.深部高地应力导致的岩爆等危害增多 •地下开采矿山，随着开采深度的增加，地应力相应增大，由此引发的岩爆、塌方、冒顶和突水等动力灾害将增多，给采矿安全带来了新的挑战。 •国内目前最大开采深度约1600m（中金纱岭金矿、三山岛金矿），深部开采面临的“四高一扰动”等难题目前难以有效解决。 地下深部 “四高一扰动”…… 6.矿井深部热害治理技术亟待突破 •未来矿井最大允许开采深度，从某种意义来讲，将取决于矿井热害治理水平。 •目前已有的千米深井均已达到一级热害矿井标准（采/掘工作面风温达28℃~30℃），或矿井达到一级热害区标准（原岩温度达31℃~37℃）。 防控 7.规模化开采的复杂环境使得灾害风险精准识别、预警及防控难度大 •随着金属矿产资源基地的加速建设，千万吨生产矿山明显增多，带来强动压、大扰动、高产尘等新特点，对灾害防控的超前性、可靠性和效率提出更高要求。 规律不清 预警难 数据散 感知 响应互馈 评估 •矿山灾害风险的感知、评估、防控、反馈等系统化防治难度增大。 （七）科技创新是提升矿山本质安全水平的重要支撑 随着全球新一轮的科技革命和产业革命的加速推进，科技创新正在驱动矿产资源开发等传统产业的转型升级和重构。 以学科交叉融合与协同创新为重要特征的矿山安全重大科技研究是解决和突破新形势下矿山安全新难题的关键途径和重要支撑。 二、金属矿山典型安全技术 （一）高寒冻结区安全控界爆破关键技术 针对高寒区冻结矿岩体，探明了超深半隔孔控界爆破参数（半隔孔孔距、当量不耦合系数、线装药密度等）之间的关系，建立了“双段穿孔，一次爆破靠界”超深孔爆破新工艺，半壁孔率达到85%，解决了碎软冻结岩体超深孔边坡靠界并段控制技术难题。 通过控界爆破，形成规整边坡，从本质上提升高寒高海拔地区矿山边坡的稳定性。 通过试验发现，冻融作用对短期受荷下岩石力学性能影响较小，在长期受荷作用下冻融对砂岩时效力学特征影响显著。 冻融后岩样在短期荷载及长期荷载作用下的破坏模式均为剪切破坏，但在长期荷载作用下的岩石破碎方式随着冻融循环次数增加逐渐由单一的斜剪切面向“X”状共轭剪切面演化，岩石更加破裂。 冻融循环后砂岩常规三轴压缩曲线冻融循环120次后砂岩轴向应力差、声发射振铃计数与时间关系曲线 通过研究岩石内部三维孔裂隙结构和冻融损伤岩石加卸载力学演化特征，构建融合冻融损伤参数的岩石采动卸荷强度准则，开发高寒地区灾变表征和机理融合的边坡失稳智能化预警技术，解决冻融边坡的滑坡破坏识别和预警难题。 水分渗入岩石裂隙 水冻结成冰，体积增大，裂隙加深 冻融交替出现岩石破裂 首先进行露天矿岩质边坡三维实景模型数据采集。针对露天矿山边坡高、陡、范围大等特点，研究不同场景下岩体信息的高精度采集方法。 通过倾斜摄影或三维激光扫描（无人机载或便携设备）或数字摄影测量等方式实现，为后续三维数字化模型的重构提供最真实的现场数据。 然后进行围岩三维数字模型的重构。研究点云数据滤波算法，对点云数据中的树木、房屋、开挖块体等干扰因素进行有效滤除。 通过点云共面集的轮廓提取、点云法向量特征的岩体结构面几何信息智能识别算法等，实现优势结构面、迹长、间距、面积密度等的自动求解，构建边坡的三维数字模型。 最后形成岩体结构面超视距识别系统。结合计算机图形学，研究结构面识别过程中对象的可视化技术，从底层技术开发出具备可视化、交互性强、智能化等特点的岩质边坡结构面识别应用系统，为边坡稳定性分析提供科学的基础参数。 这套系统是中钢矿院完全自主开发，具备完整知识产权。可以替代国外的3GSM系统，为边坡岩体结构面识别提供了新方案。 （四）高陡边坡灾变控制技术 台阶路面 预稳区域 待开挖岩体 预稳区域 台阶路面 耐候加固技术 待开挖岩体 靠帮边坡 形成露天矿高陡边坡岩体结构发育模式表征方法，实现潜在失稳区域高效辨识，建立超前预稳关键控制技术决策系统，开发出适用高陡边坡岩土体耐候锚固装置与喷层阻渗材料，实现有效的高陡边坡灾变控制。 结构面识别与重建技术 （五）超细粒尾矿安全筑坝新工艺 针对粒径小于0.037mm的尾矿占比超66%的超细粒尾矿，构建了尾矿堆积坝稳定性分析计算模型，提出了安全构筑尾矿堆积坝的技术方案，运用旋流器对细粒尾矿进行分选，分选后，分级分区堆存细粒尾矿。 解决了超细粒尾矿难以筑坝的技术难题。 2017-6-30试验后照片 （六）尾矿库安全精细化放矿及库容最优化利用技术 由于尾矿库库区内存在较大范围的澄清尾矿水范围、尾矿库放矿沉积滩面难以达到设计平整度等原因，普遍存在有效堆积库容无法最大化利用的问题。 通过研发尾矿土工织物复合体子堤池填堆存新方法，将尾矿浆旋流分级后，粗颗粒一部分灌入土工织物内自然滤水，另一部分进行水下放矿；细颗粒通过放矿支管进行池填平整放矿，实现安全精细化放矿及对尾矿库有效库容的最优化利用，充分利用库容。 尾矿库冰冻期放矿筑坝应避免对尾矿坝体安全产生不利影响，主要遵循原则为减少放矿时新的冰冻层的产生量，使放矿时产生冰冻层位置远离坝体外坡。要求冬季放矿时矿浆在远离坝外坡的上游库内集中放矿，降低放矿时冰冻层产生几率和范围。 为保障冬季的放矿，在夏季时，尽可能提高坝体高度，给冬季冰下放矿创造条件。蓄水高度为保证冬季放矿所需库容标高以上的2～3m。 冬季时只要在坝前留有一定的宽顶子坝，即可在子坝上游进行直排放矿。采用集中放矿可以很快形成放矿流道，只要放矿不停，矿浆不但不会冻结，实现安全放矿。 冰下放矿示意图 （八）高泥超细尾矿的高效固化技术 针对高泥全尾矿含泥量高、超细尾矿颗粒细、含水量高等特性，研制新型胶凝材料，成功解决高泥及超细尾矿早期强度不高及难以固化难题。 通过超细尾矿的高效固化，可以实现尾矿的固化干式堆存，破解尾矿库安全运行难题。 （九）群采空区“测-绘-诊-治”综合处置技术 通过测-绘-诊-治技术体系，对各种类型的隐伏、不规则、危险采空区进行精确探测，三维立体化建模，数值化分析，进而研究合适的采空区治理方案。 解决了群采空区立体空间分布计算不准、耦合影响作用不清、治理措施不精准等的关键问题，为解决采空区的安全隐患提供重要支撑。 （十）深部高地应力防治及利用关键技术 与浅部开采相比，深部采动岩体损伤机制、演化机理、致灾过程、响应特征等均发生了显著变化，需要突破高地应力等危害的转