金属矿山集中强化充填开采技术与示范

1、金属矿山集中强化充填开采技术与示范提名单位：中国有色金属工业协会提名奖种：国家科技进步奖提名单位意见：该项目创新发明了大结构全尾砂充填采矿方法，开发了超厚第四系流沙层大断面斜坡道成巷技术、中深孔大量落矿多维度控制爆破技术、大体积量采场充填工艺，实现了集中强化采矿和规模化生产；研发了200m³/h大流量全尾砂充填工艺，稳态结构流充填料浆自流输送技术，研制了2000m大容量立式砂仓及耐磨造浆喷嘴，大能力水泥给料计量、搅拌制备及自动控制系统，保障了大流量全尾砂充填料浆的连续稳定制备和自流输送；研究揭示了新型充填胶凝材料的水化机理，开发了低耗铁碴新型胶凝材料，实现了大流量全尾砂结构流低成本安

2、全高效充填；项目对现代化大型无轨采掘装备，无人值守的提升、通风、排水系统，智能化的调度及管控系统实现了技术集成应用，充分发挥大型化的装备和智能化管控系统运行效率，建成了国内外第一座750万t/a全尾砂胶结充填地下金属矿山。项目整体技术居国际领先水平。获授权发明专利5项，实用新型专利10项，发表科技论文30多篇。项目技术成果已成功应用于安徽开发矿业公司、内蒙古黄岗矿业公司、中航芜湖和成矿业公司、五矿鞍山陈台沟矿业公司等金属矿山，取得了安全高效和经济型开采的良好应用效果，促进了我国金属采矿工业的发展，经济效益和社会效益显著。鉴于该项目创新性突出，应用效果显著，极大提升了我国矿山企业大型化规模化发展

3、的技术水平，解决了地表大面积塌陷和大型尾矿库选址与安全运行难题，对照国家科技进步奖授奖条件，提名该项目为2019年度国家科技进步奖二等奖。项目简介充填采矿法是最具发展前景的绿色开采技术，但现有充填采矿法在其规模化、低成本及解决地表大面积塌陷技术方面受到严重制约。为了突破充填采矿的技术瓶颈解决这一重大问题，十二五国家科技支撑计划以“特大型地下矿山规模化开采关键技术”为题立项开展了攻关研究。取得了如下主要成果： 1.主要科技创新（1）创新开发了大结构高效全尾砂充填采矿技术，发明了大结构全尾砂充填采矿方法，开发了超厚第四系流沙层大断面斜坡道成巷技术、中深孔大量落矿多维度控制爆破技术、大体积量采场充填

4、工艺，实现了集中强化采矿和规模化生产。（2）研发了200m³/h大流量全尾砂充填工艺，稳态结构流充填料浆自流输送技术，研制了2000m³大容量立式砂仓及耐磨造浆喷嘴，大能力水泥给料计量、搅拌制备及自动控制系统，实现了大流量全尾砂充填料浆的连续稳定制备和自流输送。（3）研究揭示了新型充填胶凝材料的水化机理，开发了低耗铁碴新型胶凝材料，建成了40万t/a胶凝材料生产线，实现了大流量全尾砂结构流低成本高效充填。（4）项目对现代化大型无轨采掘装备，无人值守的提升、通风、排水系统，智能化的调度及管控系统，实现了技术集成应用，充分发挥大型化的装备和智能化管控系统运行效率，建成了国内外第

5、一座750万t/a全尾砂胶结充填地下矿山2.知识产权情况项目授权“一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”等5 项发明专利，“一种充填料浆输送装置”等10项实用新型专利，公开发表“特大型地下充填采矿示范矿山的建设”等科技论文30 余篇。3.主要技术经济指标大结构高效全尾砂充填采矿技术，采场生产能力2038t/d，矿石回收率91.11%，矿石贫化率8.84%，采场一次崩矿量2.4-3.6万t，二步骤采场充填体混入率1.5%、大块率3%，爆破振动速度0.3-0.6cm/s，实现大结构采场安全、可靠、绿色环保及高效爆破作业。大流量充填系统制备输送能力达200m³/h，单套充填系统一次连续充

6、填量达2000m³；充填料浆浓度7072%，浓度波动小于3%，充填料浆泌水率5%；充填料浆结实率95%；一步采灰砂比1:12，二步灰砂比1:18，充填成本18元/t，步骤采场揭露充填体暴露面积6000-8000m2，步骤回采及出矿过程中稳定性良好，未发生充填体片帮垮落现象，由充填体引起的贫化1.263%。技术经济指标先进。4.推广应用与效益项目技术成果已成功应用于安徽开发矿业有限公司、内蒙古黄岗矿业公司、中航芜湖和成矿业公司、五矿鞍山陈台沟矿业公司等金属矿山，取得了安全高效和经济型开采的良好应用效果，促进了我国金属采矿工业的发展，经济效益和社会效益显著。技术成果具有广泛应用前景，有力

7、推动了充填采矿技术进步和采矿工业发展。客观评价1.中国有色金属工业协会对“特大型地下矿山规模化充填采矿技术研究及应用”组织的科技成果评价综合评分：96.5分；综合评价结论：项目整体技术处于国际领先水平。2. 中国有色金属工业协会对“200m3/h大流量充填系统及生产应用研究”组织的科技成果评价综合评分：92.2分；综合评价结论：项目整体技术处于国际先进水平。3.安徽省科学技术厅对“超厚第四系流沙层大断面斜坡道成巷技术”成果鉴定：项目整体技术处于国际先进水平。4.十二五国家科技支撑计划课题验收专家组意见：课题研究开发了大结构高效充填采矿法、大规模中深孔多维度精细爆破技术，揭示了大结构采场地压规律

8、及充填体的作用机理，形成了全尾砂胶结充填规模化开采技术系统，实现了集中强化采矿和规模化生产。研发了200m3/h大流量全尾砂充填系统及工艺，建造了2000m3大容量立式砂仓，研制了耐磨造浆喷嘴、大能力水泥给料计量、搅拌制备及自动控制系统，实现了200m3/h高浓度全尾砂浆的稳定高质量充填。建成了国际上首座750万t/a全尾砂胶结充填地下矿山，经济、社会和环境效益显著。专家组一致同意通过课题验收。5.特大型地下矿山规模化开采关键技术，2018年中国有色金属工业科学技术奖一等奖。应用情况项目整体技术成果已在安徽开发矿业有限公司、中航芜湖和成矿业公司、内蒙古黄岗矿业公司等矿山推广应用。安徽开发矿业公

9、司自2015年开始推广应用，2016-2018年共采出矿石2326.4万t，共实现利润5.12亿元。内蒙古黄岗矿业公司自2015年开始推广应用，至2017年底，共累计采出矿石233万t，新增利润1.43亿元。技术成果有效促进了我国金属采矿工业的发展，经济效益和社会效益显著。技术成果主要应用单位情况见下表。应用单位名称应用技术应用起止时间应用情况安徽开发矿业有限公司整体技术2015年至今近三年，采出矿石量2326.4万t，新增利润5.12亿元。内蒙古黄岗矿业有限责任公司整体技术2015年至今截止2017年底，累计采出矿石233万t，新增销售额5.17亿元，新增利润1.43亿元。中航芜湖和成矿业有

10、限公司整体技术2018年截止2018年底，共计采出矿石20.22万吨，生产铁精矿万9.09万t，形成销售收入5318万元。主要知识产权和标准规范等目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法中国ZL 2015 0339681.92017.3.1240366长沙矿山研究院有限责任公司 五矿邯邢矿业有限公司魏书祥 宋嘉栋 周爱民 陈超 林卫星 李爱国 詹 进 张立新等有效发明专利一种可模拟不同料位的压气造浆测试装置中国ZL201510235575.62015.5.112227906长沙矿山研究院有限责任

11、公司邓代强 姚中亮有效发明专利一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法中国ZL 2015 10825670.12018.9.253086224长沙矿山研究院有限责任公司 欧任泽 林卫星 宋兴宋嘉栋 周礼有效发明专利一种充填滤水管中国ZL 2014 1 0265579.42014.6.161792988长沙矿山研究院有限责任公司邓代强 姚中亮有效发明专利深孔爆破法中国ZL 2013 1 0078109.22014.7.91440352长沙矿山研究院有限责任公司周爱民 宋嘉栋 林卫星 欧任泽有效实用新型一种充填料浆输送装置中国ZL20520564635.42015.7.304726349长沙矿

12、山研究院有限责任公司邓代强 姚中亮 李健 赖伟 江科有效实用新型一种可循环利用的钢结构充填挡墙中国ZL 2016 2 1034030.52017.4.126061216安徽开发矿业有限公司于振建 李爱国 张立新 罗文冲等有效实用新型充填料浆制备设备及充填系统中国ZL 2018 2 0497044.32018.4.98037219长沙矿山研究院有限责任公司康瑞海 彭亮 王旭等有效实用新型尾砂浆脱水装置中国ZL 2018 2 0497042.42018.4.98146334长沙矿山研究院有限责任公司康瑞海 彭亮 王旭等有效实用新型尾砂砂仓中国ZL 2018 2 0312613.22018.3.77

13、875716长沙矿山研究院有限责任公司康瑞海 王旭 彭亮等有效主要完成人情况表排名姓名行政职务技术职称工作单位/完成单位对本项目技术创造性贡献1魏书祥董事长教授级高工五矿矿业控股有限公司/五矿矿业控股有限公司项目总负责人，主持项目自立项、方案讨论、试验、归纳、总结、检索、鉴定的全过程。在项目研究、实施的过程中，制定方案、组织工作并进行指导。对项目的整体科技创新均做出创造性贡献。是项目 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”发明专利的主要发明人。2周爱民教授级高工长沙矿山研究院有限责任公司/长沙矿山研究院有限责任公司项目技术总负责人，负责项目自立项、方案讨论、试验、归纳、总结、检索、鉴定的全

14、过程。在项目研究、实施的过程中，制定方案、组织工作并进行指导。对项目的整体科技创新均做出创造性贡献。是项目 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”、“深孔爆破法”等发明专利的发明人之一。3陈超副总工程师教授级高工五矿矿业控股有限公司/五矿矿业控股有限公司项目主要技术负责人之一，负责项目自立项、方案讨论、试验、归纳、总结、检索、鉴定的全过程。在项目研究、实施的过程中，制定方案、组织工作并进行指导。对项目的整体科技创新均做出创造性贡献。是项目 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”发明专利的发明人之一。4林卫星副主任高级工程师长沙矿山研究院有限责任公司/长沙矿山研究院有限责任公司项目主要参

15、加人员，参与了项目自立项、方案讨论、试验、总结、检索、验收的全过程。对项目的科技创新一、二、四做出创造性贡献。是发明专利“一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”、“深孔爆破法”的发明人之一。5张立新副部长高级工程师五矿矿业控股有限公司/五矿矿业控股有限公司项目主要现场技术负责人之一，参与了项目自立项、方案讨论、试验、归纳、总结、检索、鉴定的全过程。对项目的科技创新一、二、三、四做出创造性贡献。是项目 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”发明专利的发明人之一。6宋嘉栋无教授级高工长沙矿山研究院有限责任公司/长沙矿山研究院有限责任公司项目主要参加人员，参与了项目自立项、方案讨论、试验、总结

16、、检索、验收的全过程。对项目的科技创新一、二、四做出创造性贡献。是发明专利 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”、“深孔爆破法”的发明人之一。7魏建现总经理教授级高工五矿矿业控股有限公司/五矿矿业控股有限公司项目主要参加人员，参与了项目自立项、方案讨论、试验、总结、检索、验收的全过程。对项目的科技创新一、二、三、四做出创造性贡献。8姚中亮无教授级高工长沙矿山研究院有限责任公司/长沙矿山研究院有限责任公司项目主要参加人员，参与了项目自立项、方案讨论、试验、总结、检索、验收的全过程。项目充填技术方面负责人，负责大流量充填系统整体设计，现场调试，对项目的科技创新二、四做出创造性贡献。是发明专利

17、“一种可模拟不同料位的压气造浆测试装置”、“一种充填滤水管”的发明人之一。发表“大流量全尾砂胶结充填技术”等科技论文。9李爱国部长教授级高工五矿矿业控股有限公司/五矿矿业控股有限公司项目主要参加人员，参与了项目方案讨论、试验、总结、验收的过程。 “一种大结构分凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”发明专利的发明人之一。对项目的科技创新一、二、四做出创造性贡献。10康瑞海副主任高级工程师长沙矿山研究院有限责任公司/长沙矿山研究院有限责任公司项目主要参加人员，参与了项目自立项、方案讨论、试验、总结、检索、验收的全过程。负责充填材料试验、系统现场调试，技术优化改造，对项目的科技创新二、四做出创造性贡献。主要完

18、成单位及创新推广贡献1.五矿矿业控股有限公司：组织完成项目的立项论证，主持制定项目试验研究实施方案和项目在现场的实施与示范。参与项目的立项论证和试验研究，参与制定项目技术路线、试验研究实施方案和项目整体技术方案。参与研发了大结构高效全尾砂充填采矿技术、200m³/h大流量全尾砂稳态结构流充填技术、低耗铁碴胶凝材料、大型高效采矿装备与智能化技术集成应用等。负责完成了大结构高效全尾砂充填采矿的工业试验和750万t/a全尾砂地下矿山建设与示范；负责技术成果在安徽开发矿业有限公司的推广应用。2.长沙矿山研究院有限责任公司：组织完成项目的立项论证，主持制定项目技术路线、试验研究实施方案和项目整体技术方案。研发了大结构高效全尾砂充填采矿技术、200m³/h大流量全尾砂稳态结构流充填技术、低耗铁碴胶凝材料、大型高效采矿装备与智能化技术集成应用。在黄岗铁矿矿开展了项目技术成果的推广应用。3.中国新型建材设计研究院有限公司：开展了细粒级尾砂胶结充填材料的开发研究，并在安徽开发矿业有限公司进行推广应用。完成人合作关系说明本项目由五矿矿业控股有限公司、长沙矿山研究院有限责任公司、中国新型建材设计研究院有限公司共同研究开发完成，于2008年12月完成项目立项，成立了项目研