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需求背景

白云鄂博铁矿主矿区经过半个多世纪的开采，目前处于露天开采中期，生产能力700万t/a，2023年将进入减产期，预计2032年闭坑；东矿设计生产能力500万t/a，已进入露天开采减产期，预计2023年闭坑。2023年后，东矿将闭坑，主矿也将进入减产期，合计减少生产能力500~1200万t/a。东介格勒虽已完成初步设计，但尚未取得采矿权证，东矿境界外资源利用尚未立项，而且两部分产能预计也仅有300万t/a，无法填补巨大的产能缺口。为维持矿山产能稳定，必须尽快启动主矿和东矿深部露天转地下开采工程。主矿目前正在进行深部资源勘探工作，尚不具备即刻进行露天转地下开采的条件；东矿深部资源的详查地质工作已经完成，同时对东矿境界外资源如何利用也已开展了相关的研究工作，具备了办理露天转地下开采相关手续的基础条件。因此，需尽快开展东部露天转地下开采研究，为下一步深部资源开采立项审批、工程设计等提供有力的技术支持，缩短减产或停产过渡时间。同时通过研究创建生态脆弱区域多矿区协同绿色智能开采样板工程和示范基地，也为主矿体露天转地下开采提供可复制的成功经验。

露天转地下开采是集露天和地下两种工艺要素为一体的综合性技术。这种技术可以充分利用矿产资源，提高经济效益，是大型露天矿山开采可持续发展的趋势之一，也是一种经济上合理、技术上可行的资源回收方法。

国外露天转地下开采的矿山较多，涉及的矿山有金属矿山、非金属矿山和煤矿等，如瑞典的基鲁纳瓦拉矿、南非的科菲丰坦金刚石矿、加拿大的基德格里克铜矿、芬兰的皮哈萨尔米铁矿、前苏联的阿巴岗斯基铁矿、澳大利亚的蒙特莱尔铜矿等。上述矿山根据地质、资源、生产、环境和经济等因素的不同情况，并就合理确定露天开采的极限深度、露天开采向地下开采过渡时期的产量衔接、露天坑底盆的顶柱与缓冲层、露天开采的开拓系统与地下开采的开拓系统衔接、露天开采的边坡管理与残柱回采、坑内通风与防排水系统等主要问题进行了研究，取得了较好的效果。

国内露天转地下开采的矿山有江苏的凤凰山铁矿和冶山铁矿、安徽的铜官山铜矿、湖北的红安萤石矿、甘肃的白银折腰铜矿、江西的良山铁矿、浙江的漓渚铁矿和山东的金岭铁矿等。近三十年来，国内露天转地下开采的矿山虽然不多，但是通过科技人员的试验和研究也积累了很多宝贵的经验，为露天转地下开采的方法和手段创造了条件。

需解决的主要技术难题

通过对国内外矿山露天转地下开采技术研究的现状调查发现，已开展的研究只是对露天转地下开采中存在的某些问题进行了探索，如产量衔接、边帮残矿开采、开拓方法等，但尚未涉及露天转地下开采的关键技术，研究仍处在理论探讨阶段。对诸如联合开采的开拓系统研究，安全高效的采矿方法研究，矿区的应力应变场的动态演变过程规律研究，采空区破坏模式研究以及对环境破坏的预测及恢复环境的对策等关键技术还缺乏系统的研究。同时，国内外对露天转地下开采工艺和技术所进行的研究仅是针对某一具体矿山开采技术条件进行的。由于各矿山地质条件、开采技术条件和环境条件各不相同，在一个矿山成功的经验无法照搬到另一个矿山，必须因矿施策，在借鉴国内外露天转地下开采经验的基础上，针对矿山具体开采技术条件展开全面的攻关研究，以提高矿山露天转地下开采的技术水平和安全保障度。

期望实现的主要技术目标

1、矿区位于高寒生态脆弱地区，露天转地下开采必须高度重视地表环境保护及生态修复问题，实现绿色开采；

2、随着用工日益紧张和国家对安全问题的日益重视，地下开采必须高起点谋划，最大限度实现智能开采，通过 “机械化换人、自动化减人、智能化无人”的智能矿山建设，减轻工人劳动强度，减少地下开采用工量，改变矿山“傻大粗”的刻板印象，提高矿山本质安全水平和从业人员的幸福感；

3、白云鄂博存在多个露天矿区，均存在不同时期转入地下开采的客观需求，东区先期转入地下开采不能仅考虑东矿需要，应结合区域各矿区露天转地下开采整体安排，进行开拓系统、采矿方法、回采工艺、矿石运输、安全保障等地下开采关键生产与保障系统的协同，以减少重复投资、实现集约化生产，提高矿山经济效益和社会效益；

4、东矿露天转地下开采期间存在周围多露天作业的场景，应在露天转地下开采工程设计施工前，对相关的露天转地下开采平稳过渡技术进行研究，避免露天开采与露天转地下开采活动的相互干扰，确保东矿露天转地下开采和其他矿区露天开采的安全；

5、白云鄂博矿石中存在放射性元素，在地下开采有限空间内，其辐射对作业环境的影响较大，必须研究在受限空间内放射性元素辐射对作业环境的影响规律，并提出可靠的控制措施，确保露天转地下开采井下作业人员职业卫生健康。

需求解析

解析单位：“科创中国”新材料产业科技服务团（中国颗粒学会） 解析时间：2023-10-17

杨柳

中国颗粒学会

研究员

综合评价

本项目属于采矿工程学科，金属矿露天开采领域，重点解决我国金属露天矿绿色低碳开采优化设计、低品位资源高效利用及无人智能开采的重大技术难题。项目历经15年攻关，创立了集露天矿整体设计与生产系列优化算法、生态低碳化矿山优化设计技术、低品位资源综合利用和无人采矿装备及智能生产管控技术为一体的露天矿低碳生态化设计及无人智能开采技术体系。 （1）率先提出露天矿整体设计与生产系列优化算法。露天矿的“最终境界、生产能力、开采计划、开采寿命及开采设备配置”五大要素整体优化体系，打破传统露天开采设计中先优化最终境界—后优化开采计划—最后配置开采设备的分步优化方式，成功解决五大要素的整体优化难题。应用后，矿山炸药单耗平均节省4%以上，破碎成本节约5%以上，电铲效率提高5.4%以上，缩短平均运距1.53公里以上，降低采剥生产成本10%以上。 （2）首创绿色低碳的生态化矿山优化设计技术体系。首次提出生态成本内生化的矿山优化设计理念，填补传统矿山设计方法不考虑生态环境因素的空白，开展矿山生态冲击与生态成本量化的系列研究，解决了生态成本难以量化的难题。

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