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技术创新,为矿业绿色发展插上翅膀

2021-5-7 8:20:47 来源:中国矿业报 作者:特约撰稿人 赵相宽

矿业是一个高度依赖高科技支撑的产业。科技创新是矿业发展的灵魂与支柱。同时,矿业的科技创新能力又直接与一个国家的制造业发达程度呈正相关。换句话说,矿业的技术装备几乎涵盖了所有最新科技创新成果。

新中国成立以来,在中国共产党的领导下,我国矿业发展取得了巨大成就。与此同时,我国矿业科技也从无到有,从落后到先进,发生了翻天覆地的变化。

矿业科技逐步实现自主化

新中国成立后,我国矿业科技旧貌换新颜,取得了日新月异的变化,逐渐建立了找矿勘探的基本工作体系,在全国范围内开展了大规模的矿产普查勘探工作。

彼时,苏联的地质类学科和矿山机械及技术类学科迅速被引入国内。1951年,我国开始发展勘查地球化学,1954年首次开设了找矿勘探地质学课程。

我国的矿山开采技术设备从引进、仿制国外先进设备逐渐向自主研发制造转变。露天开采方面,从苏联及美国引入了钢绳冲击钻、潜孔钻、牙轮钻机、汽车等设备,仿制了苏3m3铲,自主生产了WK-4系列电铲。地下矿山开采方面,20世纪50年代后期仿制了苏联手持式、气腿式、支架式、上向式风动凿岩机、电耙绞车;20世纪60年代,开始自行设计制造电耙绞车;20世纪70年代,研发了独立回转式凿岩机、凿岩台车和天井钻架等设备。

科技创新与应用加速推进

改革开放以来,我国矿业科技乘着改革开放的春风,破浪前行,一路高歌猛进。

随着勘探行业的快速发展,我国开始实施以找矿为目的的“区域化探全国扫面计划”,加强成矿规律及成矿预测研究,采用地质、物探、化探、遥感、数学、钻探等综合方法开展立体找矿。加之计算机等电子设备的兴起,新的勘探技术和方法得以广泛研究和应用。

这一时期,我国矿山开采技术和设备快速发展,很多技术设备逐渐实现国产化并走向全球。20世纪90年代初,我国自主生产的牙轮钻机首次打入国际市场,远销海外。我国还自主研发或与美国等国家联合研发了电铲、电动轮汽车、胶带运输机等露天矿山开采设备,以及大孔径潜孔钻机、液压凿岩机、铲运机等地下矿山开采设备。

20世纪90年代,科技发展从采矿工艺与设备的不断进步,逐渐向自动化技术和计算机以及以计算机为核心的信息技术在矿山的推广应用转型。露天矿山运输自动调度系统的研发,将信息技术应用在矿山辅助设计、建模、管理、监测等其他方面。

进入21世纪,我国经济发展对矿产资源的需求不断增加,矿业科技发展呈突飞猛进的态势。

我国自主研发了深海浅地层岩芯取样钻机及勘探工艺、深海极端环境的探测与采样装备技术、MAPGIS地理信息系统等勘探设备和技术,对南海、青藏高原进行航磁调查,对西藏、云南、海南等地以及我国海域进行了地质与资源调查评价,建立了“中华人民共和国1∶50万数字地质数据库”,提出了综合信息矿产预测理论与方法体系,对我国主要成矿区带、成矿体系进行了资源远景及成矿评价,对地球化学填图的战略、方法、技术与应用进行了深入研究。2005年,对西南“三江”地区进行的铜、金、多金属成矿系统与勘查评价发现并评价了12个大型、超大型矿床,研发了GIS智能成矿预测评价系统和矿床矿体定位预测新技术。2011年,由自然资源部中国地质调查局主导的青藏高原理论创新与找矿重大突破填补了青藏高原基础地质调查的空白,提出了新的构造观和成矿理论,研发了区域地质调查和金属矿产快速勘查评价技术,发现了5条资源潜力巨大的成矿带,改变了我国金属矿产资源的分布格局。

随着通信、运输、能源、工程等领域的科技发展,我国矿山开采技术也实现了快速发展,自主研发了掘进机、大型矿山提升装备等,并针对大型露天矿山、深部地下矿山的钻进系统、连续采矿系统、运输系统、通风系统、电力能源系统、通信系统等技术进行了攻关。神东现代化矿区研究实施快速建井技术,在10个月内建成投产了生产能力800万吨/年的榆家梁矿。

选矿方面,我国研发了BGRIMM系列浮选机,对铝、铁、铜、锌、锡、钨等战略性矿产资源的选矿技术开展了针对性的研究,开发了柿竹园法、拜耳法等选矿新技术。

绿色矿山技术开始引人瞩目,矿山电力能源应用、金属矿无废开采、矿山生态修复、城市采矿等技术均取得进展。

其间,矿山安全技术同样备受关注。我国对露天矿山的安全开采、尾矿处理,地下矿山的渗水、防火、安全监测系统等技术进行了攻关。

关键技术不断获得突破

党的十八大以来,习近平总书记把创新摆在国家发展全局的核心位置,高度重视科技创新。肩负保障国家能源资源安全重任的矿业科技在这期间阔步发展,很多技术赶超了国际领先水平,在加速推动科技创新、坚定不移走自主创新道路上取得累累硕果。

矿产勘探理论不断创新。提出了成矿系统理论、碰撞成矿理论、碰撞型斑岩铜矿成矿理论等,在中国东部中生代隐伏金属矿找矿理论、胶东金矿理论技术、危机矿山接替资源勘查理论等方面取得了创新。矿产勘探技术设备,尤其是深海深地勘探技术设备取得的进展引人瞩目,先后研发了海洋钻井隔水导管、2000米内全液压地质岩心钻探装备、地空协同时频电磁探地系统、航空地球物理勘查技术系统。由中南大学主导研发的大深度高精度广域电磁勘探技术与装备的探测深度、分辨率和信号强度分别是世界先进方法CSAMT法的5倍、8倍和125倍,为深地探测提供了“中国范本”。

矿山开采设备向大型化、数字化发展。我国自主研发了数字化、自动化采矿平台及软件、千万吨级提升容器、大功率提升机、矿井与车辆定位系统、长距离大运力带式输送系统等设备。由浙江大学等单位自主设计制造的盾构装备填补了我国在复合盾构领域的空白,使我国的盾构设计与制造水平迈进了国际先进行列。矿山开采技术向智能化、地下开采、深地深海开采发展,在智能矿山、连续开采、机械化开采、快速钻井、深井钻井、露天井下协同开采、露天转地下开采、海底大型金属矿床开采等方面均有建树。

选矿设备在大型化的同时愈发高效、环保。在浮选机大型化、多流态梯级强化浮选、弱磁性矿石高效强磁选、高性能大型振动筛、细微矿物颗粒封闭循环利用高效节能分离等方面取得突破,同时针对煤炭、硫化矿、钨矿、钨氟磷等含钙矿物资源的选矿分离技术进行了攻关。

“绿水青山就是金山银山”,矿业科技也积极践行可持续、环保的发展理念,矿山与环境协调发展、矿山废石废水资源化利用、废弃矿山修复、矿山清洁生产、金属矿物回收等关键技术均取得突破性进展。

人工智能是新一轮科技革命和产业革命的重要驱动力量,智能化无人采矿是实现采矿安全高效最大化、最根本、最有效、最可靠的方法,是我国矿产资源可持续开发的重要保证。

随着信息、通信和人工智能技术的进步,无人采矿将向以高速数字通信网络、互联网、大数据、云计算、智能采矿设备与工艺等集成化为特征的高级无人矿山发展。届时,无人采矿的设备和控制系统将具有智能目标识别与感知、自主记忆、自主判断、自主决策等功能,不再需要通过外部遥控来实现。

当前,国内矿业界在加速智能化采矿技术研究与推广应用方面,做了大量卓有成效的创新性工作,取得了巨大进展,极大地缩小了与国外的差距。

总体上看,我国采矿技术已达到国际先进水平,但仍有一批中小型金属矿山,设备较为落后,先进设备依赖于进口,因而制约了设备换代升级和先进采矿技术的推广应用。国家和科研系统必须加大科技和经费投入,尽早实现大型自动化设备国产化,为加强我国智能化采矿技术的推广应用创造可靠条件。

在中国共产党的正确领导下,乘着新一轮科技革命和产业变革的东风,矿业科技必将百尺竿头更进一步,更加广泛深入地应用5G、人工智能、大数据、云技术等新兴科技,为矿业的高效、智能、安全、健康、可持续发展打下坚实的基础,为科技强国建设添砖加瓦。

(作者单位:中国地质调查局地学文献中心 )

网站编辑:宫莉

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