新形势下金属矿山安全科技支撑

2024年8月新形势下金属矿山安全科技支撑一、金属矿山安全面临的新形势二、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目录CONTENTS一、金属矿山安全面临的新形势一、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。一、金属矿山安全面临的新形势（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。一、金属矿山安全面临的新形势（三）国家高度重视矿山安全生产工作党中央、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。一、金属矿山安全面临的新形势（三）国家高度重视矿山安全生产工作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。一、金属矿山安全面临的新形势（三）国家高度重视矿山安全生产工作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。一、金属矿山安全面临的新形势（三）国家高度重视矿山安全生产工作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。一、金属矿山安全面临的新形势（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。一、金属矿山安全面临的新形势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（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。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%。金属矿山安全事故原因构成一、金属矿山安全面临的新形势（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。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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-冻尺寸效应滑坡视频预警智慧化程度不高、成功率低一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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”……一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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℃）。一、金属矿山安全面临的新形势（六）新形势下矿山安全面临着新挑战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。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。数据散规律不清预警难感知评估响应互馈防控一、金属矿山安全面临的新形势（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。二、金属矿山典型安全技术（二）高寒地区露天矿岩土体劣化机制及边坡灾害预警技术通过试验发现，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二、金属矿山典型安全技术（二）高寒地区露天矿岩土体劣化机制及边坡灾害预警技术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二、金属矿山典型安全技术（三）露天矿边坡岩体结构高效识别技术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。二、金属矿山典型安全技术（三）露天矿边坡岩体结构高效识别技术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。二、金属矿山典型安全技术（三）露天矿边坡岩体结构高效识别技术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。二、金属矿山典型安全技术（四）高陡边坡灾变控制技术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耐候加固技术

预稳区域

预稳区域

待开挖岩体待开挖岩体台阶路面台阶路面靠帮边坡二、金属矿山典型安全技术（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

试验后照片二、金属矿山典型安全技术（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。二、金属矿山典型安全技术（七）冰冻期尾矿库放矿筑坝技术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。二、金属矿山典型安全技术（七）冰冻期尾矿库放矿筑坝技术为保障冬季的放矿，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。冰下放矿示意图二、金属矿山典型安全技术（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。二、金属矿山典型安全技术（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。二、金属矿山典型安全技术（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能利用。研究突破深井高应力条件下的硬岩致裂原理与技术、高应力诱导致裂非爆机械化破岩理论与技术、高应力安全卸压技术等，为深部开采提供支撑。二、金属矿山典型安全技术（十一）深井热害防治关键技术矿井的热源有绝对热源和相对热源，其中绝对热源不收风流温度影响，如采掘机电设备放热、空气压缩热、爆破热等；相对热源受风流温度高低影响，如岩层放热、热水涌出散热等。围岩向井巷传热的途径有两方面：一是借热传导自岩体深部向井巷传热、二是经裂隙水借对流将热传给井巷。二、金属矿山典型安全技术（十一）深井热害防治关键技术通过改善矿井通风降温：采用合理的矿井通风系统，尽可能缩短通风线路，增加风量，提高风速。采用风流将井下热量不断带出并排出地表。减少矿内热源的放热量：如覆盖淋水巷壁及水沟，减少热水的传热量和蒸发量。用隔热材料覆盖或喷涂巷壁，减少岩壁放热量等。二、金属矿山典型安全技术（十一）深井热害防治关键技术机械冷却降温：是防治矿井高温的有效措施。因其费用昂贵，通常只在通风措施降温无效或不经济时采用。目前提出的技术主要有：全风冷系统解决矿井热害、将换热器贴附壁面进行降温、循环水热交换降温、深井采空区和废旧巷道风流预冷降温等。目前深井冷却降温技术尚待完善优化。固定式水冷机组制冷空冷器二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统基于人工智能，采用云-边-端融合的系统架构和分布式系统模型计算技术，已构建形成了多级多尺度矿山地质灾害监测预警系统，可以适应各类岩体边坡，各项指标均优于国外的同类技术和产品。二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统矿山现场实时监测：通过多种传感器和监测设备，实现对矿山地质环境、气象条件、地下水位、矿山边坡、采空区、尾矿库、排土场、渣场等关键因素及区域进行实时监测。系统自动采集监测数据，并且可控制数据采集频率，利用专业数据处理模型进行分析二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统矿山环境三维可视化：以实时呈现矿山的地质环境、灾害状况、预警信息等关键数据，使管理者能够迅速掌握矿山的安全状况。同时，三维可视化技术的应用，能够将监测数据以三维模型的形式进行展示，更加直观地反映矿山的地质结构和灾害发展趋势。二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统视频监控与图像分析：可以获取矿山现场的实时画面，对地质环境、设备运行、人员活动等进行全面监测。图像分析技术能够提取关键信息，如岩石裂缝、地表位移等，为地质灾害预警提供重要依据。这种视频监控与图像分析相结合的方式，提高了监测预警的准确性和实时性，有助于及时发现潜在地质灾害风险，为矿山安全生产提供有力保障。二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统预测与预警：利用人工智能算法和大数据技术对灾害发生的风险进行评估和预测。通过预测模型，可以分析地质结构的稳定性、地下水位的变化趋势、降雨对灾害的影响等关键因素，从而预测灾害可能发生的时间、地点和规模。一旦预测或监测到潜在的灾害风险，系统将立即发出预警，并通过多种方式通知相关人员，以便及时采取应对措施。二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统应急处理推荐：在存在灾害发生的风险或发生地质灾害或其他紧急情况，该功能模型能够迅速响应，该技术还能够根据实时监测数据，对灾害发展进行动态评估，及时调整应急处理方案，确保应对措施的有效性和及时性。多级多尺度矿山地质灾害在线监测预警技术的应急处理推荐功能，为矿山应急管理提供了有力支持。二、金属矿山典型安全技术（十二）多级多尺度矿山灾害监测预警系统逃生路径规划：在灾害发生时，系统根据实时监测数据和预警分析结果，快速生成最优逃生路径，并通过大屏展示、语音播报等多种方式向工作人员发出逃生指令。这些逃生路径考虑了灾害的影响范围、地质结构的稳定性、交通状况等因素，确保人员能够迅速撤离危险区域。二、金属矿山典型安全技术（十三）

安全避险“六大系统”集成管控平台通过综合运用物联网监控、高精度人员定位追踪、自动化供水施救、压风自救、实时通讯联络网络以及紧急避险策略，构建了一个全方位、多层次的“六大系统”集成管控平台。解决了“六大系统”控制软件分离，各自为阵，数据难以互通等的问题。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（一）通过科技攻关，注重从源头上实现矿山本质化安全通过不断的技术进步和创新，可以从开采的源头出发，研究安全高效的开采技术，有效地提高矿山生产的安全性和效率，同时减少安全生产过程中的风险和事故。这是实现矿山本质化安全的关键途径。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（一）通过科技攻关，注重从源头上实现矿山本质化安全突破高寒高海拔金属露天矿安全智能开采技术。研发高寒高海拔金属露天矿集约化块段式协同安全开采理论与技术、大倾角连续安全输运技术、构建高寒高海拔露天矿集约化安全开采技术体系，提升高寒高海拔金属露天矿的本质化安全生产水平。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（一）通过科技攻关，注重从源头上实现矿山本质化安全突破深部厚大矿体大参数连续安全智能开采技术。研发深部倾斜厚大矿体盘区化时空协同连续安全开采理论与技术、大规模连续安全开采的工程结构及回采工艺，建立深部厚大矿体连续安全开采技术体系，实现深部矿体的安全高效开采。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（一）通过科技攻关，注重从源头上实现矿山本质化安全突破“三下”复杂环境安全绿色开采技术。构建“三下”复杂多变采场的结构安全稳定性预测模型，创新矿体赋存地质环境安全改造方法，建立地下采矿安全环境再造技术体系，研究松软破碎金属矿床非爆连续安全开采理论基础与技术体系，为“三下”复杂环境资源开采提供安全作业空间。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（二）通过装备创新提升矿山安全生产水平采、掘、运、提等装备不断迭代升级的过程也是不断提升矿山安全生产水平的过程，未来大型硬岩采掘装备、管状微创精准化采掘装备等的突破，有望大幅提升矿山的安全生产水平，重点保障矿山一线员工的生命安全。三、金属矿山安全科技支撑发展趋势（二）通过装备创新提升矿山安全生产水平创新硬岩连续化机械破岩开采装备。对于大宗厚大矿体的开采具有重要的促进作用，作为传统采矿工艺代替的先行者，不仅能够避免使用炸药，大幅降低对围岩的扰动，而且有望实现类似煤矿开采的连续采矿作业，能够大幅提升采矿安全性和效率，这是未来比较重要的一个方向。三、金属矿山安全科技支