提名者

鞍山市科技局

提名意见

大型铁矿山精准爆破技术及施工规范是把爆破技术和科学管理完美地结合在一起的革新。矿山爆破具有工艺过程复杂、爆破对象特殊、爆破效果对后续工艺影响大的特点。整个过程爆破信息可靠性要求高，信息采集难度大。同时爆破效果的好坏对后续铲装、运输及破碎环节甚至对整个矿山的生产效率会产生极大影响。本课题以鞍钢集团矿业公司及所属的部分露天矿山为研发平台，系统地开展了“大型铁矿山精准爆破技术研究与工程示范”科学研究工作。

    课题组结合矿山生产实际，将数据挖掘系统、模式识别技术，计算机模拟技术、图像重构与识别技术、GPS定位系统、霍普金斯实验系统、电镜扫描检测等应用于科研生产实际，使爆破数字化设计与精准化施工管理成为现实。为矿山爆破质量定量化、精准化及质量监控奠定了基础。

    工业试验及应用表明，采用该成果为矿山直接节省炸药3%～11%，电铲装车效率提高5.3%以上，破碎能耗降低4.5%，矿山管理水平提高，矿石回收率和生产效率得到有效改善，矿山综合效益提高5%。在三个矿山进行工业试验期间由于节约成本和效率提高带来的直接经济效益5110万元/年。经过近两年的研究与实践，研究成果已在鞍钢矿业集团的齐大山铁矿等5个大型铁矿山成功应用，年均创造直接经济效益2.37亿元。项目研究成果达到国际先进水平

    该项目的工程示范实现了矿山开采的数字化、网络化、可视化、精细化和智能化，全面提升了矿山的信息化水平，实现了以爆破为核心的数据和知识的共享，可以极大节约社会成本。此外，该项技术的应用对于提高矿山联合企业信息化管理水平具有巨大的推动作用，其对后续选矿流程的破碎、磨矿等节能降耗影响明显，这对于建设绿色生态矿山、保持矿山的可持续发展意义深远，特别是对于应用互联网技术改造传统产业企业具有时代性的示范作用。

提名该项目为辽宁省科学技术进步奖壹等奖。

项目简介

大型铁矿山精准爆破技术研究与工程示范项目所属科学技术领域：采矿工程及爆破工程，主要研究内容及成果：

（1）研究确定了岩石应变率强度系数、输入能应变率指数和能时密度指数等岩石破碎的能量特征。

（2）进行了大孔径单孔爆破和多孔微差爆破的建模和模拟，给出了不同孔网参数条件下逐孔起爆最佳间隔时间。

（3）研究图像重构与识别技术，建立了典型岩种的岩块形态特征，开发出露天矿爆堆块度快速自动分析统计系统。

（4）研究爆破振动信号的能量特征，研发出爆破振动信号分析系统。

（5）研发聚能不耦合预裂爆破技术，研制出聚能不耦合装药器并在试验矿山应用。

（6）研究岩石微损伤分析技术，建立了基于扫描电镜分析技术的岩石微损伤能量耗散模型。

（7）研发完善了牙轮钻GPS定位系统，实现了精准爆破数字化设计与施工管理。

（8）建立一套适用于矿山精准爆破的采场信息采集、室内试验研究、模拟研

究、现场测试、机器学习、优化设计、钻机定位、施工组织、监测与评价、信息积累与反馈的组织管理体系。

 凿岩爆破是矿山首要生产工序，直接费用约占采矿制造成本的30%，考虑其

破碎效果对采选后续工序作用，可影响矿山总制造成本的55%左右。

  本项目以“精准爆破”为核心，将大型铁矿山精准爆破技术系统化，形成

具有普遍适用性的大型铁矿山精准爆破技术体系和工程示范，为矿山爆破技术进步、提高爆破施工管理效率、降低矿山综合生产成本以及促进现代矿山企业的建设起到推动作用。

客观评价

该项目与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较：

2016年1月26日，通过中国冶金矿山企业协会的鉴定，鉴定意见为：

1、首次提出了“精准爆破”概念，建立了矿山精准爆破技术体系，在齐大山等七个大型铁矿山应用，显著提升了矿山爆破技术水平。

2、提出的有效能时密度和入射能应变指数的概念，把岩石的动态特质与炸药能量输出特性结合在一起，建立了有效能时密度与动态应变率和破碎质量的关系模型及基于岩块内部裂隙分布、破碎效果、炸药有效能耗相关联的评价体系，为提高炸药能量的有效利用率、改善爆破质量，提供了技术支持。

3、该研究成果在鞍钢各露天矿山推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

项目研究成果达到国际先进水平。

2017年3月，获得中国冶金矿业企业协会冶金科学技术奖一等奖。

推广应用情况

经过近两年的研究与实践，研究成果已在鞍钢矿业集团的齐大山铁矿等5个大型铁矿山成功应用。其中，炸药消耗节省5%，移动破碎成本节省4.5%，电铲效率提高5.3%，综合效率提高5.0%。大型铁矿山精准爆破技术研究与工程示范是在实现爆破科学管理和精准管理的基础上又一次新的提升。本项目的研究与应用，极大地改进了矿山的爆破效果，提高了矿山企业的生产水平管理，降低了露天开采的综合成本，实现了露天矿山爆破的数字化、网络化、精准化，成果可以极大节约生产成本和社会成本。此外，该项成果的应用对于其对后续选矿工艺破碎、磨矿的节能降耗影响明显，这种示范作用所带来的社会效益是巨大的。

主要应用单位情况表

主要知识产权证明目录（不超过10件）

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zhuanli有效状态

发明

一种岩石与炸药匹配优选的爆破试验方法

中国

ZL201510551497.0

2017年1月18日

证书号第2350214号

鞍钢集团矿业有限公司

郭连军张大宁

有效

发明

预裂爆破炮孔药卷居中限位装置

中国

ZL 20111 0277702.0

2013年4月17日

证书号第1176259号

鞍钢集团矿业有限公司

解治宇

有效

发明

一种不耦合预裂装药装置及使用方法

中国

ZL2016.1.0641608.1

2016年8月8日

证书号第2534012号

鞍钢集团矿业有限公司

张大宁

有效

实用新型

一种环保型环向炸药装药间隔器

中国

ZL 20112 0446888.3

2013年10月17日

证书号第2466098    号

辽宁科技

大学

郭连军张大宁

有效

完成人情况

完成单位

及创新推广贡献

港澳台宝典:

项目负责单位，负责该项目的立项；技术路线的确定； 研究思路；工业

试验方法及研究全过程的组织、协调、监控；大型铁矿山精准爆破技术体系的构建及系统设计构思。

辽宁科技大学:

    负责协助组织科研团队；组织制定项目研究的技术方案及技术路线；大型铁矿山精准爆破技术体系的构建及系统建设；开发了数据挖掘系统，可通过模式识别技术，鉴别爆破条件与不同爆破类别的匹配程度、确定相应的爆破参数；利用大型有限元ANSYS/LS-DYNA软件，实现了大孔径单孔爆破和多孔微差爆破的建模和模拟；研发了牙轮钻GPS定位系统，使爆破数字化设计与精准化施工管理成为现实；获得了不同矿山典型岩石强度、弹性模量、声波速度、应变率等一系列详细的岩石特性参数，构建了典型岩种的动态本构关系；提出了岩石应变率强度系数、输入能应变率指数和能时密度指数概念，把岩石破碎的能量特征、岩石动态特征和破碎效果统一到一体；研究图像重构与识别技术，为矿山爆破质量定量化、精准化及质量监控奠定了基础；开发了露天矿爆堆块度快速自动分析统计系统；形成了自主开发的爆破振动信号分析系统；设计制作了聚能不耦合装药器在现场得到应用；建立起具有自学习和自适应功能的爆破优化实时系统；形成一套适用矿山优化设计的调查、室内试验研究、模拟研究、现场测试、监测与评价、信息积累与反馈的研究体系。

鞍钢集团矿业有限公司:

积极与合作单位密切合作，研究大型铁矿山精准爆破技术实施方案，配合实践矿山爆破科学管理和精细管理，达到预期效果，确保该项研究得以高水平完成；

配合项目承担单位将阶段性研究成果与生产实际相结合，将研究成果在本单位进行推广应用。

完成人合作关系说明

港澳台宝典与辽宁科技大学建立产学研的合作关系，合作完成了数项科研课题，取得了良好的效益。

港澳台宝典是在原鞍钢矿业化工原料制备厂的基础上与广东宏大爆破有限公司合资组建的股份制民爆企业，广东宏大持股51%（控股），鞍钢集团矿业有限公司持股49%。

项目名称

露天矿山地下复杂采空区精准探测和爆破治理关键技术研究与应用

提名者

鞍山市科技局。

提名意见

   本项目针对露天矿山开采境界内采空区赋存的特点和条件，综合考虑矿山地质、采空区围岩稳固性等，开创了运用现场探测、钻探、

可视化建模、数值模拟等手段，釆用先进的空区自动激光扫描系统（C-ALS）及其配套软件和岩土软件FLAC3D、连续-非连续单元法（Continuum Discontinuum Element Method，简称CDEM）等一系列数字化工具，分别以大宝山露天矿和弓长岭何家采区为例，对采场内下覆隐患空区为工程背景，开展了露天开采境界下复杂采空区激光三维探测、三维可视化、静力稳定性分析以及下覆采空区深孔爆破作用下釆稳定性数值计算等一系列深入的技术研究，为多空区露天矿山的隐患分析、灾害治理范围圈定以及灾害预测与控制等奠定了理论和技术基础，保证了矿区作业人员和设备的安全，实现了矿山安全、高效开采。

   本研究成果为广东省大宝山矿、鞍钢矿业弓长岭铁矿和齐大山铁

矿地下复杂采空区探测和综合治理提供了重要技术支撑，提高了大型露天矿山安全开采技术水平，有力推动了行业科技进步。

提名该项目为辽宁省科学技术进步奖贰等奖。

项目简介

   该项目所属领域为地矿类，研究开创了大型露天矿地下复杂采空区精准探测和爆破治理的一整套理论和技术，形成了三方面的核心

技术。

1)、综合地球物理探测-潜孔钻验证-三维激光扫描互反馈的采

空区精准探测技术。开创了物探、钻探和三维激光扫描验证三位一

体的采空区探测技术，有效提高了钻孔探测采空区的效率。

    2）、研究堆静载荷及凿岩爆破动载荷对采空区稳定性影响，进行现场监测，建立采空区顶板动静态稳定性评价模型。通过岩石力学试验获得采空区内不同岩石物理力学参数，采用结构力学、鲁佩涅伊特法、荷载传递线交汇法、厚跨比法、长宽比梁板法、有限元数值模拟法等对采空区顶板安全性和合理厚度进行了分析，通过FLAC3D计算软件，计算分析了边坡影响下的空区应力分布、塑性区

分布，评价采空区顶板稳定性。

   3）、地下复杂采空区安全开采爆破设计与模拟技术。通过爆破试验获得大量爆破设计参数，在此基础上，使用CEDM核心算法建立模型，对深孔一次爆破成井在不同孔位布置条件下的爆破成井状况进行了数值模拟研究，验证了夹滞性对爆破成井深度的制约影响。对VCR爆破法进行竖井成井的过程进行了模拟，给出了分层爆破过程中破碎区域的发展状态及最终竖井的空间形态，最终使用深孔爆破技术对采空区进行了治理。

    本研究成果为广东省大宝山矿、鞍钢矿业弓长岭铁矿和齐大山铁矿地下复杂采空区探测和综合治理提供了重要技术支撑，提高了大型露天矿山安全开采技术水平，有力推动了行业科技进步。近三年在三家矿山形成直接经济效益1600余万元，有效避免了采空区引起的安全生产事故，经济和社会效益显著。获发明zhuanli1项，实用新型zhuanli4项，省部级工法1项，论文11篇。

客观评价

该项目与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较：

客观评价

 2016年6月11日，通过中国爆破行业协会的科学技术成果鉴定，鉴定意见为：

1、项目综合运用地球物理探测-钻孔验证-三维激光扫描互反馈技术，将金属矿山地下采空区传统的定性探测上升到采空区群的精准探测，为保障人员和设备安全提供了技术支撑，也为采空区的爆破处理提供了详尽的信息；

   2、基于室内实验、现场监测和理论分析，研究建立了动静态载荷作用下采空区顶板稳定性评价模型，采用混沌与神经网络相结合的方法，建立了岩体声发射预警系统，实现了岩体稳定性智能辨识，为采空区近区安全开采提供了技术保障。

  3、采用连续-非连续单元法（CDMA）对比模拟，分析了球形药包爆破法（VCR）竖井成井过程，得出了分层爆破破碎区域发展状态及最终竖井的空间形态，确定了合理的孔位布置、分层高度等成井等关键参数，优化了爆破设计方案；现场实践证明，VCR爆破法处理复杂采空效果良好，取得发显著的经济效益和社会效益。

    综上所述，该项成果具有创新性，填补了国内露天矿山地下采空区精准探测技术空白，具有国际先进水平。  

2016年11月，获得中国爆破行业协会科学进步奖一等奖；

2017年8月，获得中国钢铁工业协会、中国金属协会冶金科学技术奖叁等奖。

推广应用情况

露天采场超大多层采空区具有塌陷、涌水等重大安全隐患，形成大量的资源禁区，影响了露天采场高效规模开采。鞍钢矿业集团弓长岭露天矿针对采场存在的地下复杂采空区对安全生产的威胁和资源开发的问题，根据生产实际圈定探测范围，配合研究人员对不同介质和异质体内地震波与电磁场传播理论的研究，进行多种物理探测方法的室内和现场物性测试， 利用震、电、磁等多类高效集成的浅层地震-高密度电阻率-瞬变电磁物探方法扫面，潜孔钻实时验证，及时采用洞穴式三维激光扫描设备对采空区的三维形态和规模进行精确描述，消化吸收再创新了综合地球物理探测-潜孔钻验证-洞穴式三维激光扫描互反馈的超大多层采空区三维精准探测技术。该技术在弓长岭、齐大山、鞍千矿业和袁家村等矿山应用，精准探测了采空区的位置、深度、顶板厚度和腔体形态，有效识别了垂向和水平分布的多层采空区和采空区群。

采空区的位置、深度、顶板厚度和腔体形态，有效识别了垂向和

水平分布的多层采空区和采空区群。

就弓长岭露天何家采区，先后探测出采空区共三层，第一层采空区向北东、东和南东三个方向发展，东西长约45m，南北宽约40m，空区地表投影面积约808.32m2，影响安全作业面积1800 m2，顶板最高处标高158m，最低底板标高146m，顶底板最大落差约12m；第二层采空区基本覆盖整个162m采矿平台，向周边均有发展，东西长约140m，南北宽约120m，空区地表投影面积约7000m2，影响安全作业面积16800 m2，最高顶板标高143m，最低底板标高127m，顶底板最大落差约16m；第三层采空区基本覆盖整个152m采矿平台，向周边均有发展，特别是向南北发展中，一定程度影响两侧运输道的安全，东西长约200m，南北宽约150m，空区地表投影面积约8000m2，影响安全作业面积30000m2，最高顶板标高146m，最低底

板标高125m，顶底板最大落差约21m。

爆破技术人员根据顶板承载力研究结果，分别采用牙轮钻机和潜孔钻机进行穿孔，孔网大小根据顶板厚度和实际穿孔深度进行确定，矿柱必须穿孔。同时根据不同的技术需要，作业一部分穿透空区顶板孔，在装药爆破前还需要对这部分孔进行技术处理，确保满足爆破需要。爆破网络和起爆顺序需要根据现场实际情况采用不同的技术方案，对于厚度大于20米以上的且承载力较大的采空区顶板可以进行二次处理，即在一次处理的基础上，再进行承载力计算，然后再实行二次处理。

主要应用单位情况表

主要知识产权证明目录（不超过10件）

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zhuanli有效状态

发明

双层采空区钻孔探测方法

中国

ZL201110187434.3

2015年

4月1日

证书号第1616886号

宏大爆破有限公司

刘翼

有效

实用新型

检测围岩深部位移的多点位移计安装装置

中国

ZL201320033020.X

2013年

7月10

日

证书号第3023779号

宏大爆破有限公司

刘翼

有效

实用新型

一种炮孔定向断裂装置

中国

ZL201320265888.2

2013年

10月23

日

证书号第3225556号

宏大爆破有限公司

蔡建德

有效

实用新型

一种专用电爆网路联网导线

中国

ZL201320265886.3

2013年

10月23

日

证书号第3224770号

宏大爆破有限公司

蔡建德

有效

实用新型

岩层双向位移监测装置

中国

ZL201320

273017.5

2013

年11

月13日

证书号第3260785号

宏大爆破有限公司

刘翼

有效

部级工法

采空区联合勘探工法

中国

YSGF035-2013

2013

年11

月

中色建协字（2013）037号

宏大爆破有限公司

陈晶晶  刘翼

有效

完成人情况

完成单位

及创新推广贡献

港澳台宝典：

项目的提出，组织项目论证，确定项目的研究目标、总体技术方案和技术路线，建立露天/地下采空区三维数值模型及综合精确探测技术方案，开展采空区稳定性数值模拟及仿真分析，制定出适合矿山实际的采空区综合治理的技术方案，完善相关工艺参数体系和设计方案，确保了采空区高效安全处理。

鞍钢集团矿业有限公司：

  参与项目承担单位密切合作，进行项目实施方案论证，确定项目技术路线，配合实践矿山爆破科学管理和精细管理，达到预期效果，确保该项研究得以高水平完成；

配合项目承担单位将阶段性研究成果与生产实际相结合，将研究成果在本单位进行推广应用。

宏大爆破有限公司：

成立课题研究小组对露天矿山地下复杂采空区精准探测和爆破方法治理关键技术进行深入研究，为理论研究和现场试验提供技术及资金等支持，积极推广技术成果。

完成人合作关系说明

港澳台宝典是在原鞍钢矿业化工原料制备厂（隶属于鞍钢集团矿业有限公司）的基础上与广东宏大爆破有限公司合资组建的股份制民爆企业，广东宏大持股51%（控股），鞍钢集团矿业有限公司持股49%。