有色矿山采矿技术新进展.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 0 0 CN 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技术第5卷第3期 Mi n i n g T e c h n o l o g y，Vo 1 ． 5， No ． 3 2 0 0 5年 9月 S e p ． 2 0 0 5 有 色 矿 山 采 矿 技 术 新 进 展 周爱 民 1 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 近年来， 有色金属矿山在胶结充填采矿、 无废开采、 深井开采、 复杂难采矿床开采、 溶浸采矿、 露天开采、 露天地下联合开采等技术方面取得新的进展 ， 具有重大技术突破， 推 进 了采矿行业的技 术进 步， 为我国采矿 工业的发展作 出重大贡献。 关键词 充填采矿 ； 废料充填 ； 深井开采 ； 溶浸采矿 ； 露天地 下联合开采 0 前 言 随着我国国民经济持续、 高速增长， 有色金属工 业得到快速发展。1 9 9 5年 1 0种 主要有色金属产量 仅为 4 9 6 ， 6万 t ， 2 0 0 5年达到 1 6 3 8 ． 8万 t ， 增 长 了 2 ． 3 倍。从 2 0 0 2年起， 我国有色金属产量连续 4年 位居世界有色金属第一产量大国。 为有色金属工业提供原料 的采矿工业也取得长 足发展。1 0种 有色 金属 的采矿 能力 从 1 9 9 5年 的 1 1 8 3 8万 t提 高 到 2 0 0 4年 的 1 7 2 5 6万 t ， 增 长 4 5 ． 8 ％ ； 出矿量从 1 9 9 5年的 8 4 5 9万 t 提高到 1 4 3 5 7 万 t ， 增长6 9 ． 7 ％ 见表 1 ， 但矿山的发展落后于有 色金属工业的整体发展水平。“ 九五” 初期， 原中国 有色金属工业 总公 司直属的 1 5 9座有色矿 山， 因资 源枯竭 ， 已相继关闭 、 破产一半 以上 。同期扩建 、 新 建矿 山较少 ， 因而矿石产量增长速度相对较慢。 表 1 1 9 9 5 2 0 0 5年中国有色金属产量及矿 山生产能力 年份 鬻 年 份 、 年 份 、 万 t 万 t 1 9 9 5 4 9 6． 6 1 1 8 3 8 8 4 5 9 2 o o1 8 8 3． 7 1 0 2 3 3 1 9 9 6 5 2 3 1 1 6 7 7 8 7 5 3 2 o o 2 1 01 2 l 1 61 0 1 9 9 7 5 8 1 l 1 8 1 5 9 4 2 4 2 0 0 3 1 2 0 5 1 5 9 7 2 1 2 69 0 1 9 9 8 6 1 6． 4 1 2 0 7 8 9 3 o o 2 O o 4 1 4 3 0． 6 1 7 2 5 6 1 4 3 5 7 1 9 9 9 6 9 4． 7 2 o o 5 1 6 3 8． 8 2 0 0 0 7 8 3． 8 1 0 5 0 6 据统计 ， 2 0 0 2年我国有色矿 山总数近 4 0 0 0家， 但绝大部份为中小型矿山。设计年产 矿石 能力 1 0 0 万 t 以上的大型矿山仅约 2 1座 。大型矿山之 所以 少， 与建矿模式有关， 但更主要的是与我国大型矿床 少 、 中小型矿床多 的客观状况密切相关。全球 已探 明储量超5 0 0万 t 的6 0个大型铜矿床中， 我国仅有 玉龙铜矿和德兴铜矿， 且排位居后。世界铅锌矿床 储量超 5 0 0万 t 的有 3 9个 ， 我国仅 占3座。 我国小宗 有色金属矿产 稀 土 、 钨、 锡 、 锑 、 钼、 铋等 相对丰富， 品质较好， 而大宗有色金属 铜、 铝 、 铅 、 锌等 矿产短缺 ， 品质较差。单一矿产少 ， 共 伴生矿产多。适宜露天开采的矿床少， 需要地下开 采的矿床多。有色金属矿产资源的这种禀赋特点客 观上制约了我 国有色矿 山的建设 和矿产 资源 的供 应。 目前 ， 我国铜 、 铝 、 铅 、 锌 、 钴等关 系国家经济安 全的主要有色金属矿产资源严重短缺 ， 供需矛盾 E t 益突出。铜 、 铝等重要矿产资源储量 占有量分别仅 相当于世界人均水平 的 4 2 ％ ， 7 ． 3 ％ 。2 0 0 3年铜产 量的近 7 0 ％ 、 铝产量 的 4 0 ％ 、 锌产量 的 2 0 ％ 、 铅产 量的5 3 ％依靠进 口原料。目前， 我国已成为世界上 最大的有色金属矿产 品进 口国之一 。 矿山企业面对不利的资源禀赋特点和巨大的矿 产品 自给缺额 ， 需要不 断地通过科技攻关解决技术 难题 ， 在不利的开采技术条件下提高效率、 扩大产 能。因而， 近年来促使有色矿山采矿技术取得显著 进展 ， 尤其是在胶结充填采矿、 矿床无废开采、 深井 开采 、 复杂难采矿床开采、 溶浸采矿、 露天与地下联 合开采等方面取得了重大技术突破， 推进 了采矿行 业的技术进步， 为矿山企业的发展发挥了重要作用。 1 胶结充填采矿技术 充填采矿工艺 ， 尤其是胶结充填采矿工艺 ， 对于 提高矿产资源的回采率和保护地表不受破坏具有十 分显著的效果。但如何使充填采矿工艺与矿床开采 条件有效匹配， 实现高效率、 高产能 ， 并且降低采矿 成本 ， 一直是个难题 ， 因而制约 了充填采矿工艺 的推 广应用 。随着高分层充填采矿 、 分段 充填采 矿和阶 维普资讯 2 采矿技术 段深孔采矿嗣后充填等工艺和技术取得 重大进展 ， 有力促进了充填采矿法的推广应用。充填采矿新工 艺在凡 口铅锌矿 、 丰 山铜矿和安庆铜矿等矿山取得 很好的应用效果 ， 并正在推广到铁矿行业 ， 如白象山 铁矿、 草楼铁矿等正在设计采用充填采矿法。 1 盘区高分层充填采矿技术。分层充填采矿 工艺应用范围较广， 但分层高度一般在 2～ 3 m左 右， 使得分层采矿法的生产能力和生产效率较低。 成功应用于凡口矿的高分层充填采矿工艺的分层高 达到4 ． 5 ～ 5 m， 为应用大型无轨采矿设备创造了条 件 ， 标准盘区 3个采场 的生产能力达到 8 4 0 t ／ d ， 显著提高了生产能力和生产效率。 盘区机械化高分层充填采矿法沿矿体走向布置 采矿盘区 见 图 1 ， 盘 区内划分为矿房 、 矿柱采场。 一 步骤回采矿房， 采后尾砂胶结充填； 二步骤回采矿 柱 ， 采后尾砂充填。通过无轨机械化上 向凿岩采矿 工艺、 分层采场一次微差爆破与界面控制爆破技术 ， 凿岩、 装药、 运料、 撬毛、 顶板管理、 出矿和二次破碎 全盘大型无轨机械化配套作业 ， 实现分层充填采矿 法集中强化采矿。 图 1 盘 区机械化 高分层充填采矿法 2 分段充填采矿技术。充填采矿法通常采用 分层 回采方式 ， 但下向分层法 的充填成本高， 而上向 分层法要求矿体稳固性较好。分段充填法将暴露面 积较大的分层采场转变为椭圆状 多边形断面结构， 大幅度缩小了采场暴露面积 ， 因而可以在矿体不太 稳固的条件下实行高效率充填采矿。该工艺可以实 现无矿柱连续开采 ， 可 以在难采矿体条 件下实现安 全 、 高效 、 低耗采矿。 分段充填采矿法结合丰山铜矿开发成功 ， 将采 矿中段划分成分段 ， 在各分段布置采场单元进行采 、 出、 充作业 见图 2 。分段采场垂直矿体走 向布置 ， 可在中段内呈梯状多分段布置采场。回采与充填作 业在分段采场 内按采矿步距交替进行。在巷道 内进 行凿岩、 出矿和充填作业； 上向中深孔挤压充填体爆 破 ， 形成采空区后立即进行胶结充填。台车凿岩 、 铲 运机出矿和运料充填， 推卸式铲运机充填接顶， 实现 采 、 出、 充作业全盘无轨机械化 。 图 2 分段胶结充填 采矿 法方 案 3 高阶段大直径深孔嗣后充填采矿技术。大 直径深孑 L 采矿由高效率的落矿技术与阶段嗣后充填 工艺相结合 ， 既发挥 了充填采矿法 的优点 ， 又能实现 高效率、 大规模地下采矿。 在安庆铜矿成功采用 1 2 0 m高阶段大直径深孔 采矿工艺。该采矿工艺采用 了大孔距小抵抗线爆 破、 小断面 V C R法掏槽、 倒梯段侧向崩矿、 水孔排水 气囊和水孔装药工艺， 很好地解决了大直径深孔爆 破中的技术难题。通过铲运机平底出矿， 遥控铲运 机回收残矿， 采空区嗣后高浓度尾砂胶结充填等工 艺的集成， 使采场综合生产能力达到 1 0 3 9 t ／ d ， 大量 出矿期间平均生产 能力达 2 4 1 8 t ／ d 、 采矿工效 6 7 ． 4 t ／ ， 工班， 主要技术经济指标接近国外先进水平 。 2 金属矿床无废开采 采矿工业在为国民经济建设提供原材料的同时 也会扰动环境 、 破坏生态和浪 费资源。资源开发利 用引起 的环境破坏和资源浪费已成为全球性的严峻 问题。由于末端治理方案存在不彻底 、 不及 时和成 本高的弊端， 因而无废开采方式及其工艺技术已成 为国内外采矿的主要发展方 向。近年来 ， 在 国内采 矿行业提 出了工业生态型开采 理念和无废 开采模 式， 南京铅锌银矿将成为我国有色矿山第一个无废 开采的矿山， 铜绿山矿 的深部地下开采也将实现无 废开采。冬瓜 山铜矿和会泽铅锌矿 的深部开采正按 无废开采模式进行设计和建设。 维普资讯 周爱民 有色矿山采矿技术新进展 3 2 ． 1 无废开采模式 矿床无废开采模式遵从工业生态学的观点， 以 采矿活动为中心， 将矿山人文环境、 生态环境、 资源 环境和经济环境相互联系起来 ， 构成一个有机的工 业系统； 在采矿过程中， 以最小的排放量获取最大资 源量和企业经济效益； 在采矿活动结束后， 通过最小 的末端治理使矿山工程与生态环境融为一个整体。 矿床开采给矿产资源和生态环境带来的负面效 应主要有4大危害源 资源损失、 地表塌陷、 排放废 石、 排放尾砂 赤泥 。无废开采模式将结合矿床开 采工艺控制和消除危害源 见 图 3 。因此 ， 开采模 式包括3 项基本要素 资源效率高； 废料流出量小； 地表不受破坏。于是， 在矿床开采过程中将实现矿 产资源充分利用与有效保护、 矿区地表不塌陷、 矿山 固体废料少排放或零排放的目标； 在矿山生产过程 中可以保持矿区完整的生态体系和人文环境， 矿床 开采结束后 只需少量甚至不需要进行末端治理 。 金属矿床开采 资源损失 H 塌 陷 r1 废 石 一 尾砂赤泥 充 填 采 矿 充 分 利 用 减 少 盘 出 矿 山 充 填 工 业 利 用 矿 山 充 填 充分回收与保护资源 地 表不塌陷 圆体废料零排放 图 3 矿床开采危 害源控 制流程 在开采过程中， 提高表内储量采矿回收率和降 低采矿贫化率可以使矿山获得直接经济效益， 减少 地表构建筑物搬迁或改造将节省支出， 这是 目前对 开采工艺通常的认识和评价准则。工业生态理念涉 及到矿区资源总量， 包括表内资源的回收利用和远 景资源的保护， 以及人文环境和生态环境的保护。 因此， 有必要将资源总量和环境负荷纳入开采评价 目标， 既在进行矿床开采评价时， 将资源总量和环境 负荷因素纳入评价体系， 按照资源与环境效益损失 率 损益率 的观点建立评价模型， 进行最小损益率 评价 ， Q一 Q 一q mm p 式中 p 资源与环境损益率； p 资源总量效益； Q 采出资源效益； g 环境负荷负效益。 无废开采模式要求在工艺和技术上能消除或减 少矿床开采过程中带来的负面效应 ， 在经济上应满 足最小损益率原则 。 2 ． 2 无废开采工艺与技术 原地溶浸采矿工艺和露天与地下联合开采内部 排废工艺可以显著减少废石的产出和排放。这两方 面的技术已在有色矿山取得进展， 但这类开采技术 需要具备合适的开采技术条件， 其应用范围受到限 制。具有普遍应用前景的技术方案是利用矿山固体 废料的充填工艺， 它是无废开采模式的工艺基础， 在 提高矿产资源回采率、 保护地表不受破坏和大量减 少矿山固体废料排放方面具有不可替代的作用。 金属矿床开采的 3 大固体废料源为废石 、 尾砂 和赤泥。近年来， 研究开发并推广应用了高浓度全 尾砂充填、 自然级配废石胶结充填和赤泥胶结充填 等固体废料充填工艺和技术 ， 能够实现矿山废料资 源化和减量排放， 达到资源与环境、 安全、 经济协调 发展的综合目标。固体废料充填技术已在铜绿山铜 矿 、 南京铅锌银矿、 张马屯铁矿 、 冬瓜 山铜矿和丰 山 铜矿等矿山得到工业应用和发展， 会泽铅锌矿、 草楼 铁矿和白象山铁矿也将相继推广应用。 高浓度全尾砂胶结充填技术于 1 9 9 o年代初在 凡口铅锌矿试验成功， 但一段时期内推广应用力度 不够。1 9 9 o年代后期以来， 随着全尾砂脱水工艺、 活化制备技术、 高浓度泵压输送和自流输送技术等 方面取得重大进展， 因而加速了其推广应用。其中 在铜绿山铜矿和南京铅锌银矿研究采用了仓式沉密 脱水新工艺， 尾砂利用率达到 9 5 ％ 以上。同时， 成 功地发展应用了全尾砂膏体泵送充填技术和结构流 自 流充填工艺， 开发了高浓度充填料井下增压输送 工艺及装备。后者的挤压输送装置取消了易发生故 障的分配阀， 采用全新的无阀结构， 借助料浆的自然 压头实现挤压输送， 从输送原理和输送泵结构上进 行了创新， 解决了矿山高浓度充填系统故障率高和 投资大的难题。该技术可以对我国现有分级尾砂充 填系统进行低成本技术升级， 可将全尾砂充填技术 大量推广应用 于我国矿山企业 。 自 然级配废石胶结充填技术利用采空区落差条 件和充填体的低标号特点， 充分利用矿山废石作为 充填材料 ， 实现地下矿山掘进废石零排放。通过充 填料分流输送和自淋混合新工艺， 将充填效率提高 维普资讯 4 采矿技术 到传统胶结充填工艺的 1 5 ～ 2 5倍。在充填体试块 2 8 d 单轴抗压强度达 3 M P a 时， 充填体水泥耗量降 低至 1 0 0 k g ／ m ， 是传统胶结充填工艺水泥耗量的 3 0～ 5 0 ％。因而， 可以在各种开采条件下推广应用， 特别是能够实现井下掘进废石不出窿， 既解决废石 污染问题， 又降低开采成本。 利用赤泥的潜在活性发明了赤泥胶结充填材 料， 其性能优 良、 成本低廉。普强赤泥胶结料试块 2 8 d的单轴抗压强度达到 7 ． 7 6 M P a ， 与全尾砂按 1 1 混合后的充填料试块 2 8 d 单轴抗压强度达到 2 ． 5 3 M P a 。高强赤泥胶结料净浆试块 2 8 d的单轴 抗压强度达 2 0～ 3 0 M P a ， 当与全尾砂按 14混合 构成的胶结充填料试块 2 8 d单轴抗压强度达 2 ． 5 M P a 。赤泥胶结料双管分料输送和输出口气流混合 工艺可实现管 内料浆不凝 固， 避免 了频繁清洗管道 水对井下环境的污染和对采场料浆的稀释。该技术 根据赤泥的活性特点 ， 通过添加激活剂取消传统的 高能耗煅烧工艺， 获得高性能低成本的胶结材料， 并 且改善了充填料的流动性能， 有利于充填接顶， 充填 料在采场不脱水， 为大宗量利用赤泥废料和低成本 胶结充填开辟 了一条有效的技术途经 。 3 深井采矿技术 有色金属矿 山正在逐步进入深井开采 ， 红透 山 铜矿、 冬瓜山铜矿、 凡口铅锌矿和金川镍矿等矿山的 开采深度已接近或超过 1 0 0 0 m。深部开采存在着 高地应力、 高井温等特殊的开采技术条件， 使采矿作 业遇到了一系列技术难题。高地应力还往往引发采 场冒顶坍塌、 巷道失稳和岩爆灾害， 严重威胁人员、 设备安全 ； 井下高温损害工人健康， 降低劳动效率， 急剧增加 通风成本。通过 国家科技 攻关课题 的支 持， 针对凡口矿深部难采条件开发的开采条件重构 理论与技术、 矿山安全保障理论与技术， 为矿山深部 开采提供 了技术支撑。 3 ． 1 深部开采条件重构理论与技术 开采条件重构是指通过一定 的技术和工程改造 原有开采技术条件， 创造合适的开采环境， 使之有利 于采用高效的采矿工艺和实现安全生产。结合凡口 矿研究开发的高应力卸荷、 钢纤维混凝土支护、 排热 通风等理论与技术， 为深部难采条件下实现高效采 矿创造了条件 。 1 高地应力卸荷。结合采矿工艺， 在回采过 程中通过采场局部弱化技术和合理的回采顺序， 调 整围岩应力分布状态， 使应力集中部位向深部转移。 在开挖结构的近表层形成低应力卸荷圈， 在围岩深 部形成应力集中的自承载圈。一方面使自承载圈岩 体处于三向应力状态， 提高矿岩强度， 降低岩体破坏 的可能性， 充分发挥围岩 自支承能力； 另一方面， 由 于大部分载荷和应力集中由自承载圈承担， 为卸荷 圈岩体的稳定提供了保障。自承载圈和卸荷圈相辅 相成、 互为依存， 显著提高开挖结构的稳定性， 为高 应力条件下采用大规格采场、 实现高效率采矿创造 安全开采条件。 2 高应力条件下钢纤维 昆 凝土支护技术。对 于深部高地应力条件下有岩爆倾向的岩层， 要求支 护单元必须具有良好韧性， 承载过程中吸收能量的 性能良好。通过能量试验与研究发现， 钢纤维混凝 土表现出很好的韧性和吸收变形能的能力 ， 在最大 位移能力、 残余强度、 吸收变形能等方面具有明显优 势 见图4 。从开始受压到收敛阶段全过程， 钢纤 维 昆 凝土可吸收的变形能是素混凝土的2 2 ． 6倍。 钢纤维能阻滞基体混凝土裂缝发展， 从而使抗拉、 抗 弯、 抗剪强度等性能显著提高， 其抗冲击、 抗疲劳、 破 裂后韧性和耐久性也有较大改善。因此， 钢纤维混 凝土适合于岩爆倾向性岩层支护 ， 可有效地防治深 部开采高地应力条件下的岩爆发生。 孽 - 。 5 O 6 0 0 l 10 0 l 5 o 0 应变 1 0 图 4 混凝土全应 力应 变曲线 3 高温矿井排热通风技术。针对深部高温环 境开发出基于空气与岩石热交换原理的高温矿井排 热通风技术 ， 以及复杂通风网络智能优化技术和通 风环境分析软件。该技术在复杂的高温矿井条件下 充分发挥上部巷道的调热机能， 使空气到达井下作 业面时温度最低 ， 从而达到改善井下作业环境的目 的。基于空气与岩石热交换原理的深井排热降温技 术与制冷降温技术相比较， 可降低能耗 7 0 ％， 特别 适合我国节能降耗的国情。 3 ． 2 矿山安全保障技术 维普资讯 周爱民 有色矿山采矿技术新进展 5 深部开采安全保障理论与技术是针对深部矿床 开采条件 ， 以保障安全生产为目标的关于开采环境 评价、 矿山地压监测、 地压灾害预报及防治的理论与 技术。近年来在岩爆倾向性评判、 全数字微震监测 和岩体失稳预报等理论与技术的创新方面取得显著 成效， 为实现深部矿床高效率采矿提供了安全保障。 1 岩爆倾向性多因素综合评判方法。影响岩 爆的因素有内部因素和外部因素， 前者为岩石属性， 包括抗压强度、 硬脆性等特性； 后者属工程条件， 如 矿岩工程地质条件、 开采顺序、 采场布置、 采空区处 理等。采用模糊综合评判法能较好地处理各种综合 因素， 但是在合理进行权重分配方面的实际操作性 较差， 过分依赖主观因素， 容易影响评价结果。针对 这一不足， 采用正态 F u z z y 集的贴近度理论和模糊 识别间接法， 建立了岩爆倾向性多因素综合评判模 型及其评价指标体系。该评判模型根据分类对象总 体的有关特征建立标准模糊模型库， 针对具体待识 别对象的相应特征建立模糊子集 ， 进而建立模糊子 集与标准模糊模型的贴近关系模式， 最后通过就近 原则明确地识别对象。模型综合了各种评判方法所 考虑的因素， 权重分配的实际操作性好 ， 避免过分依 赖主观因素， 并且比采用梯形分布的贴近度理论更 加科学合理。 2 地压微震监测与震源定位。在凡口矿建立 了国内矿山第一套 6 4通道 现开通 1 6通道 全数 字微震监测系统， 并成功应用于生产过程 见图5 。 全数字微震监测系统实现了微震信号的实时监测、 信号的远传输送、 实时分析和处理， 以及可视化三维 立体显示等功能， 为实现对灾害的实时监测和预报 提供了技术支持。该系统的建立标志着我国矿山地 压灾害的监测进入了全天候、 数字化、 信息化和智能 化时代， 将会推动我国矿山地压监测技术和安全技 术的发展。 研究开发的微震传感器布设三维等差优化模 型， 解决了对传感器位置的合理布置问题。研究采 用高桥法和单纯形法相结合对微震事件进行高精度 空间定位， 实际震源空间定位误差小于 5 m 。通过 对采矿过程中的微震事件进行全数字化实时监测定 位， 获取了大量的微震信息参数 ， 为岩体失稳预警和 采场爆破余震预警提供了信息支撑和科学依据。 微震监测系统可监测到一定频率范围的弹性波 信号， 包括有用信号和干扰噪音。从监测到的信号 中提取有用的微震信号， 一直是微震监测技术在工 程上应用的难点。结合凡口矿的试验研究提出的经 验法和理论法两类微震信号辨识分析方法， 通过掌 握监测区内的震源类型， 合理分析各种震源信号的 特点， 辨识各种震源波形和波谱， 剔除无用信号， 达 到提取有效信息的目的。这套辨识方法在凡口矿取 得良好的应用效果， 为微震监测技术的应用奠定了 基础。 一5 0 0m 一 5 5 0m 一6 o 0m 图 5 微震监测系统总体方案 3 岩体失稳声发射预报方法。地压灾 害预报 的实质是确定灾害发生的时空。微震震源定位技术 为确定地压灾害发生的空间位置奠定了技术基础， 但是对灾害发 生时间的确定 ， 却一直是个未能很好 解决 的难题。 通过实验发现岩体的破坏具有两个声发射参数 前兆特征 声发射事件数出现相对平静期； 微震事件 的强度分形维值和时间序列的关联维值出现降低并 趋 向最小。根据这两个监汉 0 特征可 以做 出可 能出现 岩体失稳灾害的预报， 据此建立起基于微震监测技 术的地压灾害双特征预报方法。配套开发出微震分 形维数值软件， 可使分形维数的计算与微震监测同 步进行。因此 ， 将微震分形维值变化趋势与微震事 件率即时结合， 可对地压灾害的危险性进行综合判 断并作出预报。通过实时提取可能发生破坏性地压 灾害的声发射事件的前兆信息， 实现经验和理论方 法相结合的地压灾害预报预警 ， 为高地应力条件下 安全开采提供了技术保障， 可以及时采取措施进行 安全防治 。 4 复杂难采矿体开采技术 有色金属矿床赋存条件多变， 不少矿床岩体破 碎不稳固， 或存在高地应力和地下水等不利因素， 其 维普资讯 6 采矿技术 开采技术条件复杂， 采矿难度大， 往往导致采矿效率 低下、 安全保障程度低、 资源浪费严重、 开采成本高。 针对我国有色矿床复杂的开采技术条件， 近年来通 过产学研相结合， 在复杂难采矿床开采技术方面取 得了很大进展 。 1 破碎难采矿体采矿技术。破碎难采矿体在 我国有色矿山占据较大比重， 针对这种矿体类型的 采矿技术一直是相关矿山重点研究解决的问题， 取 得 了多项成果 。 结合丰山铜矿东部破碎难采矿体开采条件， 研 究开发出非均质矿体矿块崩落采矿技术。采用的分 区拉底工艺， 抑制了夹石的混入和无效放出； 采用小 断面超前光面爆破新工艺， 以及 喷、 浇 、 锚 网与壁后 注浆联合支护新技术， 构成整体承载结构， 有效解决 了极其破碎岩层中的巷道掘进与支护问题。该技术 在岩石非均质、 形态复杂、 夹石比例大的破碎矿体中 成功使用矿块崩落法， 为解决丰山铜矿低品位复杂 难采矿体的开采开辟了一条可行的途径。 针对上盘围岩破碎不稳固的中厚矿体条件， 研 究开发出台阶顶板水平分层充填采矿法。该采矿方 法的采场沿矿体走向布置， 长达 1 0 0 m， 宽为矿体的 水平厚度。从下盘开始回采矿体， 在上盘不稳固段 留1 ． 0 m条状矿柱。下盘的采场顶板始终超高上盘 采场顶板。采场充填时， 上盘采场充填接顶， 以利于 维护上盘破碎围岩。下盘采场充 填不接顶 ， 留 1 ． 0 m左右的补偿空间， 为高效回采提供条件。凿岩、 出 矿与支护均采用无轨设备， 可以实现高效率采矿。 在铜绿山铜矿的不稳固矿体中成功地应用了上 向分层分条充填采矿工艺。分层采场沿矿体走向分 条布置 ， 不划 分矿房矿柱 ， 以进路形式实行连 续 回 采。采场宽度根据矿体厚度及采场顶板稳固程度进 行调整。矿体中部采场采用胶结充填， 靠近上下盘 的采场采用水砂充填。在矿体中部掘进分层联络 道， 将每个分段划分为4个分层进行回采， 其分层高 3 m 。分条采场宽度一般为 3 ． 5～ 4 ． 0 m， 在非胶结 情况下为 4 ． 5 5 ． 5 m。脉外斜坡道采准 ， 铲运机 出 矿， 采场生产能力大， 生产成本低。 2 复杂条件下采矿工艺。我国有色金属矿山 矿床的复杂条件类型包括 矿体形态、 产状和地质条 件复杂等类型， 如矿体分支复合、 多层矿带复合、 大 水矿床等类型； 以及采空区、 建构筑物和相关影响条 件制约等类型。结合大红山铜矿缓倾斜中厚矿体采 用联合出矿空场采矿， 在铜绿山铜矿分支复合矿体 采用分层进路充填采矿工艺， 均取得了成功； 针对铜 坑锡矿、 柿竹园多金属矿、 厂坝铅锌矿和栾川钼矿的 群空区条件下的矿柱回采， 以及铜绿山铜矿由松散 炉渣包裹的矿柱回采， 在工艺和技术上取得创新， 获 得 了很好 的应用效果 。 针对大红山铜矿缓倾斜中厚高温矿床的开采条 件 ， 研究开发振动助流电耙运搬联合出矿空场采矿 法。采用中深孔爆力运搬工艺， 通过侧向崩矿向中 央抛掷集中， 应用振动助流技术扩大电耙受矿范围， 大电耙清底和抛绳枪技术回收残矿。解决了该矿采 矿工艺、 采场安全及热害控制等一系列难题 ， 为矿山 达产提供了技术保证。 铜绿 山铜矿在一次 回采后留下大量条柱残矿 ， 这些残矿柱受到一次采矿爆破的影响， 其完整性受 到破坏， 均处于地压集中区， 在承压过程中易遭受二 次破坏； 且矿柱受松散充填料包裹， 其采矿条件极为 恶劣。为此 ， 研究开发上 向梯段胶结充填采 矿法。 在较安全的小空间内作业， 回采作业从拉底层开始 自下而上分层进行 ， 实行采一充一的循环作业工序。 为了有利于提高采场自撑能力， 回采工作面以梯段 方式推进。回采时先将超前落矿槽挑高， 然后对落 矿槽两侧底部进行扩采， 使采空区形成一个近似拱 形的梯形断面。扩采宽度视矿柱宽度而定， 在保留 两侧矿壁后 ， 沿矿柱采场全宽扩采。 结合柿竹园多金属矿的大空区条件， 研究采用 高分段采矿工艺获得成功。该工艺在分段凿岩硐室 中钻凿上向与下向平行孔， 采用端部切槽侧向崩矿， 大孔距、 小抵抗线和梯段微差爆破。成功解决了大空 区条件下矿体高效开采技术难题， 在确保安全的前提 下扩大了产能， 克服了原采矿方法分段高度小、 设备 效率低、 大块产出率高、 通风困难和矿柱垮落等问题。 结合厂坝铅锌矿群采空区对矿体的破坏状况， 采用分段凿岩连续崩矿的联合回采方案， 很好地解 决了群空区条件下复杂难采矿体的开采难题。该方 案先通过爆破诱导崩落或强制崩落矿石后形成切 槽 ， 采用分段上 向扇形中深孔挤压爆破崩矿 ， 由底部 结构承担主力出矿任务， 及时崩落围岩控制采场地 压。其主要优点是生产系统的可靠性好； 具有平稳 和高效的采场生产能力 ； 矿石损失 、 贫化指标易于控 制； 回采作业安全有保障。 5 原地溶浸采矿工艺 地下溶浸采矿经过多年研究与工业试验 ， 已在 维普资讯 周爱民 有色矿山采矿技术新进展 7 多家矿山得到应用， 使我国地下溶浸采矿技术进入 了工业应用阶段 。 针对铜矿峪铜矿的氧化矿， 成功地实现了3 ． 5 万 t 铜矿石 的原地溶浸采矿 ， 开发形成 了“ 孔 网布 液， 静态渗流， 注浆封底， 综合回收” 的一套技术， 取 得就地浸 出的重大突破 ， 填补了我 国地下溶浸采矿 技术的空 白。采 场爆 破 矿石 的块 度 8 0 ％小 于 1 9 6 m m。溶浸液从布液坑道经钻孔进入采场， 浸出液从 集液坑道收集， 再泵送至沉淀池； 合格液进入萃取电 积车间， 不合格液重新配酸后再次布液。工业试验 指标为 富液平均含铜 浓度 2 ． 1 8 9 g ／ l ， 浸 出率 7 7 ． 8 7 ％， 集 液率 9 2 ％， 萃取 率 9 9 ． 5 ％， 电积率 9 9 ． 5 ％， 综合回收率7 0 ％。 在武山铜矿进行的钻孔原地溶浸采矿试验， 其 试验矿块矿量 1 ． 5万 t ， 平均品位 1 ． 2 ％， 氧化率 6 3 ％。注液孔间距6 8 m， 经过 5 a 的系统试验 ， 探 索了适应于原地钻孔浸出的生产工艺与技术参数。 钻孔浸出指标为 浸出液浓度2 ． 5 g ／ l ， 浸出率6 8 ％， 集液率8 5 ％， 萃取率 9 5 ％， 电积率 9 8 ％， 综合回收 率5 3 ． 8 ％。该技术的试验成功， 使该矿列为表外矿 的4 0 0 多万 t 氧化矿能够得到利用， 从而扩大了可 采资源量。 寿王坟铜矿上部塌陷区损失 的矿石量达 5 0 0万 t 以上， 加上未采贫矿 、 边 角矿及 氧化 矿 ， 共有 残矿 6 5 0万 t 。通过塌陷区残 留矿石就地细菌浸 出试 验 ， 形成了“ 就地布液， 细菌浸出， 耙道收液， 湿法提铜” 综合工艺。浸出指标为 浸出率 6 8 ． 1 1 ％， 集液率 9 3 ． 4 8 ％， 萃取率 9 9 ． 5 ％ ， 电积率 9 9 ． 5 ％， 综合回收 率 6 3 ％， 为地下铜矿山的残矿 回收提供 了宝贵 经验。 6 露天开采及露天地下联合开采技术 我国有色金属露天矿山虽少 ， 但露天开采工 艺 与装备技术得到了迅速发展。陡帮开采工艺、 汽车 一 破碎站 一 胶带运输系统和高陡边坡加固技术在露 天矿山得到成功应用。开采设备不断大型化， 电铲 斗容达到 1 6 ． 8 m ， 应用了 1 5 4 ， 1 7 2 t 电动轮汽车。 德兴铜矿成功应用抗 自燃 自 爆乳化炸药 、 多排孔大 区微差预装药爆破和 D i s p a t c h矿山管理系统； 采用 国内外先进采矿装备， 通过优化匹配形成了高效低 耗的采矿机械化作业生产线， 有效提高了设备的完 好率、 利用率， 以及综合生产能力。目前， 德兴铜矿 在生产规模 、 技术装备水平等方面均进入了世界级 先进露天铜矿山行列 。 为适应露天转地下开采的需要， 结合铜绿山铜 矿的开采技术条件， 开发应用了露天与地下联合开 采技术， 在矿体的一个垂直面上同时进行露天开采 与地下开采。根据露天采矿坑的开采时空特征， 将 剥离废石排放在露天坑 内； 开发坑露并段联合 回采 工艺， 在不增加露天剥离量的前提下， 安全高效回采 了露天坑底或边坡下矿体。因而在空间结构和时间 顺序上集成了露天高效率开采工艺 、 内排土优化技 术、 隔离过度带延深采矿技术和高效率地下充填采 矿技术。该工艺合理地利用露天与地下开采工程， 科学地将露天采矿工艺与地下采矿工艺进行集成， 实现开采强度高、 效率高、 废料产出率低、 产量均衡 和开采成本低等主要 目标 ， 填补了国内空 白， 创新 了 国外技术 ； 隔离矿带的回采一直是露天与地下联合开采的 技术瓶颈， 阻碍了联合开采工艺的推广应用。在铜 绿山铜矿研究开发了从露天坑底直接延深回采隔离 矿段的方案， 其主要特点是在高陡台阶和不增加露 天剥离量的条件下， 用露天工艺和地下工艺进行联 合采矿， 通过露天凿岩爆破， 地下出矿运输， 采空区 废石砂浆胶结充填， 实现安全高效回采， 很好地解决 了隔离矿带的采矿难题。 在高台阶和陡坡角条件下回采 ， 带来了边坡稳 定性问题。也就是说 ， 需要确 定在 多大的延 深采矿 高度和坡角条件下， 能够安全地实现最大的采矿量 和最小的废石开挖量。矿山岩石力学一般针对特定 的边坡条件来分析边坡的稳定性。但对于该课题， 其边坡参数需要通过研究获取 ， 研究的目标正是要 获得最合理的延深开采层高度及其坡面角。因此边 坡参数不能作为确定性的已知条件。为此 ， 研究开 发了一种露天坑延深开采层结构参数的优化方法。 这种方法通过假设 边坡 控制点 ， 根据瑞典 圆弧法有 关原理和方法进行计算和搜索， 形成新的边坡控制 点， 在动态过程中完成整体边坡的稳定性分析 ， 最后 利用有限元法进行边坡稳定性 的校核 。因而综合考 虑了多项边坡体岩石力学参数与工程参数， 使得结 论更加接近客观实际。 7 结束语 随着科学技术的高速发展和社会进步的需要， 采矿技术必将持续进步， 并与资源、 环境、 经济和社 下转第 4 8页 维普资讯 采矿技朱 2 0 0 6， 6 3 李淳中． 树立科学 发展观搞 好西部 矿业 开发 [ J ] ． 世界有 色 金属 ， 2 0 0 4， 1 0 1 0～1 4 ． 古德生． 对西部矿产资源开发问题 的思考[ J ] ． 矿业研究与 开发 ， 2 0 0 2 ， 2 2 1 1～ 3 ． 王国灿 ， 贾春兴 ， 朱云海 ， 等． 阿拉 克湖幅地质 调查新成果 及 主要进展 [ J ] ， 地质通报 ， 2 0 0 4， 2 3 5～6 5 4 9～ 5 5 4 ． 李洪普， 刘志勇， 刘永成等． 风火山盆地二道沟砂岩型铜矿床 成矿地质特征及找矿方向 [ J ] ． 青海 国土经 略 ， 2 0 0 3 ， 3 2 3 ～2 6 ． 赵祖应， 唐晓东 西克尔新近系砂岩型铜矿矿床地质特征及 开发利用前景[ J ] ． 新疆地质 ， 2 0 0 3， 2 3 1 1 4 1～1 4 2 ． 王 战华 ， 赵祖应 ， 孔 令芝． 吐根曼苏 砂岩铜 矿新认 识 [ J ] ． 新 疆有色金属 ， 2 0 0 3 1 2～1 5 ． 刘大星， 蒋开喜， 王成彦． 铜湿法冶金技术的现状及发展趋势 [ J ] ， 有色冶炼， 2 0 0 0 ， 2 9 4 1 ～ 5 ． 云庆夏， 卢才武． 西部大开发与矿产资源开发利用[ J ] ． 中国 钼业 ， 2 0 0 1 ， 2 5 2 3～ 7 ． 常前发 ， 矿山 固体废物的处理与处置 [ J ] ． 矿产保 护与利用 ， 2 0 0 3 ， 5 3 8～ 4 2 ． 朱申红． 矿业固体废物尾矿的资源化[ J ] ． 环境与开发， 1 9 9 9 ， 1 4 1 2 4～2 8 ． 张金龙． 梁艳霞． 粉体 尾矿 堆 浸试 验研 究 及浆 式 筑堆 设 想 [ J ] ．黄金科学技术， 2 0 0 3 ， 1 1 2