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国内地下金属矿山采矿技术进展和发展方向 郭金峰 （中钢集团马鞍山矿山研究院） 摘要本文介绍了 “十 五” 期间我国地下金属矿山采矿技术在大间距集中化无底柱高效开采工艺技术、 地 下金属矿山无废开采技术、 矿山废弃空间处理与处置矿山废弃物综合技术、 地下金属矿山地压监测与控制技 术、 露天转地下开采平稳过渡及联合开采技术、 地下金属矿山联合采矿技术等领域的研究现状和取得的研究 成果。分析了国内采矿技术的发展趋势， 提出了我国今后采矿技术的研究方向。 关键词地下矿山采矿技术进展发展方向 “ “ 0 / 2 / 0 5 6 0 5 6 0 / 2 / / 4 采矿技术进展的回顾 “十 五” 期间， 我国地下金属矿山采矿技术有了 较大的发展。其采矿方法在崩落、 空场和充填三大 类的基础上， 通过改进和完善， 形成了各种适合我国 地下矿床开采的组合方法； 在岩石力学研究方面也 得到了突破， 注重把采矿方法与地压活动规律研究 紧密结合起来， 通过对采场地压显现规律的研究， 为 确定合理的采场结构参数和采空区处理方法提出技 术依据； 同时更加注重矿山开采与环境保护、 从提高 地下矿山开采的本质安全方面进行了大量的研究工 作， 取得了令人满意的进展。纵观我国地下采矿技 术的研究进展， 主要体现在以下几个方面 4 5 4 大间距集中化无底柱高效开采工艺技术 大间距集中化无底柱高效开采工艺技术是国家 “十 五” 科技攻关研究成果， 该技术具有操作简单、 开采强度大、 机械化程度高、 开采安全、 采矿成本相 对较低等技术优点， 在国内得到了大范围的应用， 为 我国地下矿山的发展起到了积极的推动作用。 无底柱崩落采矿技术E F G H年由马鞍山矿山研 究院首先在河北大庙铁矿试验成功以来， 随后在冶 金系统包括大庙铁矿、 镜铁山铁矿、 河北铜矿、 漓诸 铁矿、 梅山铁矿、 桃冲铁矿、 板石沟铁矿、 程潮铁矿、 鲁中矿业公司和北铭河铁矿等在内的地下金属矿山 中推广应用率达到I J K以上， 其结构参数历经数十 年的发展， 由最初的E J0L E J0逐步加大到M J0L NM 地勘 采选 “， 如镜铁山铁矿和梅山铁矿已经加大到 “、 北铭河铁矿为 ’、 程潮铁矿在深部 开采采用 、 大红山铁矿设计采用 “ “等。相应地其凿岩及出矿设备也逐步增大。 大间距集中化无底柱高效开采工艺技术的特点 是（）便于矿山及时推广应用；（）大间距采矿结 构可以大幅度地减少矿山采准工程量， 减少矿石开 采成本；（*）改善了采场地压状况；（）采用的结构 参数比高分段更适合在缓倾斜矿体开采中应用。这 项技术分别在梅山铁矿、 桃冲铁矿、 板石沟铁矿等矿 山推广应用。 此外， 马鞍山矿山研究院完成的无底柱崩落采 矿法低贫化放矿工艺技术研究项目， 针对国内关于 无贫化放矿技术而开发研究的科研成果， 提出了与 现行的截至品位和无贫化放矿技术不同的放矿理 论， 在最终采出指标中的回采率基本相同的情况下， 达到大幅度地降低矿石的贫化率， 提高产品质量， 减 少无效费用， 提高矿山的经营效益的目的。 “ 地下金属矿山无废开采技术 地下金属矿山无废开采技术是近几年开发的新 成果， 符合国家产业政策和发展方向。该技术包括 全尾矿充填技术、 高浓度尾矿料的制备与输送技术、 采矿方法与工艺等， 采用较低废石产出率的采矿新 工艺新技术和用全尾矿充填采空区， 必须要在安全 的前提下进行， 推出全新的采切工程布置形式， 从不 同于传统的采切工程布置原则与方法的全新角度， 对采切工程布置进行改进和优化； 通过地压监测、 物 理模拟和数值模拟等方法和手段进行系统的试验研 究， 评价采场和采空区围岩稳定性， 确保采矿和空区 充填的安全。 马鞍山矿山研究院完成的河南舞阳矿业公司赵 案庄铁矿无废开采技术研究， 以空场采矿法为基础， 配以高浓度全尾矿输送技术将尾矿输送到采空区进 行充填， 解决了采场地压和回采过程中的安全， 取得 较好的效果。 马鞍山矿山研究院与中南大学、 中国有色工程 设计研究总院、 北京矿冶研究总院、 长沙矿山研究院 和铜都铜业股份有限公司等单位， 共同承担的国家 “十 五” 科技攻关项目 铜都铜业股份有限公司冬瓜 山铜矿深井开采综合技术研究 ， 采用高浓度全尾矿 充填采矿方法等配套技术， 解决深井矿山开采的地 压和岩爆、 无废开采新工艺等技术问题， 从目前试验 情况来看取得了良好的效果， 预计 “ “ 年底完成现 场工业试验工作。 此外， 以马鞍山矿山研究院组建的国家固体废 物处理与处置工程技术研究中心承担的国家科技部 专项研究项目 地下矿山无废 （少废） 开采技术研 究 ， 已经完成了试验研究工作， 取得了令人满意的 结果。 “ 矿山废弃空间处理与处置矿山废弃物的综合 技术 从 “世纪, “年代初期开始， 针对国内金属矿 山在开采中存在大量废弃空间 （包括地下采空区、 地 表塌陷坑和露天矿山废弃采坑等场所） 带来的安全 隐患， 开始研究矿山废弃空间处理与处置矿山废弃 物的试验研究。 马鞍山矿山研究院先后完成了南京铅锌银矿尾 泥充填采空区、 狮子山铜矿东西狮子山空区全尾矿 充填试验项目取得成功， 马钢桃冲矿业公司地表塌 陷区改建尾矿库的可行性研究、 安徽黄山岭铅锌矿 采空区上部建尾矿库研究等项目也取得较好的效 果， 形成了一系列矿山废弃空间处理与处置矿山废 弃物的专有技术， 该技术已经在多家矿山推广应用， 为我国建设环保型和无公害型生态矿山创造了条 件。 “ 地下金属矿山地压监测与控制技术 国内从事矿山科研工作的科研院所、 高等院校， 在承担和消化国外先进技术的同时， 结合我国矿山 开采的实际， 开展了以矿山地压监测与控制技术为 主线的矿山安全开采方法的研究， 主要包括矿山开 采地压监测与控制、 地表岩层稳定性监测与控制、 地 下工程加固、 矿山水害治理等。通过建立地下矿山 采空区灾害管理信息系统； 以井下监测数据、 遥感信 息、 矿山提供的原始数据及数值模拟结果为基本信 息源， 应用系统分析、 综合分析的方法对矿区地理空 间、 地质、 采矿等信息进行存储、 处理、 综合分析评 价、 实现有关信息的动态反馈和调整， 以达到预防采 空区突发事故的目的。 马鞍山矿山研究院先后完成了斗南锰矿、 鹤庆 锰矿、 南京铅锌银矿、 狮子山铜矿、 铜山铜矿、 铜官山 铜矿、 桃冲铁矿、 鲁中矿山公司张家洼铁矿等科研项 目， 形成了以工程地质研究、 现场监测、 物理模拟、 数 值模拟相结合的研究体系， 为我国矿山的安全开采 提供了技术保证。 马鞍山矿山研究院和长沙矿冶研究院等研究单 位在山东鲁中矿业公司小官庄铁矿地质灾害控制项 目研究时， 通过对地表沉降观测、 采空区稳定性研究 ’ “ “ 中国钢铁年会论文集 分析、 主要建构筑物变形监测与分析， 取得了较好的 经验和有用的成果。 长沙矿山研究院和中南大学在甘肃厂坝铅锌矿 开展不明采空区探测和处理技术的研究等， 也取得 了良好的效果。 “ 露天转地下开采平稳过渡及联合开采技术 露天地下联合采矿法是在露天地下联合开采 中发展出来的一种新型采矿方法。其实质是矿块或 采区的上部为露天坑底， 在采准、 切割和回采过程 中， 由露天采矿技术和地下采矿技术有机结合起来 回采矿石和进行采场地压管理。它与联合开采相 比， 工艺技术的结合程度更紧密。 露天转地下开采过程中， 在地下开采方法的选 取， 主要是根据矿体赋存的特点、 露天边坡地压情况 和露天坑底留设境界矿柱与否等因素。露天转地下 的矿山， 在露天开采的后期， 都存在着露天向地下开 采的过渡阶段。 马鞍山矿山研究院利用技术创新资金， 研究了 露天与地下联合开采的工艺技术， 它包括联合穿爆 地下出矿采矿工艺、 露天漏斗法采矿工艺、 地下穿爆 露天出矿工艺等， 为国内露天转地下开采的矿山提 供了理论准备。对广西大新锰矿的露天转地下开采 工艺技术研究， 使该矿实现了露天与地下开采并举 的局面， 稳定了矿山产量。此外承担的马钢南山矿 山公司凹山采场境界外矿体地下开采技术研究， 目 前进入实施阶段。 河北理工大学的研究人员则较早的对露天转地 下过渡期的联合开采技术进行了深入的理论研究， 并结合矿山实践应用， 提出了适于我国露天金属矿 床技术特点的联合采矿方法。 东北大学承担了石人沟铁矿露天转地下开采的 采场稳定性分析以及地表渗流水对地下工程结构稳 定性影响的研究， 该项研究的开展对于我国未来深 部开采岩石力学问题 （如长期强度、 渗水影响） 的研 究具有典型意义。 北京科技大学、 武汉理工大学、 华中科技大学等 科研院所的研究人员利用各种先进的计算手段， 对 露天转地下矿山的地压活动规律进行分析、 总结。 “ 地下金属矿山联合采矿技术 随着国内地下金属矿山采矿技术的发展和进 步， 传统的地下采矿方法在崩落、 空场和充填三大类 的基础上， 通过改进和不断完善， 形成了各种各样的 适合我国金属矿床开采的组合采矿方法， 尤其是以 各类采矿方法的优点形成的联合采矿方法成为主 流， 新的采矿方法适应条件也有了较大的改善。比 如空场采矿法与充填采矿法的组合、 空场采矿法与 崩落采矿法的组合、 露天开采与地下开采的组合， 这 些组合采矿方法具有更强的适应性， 为地下金属矿 山真正实现安全、 高效的开采模式提供了技术支持。 马鞍山矿山研究院在河南舞阳矿业公司赵案庄 铁矿研究时， 采用空场采矿法与嗣后充填采矿法相 结合， 采用高浓度尾砂充填采空区， 不但解决了尾矿 库库容不足的问题， 而且还解决了矿山开采过程中 的采场冒顶等安全隐患。 此外， 马鞍山矿山研究院在山东莱新铁矿大水 矿床安全开采研究中， 采用充填采矿法、 空场采矿法 与矿山治水相结合的综合技术， 通过新的开采工艺、 充填工艺， 水平方向、 垂直方向和局部防治水方法的 实施， 基本解决了大水条件下的安全开采问题。 国内地下金属矿山采矿技术的发展趋势 从国内外矿山的发展趋势来看， 结合我国的采 矿技术现状和对矿产资源的需求， “ 世纪我国地下 金属矿山采矿技术发展趋势主要体现在以下几个方 面 （）解决复杂条件矿床开采技术难题， 并在相 关矿山中逐步得到推广应用。复杂条件矿床主要指 “三下” 矿床、 富水矿床、 极薄和极破碎矿体、 第四系 直接覆盖下矿床、 高温高硫矿床和矿山保安矿柱等。 由于开采这类矿床牵涉面广， 是集地质力学、 岩石力 学、 岩石开采动力学、 水力学、 开采工艺方法和工程 治理于一体的综合矿山开采工程系统， 需采用综合 的研究方法和手段， 探索解决不同条件下矿床开采 采场安全稳定性问题， 并根据理论分析结果， 制定符 合开采实际的采矿工艺方法和相应的工程治理措 施， 寻求最佳的开采经济模型。 （“）研究开发一整套的深部矿床综合开采技术 是矿山发展的迫切要求。随着现代工业的迅速发 展， 人类对矿物资源的需求越来越大， 深部矿床的开 采已成为必然， 而深井矿床的开采会遇到前所未有 的技术难题。在 “十 五” 期间， 国内开采最深的冬瓜 山铜矿将开始试生产， 昆钢大红山铁矿也正在建设 之中。因此要开展深部矿床综合开采技术的研究， 以解决深部矿体的采矿工艺、 地压控制、 岩爆、 地温 控制、 深井提升与运输、 地下水防止和通风防尘、 个 体安全防护等一系列开采技术难题。 （）随着开采深度逐渐增大， 提高矿石回采率 和保护生态环境的需要， 充填采矿法的应用比重将 “ 地勘 采选 会有所增加， 并向高效化和无废化方向发展。深孔 阶段充填和分段充填将进一步完善， 并得到广泛应 用。高浓度全尾砂胶结充填、 泵送膏体胶结充填将 有较大的发展。矿山无尾排放的目标将随充填技术 的不断进步得以真正实现。 （）崩落采矿法将更加完善和成熟， 应用范围 将不断扩大。无底柱分段崩落法仍将在地下铁矿开 采中占据相当大的比重， 阶段自然崩落法和阶段强 制崩落法所有色、 黑色、 化工等行业的应用比重将有 所增加， 崩落采矿法今后的发展趋势将向大间距、 高 阶段和大孔径深孔采矿技术方向发展， 大结构参数 的崩落采矿法将得到推广应用。 （“）随着采矿技术的不断发展， 大型地下矿山 采掘将向无轨化、 大型化和连续化方向发展。液压 凿岩机及相应的采矿凿岩台车、 的电动铲 运机的应用数量将逐渐增加， 装药车和其它作业的 机械化程度将得到进一步提高， 大型胶带运输机械 将在大型地下矿山中得到应用， 从而使矿山的生产 效率和经济效益得以提高。 （）数字矿山建设的相关技术问题将逐步得到 解决。数字矿山建设已经得到国内从事矿业界的广 大科技人员的重视， 我国金属矿山一旦将矿山资料 数字化后， 原来传统的资料生成和管理方法都获得 “革命性的改造” ， 准确、 实时的数字化资料管理方式 将有效地推动矿山技术的发展。结合虚拟及其他技 术， 数字矿山的潜能是巨大的。 国内地下金属矿山采矿技术的发展方向 纵观我国地下采矿技术现状， 结合我国的采矿 技术条件， 今后一段时间内将在以下几个方面开展 科学研究 （’）厚大第四系流沙含水层和大水矿床开采综 合技术研究 据不完全统计， 我国厚大第四系岩层、 流沙含水 层和大水矿床等类型的铁矿资源量约 亿。该 类矿床的开采， 需要通过系统研究解决岩层变形与 控制、 岩层塌陷对地表建构筑物的破坏、 采矿方法和 地下水治理等问题。在不破坏开采环境的前提下， 实现该类矿床的安全、 高效的开采。 （）松软破碎矿床综合开采技术研究 属于矿岩松软破碎及其他工程地质环境复杂矿 体的铁矿资源量约’ 亿。该类矿床在开采过程中 所产生的地压灾害、 岩层控制、 巷道维护、 采矿方法、 采空区处理及地表设施保护等均是有待解决的技术 问题。所以需要通过开展技术研究， 寻求合适的矿 床开采方法和工艺， 最终实现安全开采的目标。 （）地下残留矿体开采综合技术研究 由于民采企业的大量进入， 无序开采的情况相 当严重， 不仅抢占大量的国家矿产资源， 而且严重破 坏和浪费矿产资源， 遗留了大量的残留矿体。属于 残留矿体 （民采残留和境界外矿体等） 的铁矿资源量 约 亿， 该类矿床在开采过程中存在地压灾害、 岩层控制、 巷道维护、 采矿方法、 采空区处理等技术 问题， 需要通过系统的研究加以解决， 充分回收有限 的矿产资源。 （）深部矿床综合开采技术研究 深部矿床开采在冬瓜山铜矿已经开展了部分试 验研究工作， 并在采矿方法、 充填工艺、 地压监测与 控制等单项技术方面取得了阶段性成果， 但与之相 配套的深部矿床综合开采技术尚需进一步通过研究 加以形成。 （“）继续开展地下金属矿山无废 （少废） 开采技 术研究 尽管在 “十 五” 期间我国已经开展了地下金属 矿山无废 （少废） 开采技术研究， 并取得了阶段性成 果， 但随着国内地下金属矿山进入无废 （少废） 开采 的增多， 其它类型的开采条件都会不断出现， 新的问 题还会不断涌现， 所以要在已经取得的地下金属矿 山无废 （少废） 开采经验的基础上， 加大科研力度， 最 终形成适合国情的地下金属矿山无废 （少废） 开采配 套技术。 （）地下空间改建尾矿库技术研究 开展地下空间改建尾矿库技术研究， 将地下采 空区、 地表塌陷坑等场所改建尾矿库， 可节约大量的 尾矿建库经费， 为矿山实现无尾排放创造条件， 同时 根除采空区、 塌陷坑给矿山开采带来的隐患。开展 “空区的稳定性评价” 、“空区改建尾矿库后对周围环 境的影响” 、“尾矿输送浓度与井下排水经营费用” 、 “井下空区封闭技术” 等课题的研究， 最终消除由于 空区存在而引发的各种地质灾害， 同时也在一定程 度上解决尾矿地面堆放、 建库经营费用巨大、 占用大 量农田或山坡地的问题。 （*）数字矿山综合技术研究 数字矿山是数字地球在矿山开发中的应用。在 北美、 欧洲的一些矿山， 通过整合已有的矿山信息资 源， 初步建立数字化矿山。而我国数字化矿山则刚 刚起步， 开展数字矿山综合技术研究的主要研究内 容包括 ’）建立一个以三维坐标为主线， 将矿山 信息构建成一个矿山信息模型； ）使矿山经营者、 设计和管理人员可以快速、 准确充分和完整地了解 “中国钢铁年会论文集 及利用矿山的各方面信息； ）以矿山信息为基础， 利用虚拟现实技术建立虚拟矿山， 预测矿山未来， 利 用“ 、 传感技术、 数字通讯技术， 实现对设备的实 时控制和调度， 利用 “嵌入” 数字化矿山中的人事、 财 务和营销管理信息， 实现对矿山人流、 物流和资金流 的控制和优化。最终实现我国的数字矿山综合 技术。 （）极贫矿体安全开采综合技术研究 国内金属矿山存在相当数量的极贫矿体尚未开 发利用， 随着国内采矿与选矿技术的不断进步， 以及 对原材料资源的需求不断增加， 势必涉及到极贫矿 体的开采问题。通过分析选矿入选边界品位， 结合 极贫矿体开采特点 （包括境界外和深部） ， 以国内技 术现状调研、 计算机模拟分析、 经济技术评价分析和 现场工业试验的研究方法开展本课题研究。 地勘 采选 国内地下金属矿山采矿技术进展和发展方向国内地下金属矿山采矿技术进展和发展方向 作者郭金峰 作者单位中钢集团马鞍山矿山研究院 相似文献10条相似文献10条 1.会议论文 周勃.吴爱祥 地下矿山无低废采矿技术发展与应用 2000 本文阐述了矿山在生产中尽量少出废石的无低废采矿技术.对顺采出的废石作块石充填料充填到采空区，选厂尾矿确实为无法利用的废渣，回填或 不出窿到采空区，形成一个无低废采矿的封闭系统.缓解废石场与耕地争地的矛盾，建立无生态危害的低度采矿系统，使我国矿业能持续发展. 2.期刊论文 我国地下金属矿山采矿技术现状和发展趋势 -金属矿山2005,““z1 介绍了“十五“期间我国地下金属矿山采矿技术在大间距集中化无底柱高效开采工艺技术、地下金属矿山元废开采技术、矿山废弃空间处理与处置 矿山废弃物综合技术、地下金属矿山地压监测与控制技术、露天转地下开采平稳过渡及联合开采技术、地下金属矿山联合采矿技术、地下矿山缓倾斜薄 到中厚矿体开采技术、地下贵重金属矿山开采技术等领域的研究现状和取得的研究成果.分析了国内采矿技术的发展趋势,提出了我国今后采矿技术的研 究方向. 3.会议论文 刘同有.周成浦 金川镍矿充填采矿技术的发展及面临的挑战 1999 金川有色金属公司所属地下矿山在高地应力、地质条件复杂的情况下，几十年来，坚持以胶结充填采矿法为基础，依靠科技进步，不断地探索新的 采矿方法和工艺；试验研究充填新工艺、新技术、新材料，完善充填系统；深入开展充填体力学作用机理和岩石力学方面的研究和工程实践；发展机械 化胶结充填的相关技术；建立现代化的矿山管理方法。经过多年的发展逐步形成了一整套十分有效的、标准化的开采模式，实现了不留矿柱大面积下向 连续回采，并且达到了高产、高效和低损失、低贫化的目标。但是，对未来的深部开采仍面临着许多挑战。 4.期刊论文 周勃.吴爱祥 地下矿山无低废采矿技术发展与应用 -矿业快报2002,““5 阐述了矿山在生产中尽量少出废石的无低废采矿技术.对顺采出的废石作块石充填料充填到采空区,选厂尾矿确实为无法利用的废渣,回填或不出窿 到采空区,形成一个无低废采矿的封闭系统.缓解废石场与耕地争地的矛盾,建立无生态危害的低度采矿系统,使我国矿业能持续发展. 5.会议论文 刘同有 金川镍矿充填采矿技术的发展 1999 6.期刊论文 刘效良.张国友.Liu Xiaoliang.Zhang Guoyou 岩金地下开采充填技术综述 -现代矿业2009,““7 介绍了我国岩金地下矿山充填采矿技术的发展历程,分析了干式充填采矿技术与尾砂胶结充填采矿技术的要点,结合实际阐述了我国岩金地下矿山充 填采矿技术的发展方向. 7.会议论文 Jianping Li.Ernesto Villaescusa.Duncan Tyler.Terry McGrath 影响地下矿山充填质量的因素 2004 澳大利亚地下采矿工业一直在持续推行充填法采矿技术.近些年来,西澳大利亚矿业学校为西澳大利亚的一些矿业公司完成了一些研究课题,借以确定 经济上最合理和土工技术上最合适的充填方法.近年来的研究表明,充填材料的矿物组分和氧化程度以及水泥种类对充填体强度和充填质量都有很大影响 .文章将评述在西澳大利亚两座大型地下矿山研究膏体胶结充填和水砂胶结充填工作中,有关现场实践和试验室试验的试验工作和充填质量问题. 8.期刊论文 Jianping Li.Ernesto Villaescusa.Duncan Tyler.Terry McGrath.王维德 影响地下矿山充填质量的 因素 -矿业研究与开发2004,24z1 澳大利亚地下采矿工业一直在持续推行充填法采矿技术.近些年来,西澳大利亚矿业学校为西澳大利亚的一些矿业公司完成了一些研究课题,借以确定 经济上最合理和土工技术上最合适的充填方法.近年来的研究表明,充填材料的矿物组分和氧化程度以及水泥种类对充填体强度和充填质量都有很大影响 .文章将评述在西澳大利亚两座大型地下矿山研究膏体胶结充填和水砂胶结充填工作中,有关现场实践和试验室试验的试验工作和充填质量问题. 9.期刊论文 姜波.陈何.JIANG Bo.CHEN He 我国地下深孔采矿技术的发展与现状 -有色金属（矿山部分） 2008,605 深孔采矿是大型地下矿山广泛应用的一种大规模高效采矿技术.我国先后试验和应用了VCR、阶段深孔落矿、束状孔等不同形式的深孔采矿技术.本文 介绍了这些方法的技术要点和应用情况,并分析了它们的特点. 10.期刊论文 大规模下向胶结充填采矿法在金川镍矿的应用 -金属矿山2005,““z1 金川镍矿处在复杂的矿岩地质条件下,全部采用胶结充填采矿法,尤其是二期工程设计全部采用机械化盘区下向水平分层胶结充填采矿法以来,矿山发 展实现了从日产1 500t向日产8000t的飞跃,继而又实现了改扩建工程日产9000 t的目标.在此过程中,大规模下向胶结充填采矿法在实践中不断得到发展 和完善,大面积不留矿柱连续回采技术、细砂管道自流胶结充填工艺技术,尾砂膏体充填工艺技术以及充填滤水技术等一大批科研成果在实践中发挥了巨 大的效益,有力地推动了金川镍矿以及充填采矿技术的向前发展. 本文链接 下载时间2010年6月4日