我国地下矿山采矿技术发展及趋势.pdf

第 3 l 卷第 2期 河北理工大学学报自然科 学版 V o 1 ． 3 1 N o ． 2 2 0 0 9年 5月 J o u r n a l o f He b e i P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n M a y ． 2 0 0 9 文章编号 1 6 7 4 - 0 2 6 2 2 0 0 8 0 2 - 0 0 0 6 - 0 3 我 国地下矿 山采矿技术发展及趋势 刘春波 ， 孙光华 ， 李富平’ { ．河北 理工大学 资源与环境学院 ， 河北 唐 山 0 6 3 0 0 0； 2 ．唐 山市工业经济促进局 ， 河北 唐山 0 6 3 0 0 0 关键词 地下开采； 采矿方法；采矿工程 摘要 讨论了我 国地下金属矿 山主要采矿方法的特点、 应用情况、 改进情况及应用前景， 针对 现有的技术基础以及我 国经济发展对金属矿资源的需求趋 势， 对 未来矿 山的发展趋势进行 了 展望， 重点提 出了深井开采、 矿 山环保及综合治理 、 矿 山数字化、 智能化等发展方向。 中图分类号 T D 8 5 3 文献标识码 A 0 弓 l 言 我国地下金属矿山约占矿山总数 的 8 9 ％左右 ， 随着一些大中型露天矿 山相继转入地下开采 ， 地下金属 矿山的开采将发挥更加重要的作用。随着全球性科学技术的突飞猛进 ， 国内外地下采矿技术也发展很快 ， 很 多采矿新技术、 新工艺在地下矿 山得到了应用。国内地下金属矿山采矿技术 的发展 ， 主要表现在采用各种高 效采矿方法应用 ； 大型高效采矿设备的发展与应用 ； 数字化、 智能化矿山的建设与发展。 1 采矿 工艺技术发展现状 现阶段采矿方法仍以空场采矿法、 崩落采矿法、 充填采矿法为主。由于采用 了新技术、 新工艺 、 新设备 ， 国内地下金属矿山采矿方法发生了很大变化。 1 ． 1空场 法 当今地下空场采矿法发展特点是大孔 、 深孔 、 空场、 大采场和阶段出矿。据不完全统计 ， 国外使用空场采 矿法出矿约 占l地下总采出矿量的 6 0 ％ ， 如南非 的全面采矿法、 加拿大和西班牙 的阶段空场采矿法 和 V C R法 甚至占绝对优势。这些方法尽管落矿方式有些不同， 但都是空场采矿法 ， 都在所开采的本阶段直接使用大型 装载运输设备 ， 在采场底部出矿 ， 从而大幅度地提高开采强度 。 我国于2 9世纪 8 0年代 ， 首先在我国凡 口铅锌矿 成功试验 了 VC R法 大直径深孔球状药包 阶段矿房 法 。随后 ， _这_一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公 司、 安庆铜矿、 和狮子山铜矿等矿山得 到推广应 用。1 9 8 0一l 9 8 5年间， 在凡 口铅锌矿 又试验成功了阶段深孔台阶崩落采矿法 ， 该采矿方法的实质是将露天 矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中， 实现了大量崩矿， 机械化作业， 大幅度地提高了采矿强度和工效， 降低 了出矿成本， 实现了高效率、 高效益采矿。 1 ． 2 崩落法 无底柱分段崩落法是一种安全、 高效 的采矿方法， 在冶金地下矿 山应用所 占比例达到 8 0 ％以上。国内 地下矿山中， 自该采矿法引进以来， 历经数十年的发展 ， 其结构参数由最初 的 1 0 l l l 1 0 n l 分段高度 进路 距 逐步加大。目前国内采用的最大参数为2 0 m 2 0 m 。如梅山铁矿已经加大到 1 5 m 2 0 m、 北铭河铁 矿为 1 5 m 1 8 in 、 程潮铁矿在深部开采采用 l 7 ． 5 m 1 5 In 、 大红山铁矿设计采用2 0 m 2 0 m等。采用大参 数及其综合技术措施后， 大幅度地减少了 采准工程量、 提高了采矿强度， 降低了采矿成本， 经济效益十分显 收稿 虢 2 0 0 8 - 0 9 - 0 9 第 2 期 刘春波 ， 等 我国地下矿山采矿技术发展及趋势 7 著 。 增大采场结构参数 ， 增加一次崩矿量 ， 采用电动、 全液压的大型无轨采矿设备 ， 以达到减少采准工程量， 提高全员劳动生产率和降低采矿成本的目的， 是无底柱分段崩落法的未来发展方向。 1 ． 3 充填采矿法 充填采矿法在国外发展的特点是各工序实现机械化和设备大型化， 主要表现在落矿、 支护和出矿等方 面。充填工艺技术中， 胶结充填技术发展较快 ， 从分级尾砂胶结充填到全尾砂高浓度胶结充填 ， 到不脱水 、 不 收缩的全尾砂胶结充填三个发展阶段。在回采工艺方法上， 从提高分层分段高度直至发展大孔落矿， 阶段全 高嗣后充填技术有较大发展； 改进采场结构参数， 实现盘区机械化充填； 充填系统实现了微机控制的半自动 化、 自动化； 采用全尾砂胶结膏体泵送充填新工艺， 从而使充填采矿法进入高效采矿的先列。 我国先后采用干式、 分级尾砂胶结、 全尾砂胶结、 碎石水泥浆胶结等新工艺与新技术。最近， 我国成功地 试验了一批具有世界先进技术水平的充填采矿工艺。具有代表性 的是 高水全尾砂速凝固化胶结充填新工 艺、 高浓度全尾砂 自流输送及泵压输送充填新工艺、 粗粒级水砂充填新工艺、 膏体泵送充填工艺与技术等。 其中 1 9 9 4年在金川镍矿建成了我国第 1 个膏体泵送充填系统， 1 9 9 9年又在铜绿 山矿建成 了第 2个膏体泵送 充填系统。安庆铜矿 以水泥 、 分级尾砂 不足部分用河砂补充 作为充填料 ， 成功应用 了高阶段大直径深孔 崩矿嗣后充填法工艺⋯ ， 取得 良好的技术经济指标 ， 填补了国内采矿领域多项空白， 扭转了我国地下金属矿 山普遍存在的多中段采场作业的被动局面 ， 为地下矿山大规模安全、 高效、 低成本开采提供了途径 ， 同时也标 志着我国高阶段大直径深孑 L 采矿技术进人 了世界先进行列。 1 ． 4 原地 溶浸采矿 法 原地溶浸采矿是将采 、 选、 冶技术结合起来的一种直接从地下提取金属的开采工艺。铀、 铜 、 金、 银等 2 0 多种金属矿床都有可能应用溶浸采矿 J 。我国原地溶浸采矿技术于 1 9 8 5年在铀矿试验成功， 并已建成原地 溶浸采铀矿山。1 9 9 5年长沙矿山研究院在东乡铜矿进行 了国内首次井下原地破碎浸铜试验 ， 1 9 9 8年北京矿 冶研究总院又在武山铜矿完成了原地浸铜试验。 2 采矿设备 世界先进国家地下矿山的采、 装 、 运以及其它辅助作业如喷锚、 装药、 松石等设备 ， 基本上实现了无轨化 ， 即采用胶轮设备 ， 并向大型化发展。近些年来 ， 我国金属矿山向无轨化 、 大型化 、 液压化和 自动化方面迈进 ， 有了较大的进展 ， 先后研制成 l 0多种规格的铲运机 ， l 0多种液压钻车， 地下牙轮钻机 ， 各种 凿岩 台车和胶轮 辅助车辆等 引。 3 地下金属矿 山采矿技术发展趋势 3 ． 1 采矿设备高效化、 大型化、 自动化 高效化、 大型化、 和自动化无轨设备是矿山设备的发展趋势。研制高效率大孔穿爆设备， 中深孔全液压 凿岩机具 ， 井巷钻进机械 ， 以及铲运机为主体的装运设备 ， 振动 出矿和连续采矿及与之配套的辅助机械等系 列设备， 要求尽可能实现无轨化、 高效化和半自动化、 自动化。采矿激光测位装置， 实现微机控制的凿岩台 车 ， 可自动清除车厢内粘结物的高效连续式装载和自卸式运输列车及 由微机控制的铲运机 等将得到发展和 应用。大型矿山将采用全盘机械化 、 高效率的大型设备， 并实现遥控及 自动化 。 3 ． 2 矿 山开采深井化 深井采矿， 技术界尚无明确的、 统一的概念， 一般认为由于矿床埋藏较深而使生产过程出现一些在一般 矿床开采时不曾遇到的技术难题的矿山生产， 即为深井采矿。目 前我国通常将深度超过 1 0 0 0 m的矿山称为 深井采矿 。我国现阶段非煤矿山的开采深度一般都不超过 7 0 0 8 0 0 m， 但近年已有一些埋藏深度达 1 0 0 0 m 左右的矿床正在开挖， 冬瓜山铜矿床、 金川二矿区8 5 0 m水平就属其中。伴随矿山开采深度增加， 地 压增大， 岩温增高， 矿山的提升、 排水、 支护、 通风等诸多方面的困难也随之增大， 因而要求采矿工艺技术和机 械设备能适应这种变化。但是 ， 随着矿山开采的延深 ， 采掘技术和矿山机械设备性能 的提高 ， 开采深矿床的 8 河北理工 大学学报 自然科学 版 第 3 l 卷 矿山将会越来越多。 3 ． 3 矿山环保化 、 综合治理化 在国外尤其是发达国家， 对矿山环境都采用综合治理的措施， 对矿山排出的废水、 废气、 废渣及粉尘、 噪 音等均有严格的技术标准 ， 许多低品位 的矿 山， 因环保 治理费用太大， 而无法建设和投产。尤其是 固体废料 的治理， 对废弃的尾矿坝、 废石场一般都采用覆盖的方式， 上部再种上植物， 进行绿化、 复垦。 目 前国外还强调建立无废料矿山和洁净矿山， 我国南京栖霞山锌钼矿业有限公司和苏州吴县铜矿等也 都基本上是无废料矿山 。 此外， 应用尾砂充填工艺进行矿床回采或空区处理可达到既废物利用， 又治理环境的双重 目的， 这也是 治理尾砂造成的环境污染问题的总的趋势。 3 ． 4 矿 山数字化、 智能化 数字矿山 D M 是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现 ， 是数字矿区和数字 中国的 一 个重要组成部分 ．6 ] 。其最终表现为高度信息化、 自动化、 高效率， 以至实现无人采矿和智能采矿。数字 矿山以高速企业网为核心， 以矿山各个应用技术软件为工具， 以高效、 自动化的数据采集系统为手段， 实现矿 山产业的信息化、 自 动化和产业化。其建设涉及到矿山的各个技术领域和生产、 组织部门， 是一项十分庞大 而复杂工程， 数字矿山的实现还有相当长的时间， 我国矿山企业应迎难而进 ， 抓住机遇 ， 有计划 、 有步骤地实 现数字矿山的建设 ， 使我国矿 山产业走上一条可持续发展之路。 参考文献 [ 1 ] 薛奕忠． 高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法在安庆铜矿的应用[ J ] ．采矿技术 ， 2 0 0 7 ， 1 2 ． E 2 3 孙豁然， 周伟 ， 刘炜． 我国金属矿采矿技术回顾与展望[ J ] ． 金属矿山， 2 0 0 3 ， 1 o ． [ 3 ] 郭树林 ， 等． 地 下金属矿 山采矿技术进展及研 究方向[ J ] ．黄金 ， 2 o o 3 1 ． [ 4 ] 李梅， 毛善君． 数字矿山中3 D G I S 关键技术研究[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 4 ， 3 2 8 4 44 8 [ 5 ] 过江 。 古德生 。 等． 区域智能化采矿构想初探 [ J ] ．采矿技术 。 2 0 0 6 9 1 4 71 5 0 De v e l o p i ng An d Te n d e n c y o f The Na t i o na l Und e r g r o u nd M i ni ng Te c h n i q ue L I U C h u n b o _ ，S UN G u a n g ． h u a ， L I F u p i n g 1 ． C o l l e g e S c h o o l o f R e s o u r c e a n d E n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g H e b e i P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y， Ta ng s h a n He b e i 0 6 3 0 0 0，Chi n a； 2． Ta ng s ha n Mu n i c i pa l Bur e a u f o r t h e P r o mo ti o n o f the I n d u s t r i al E c o n o m y ， T a n g s h a n H e b e i 0 6 3 0 0 0 ，C h i n a Ke y wo r d s u n d e r g r o u nd mi n i ng； mi n i n g me tho d；mi ni n g e n g i ne e rin g Ab s t r a c t T h e c h a r a c t e ris t i c s a n d a p pl i c a t i o n o f the ma i n mi n i n g me t h od s o f Ch i n e s e u n d e r g r o u nd me t a l mi ne s an d the i r i mpr o v e me nt a s we l l a s a p p l i c a t i o n p r o s pe c t a r e d i s c us s e d． I n v i e w o f the e x i s ti ng t e c h n i c a l b a s i s a n d the t r e n d o f the d e mand o f C h i n e s e e c o n o mi c a l d e v e l o p me n t o n the r e s o u r c e o f me t a l mi n e s ． t I l e f u t u r e d e v e l o p me n t o f mi n e s i s p r o s p e c t e d． S e v e r a l f e a s i b l e c o n c e p t s a r e g i v e n s u c h as th e d e v e l o p me n t o rie n t a t i o n o f d e e p mi n i ng a nd th e mi n e e n v i ron me nt p r o t e c t i o n a n d d i g i t a l mi n e a s we l l a s a r t i fic i a l i n t e l l i g e nc e，e t c ．