1、1,1,金属矿业的前沿领域 深部采矿,中南大学 古德生 2009年10月,1,2,前言在人类发展的长河中，矿业始终贯穿于整个历史过程现代文明源于矿业;没有矿业的发展，就没有国家的工业化和国防现代化矿业立于基础地位; 矿物资源紧缺的形势严峻，矿床开发正逐步转向深部矿业步入前沿领域;引领采矿科技的发展方向,把握金属矿业发展的未来-矿业工作者的责任。,2,1,3,下面,就深部开采讨论六个问题：一、矿业支撑着国家的可持续发展二、金属矿业正逐步转向深部开采三、深部开采特殊环境的灾害控制四、经济、安全的深井规模化开采五、推进深部开采科学技术的发展六、构建金属矿山未来的采矿模式 3,1,4,一、矿业支撑着国
2、家的可持续发展 1.金属矿业支撑着国家的可持续发展2.未来20-30年是资源消耗的高峰期 3.积极应对矿资源的短缺形势4,1,5,1金属矿业支撑着国家的可持续发展,矿业是国家经济安全和国防安全的基础产业。金属矿业支撑着国民经济的快速发展。见下表：,1990-2008年，国民经济增长15.3倍,同期钢增长7.3倍,十种有色金属增长9.5倍。没有金属产量的同步增长，就没有国民经济的可持续发展。,5,1,6,我国经济的快速发展，但是，在很大程度上是以消耗资源和牺牲环境为代价。 消耗资源2006年.我国GDP 占世界总量5.5% ，而资源消耗：能源消耗占世界15 %（24.6亿吨标准煤)、钢材消耗占世
3、界30%（3.88亿吨）、水泥消耗占世界54%（12.4亿吨）。 牺牲环境矿业是破坏环境最严重的行业。据统计：我国黑色和有色矿山每年新增排放的废石、尾 砂、废渣以10亿吨的速度增长;共伴生资源的综合利用率很低-冶金企业为 20 % ,有色企业为30-35%(发达国家达70%),我国这种粗放的增长方式,已经难以维继。 6,1,7,2未来20-30年是我国资源消耗高峰期我国正处于工业化中期阶段，就是资源消耗强度最大的时期，今后20-30年是我国资源消耗的高峰期。随着人均GDP的增长，人均金属矿产消耗量呈“S”形曲线变化。如下图所示。,7,a,b,c,1,8,据预测 ：我国的钢、铜、铝、锌四种金属,
4、达到 “S” 形曲线峰值的时间，及其金属消费量，见下表。 峰值消费量相当大。,中国主要金属消费需求预测表,8,1,9,3、积极应对矿资源短缺的形势（1）我国矿资源短缺的形势严峻我国是矿业大国，矿产资源相对丰富,占世界总量的12%，居世界第53位;我国占世界人口1/4 ，人均资源只有世界平均水平的1/3（其中铁42.4%,铜23.3%、铝7.3%）,关系到国计民生的大宗矿产,如富铁、铜、铝资源短缺已成定局。矿产是不可再生资源，经过长期大规模开发，浅部矿产资源已逐渐枯竭.我国陆地的矿产开发主要向两个方向发展：加速开发西部（高寒）地区矿床；大规模开发深部矿床。从长远考虑，国家对海底、极地资源开发也很
5、重视，为维护我国海洋权益,国家投入也很大的。但是，要真正进入工业开采、还是深不可及。 9,1,10,我国资源形势严峻，金属矿产的保证度低，见下表:,1,11,（2）矿业正逐步向深部矿床开采过渡21世纪，我国金属矿床开采正逐步转向五类矿床贫矿床、软破矿床、水体下矿床、深部矿床和高寒地区矿床。其中，重点要发展的、也是最经济、有效的是开发“深部矿床”。深部开采是矿业发展的必然实际情况表明， 我国大部分矿集区的大中型矿山，深、边部的资源远景还很大，这些矿山终将转向深部开采。与世界矿业一样，矿床开采深度越来越大。国内开采深度已经到l400多米，而国外达到4000多米。深部矿床开采处于一个特殊的作业环境，
6、有许多科学技术问题需要我们去解决,矿业科技工作者面临许多挑战，我们的科研工作要逐步向深部开采转移，走在矿业发展的前面。 11,1,12,（3）实施全球的矿产资源战略 全球资源配置的格局目前，占世界人口不到1/4 的发达国家，消耗着全球3/4的矿产资源，而广大发展中国家，只占1/4。这就是全球矿产资源配置的格局。 美国是世界上消费矿产最大的国家:Cu、Pb、Zn、Al、Ni、M0六种金属的消费量是中国的5.932.4倍。 全球资源争夺的态势矿产资源是不可再生的。资源的有限性与世界经济发展对资源需求的无限性，是一对矛盾；再加上矿产资源的地理分布不均，这是全球争夺资源和国际关系紧张的动因。美国前国务
7、卿黑格就说过：“冷战实质上是一场资源战”。 12,1,13,争夺态势目前,世界有4300多家矿业公司（不包括煤和石油）在100 多个国家开展勘查、开发。其中美、加、澳三国的矿业公司几乎占全球的2/3 （加拿大公司占全球37%，美国公司占17%，澳大利亚公司占9.5%） 。 实施全球资源战略世界上没有一个国家的矿产资源能够自给自足的，实施全球资源战略是发达国家的成功经验,我国也不能例外。我国已经有上千个地矿公司在国外从事资源矿产的勘探与开发。全球矿产资源战略、已经成为我们国家全球战略的一个重要组成部分。我们国家的方针是：“积极开展资源外交”，“互利共赢，共同发展”。 13,1,14,二、金属矿业
8、正逐步转向深部开采1.深部开采的 “ 深部”界定 2.我国大批金属矿山向深部开采过渡3.国外大批金属矿山转向深部开采 4.深部开采处于“三高”的特殊环境14,1,15,1、深部开采的 “ 深部”界定 何谓深部开采？ 学术表达随着开采深度的增加，岩石地应力不断增大，当增大到某一值时，岩爆发生频率出现明显增加的现象，超过这一临界深度的矿床开采，就定义为“深部开采”。 一般约定由于矿岩的复杂性，同样的开采深度，地应力不一定相同，因此，上述 “深部开采”的定义有很大的不确定性。因此，一般约定把大于8001000米深度的矿床开采,视为“深部开采”。 15,1,16,2、我国大批金属矿山向深部开采过渡上世
9、纪五、六十年代建的一批金属矿山，经过长期开采，资源已逐步枯竭，大型露天矿所剩无几，地下矿山也有3/5接近尾声或已濒临关闭,其余2/5正逐步向深部矿床开采过渡。超过千米的矿山有:夹皮沟金矿1600m, 会泽铅锌矿1360m,红透山铜矿1300m, 冬瓜山铜矿1100m, 寿王坟铜矿1000m, 弓长岭铁矿1000mm;此外,凡口铅锌矿，金川镍矿，高峰锡矿，湘西金矿等重点矿山，都已进入深部开采。16,1,17,3、国外有大批金属矿山转向深部开采 在国外.据不完全统计，在非煤矿山中.开采深 度超过 1000m的矿山有80多座。按国家来划分：加拿大30座.南非15座.美国11座，印度4座.澳大利亚4座
10、,俄罗斯.波兰.和赞比亚分别为2座；按开采矿种分:在80多座深井矿山中,金矿26座、铜矿18座、镍 矿9座、钾盐矿7座、铅锌矿6座、银矿5座、铀矿4 座、铁矿3座；按开采深度划分：深度1000-2000m 的60座，2000-3000m的12座， 3000m以上的有3座，其中最深的是南非卡里顿维尔 金矿,竖井深4164m，开采深度已达3800m 。 17,1,18,4、深部开采处于“三高”的特殊环境当开采深度达到800-1000米时，一般界定为矿山 转入深井开采。它是个特殊的开采环境高应力、 高井温、高井深。 “三因素”是深井的主要致灾因素 高应力(40-80 Mpa)诱发岩爆、导致冒顶，使支
11、 护困难，危及作业安全，采矿方法与支护技术 不相适应等；高井温(30-60)导致矿石自燃、炸药自爆，工作环境恶化,在高温环境下，人的生理承受到 限制；高井深(1000-5000 m)导致提升.通风.排水.充填的困难增大，效率降低，费用增大，等。 18,1,19,三、深部开采特殊环境的灾害控制1、关于深井高应力灾害问题 2、关于深井高温的热害问题3、关于高深井的技术难题19,1,20,1、关于深井高应力灾害问题（1）国外概况状况在深井采掘进过程中，由于工程扰动，将增大矿岩应力，可使软岩冒落，诱发硬岩岩爆。岩爆发生往往没有预兆，其猛烈程度足以伤人。在国外，于1900年在印度Kolar金矿最早观察到
12、岩爆；1906年，美国Atlantic矿也发生了一次岩爆，地震强度达到了里氏3.6级，导致铁轨弯曲,矿山停工;岩爆还诱发空气爆炸，导致火灾。在南非，金矿的赋存较深，据南非采矿工程师协会统计，19941998年受重伤矿工有13.9万人，死亡2264人;伤亡的主要原因是在深井高应力环境下作业、没有相适应的采矿工艺技术。 20,1,21, 科研1977年、国际岩石力学学会成立了岩爆问题的专门委员会。20世80年代加拿大开展了为期10年的两个深井研究计划：包括微震监测、岩爆预报、计算机模拟、岩爆潜在区的支护体系、岩爆危险评估等。在美国，密西根工业大学及西南研究院与国防部合作，就岩爆和天然地震引发的地震
13、信号与核爆信号的差异的辩别，进行过研究。在南非，为了解决30005000 m深的金矿安全、经济开采的关键问题，从1998年开始启动了一个深井研究计划，耗资1380万美元，取得了包括水压支柱、水力钻机、深井制冷降温、快速连续采矿法、采场括板运输机、井下粗磨浮选，将富集细粒精矿泵送地表等系列创新性成果。 21,1,22,（2）国内概况我国于1933年在抚顺胜利矿最早出现岩爆问题，到目前为止，已有红透山铜矿、冬瓜山铜矿等20多个矿井有过发生岩爆的记录。针对金属矿深井开采的重大问题，我国“九五”开展了千米深井矿山300万吨级强化开采综合技术国家攻关；“十五”开展了大型紧缺金属矿资源基地勘查与高效开采技
14、术研究国家攻关；2001年就深部岩体力学基础研究问题举办了香山学术会议；2003年启动了国家自然科学基金重大项目深部岩体力学基础与应用研究；2009年，国家自然科学基金重点项目高应力硬岩矿床非爆连续开采理论与技术基础研究又获得立项。国家对深部开采问题给以高度重视。近年，我国在岩爆发生机制、预测、监控等方面，做了大量研究工作；一些控制岩爆的深井开采工艺技术，在冬瓜山矿床开采设计之中得到了应用。 22,1,23,2、关于深井高温的热害问题（1）深井的热害根据欧洲对2000m的钻孔观测，地温梯度大体为3/100m。影响井下温度的主要热源有:围岩散热、坑内热水放热、矿岩氧化放热、机电设备放热，空气压缩
15、放热和人体放热等。南非的西部矿,井深3300m，井下气温达到50；日本丰羽铅锌矿，采深500m，但受裂隙热水影响，井下气温达到80。在我国，上世纪90年代已有热害矿井70个（含台湾省20个），其中40个煤矿的采掘工作面超过30，最高达40；金属矿山有的达45。根据我国煤矿安全规程规定：井下工作面气温23,1,24,不得超过26；超过30时，必须停止作业，采取降 温措施。南非设计矿山降温系统时，一般将矿井温度控制在28以内（指气流通过采场后的湿球温度）。据南非多年调查统计，当井下作业地点的空气湿球温度达到28.9时（相当于干球温度30），劳动生产力明显降低，并开始出现中暑死亡事故。下表为南非金矿
16、井下温度与事故率的关系表。（2）深井矿山降温方式-有四种： 通风降温。通过增大风量和风速来“稀释”井下热量，改善人体散热条件。这是大断面巷道中常用的方法。但在深井矿山仅靠通风难以达到降温要求。 24,1,25, 压缩空气降温是一种工作面降温的辅助方法。虽然有效，但成本太高; 供水制冷降温有三种方式: 井下分散制冷空调地点增多，制冷机散发大量热量，既不经济也难以满足降温要求。 井上、井下联合制冷目的在于改善井下冷凝温度过高的问题,采用两级循环输送冷水，即井筒中用高压管路，井下用低压管路，用高、低压换热器在井底车场附近连接。 井上集中制冷因为是地表比井下的冷凝温度低，井上预冷塔制冷效率高，并且安装
17、、维修容易，成本也相对低。地表制冷厂出来的水一般为2-4。 25,1,26, 地表制冰降温冰块破碎后通过管道输送到井下冷库内，然后通过热交换系统对空气和水进行冷却，这可以提高冷量输送效率，减少井下的泵水量，降低泵水成本。南非的试验收到很好的效果。这是新的发展方向。 （3）深井降温实例南非斯坦总统金矿，矿井深3200m处，原岩温度高达63，就在地表建立7000千瓦的制冷站，制造100升/秒的冷却水，为井下空气降温。澳大利亚布罗肯希尔铅锌矿，在井下生产中段建立制冷站，为工作面空气降温服务。在我国，新汶矿务局孙村矿建立了我国第一个井下集中制冷站；平顶山八矿建立了我国第二个井下制冷系统，都取得较好效果
18、。 26,1,27,3、关于高井深的技术难题（1）开采深度的极限南非德兰士瓦公司设计的矿井最大深度为4000m, 以此作为开采深度的极限。因为： 4000m 深的地压很大,进行采矿爆破后,易集中引发岩爆,从而可能出现一次能量大释放的地震事故； 4000m 深处的原岩温度通常达到45-50，矿井降温问题非常突出; 矿山排水和通风也出现许许多多困难。 深井提升的经济合理性问题。因为深井提升的有效载重量将随深度增加而显著下降，提升费用必然大幅增加.因此。一段提升一般不超过2000m，当达到2000-4000m井深时，往往就需要采用两段提升。 27,1,28,（2）深井提升的实例,1,29,世界上最大
19、直径的多绳提升机-德国曾经制造了一台大型四绳落地式提升机,摩擦轮直径达9米(我国最大是5米), 箕斗有效载重30吨,提升高度1200米,提升速度20米/ 秒,电机功率23710kw。超千米深井的提升速度一般为15-20米/秒。近年来,我国在深部开采的科研取中得了一些成果,积累了一定的经验。但是,在矿床埋藏深、岩温高、岩爆倾向大、品位低、开采强度大的条件下，如何实现安全、经济、高效、清洁生产,有许多关键技术有待进一步开展深系统研究。29,1,30,四、经济、安全的深井规模化开采1、装备大型化，推进深井开采现代化2、提高装备水平，实现高效采矿3、规模化开采的采矿设计新理念 、国外地下矿山规模化开采
20、的实例30,1,31,1、装备大型化 推进深井开采现代化采矿技术的变革依赖于采矿装备的创新。没有采矿装备的创新和发展，就不可能有采矿工艺技术的进步.近20年来，国外地下采矿装备在实现无轨化和液压化的基础上，正在向大型化、智能化方向发展：铲运机：载重25吨的电动铲运机已下井运营；遥控铲运机又逐步微型化（斗容2立方米，载重2吨）。（我国只研制开发了0.76、1、2、3立方米的柴油及电动铲运机）； 井下汽车：120吨七轴大型卡车（瑞典）已开始取代 45和65吨卡车（我国只有8-15吨）；凿岩台车:自动遥控台车,正在取代原有台车; 31,1,32,辅助设备：广泛采用锚喷车、装药车、撬毛护顶车、材料车、
21、运人车等无轨辅助车辆；遥控设备：近年已有遥控铲运机、遥控凿岩台车和无人驾驶汽车在地下矿山试运行；已开发了凿 岩机器人、装载机器人。我国矿山装备总体落后，绝大多数矿山仍处于上世纪六十年代的水平，仅少数矿山达到上世纪八十年代的水平；其原因是多方面的。要尽快改变这种现状。矿山装备落后，必然是生产规模小、安全条件差、经营管理粗放。我国要大力提高矿山装备水平。 32,1,33,2、提高装备水平 实现高效采矿（1）采矿方法正朝规模化方向发展国外矿山80%以上采用无轨设备.大型化,智能化的 成套无轨设备,使各类采矿方法的采矿效率大幅度提 高。增大采场参数和简化采场结构采矿方法正在 朝高阶段(120200米)
22、、大采场（矿段） 、采准切割 合一、一步骤回采的方向发展。 （2）出矿工艺向连续化方向发展为解决落矿高效率与出矿低效率的矛盾，出矿运输 工艺逐步从间歇式工艺，向”铲运机、破碎机胶带运 输机”配套的间断连续工艺过渡； 33,1,34,（3）矿床开采向一步骤回采的连续采矿发展连续采矿的模式 单一采矿机的连续采矿 基于爆破破岩的一步骤回采连续采矿（与采装运机组配套）。基于爆破破岩的连续采矿的含义以矿段为回采单元，采用一步骤回采的采矿方法，回采过程中落矿、出矿、运矿作业在相邻采场的不同空间、平行连续进行,采、装、运设备互相衔接，采矿过程不留永久性矿柱,在阶段上连续推进.称之“连续采矿” 。连续采矿达到
23、带来的重大变革回采工作面连续推进，有利于井下采矿作业的合理 集中，实现高强度采矿；从根本上解决多中段作业及大量资源损失的问题. 34,1,35, 阶段连续回采时，强采、强出、强充，围岩暴露时间短，有利于采场地压控制； 它推动着地下金属矿山作业机械化，生产集中化和管理科学化的进程，促进矿山现代化。连续采矿代表着采矿工艺的变革方向,是采矿技术 发展的必然。 3、规模化开采的采矿设计新理念大型装备与连续采矿工艺的结合，实现了规模化开采,采矿效率大幅提高。矿山产量将不再完全受原设计服务年限的制约。而是把矿床开采看成是对土地的临时占用，力求速战速决,采后尽快恢复生态环境。 35,1,36,、国外地下矿山
24、规模化开采的实例智利的埃尔特尼恩特铜矿采用连续落矿的盘区崩落采矿法，年产矿石3500万吨。瑞典基鲁纳铁矿采用高分段无底柱崩落采矿 法，年产量超过2000万吨。俄罗斯塔什塔科尔铁矿采用沿走向推进一步骤回采的阶段强制崩落法,每一回采步距落矿20万吨，年产量超过400万吨。菲律宾菲勒吉斯采矿公司矿山属低品位矿石，铜品位0.30%，金0.6克/吨,原用自然崩落法 , 后 改为强制崩落法 , 生产规模为26000吨/日；这是一个通过规模化开采、使低品位矿床变为有利可图的范例。 36,1,37,五、推进深部开采科学技术的发展. 拓宽深井开采研究的技术思路.深井开采中的重要科学问题.深部开采的重大工程技术问
25、题37,1,38,、拓宽深井开采研究的技术思路在深部开采中，安全、工效、成本、资源回收等等 都受到新的挑战，面临许多科学技术问题。 （1）深井开采研究的传统技术思路几十年来，人们把“三个因素”总看作是致灾因素,因 此，科研工作主要集中在灾害防治方面，如研究岩爆机 理与预测、热害抑制与降温、提升自动化与系统监测 等。无疑这是重要研究课题，但研究思路过窄，有碍于 深井开采的技术创新和实现采矿工艺技术的 根本性的变 （2）创新技术思路事实上，任何事物都有两面性,“三因素”可以是致灾 因素，但是否可以突破传统思维，把三个致灾因素诱变 为有利因素而加以利用呢?来扩展深井科学技术的发展空间呢? 回答是肯定
26、的。 38,1,39,高应力(40-80 Mpa)- 高应力隐含的能量，是否有利于极坚硬矿岩的致裂破碎，来提高破碎质量？是否可以利用来创造一种高应力诱导破碎的连续采矿法呢？高井温(30-60 )-井下热能是否可以利用呢？将热能送到地面,通过地面的热交换来实现井下工作面降温呢？高井温是否有利于对贫矿进行原地破碎溶浸采矿、提高矿物溶浸效果呢？高井深(1000-5000 m)-深井高水头，是否可以作为新的动力源，推动高水动力采矿设备的开发呢？推动矿物水力提升的发展呢？是否促使人们更坚定地走废石不出坑的无废开采的道路呢？ 39,1,40,、深井开采中的重要科学问题 高应力矿岩的岩爆研究岩爆发生机制、岩
27、爆发生的临界能量准则，高应力区域灾害预测及定位等； 深井高应力矿岩致裂诱变研究高应力环境下的矿岩致裂诱变机理、矿岩致裂的临界环境、致裂方法、坚硬矿岩工程动力扰动的能量传递等； 深井开采中高温环境控制研究天然岩体裂隙介质中多相流耦合作用机制、热环境控制方法与经济模式等； 深部高应力的变异规律及其对岩石力学行为的影响深部岩石流变特性，采掘空间变形与破坏及自适应控制等； 深井原创性采矿模式研究高应力诱导破碎连续采矿模式、高应力环境下的采矿系统与工程结构等。 40,1,41,上述科学问题，都涉及岩石力学问题。岩体工程是个多场(应力.温度.渗流)多相(固.液.气)环境下的地质构造与工程结构相互耦合的问题
28、，是高度非线性问题。岩体的本构关系至今还没有能被广泛接受的概念模型。固体力学难以描述和解决岩体工程的力学问题。？因此，我们要加强深井岩石力学的研究。在研究的思路与方法上也应该有所突破就是要更加重视动 、静组合加载环境下的岩石力学问题，而不能停留在研究静载环境下的岩石力学问题。要研究冲击载荷作用下的岩石力学问题（任何矿岩工程都承受着冲击载荷）。对研究深井岩石力学来说，现有的实验装置也有很大的局限性。要通过加强深井岩石力学的研究，引导采矿工程逐步从经验走向科学。 41,1,42,、深部开采的重大工程技术问题深井高应力矿岩诱导破碎连续采矿技术重点研究高应力环境下的强制与诱导耦合落矿技术,以实现集中强
29、化采矿，减少矿柱损失，有效地控制地压；深井连续出矿工艺系统解决落矿高效率与出矿低效率的问题，提高矿山机械化自动化水平；深井环境再造高效采矿技术通过采矿环境再造， 实现深部松软破碎矿体和缓倾斜矿体的高效率采矿；深井低品位矿床原地破碎溶浸采矿研究采用极小补偿空间、一次爆破矿岩的致裂技术；深井高应力环境下的采矿系统与工程结构最大限度地减少巷道变形、井筒破裂、采场失稳和岩爆与冲击地压问题； 42,1,43,深井高浓度浆体和膏体充填技术重点要研究高浓度浆体和膏体的输送技术(包括膏体自流输送技术),以及深井管道磨损和废石充填注浆技术等； 深井水力提升技术利用深井排水的动力来提升粗碎矿石，解决深井提升量大、
30、提升成本高的问题。 建设井下选厂(粗选厂) 减少提升装备投入，减少提升量.降低提升成本；实现废石少出坑的无废开采。 深井上行开采技术上行开采对上部矿体的扰动比较小、对减少采场顶板压力、缩短工作线长度和实现无废开采有其重要现实意义； 深井开采移动目标跟踪、定位与井下安全预警实现深井致灾环境的动态监测与灾害有效应急。 43,1,44,此外，还有： 深井岩爆区的巷道支护与采场岩层控制技术； 深部矿床大规模开采实时数值仿真技 术； 深井当量药包深孔爆破技术； 中硬矿岩非爆机械采矿技术； 深井高应力的转移与可控卸压技术； 深井热场仿真与热害控制技术； 深井无废开采的矿废分离技术；等等。 44,1,45,
31、六、金属矿山未来的采矿模式 1、金属矿山未来采矿模式的提出2、推进采矿过程的智能化遥控化3、智能化遥控化的地下采矿实例 、二十一世纪金属矿业的目标 45,1,46,1.金属矿山未来采矿模式的提出 采矿技术的发展轨迹手工采矿、机械化采矿、自动化机械化采矿、智 能化遥控化采矿（即无人采矿)。 实现矿业的跨越式发展-21世纪，信息技术深刻地影响着人类社会的发展, 用信息化改造传统产业,已是我国经济结构调整和转变 经济发展方式的必由之路，矿业也不例外。特别是深部开采矿山,必须应用信息技术和先进适 用技术，来提升传统矿业的装备、工艺和方法，改变 传统的经营理念和管理手段,以增强矿山的创新能力和 国际竞争
32、力。 我们的任务-从建设数字矿山着手,逐步推进采矿过程 的智能化、遥控化,向无人采矿的理想境界推进。 46,1,47,2.推进采矿过程的智能化、遥控化 (1)建设数字矿山建立矿区地表及矿床模型三维可视化信息系统;建立有效的生产经营管理信息系统。包括矿山规划、开采方案.生产计划.统计调度.生产监控.地测管理.经 营管理及经济活动分析等等，并形成企业局域网络；建立以光纤、泄漏电缆、或无线电通讯为主体的多媒体通讯网络。形成语音、视频和数据同网传输的网络体系，实现矿山数据分布式共享；采用传感器网络技术,实现开采环境、生产过程、矿山 安全、设备运转的监控与数据自动采集、智能分析及可视化处理； 采用工业以
33、太网.通过智能控制及视频监视系统,实现47,1,48,矿井提升、运输、通风、排水系统等设备的智能化集中 控制。 (2)智能化和遥控化采矿何谓智能化遥控化采矿就是在矿山数字化的环境下, 智能化采矿设备(机器人)与现代化采矿调度系统的集 成，即无人采矿。随着微电子技术和卫星通讯技术的飞速发展，采矿 设备的自动化和智能化的进程明显加快，无人驾驶的程 式化控制和集中控制的采矿设备，正进入工业应用阶 段，它为无人采矿的变革,提供了重要技术条件。实现智能化遥控化采矿采用成熟的计算机软件系统，实现从矿山资源、开采设计方案优化、生产计划与开采环境的数字化、模型化 与可视化； 48,1,49,运用多媒体、模拟、
34、仿真、虚拟技术，再现真实矿山的 整体与生产活动全过程（包括生产调度、过程监控、环境监测与灾害预警等等）；通过整个生产过程实时动态响应的信息集成，实现主体 采矿设备的集中控制或无人驾驶的程式化控制；采用智能化采矿设备的自动定位与导航系统，使矿山生 产过程从单个工序到整个矿山系统,实现生产过程的远 程操作,最终实现矿山生产数字化、办公室化。 (3)无人采矿模式的目标 21世纪，已引入了一种全新的采矿理念，就是构建一种新的无人采矿模式。其目标就是实现资源与开采环境数字化，技术装备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。这是21世纪世界矿业的最高追求。 49,1,50,(4)
35、实现无人采矿需要多学科交叉矿床开采是一个复 杂、多变、信息隐蔽、难以预测的大系统。因此，在推进智能化遥控采矿的过程中,从信息采集、传输、处理、集成、显示,到应用于生产过程的自动控制，所涉 及领域非常广泛。因此需要多学科交叉（包括数字地质学、岩体力学、现代采矿学、信息工程与系统工程、机器人与自动化理论控制论、工程管理理论等）,在这过程中，矿业工作者将始终处于主导地位。 目前，我国矿山信息化方面已取得了显著的成绩，表现在：地下矿山在矿床模型三维可视化信息系统； 矿山规划与开采方案决策优化系统；矿山生产经营管理及经济活动分析信息系统；在井下音频与视频的建设方面；井下微震监测方面。等等。 50,1,5
36、1,3智能化遥控化的地下采矿实例智能化遥控化采矿首先从露天矿山开始,上世纪80年代以后，国外矿山信息化的研究已逐步从露天向地下矿山生产过程方向转变。 （1）国外的实例,早在1970年，井下主要运输水平的机车运输、就实现了在控制室遥控装载与卸载，实现了机车运输无人驾驶自动运行。现在井下已采用了由控制中心遥控的 Simba46W 凿岩台车、由机载计算机与导航系统控制的、铲斗容积25t 的 Toro2500Es 装载机。 51,瑞典基鲁纳矿（Kiruna）,1,52,加拿大国际镍公司（lnco）,1996年开始实施了为期五年的采矿自动化计划（MAP）。其技术组成包括五项：,先进的地下移动计算机网络;
37、 采矿过程监控与遥控软件系统; 适合远程遥控采矿的特殊采矿法; 先进的智能化采矿设备; 地下铲运机的自动定位和导航系统.,到2000年11月，除遥控装药以外，采矿自动化计划均已完成。已使采矿作业从每天（24小时）一个循环、提高到三个循环。预计到2008年，采矿劳动生产率可从2006年的3350吨/人年，提高到6350吨/人年。 52,1,53,（2）无人采矿已经不是遥不可及的事智能化遥控化采矿，构架了未来矿山模式。它是个渐进的逐步推进的过程，是矿业科技创新的重要方向，我们国家要从实际出发，以需要为牵引，选好切入点，逐步推进。据不完全统计，正在开展地下矿山智能化遥控采矿试验的国家有:瑞典、加拿大
38、、芬兰、澳大利亚、智利、南非等10多个国家。( 在露天矿山,我国德兴露天铜矿在无人矿山建设方面取得很大成就.生产规模为日产矿石10万吨，采用现代大型设备，采用了GPS调度系统和计算机网络管理系统。应用非常成功。核心是全球卫星定位系统。)53,1,54,、21世纪金属矿业的目标（1）21世纪金属矿业的目标广泛吸收各学科的高新技术，开拓先进的、非传统的采矿技术，实现矿山数字化、智能化和遥控化，创造更高效率、更低成本、最少环境污染和较好安全条件的现代化矿山，为人类提供巨大的矿物原料，促进社会经济的可持续发展。现代采矿科学技术，已突破了传统的学科范畴,大大与扩展了学科内涵。当前的任务就是从矿山的安全、高效、经济、无废、矿山数字化与智能化切入，发展采矿科学技术，以实现21世纪金属矿业的目标。53,1,55,（2）大力培养国际化的采矿工程人才当今的采矿科学技术与上世纪90年代相比，已经不可同日而语，矿业科技工作者要站在新世纪的高度，去凝炼金属矿床开采的科学问题，拓展采矿科学技术的发展空间，重构现代采矿工程学科的基本框架，用我们的科学智慧去思考和构建采矿工程技术人才的新的知识体系，为培养大量的国际化的采矿工程技术人才的目标服务。谢谢 ！ 54,
