1、主讲人：陈星明 博士 13990188693、 西南科技大学环境与资源学院矿业工程系,金属采矿技术进展及其实践,2,1、前言 2、未来金属采矿的发展主题 3、国内外采矿发展趋势 4、三种主要采矿方法的进展情况及深部开采 5、高新技术在金属采矿中的应用 6、国内外采矿设备的发展 7、展望,主要内容,3,一、前言,在人类发展的长河中，矿业始终贯穿于整个历史的发展过程现代文明源于矿业； 没有金属矿业的发展，就没有国家的工业化和国防的现代化矿业立于基础地位； 我国金属矿业资源紧缺，采矿机械化和工艺技术水平相对落后发展矿业任重道远； 要实现传统矿业现代化，必须紧紧把握未来矿业的发展主题绿色开发、深部开采
2、、智能（化）采矿。,4,1、金属矿业支撑着国家经济的可持续发展 1）.我国的人均资源消耗强度不断攀高 随着我国经济快速发展，近十年来，金属产量大幅增长(见下表)。从1990-2010年，人均GDP增长20.8倍，同期钢增长8.4倍，十种有色金属增长7.5倍。可以说，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,据研究，在国家工业化过程中，随着人均GDP的增长，人均资源消耗量将呈“S”形曲线变化（如下图）。我国正处于工业化全面发展阶段，是人均资源消耗强度增长最快的时期。 今后15-25年，我国人均资源的消耗强度将接近或达到高峰时期。,6,当前，我国金属消费量还远远低于发达国家，以Cu
3、、Pb、Zn、Al、Ni、Mo六种金属的人均消费量来看，美国的是我国的5.932.4 倍。 预计我国粗钢、铝、铜等主要金属消耗量，将分别于2015年、2020年和2025年才能达到高峰期（见下表）。,7,2）.我国金属矿资源短缺形势严峻 我国金属矿产资探明储量有54种，占世界总量的12%，但是，我国的人口占世界1/4，人均资源量只有世人均水平的1/3(其中Fe 42.4%，Cu 23.3%，Al 7.3% )。 大宗消费矿种，如Fe、Cu、Al、Ni、K、P等的对外依存度均在50%以上，有的甚至高达70-80% 。 世界上没有一个国家的矿产资源能够自给自足的，所以，发达国家长期来实施全球矿产资
4、源战略。世界有4300多家矿业公司(不包括煤和石油），其中加拿大占全球37%，美国占17%，澳大利亚占9.5%）。 我国也不能例外，要实施全球资源战略，方针是：“积极开展资源外交”，“互利共赢，共同发展”。,8,3）.我国是金属矿山的基本状况 我国金属矿山有9000多座，大体可分为三类： 第一类：少数的现代化矿山。代表着国家矿业发展水平，其生产工艺、装备水平、资源回收和综合利用程度、矿山数字化信息系统建设，基本接近或达到矿业发达国家的水平。 第二类：相当数量的中等技术水平的中型矿山。机械化水平为1960-1970年代的水平，资源回收率和综合利用率程度不一，生态环境问题突出，管理水平与国外相差较
5、大。 第三类：大量的小型矿山。非机械化劳动所占比重很大，管理粗放，安全问题、环境问题、资源浪费问题相当严重。,9,由于国家的需求增大和科技的长足进步，我国金属矿床的开采目标已逐步扩大到五类矿床即：深部矿床、贫矿床、破碎松软矿床、水体下矿床和高寒地区矿床，这给矿业带来了许许多多重大科技难题。 4）. 金属矿业发展的大趋势 现代采矿科学技术飞速发展，新的学术思想、理论、技术与工艺不断涌现，大大拓展了采矿科学技术的发展空间。为了把握矿业发展的大趋势，稳步推进金属矿业现代化，采矿专家提出未来金属矿业三大发展主题： 坚持金属矿业的发展道路绿色开发 开拓金属矿业的前沿领域深部开采 走向金属矿业的未来目标智
6、能(化)采矿,10,二、未来金属采矿的发展主题,1、坚持金属矿业的发展道路绿色开发 1）.可持续发展理念的提出 20世纪是人类生产力发展最快的百年，也是人类对地球破坏最严重的百年，它已动摇着人类生存的根基，促使人们重新审视走过的发展道路，因此，出现许多具有划时代意义的研究报告-增长的极限，世界保护策略等。 1972-2002年间，召开了三次国际会议，并分别通过人类环境行动计划.21世纪程和可持续发展世界首首脑会议实施计划三个文件，使人们认识到环境问题的严重性，从而否定了工业革命以来“高生产、高消费、高污染”的道路，推动了传统生活方式的转变。,11,1987年，世界环境与发展委员会发表了报告我们
7、的未来。该报告第一次明确提出了可持续发展定义，即“可持续发展是既满足现代人类的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”。 2）.“绿色开发”是可持续发展理念的延伸 可持续发展已成为全球共同的发展战略，许多行业、领域都相继提出自身的发展道路，如绿色建筑、绿色产品、绿色化学、绿色开发等。在这里，”绿色”体现的理念是资源开发与生态环境的和谐。 “绿色开发”一般的理解：是整合资源经济与环境目标的开发过程，在开发过程中保护生态环境、实现各类资源的可持续利用。,12,3）. 矿区资源“绿色开发” 矿业是基础工业，但也严重破坏环境 采矿活动破坏了大量耕地和建设用地； 采矿诱发地质灾害，造成大量人员
8、伤亡和经济损失； 采矿使矿区水均衡系统遭受破坏，下游水质污染； 开采中废气.废渣排放.产生大气污染和酸雨； 采矿破坏地貌景观，引发的社会纠纷越来越大。 何谓矿区资源“绿色开发” 把矿区的资源与环境作为一个整体，在充分回收有效利用矿产资源的同时，协调地开发利用矿区的土地、森林、水等各类资源，实现资源-经济-环境协调开发的过程，称为矿区资源“绿色开发” 。 “绿色开发”的含义拓展了可持续发展理念，指明了金属矿业的发展道路，阐明了矿床开采的发展模式。,13,4）.矿区资源“绿色开发”的科技内涵 矿产资源的充分开发与回收 我国露天开采的回收率为80-90%，而地下矿山只有50-60 %。地下矿山传统采
9、用两步骤回采模式，所留下占矿量40-50% 的矿柱，因未及时回收造成大量资源损失的情况，必须根本上改变。另外，为了资源的高效开发利用，要大力推进采矿工艺技术的创新。 科技需求： 地下金属矿连续开采技术 两步骤开采资源的整体高效回收技术 开采环境再造高阶段大直径深孔采矿技术 矿块自然崩落采矿技术 地下大型无轨采掘设备制造 采矿充填技术,14, 固体废料产出最小化和资源化 我国采掘矿岩总量以每年超过10亿吨的速度增长，而矿山90-95% 的矿物在加工过程中被转化为废料。我国金属矿业的废石、尾砂、废渣等固体废物已经堆存了180多亿吨，占地面积不断扩大。 另外，我国贫矿多富矿少、多金属矿多单一金属少，
10、废石、尾矿中还有许多有用组分尚未资源化利用。 科技需求： 矿山无废开采程度的预评价 开拓与采矿的废石产出最小化 废石.尾砂不出坑的工艺技术。 深井全尾砂.废石胶结充填设备与工艺 矿区尾矿规模化综合利用技术,15, 矿产资源有价元素的综合利用 我国铁矿采选回收率为67%，有色行业为50-60%；此外，废石和尾矿中的有价元素利用率很低，铁矿约20 %，有色金属为30-35 %（国外50%以上）。提高综合利用率是我国建设资源节约型、环境友好型社会的重要战略举措。 科技需求： 复杂难处理矿高效选别技术 高选择性低毒（无毒）选矿药剂 多金属硫化氧气混合矿选矿技术 废石和尾矿中有价元素提取技术 选矿在线检
11、测分析与集中控制技术,16, 环矿区的生态境设计 矿山设计及矿山生产与矿区生态环境状况密切相关，我们应该将矿山的发展从传统的“先破坏，后修复”的被动模式转变为超前的、动态的、贯穿以开发全过程的主动模式，因此，矿区的生态环境设计显得十分重要。这对于矿山在生产、流通和消费的过程中，能更好地推行减量化、再利用和资源化。 科技需求： 矿区循环经济园区规划设计 无废开采的可行性研究 矿区生态环境的源头保护与容量评价 矿区各类资源的保护与利用规划 矿物资源深加工与产品高值化,17, 矿区生态环境建设与复垦 推行矿山生态化建设，就要解决生态化建设程度的评价问题。评价要体现质量经营与生态经营同时并举和经济、环
12、境、社会效益相一致原则；要构建生态化矿山的评价体系和矿区可持续发展评价标准。我国矿区生态环境建设严重滞后，矿山废弃土地的复垦率只有12%，而发达国家高达70-80% 。 科技需求： 矿山重金属污染土地生物修复 尾矿坝、排土场灾害防治与生态恢复技术 酸性废石堆场复垦 整体性的尾矿、废石利用技术 矿区生态化建设程度的评价,18,5）.坚持走”绿色开发”的道路 “绿色开发”的特质在于：开采方式科学化，资源利用高效化，企业管理规范化，生产工艺环保化，矿山环境生态化。 “绿色开发”的目标在于：资源合理利用、节能降耗减排、保护生态环境和促进区域和谐发展。 持续的矿产开发已给人类生存环境带来许多负面影响。国
13、际潮流需要矿业走“绿色开发”的道路；现实国情迫使矿业走“绿色开发”道路；社会责任要求我们走“绿色开发”的道路。我们必须正视，矿业是破坏环境的主要行业之一， 我们不能再以忽视这一危及人类生存根基的严重问题，必须坚定不移地走“绿色开发”的道路。,19,6）建设绿色矿山 建设绿色矿山是新形势下保证矿业可持续健康发展的必由之路，是实现科学发展、社会和谐的必然选择。全国矿产资源规划（20082015）提出了到2020年绿色矿山格局基本建立的目标。 绿色矿山是矿产资源开发利用与经济社会发展、生态环境保护相协调的矿山，应该达到资源利用节约集约化、开采方式科学化、企业管理规范化、生产工艺环保化、闭坑矿山生态化
14、的有关标准和要求。 绿色矿山建设应该遵循科技进步、改进生产工艺、不断提高资源利用水平和环境保护水平的理念，包含的内容比较宽泛，而不仅仅体现在环境保护水平的提高方面，在资源节约与综合利用、矿山开发与社会和谐方面明显先进，而且随着矿业发展和科技进步，绿色矿山将被赋予更加丰富的内涵。,20,绿色矿山建设在资源利用效率、矿山地质环境保护和矿区土地复垦等方面的要求全国矿产资源规划（20082015） ： 在提高资源利用效率方面，提高矿产资源开采回采率和选矿回收率，引导和强制矿山企业切实提高矿产资源采选水平，探索矿产资源税费征收与储量消耗挂钩的政策措施等，促进矿产资源节约开发；要求企业加强低品位、共伴生矿
15、产资源的综合利用，提高资源利用效率；提高矿山固体废弃物、尾矿资源和废水利用效率，减少能源消耗和环境污染；以矿山企业为主体实施循环经济发展示范工程，推进矿产资源综合开发利用。 在矿山地质环境恢复治理和矿区土地复垦方面，要求新建矿山和生产矿山按照“谁破坏，谁治理”的原则，严格执行“三同时”制度，及时履行矿山环境恢复治理义务，并缴纳矿山环境恢复治理保障金。国土资源行政主管部门加强对采矿权人履行矿山地质环境恢复治理义务情况的监督检查，加大矿山地质环境保护和治理力度，实施矿山地质环境恢复治理重点工程，重点开展矿山采空区地面塌陷等环境问题治理，改善矿区及周边地区生态环境。 在监督管理方面，提出要加强监管，
16、对不符合最低开采规模标准、资源破坏浪费严重的生产矿山进行整改联合，依法关闭无证开采、浪费资源、不具备安全办矿条件的矿山企业。,21,国家级绿色矿山基本条件,从依法办矿、规范管理、综合利用、技术创新、节能减排、环境保护、土地复垦、社区和谐、企业文化九个方面对绿色矿山的基本条件进行规定。 依法办矿。一是严格遵守矿产资源法等法律法规，合法经营，证照齐全，遵纪守法。二是矿产资源开发利用活动符合矿产资源规划的要求和规定，符合国家产业政策。三是认真执行矿产资源开发利用方案、矿山地质环境保护与治理恢复方案、矿山土地复垦方案等。四是三年内未受到相关的行政处罚，未发生严重违法事件。 规范管理。一是积极加入并自觉
17、遵守绿色矿业公约，制定有切实可行的绿色矿山建设规划，目标明确，措施得当，责任到位，成效显著。二是具有健全完善的矿产资源开发利用、环境保护、土地复垦、生态重建、安全生产等规章制度和保障措施。三是推行企业健康、安全、环保认证和产品质量体系认证，实现矿山管理的科学化、制度化和规范化。,22,综合利用。一是按照矿产资源开发规划和设计，较好地完成了资源开发与综合利用指标，技术经济水平居国内同类矿山先进行列。二是资源利用率达到矿产资源规划要求，矿山开发利用工艺、技术和设备符合矿产资源节约与综合利用鼓励、限制、淘汰技术目录的要求，“三率”指标达到或超过国家规定标准。三是节约资源，保护资源，大力开展矿产资源综
18、合利用，资源利用达国内同行业先进水平。 技术创新。一是积极开展科技创新和技术革新，矿山企业每年用于科技创新的资金投入不低于矿山企业总产值的1%。二是不断改进和优化工艺流程，淘汰落后工艺与产能，生产技术居国内同类矿山先进水平。三是重视科技进步。发展循环经济，矿山企业的社会、经济和环境效益显著。 节能减排。一是积极开展节能降耗、节能减排工作，节能降耗达国家规定标准。二是采用无废或少废工艺，成果突出。“三废”排放达标。矿山选矿废水重复利用率达到90%以上或实现零排放，矿山固体废弃物综合利用率达到国内同类矿山先进水平。,23,环境保护。一是认真落实矿山恢复治理保证金制度，严格执行环境保护“三同时”制度
19、，矿区及周边自然环境得到有效保护。二是制订矿山环境保护与治理恢复方案，目的明确，措施得当，矿山地质环境恢复治理水平明显高于矿产资源规划确定的本区域平均水平。重视矿山地质灾害防治工作，近三年内未发生重大地质灾害。三是矿区环境优美，绿化覆盖率达到可绿化区域面积的80%以上。 土地复垦。一是矿山企业在矿产资源开发设计、开采各阶段中，有切实可行的矿山土地保护和土地复垦方案与措施，并严格实施。二是坚持“边开采，边复垦”，土地复垦技术先进，资金到位，对矿山压占、损毁而可复垦的土地应得到全面复垦利用，因地制宜，尽可能优先复垦为耕地或农用地。 社区和谐。一是履行矿山企业社会责任，具有良好的企业形象。二是矿山在
20、生产过程中，及时调整影响社区生活的生产作业，共同应对损害公共利益的重大事件。三是与当地社区建立磋商和协作机制，及时妥善解决各类矛盾，社区关系和谐。 企业文化。一是企业应创建有一套符合企业特点和推进实现企业发展战略目标的企业文化。二是拥有一个团结战斗、锐意进取、求真务实的企业领导班子和一支高素质的职工队伍。三是企业职工文明建设和职工技术培训体系健全，职工物质、体育、文化生活丰富。,24,绿色矿山“八化”和“32字”标准： 绿色矿山建设应从矿山开采合法化、资源利用高效化、开采方式现代化、采矿作业清洁化、矿山管理规范化、生产安全标准化、内外关系和谐化、矿区环境生态化等“八化”标准来衡量； 绿色矿山建
21、设是矿山建设的一次革命，是促进矿业经济进步的必由之路。绿色矿山创建应达到的要求 ：“合法采矿、高效利用、科学开采、清洁生产、规范管理、安全生产、内外和谐、生态重建”的“32字”标准,25,2、开拓金属矿业的前沿领域深部开采,1).深部开采是矿业发展的前沿 何谓深部开采 学术界定地应力随开采深度增加而逐步增大，当增大到某一值时，岩爆发生频率明显增加，达到这一临界深度时，定义为矿床转入深部开采。 一般界定因矿岩结构复杂，学术表达有很大的不确定性，因此，一般界定为金属矿山转入深部开采的深度为800-1000米时。 国内大批金属矿山转入深部开采 我国有色系统有1/2的矿山已过渡到深部开采：夹皮沟金矿1
22、600m，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1000mm；凡口铅锌矿，金川镍矿，高峰锡矿，湘西金矿等,26, 深部开采的金国外有大批属矿山 据不完全统计，国外非煤矿山中开采深度超过1000m 的矿山有80多座。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4164m，开采深度已达3800m 。 深部开采是矿业发展的必然 近五年来，在我国，实施“深部找矿工程”的215个矿山中，有166个矿山找到了矿，已为国家找到了价值超过1万亿的矿产资源。
23、 加拿大已提出要探清埋深3000米的矿床；澳大利亚提出了要实现“玻璃地球”的计划。,27,2.深部开采的“三高” 特殊环境 矿床深部开采是个特殊的开采环境高应力、高井温、高井深。“三高”是深井的主要致灾因素： 高应力(40-80 Mpa以上)可能诱发岩爆、导致冒顶、采矿方法与支护技术不相适应，危及作业安全等； 高井温(30-60)高温的工作环境恶劣，人的生理难以承受，还可能导致矿石自燃、炸药自爆； 高井深(1000-5000 m)导致提升.通风.排水.充填等的困难增加，效率降低，费用增大等。 深部开采是个特殊的作业环境，有许多浅部开采未涉及的问题需要研究。采矿科研工作要逐步转向深部开采，这是前
24、沿的研究领域。,28,3).拓宽深井开采研究的技术思路 长期来，人们把“三高”视为致灾因素，因此，科研主要集中在研究岩爆机理.热害防治.提升自动化等。这无疑是重要课题，但任何事物都有两面性，“三高”可否利用呢? 高应力-是否有利于坚硬矿岩的致裂破碎，从而提高破碎质量呢？可否用来创造一种高应力诱导致裂破碎的连续采矿法呢？ 高井温-深井的温度上升，是否有利于贫矿原地破碎溶浸采矿？可否将热能送到地面利用，经地面热交换后再送井下降温呢？ 高井深-客观存在高水头，可否作为新的动力用于开发水动力采矿设备呢？实现矿物水力提升呢？促使人们更坚定地走深井废石不出坑的无废开采道路呢？,29,4).深井特殊环境下采
25、矿的问题 深井高应力灾害与研究状况 关于高应力灾害在高应力环境下，由于工程扰动，可使软岩冒落、诱发硬岩岩爆，其猛烈程度足以造成事故：美国Atlantic矿，1906年发生一次岩爆，地震强度达到了里氏3.6级，导致铁轨弯曲，还诱发空气爆炸，导致火灾；南非有26座深井金矿，据统计，19941998年间，因没有与高应力环境相适应的采矿工艺技术，造成重伤矿工13.9万人，死亡2200人。 我国胜利煤矿于1933年出现岩爆问题，目前，红透山铜矿等20多个矿井也有过发生岩爆的记录。 关于高应力研究加拿大开展了两个研究计划：包括微震监测.岩爆预报.岩爆区的支护体系等。,30,在美国，对岩爆和天然地震信号与核
26、爆信号的差异辩别，进行过研究。南非的深井研究计划取得了许多创新性成果，包括：水压支柱、水力钻机、深井制冷降温、采场括板运输机、快速连续采矿法，还在井下进行粗磨浮选，再将富集的细粒精矿泵送至地表。 在我国，开展了千米深井矿山300万吨级强化开采综合技术“九五”科技攻关；2001年举办了深部岩体力学基础研究问题香山学术会议；2003年启动了国家自然科学基金深部岩体力学基础与应用研究重大项目、2008年深部重大工程灾害孕育演化机制与动态调控理论973项目立项。我国在岩爆机.预测.监控等方面做了大量研究；一些成果在工程中得到了应用。,31, 热关于深井的害问题 根据欧洲对2000m的钻孔观测，地温的梯
27、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；金属矿山有的也达到了43。,32,我国安全规程规定：井下工作面温度不得超过26，超过30就必须采取降温措施。南非设计矿山降温系统时，控制矿井温度在28以内。 据南非多年统计，当井下作业面温度30时，工伤事故不断上升，见下表：在深井，仅靠通风一般达不
28、到降温要求，因此，有的采用供水制冷降温（有井上集中制冷降温和井上、下联合制冷）或地表制冰降温。 实例：南非斯坦总统金矿，井深3200m，原岩温度高达63，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，收到很好效果。,33, 关于高井深的提升问题 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
29、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。,34,深井提升的实例,35,世界上最大直径的多绳提升机德国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(我国最大是22吨)， 提升高度1200米，提升速度20米/ 秒(我国最大是11.8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
30、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开展深入系统研究。,36,3、走向金属矿业的未来目标智能采矿,1）.何谓“智能（化）采矿” ？ -在矿床开采中，以开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质，以实现安全.高效.经济.环保为目标的采矿工艺过程，称为智能采矿。 用信息技术改造传统矿业，是国家经济结构调整和转变经济增长方式的重要任务之一。未来矿山的智能采矿模式，是富有知识经济时代特点的采矿模式，是矿业科技创新的方向，是21世纪矿业发展的前瞻性目标。它要在聚集相关学科的先进技术的基础上才能完成，它是个渐进的发展过程，它的实现将带来矿业
31、的根本性变革。,37,2.“智能采矿”的主要科技内涵 矿床模型与矿床开采设计数字矿山软件 金属矿山采掘、装载、运输等智能设备 适应智能设备作业的高效采矿工艺技术 矿井数据采集、通讯与视频的传输网络 矿山移动设备遥控与生产过程智能控制 矿山系统智能监测与作业运行集中控制 矿山生产计划组织与经营管理信息系统 3.实现“智能采矿”将带来的深远影响 实现采矿作业室内化。可最大程度地解决矿山生产安全问题，特别是金属矿山转入深部开采的情况下，大批矿工将远离高温.岩爆的恶劣环境,38,实现生产过程遥控化。井下工人将大量减少，可大幅地提高劳动生产率，降低井下通风降温费用，使企业的竞争力大幅提升，特别是对深部矿
32、床开采具有重大意义。 实现矿床开采规模化。采矿过程的智能化程度高，可实现规模化开采。由于矿山产能可以大幅提升，劳动效率高，成本将大幅下降，低品位矿床有可能得以更充分的利用。 实现技术队伍知识化。由于传统产业向知识型产业过渡，职工的技术素质大幅提高，队伍结构和工资待遇将大大改善，矿工这一弱势群体的社会地位将发生根本性变化。 推动矿业的全面升级。可使金属矿业实现跨越式发展，从矿业大国过渡成为矿业强国；此外；还将带动国家的信息产业，机械制造等相关产业链的延伸和发展。,39,4）.国外智能采矿的发展状况 上世纪90年代，芬兰.加拿大.瑞典为了取得矿业竞争优势，先后实施了“智能化矿山”规划，后来，南非.
33、澳大利亚.智利.印尼等十多个国也投入了研究。加拿大弗如德.斯大托比(Frood.Stobien)镍矿，采用智能采矿已有十多年的历史；智利的埃尔.特尼恩特(er.Teniente)铜矿智能采矿的采区生产能力为1万吨/日。下面举两个实例： 瑞典基鲁纳矿（Kiruna） 早在1970年，主要运输水平的机车运输、就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斗容25t的Toro2500Es装载机。,40, 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。其技术组成包括五项： 先进
34、的地下移动计算机网络； 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，该采矿自动化计划均已完成。应用表明，采矿作业从每天（24小时）一个循环、提高到三个循环；采矿劳动生产率从2006年的3350吨/人年，提高到2008年的6350吨/人年。,41,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.在推进智能采矿的过程中，从信息采集.传输.处理.集成.显示，到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.机器人与自动控制.工程
35、管理等），但在这过程中，采矿工作者将始终处于主导地位。 我国在智能采矿领域也有长足进步。 智能采矿不是遥不可及的事！,42,三、国内外采矿发展趋势,1.国外采矿技术发展趋势 为提高劳动生产力、降低成本，采矿设备大型化、大型无轨设备和辅助设备自动化将是21世纪金属采矿发展的目标，非炸药爆破方式破碎矿岩的连续化开采将取代各种半连续开采，采矿工艺将逐渐适应各矿体特点，岩石力学将进一步发展，信息等高新技术将在采矿过程中得到迅速应用，矿山采矿系统将向自动化、智能化发展。 近年来，发达国家的采矿装备发展迅猛，新产品、新技术不断涌现，地下采矿装备发展尤其迅速，正朝着以下四大方向发展：,43,1）装备无轨化、
36、液压化、自动化程度高国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化，在自动化方面，已成功地引进了无人驾驶、机器人作业等新技术。芬兰山特维克汤姆洛克公司实现了在危险地区的机器自主方式工作为特征的机器人(自动化)采矿，该公司的铲运机自动化控制系统已投入市场。从1999年末起开始，瑞典的公司基律纳铁矿的使用第一套真正的自动生产铲运系统2500型铲运机，在山特维克汤姆洛克公司的新产品中使用了导航软件包。公司使用的铲运机是用布置在巷道上的反射条为其自身定位的。 2）装备技术性能成熟，可靠性高 国外矿山企业往往选用全球知名采矿设备专业厂家的产品，如采用世界有名的采矿设备厂家阿特拉斯公司、瓦格纳公司、GH
37、H公司、艾姆科公司产品，这些全球知名厂家产品技术性能成熟，可靠性高，技术服务周到。,44,3）装备成龙配套，机械化程度高 国外先进地下采矿装备从凿岩、装药到装运全部实现了机械化配套作业，各道工序无手工操作，无繁重体力劳动。各种类型的液压钻车、液压凿岩机、柴油或电动及遥控铲运机是极普通的基本装备。为了适应机械化的成龙配套，装备大型化、微型化、系列化、标准化、通用化程度高。 4）基本实现集中化、强化开采和规模化经营 目前以铲运机为核心的无轨采矿设备及其工艺、连续出矿设备及其工艺是当今地下采矿技术发展的主流。连续采矿技术方面研制了移动式采矿机；针对薄脉矿开采开发了联合凿岩台车；针对深井开采，南非开发
38、应用了利用充填、水力支柱、水射流清理、水力凿岩、水力提升、无轨采矿设备和某种通风循环的综合开采系统；为凿岩爆破适应大规模分段崩落法和空场采矿法要求，英格索-兰德公司推出了装配有水力潜孔冲击式凿岩机的自动遥控钻机。国外地下开采矿业发达国家为提高开采强度、加强安全生产、降低成本，采用大结构参数、先进开采设备及长锚索支护等综合技术措施取得了较好效果，大幅度地提高了采矿生产能力，并充分地回收了有用矿物。,45,2.国内采矿技术发展趋势 我国地下开采碎石产量日益增多（如铁矿石已占2530%以上），且开采深度和难度也在逐渐增大，如大水矿体、深部地压、矿岩破碎、岩爆、富水高温等技术难题，特别是在环保和安全的
39、压力下，地下开采中“能空则不崩、能崩则不充”的理念，已发生了变化，使用充填法的铁矿山也在逐渐增多。另外 连续开采技术、自动化开采技术乃至智能开采技术也在矿山得到应用。 随着地下矿山开采规模的不断扩大，开采深度的不断增加，会带来一系列的技术难题。连续开采技术工艺、自动化开采技术乃至智能开采技术是解决这些难题的有效途径之一。它可以改善井下工人的作业环境和工作条件；可以实现矿山机械化连续作业，提高采场的综合生产能力；可以缩短采场的回采周期，有利于深部地压的控制和管理；可以实现大规模、高强度的集中强化开采，降低矿石的开采成本，提高开采的经济效益等等。,46,因此，连续开采、自动化开采乃至智能开采技术具
40、有明显的技术经济优势。连续开采、自动化开采乃至智能开采技术已成为当今世界各国研究的热点和焦点问题。它们在21世纪矿山向开采深部化、规模大型化、设备机械化、操作自动化、生产连续化、管理现代化方向发展具有重大意义。 金属矿山地下连续开采是指在矿体、阶段或矿块的回采过程中，穿孔、落矿、出矿、运矿、运输和提升等全工艺过程或部分工艺环节的不间断连续平行作业。自动化开采则是在机械化的前提下，进行自动控制，而智能开采则是在自动化开采的基础上，加入了人工智能，它能根据开采对象和开采条件，采用更节能、更合理的参数和最优对策，在不同的空间平行作业，由此组成高效率的采矿机械化连续作业系统。 目前，冬瓜山铜矿进行了地
41、下连续开采技术和工艺的研究，自动化开采和智能开采技术也在穿孔等环节得到应用。,47,四、三种主要采矿方法的进展情况及深部开采,露天开采：大型设备生产能力提高连续开采、陡帮开采爆破技术逐孔起爆技术、混装药技术 地下开采三种主要采矿方法：空场采矿法崩落采矿法充填采矿法 深部开采越来越普遍,48,1.空场采矿法 1）VCR 法 20世纪80年代，VCR法 (大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法 )首先在我国凡口铅锌矿试验成功。该法与传统的采矿方法相比，具有采场结构简单、生产能力大、机械化程度高，作业安全等优点。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、金厂峪金矿和狮子山铜矿等矿山得到
42、推广应用。但是，由于我国地下矿山大部分矿床为中厚矿体，倾角较小，采用VCR法容易造成矿石的损失和贫化，且VCR法需要使用成本较高的高威力炸药和价格昂贵的高精度深孔钻机，致使采矿成本较高； 由于VCR法爆破一次崩矿量较少，施工作业工序较多，每次均需进行清孔、堵孔、装药、堵塞、联线、起爆等。由于上述原因，限制了VCR法在我国黄金和有色金属矿山的使用范围。为克服上述问题，自1980 1985年间，在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案，即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，即在采场的局部面积上，先形成切割槽，然后以这一切割槽为自由
43、面和补偿空间，采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿，崩落的矿石由采场下部的有出矿系统运出。该采矿方法的主要技术经济指标为：矿石回收率为 99.87% ；贫化率为 2.42 % ；采场综合生产能力为 551.5/ ；采场出矿能力为 163 0/。,49,2）地下金属采矿连续化 地下金属矿山连续开采主要包括：矿房的连续回采、矿体 (床 )的连续开采、矿石的连续运送及全工艺过程的连续化。即在开采过程中一步化；回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业化；井下矿石的转载、运输、提升等环节矿石的连续化；掘进、落矿、出矿、运搬、运输等全工艺过程的连续化。研究的目的是 ，实现地下金属矿山名副其实的连
44、续开采。研究的主要内容是达到上述目标的工艺技术和设备。目前，这个层次在软岩矿中的研究和应用发展迅猛，已实现大规模工业开采全工艺过程的连续化。在硬岩开采中的研究难度较大 ，但如连续采矿机、冲击式采矿机、钻孔射流采矿等已开始投入试验阶段，这一领域具有广阔的前景，它对于硬岩中实现非爆破采矿具有重大的意义。 我国从“六五”“九五”连续 4个国家五年发展规划中， 连续开采技术始终被列为国家重点科技攻关项目， 投入了大量的人力、物力和财力进行理论研究和科学试验，并在狮子山铜矿、凤凰山铜矿、安庆铜矿地下金属矿山连续开采技术的研究中取得了一些成果。 进入20世纪90年代，我国有许多黄金和有色金属矿山通过技术改
45、造，大量引进了国外先进的采、装、运设备，同时，一批适合我国地下矿山实际情况的先进装运设备研制成功 ，并应用于矿山，促使了我国地下矿山的机械化水平明显提高。由于采矿作业机械化程度的提高，劳动条件大为改善 ，使采矿成本大幅度降低 ，劳动生产率显著提高。又由于先进的自行采、装、运设备的引进和研制 ，新技术的应用和发展 ，促进了采矿工艺技术的不断改进和创新，出现了前所未有的发展和变革。,50,3）全面法和房柱法的改进 陕西潼关金矿对小于1.1m缓倾斜矿体采用进路两侧选别全面法，厚度1.12m时采用壁式爆力分采全面法，矿石贫化率降低至11.520.2%，矿块生产能力达4550t/工班。牟定铜矿为倾角10
46、20度，平均厚度为7m的缓倾斜矿体，采用中深孔抛掷超前切顶，切顶层高8m，锚杆护顶，上向中深孔落矿，用F-602抛绳枪挂电耙钢绳，人员不进入采场。该法生产效率高，矿块生产能力达464.2t/d，贫化率8.8%。 4）留矿法的改进 江西大吉山钨矿的机械化留矿法是留矿法的重要发展，该法采用天井爬缶掘进天井， 装配式金属溜井，震动放矿。长梯段浅孔大环回采。,51,2.崩落采矿法 1）无底柱分段崩落法 结构参数优化。纵观我国无底柱分段崩落法结构参数优化过程可以看出，我们一直是在增大结构参数，主要是增大分段高度。但是由于我国凿岩设备能力的限制，多是采用了分段凿岩来实现增大一次崩矿量和高端壁放矿。实质上这
47、种结构的采掘工程量减少并不多，且由于凿岩精度，装药技术等诸多因素的影响，高分段并没有在我国获得实际应用，而加大结构参数也仅仅是增大到2018结构，所以说，我国无底柱分段崩落法确实面临着一个如何加大和优化结构参数的问题。为提高矿山生产能力降低矿石成本，无底柱分段崩落法的结构参数必须加大以实现采掘设备的大型化。结构参数优化的主要方向是增大进路间距。增大进路间距将大幅度的减少采掘工程量，由于增大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，具有重要的实践意义。,52,无底柱分段崩落法也可应用于缓倾斜中厚以上矿体（泸沽铁矿） 但就加强： 爆破设计、施工及爆破质量的技术及管理 采切工程质量的技术及管理施 加
48、强放矿管理 矿山生产及技术管理,53,2）自然崩落法 自然崩落法是一种利用岩石自然应力落矿的方法，以其生产能力大、采矿成本低的优点，特别适用于矿体厚大、矿化均匀的低品位矿床开采。其基本特征是：在矿块拉底水平，进行一定面积的拉底形成矿石冒落的自由面，用巷道、深孔割帮，削弱矿块与周围矿石及围岩的联系，使矿块内的矿石在自重的作用下，随着矿石的放出而逐渐诱导其自然冒落，直至整个矿块崩落完结，在覆盖岩石下放出全部矿石。,54,3.充填采矿法 干式充填是 50年代以前金属矿山所使用的唯一充填方式。长沙矿山研究院 6 0年代开始研究水力充填技术，并在凡口铅锌矿建成了我国第一个尾砂充填系统。 70年代以来，则
49、在 6 0余座有色、黑色和黄金矿山广泛推广应用了分级尾砂充填工艺与技术，使之成为我国矿山充填的一种主要充填方式。90年代，长沙矿山研究院又相继研究开发出全尾砂胶结充填、赤泥胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和块石砂浆胶结充填等新工艺与新技术。这些充填技术成果有力地促进了充填采矿法的发展，不断拓广充填采矿法的应用范围高浓度全尾砂胶结充填工艺的特点是以全部尾砂作为充填料，活化搅拌后在高浓度状态下输送到井下采空区 。,55,我国金属矿采矿技术己取得显著成就，但总体水平仍然较低，与国际先进水平相比存在较大差距。其突出表现是多数矿山装备落后、开采规模小、劳动生产率低、矿山效益差和矿产资源利用率低。因此，矿山的
50、效率和效益、资源保护性开采和自然环境保护，将在 2 1世纪的一定时期内成为我国金属矿山采矿技术进一步发展的主要目标。其主要发展方向则有：机械化大规模采矿、深井采矿、溶浸采矿和充填采矿等工艺和技术。发展机械化大规模采矿以解决矿山装备落后、开采规模小和劳动生产率低的问题，包括发展大型露天采矿装备和大型地下无轨采矿装备，以及高阶段深孔采矿法、高分段崩落采矿法和自然崩落采矿法等大规模地下采矿工艺。发展深井采矿技术以适应矿床开采向深部转移的需要。发展溶浸采矿是为了适应贫矿资源开采的需要，以提高矿山效益。发展充填采矿技术则为了充分利用矿产资源，实现资源保护性开采和有效地保护环境。随着科学技术的进步和采矿技术条件的进一步复杂化，还将逐步发展露天地下联合采矿技术、无爆破采矿技术、自动化采矿技术和连续采矿技术。,
