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地下金属矿采矿科学技术

发展趋势北京科技大学胡乃联地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第1页第1页地下金属矿采矿科学技术发展趋势1地下金属矿采矿科学技术发展趋势2无底柱分段崩落采矿法技术进展3瑞典纪律纳铁矿介绍4我国梅山铁矿介绍地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第2页第2页1地下金属矿采矿科学技术发展趋势

1.1高效率采矿

1.2清洁采矿

1.3连续采矿1.4深部采矿1.5无人采矿

地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第3页第3页1.1高效率采矿露天矿不论是液力机械传动、还是交流驱动电动轮汽车，都已发展到了300t级以上。如T282型交流驱动电动轮汽车和797型液力机械传动卡车，其有效载重已抵达327t。穿孔牙轮钻机。穿孔直径还多用310—380mm,而钻孔直径559mm钻机，已投入生产。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第4页第4页1.1高效率采矿地下铲运机。如载重5tToro501E型电动铲运机，现已发展为载重25tToro2500E型电动铲运机。

井下汽车。瑞典已开始用120t7轴大型卡车，取代45t和65t卡车。

地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第5页第5页1.1高效率采矿井下钻机。也向大型化发展，配有水力潜孔冲击式凿岩机SimbaW型自动遥控台车，正取代原有台车；钻凿大直径深孔QL4型潜孔钻机，已经问世，其凿岩效率提升25%一35%。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第6页第6页1.1高效率采矿伴随微电子技术飞速发展，近几年来，地下矿山已经有遥控铲运机和凿岩机；无人驾驶汽车在试运行。国外还开发出了凿岩机器人、装载机器人和采煤机器人等矿山设备。矿山设备正逐步实现遥控化、智能化。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第7页第7页1.1高效率采矿因为矿山设备逐步大型化和智能化，地下矿山3种高效率采矿法—大直径深孔落矿空场采矿法，机械化充填采矿法及大量崩落采矿法将朝着：高阶段(120—200m)，大采场(矿段)，一步骤回采，采准、切割合二为一方向发展。它们在大规模开采和集中强化开采中将发挥主要作用。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第8页第8页1.1高效率采矿伴随大量落矿采矿技术发展，落矿高效率与出矿低效率矛盾越来越突出，为了提升出矿效率，装载机—移动式破碎机—胶带运输机和连续装载机—胶带运输机运矿配套间断—连续采矿系统，将逐步得到应用和发展。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第9页第9页1.1高效率采矿伴随开采深度增大，深井开采矿山越来越多，提升采矿强度，实现深井高效率采矿问题，将引发人们更多重视，以下6个方面工程技术会有很大发展。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第10页第10页1.1高效率采矿(1)为了有效地控制地压，降低矿柱损失，提升矿石回收率，一步骤连续采矿会得到广泛应用。(2)为了提升出矿效率和矿山自动化水平，间断—连续采矿工艺系统，将逐步得到很大发展。(3)为了降低深井废石提升量，把选厂(粗选厂)移至井下，是一个主要发展方向。

地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第11页第11页1.1高效率采矿(4)为了处理深井提升困难，降低深井提升成本，降低井巷工程，深井水力提升将是一个主要发展方向。(5)针对深井高应力特殊条件，非常规、适应深井开采特殊条件新采矿方法，将是一个主要研究课题。(6)为了将废石充填到深井下部，有效地缩短井下工作线长度，并减小顶板压力，采取上行开采问题将引发人们更多关注。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第12页第12页1.2清洁采矿

清洁采矿（无废害采矿）是二十一世纪矿业可连续发展主要课题之一。所谓无废害采矿，就是最大程度地降低废料产出、排放，提升资源综合利用率，减轻或杜绝矿产资源开发负面影响工艺技术。实现清洁采矿主要路径有以下4方面：地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第13页第13页1.2清洁采矿

(1)提升资源综合利用程度。提升选冶技术水平，不停提升资源利用率，以降低污染，并延缓资源耗竭速度，维持矿业可连续发展。

地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第14页第14页1.2清洁采矿

(2)实现废料产出最小化。如采取合理开拓系统和采切比小采矿方法，从源头上控制废石产出率；采取上行开采次序、建设井下选厂，将废石、尾砂回填采空区。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第15页第15页1.2清洁采矿

(3)推进废料资源化。加强综合回收，使不具开发价值“个性物”变成矿产资源，提升废料资源化水平，包含制作建筑材料和矿区复垦、造地等。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第16页第16页1.2清洁采矿

(4)研究高技术特殊采矿方法。如研究高压水胀裂矿岩采矿法、镶嵌金刚石刃具钢绳切割采矿法，深孔水力采矿法和原地破碎溶浸采矿法等。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第17页第17页1.2清洁采矿

原地溶浸采矿是理想无废害采矿(清洁采矿)方法，它分为钻孔溶浸法和原地爆破破碎溶浸法2类，前者是将浸出液经过钻孔注入地下矿体中，有选择性地浸出有价组分，再将溶液抽出送车间回收有价金属。后者是将矿块爆破破碎后，在上部中段喷洒溶浸液，下部中段搜集富液。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第18页第18页1.2清洁采矿

我国于1970年在铀矿开采中开始试验钻孔溶浸法研究，1991年正式工业性应用。近年，也开始试验原地爆破破碎溶浸法。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第19页第19页1.2清洁采矿原地溶浸采矿只适适用于含有一定地质、水文条件矿床，假如矿化不均，矿层各部位渗透性不一样、或部分有用成份难以浸出，都会影响开采经济指标。所以，当前惯用是地面堆浸法。溶浸采矿可处理金属主要有铜、铀、金、银。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第20页第20页1.2清洁采矿地面堆浸方法，已成为从低品位矿石提取金属有效方法，已发展到很大规模和很高机械化程度，它不但能够处理氧化矿、低品位铜矿(包含表外矿、废石、浮选尾矿)，而且能够处理硫化铜矿和铜精矿。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第21页第21页1.2清洁采矿采取溶浸技术，从矿石到电铜只有浸出—萃取—电积3个工序，它与传统火法炼铜工艺相比，其生产成本和投资费用均降低三分之一。1999年世界上采取溶浸技术生产铜已抵达220万t，占世界矿铜产量15%以上，其中智利抵达120万t，美国70万t。世界最大浸出萃取电积工厂是智利埃尔阿夫拉，它年产量达26.5万t。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第22页第22页1.2清洁采矿

我国于1997年在德兴铜矿建成细菌堆浸废石年产t电积铜厂，紫金山金矿地面堆浸规模也很大，在金矿系统乃至全国都有较大影响。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第23页第23页1.2清洁采矿

不过，我国与外国相比差距依然很大：生产规模相正确小，设备还很简陋；对不一样类型矿物、缺乏浸出技术和工业应用经验；缺乏在高海拔和严寒地域推广浸出—萃取—电积技术经验；缺乏优良萃取剂；自动控制技术水平低。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第24页第24页1.2清洁采矿

回收低品位矿石，是二十一世纪矿业发展主要方向，发展生物冶金技术和原地溶浸技术，对品位低、埋藏深、难采矿体开采利用含有尤其主要意义。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第25页第25页1.3连续采矿

传统开采方法存在许多弊端，其要害就是留有大量间柱。实现无间柱连续采矿，是地下金属矿开采技术一个重大变革，其表现在：①回采工作面连续推进，有利于井下采矿作业合理集中，实现高强度采矿；②可从根本上处理长久以来因留大量矿柱给矿山带来多中段作业、资源大量损失问题；地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第26页第26页1.3连续采矿

③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，对于围岩稳固性稍差，尤其是地压较大深部矿床开采，将是一个有效开采方式；④连续回采将推进地下金属矿山作业机械化，工艺连续化，生产集中化和管理科学化进程，促进矿山当代化。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第27页第27页1.3连续采矿

但连续采矿机可行性受到两方面挑战：①采矿机作业受金属矿床形态多变及复杂地质条件限制；②切害头寿命及费用。所以，硬岩采矿机要投入工业应用尚需时日，但人们对其前景依然看好，因为它为实现无人矿井迈出决定性一步，同时从它可用于水利、铁道、公路工程来说，也是一个重大突破。这是澳洲、西欧、北欧仍继续投入巨款开发研究主要原因。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第28页第28页1.4深部采矿

谈到深部开采，需要界定“深部”含义。矿山是否进入深部开采，有教授提议以岩暴发生频率显著增加来界定，也有提议以岩石应力抵达某一高度值来界定，更多人认为:上述两种方法有较大含糊性，主张进入深部开采界限约定为大于800—1000m。红透山铜矿开采深度达900—1100m；冬瓜山铜矿开拓深度达1100m。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第29页第29页1.4深部采矿

据不完全统计，国外开采深度超千米金属矿山有80多座，其中最多是南非。南非绝大多数金矿开采水平大都在1000m以下，其中Anglogold有限企业西部深水平金矿采矿深度达3700m；WestDriefovten金矿，矿体一直延伸至6000m以下。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第30页第30页1.4深部采矿

印度科拉尔金矿区，已经有三座金矿采深超2400m。另外，俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚一批金属矿山采深亦超出1000m。所以，深部开采已成为我国乃至世界矿业界尤其关注问题。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第31页第31页1.4深部采矿

深井开采存在高应力、高温和高井深特殊开采环境。在深井开采中因为高应力造成岩爆、冒顶等灾害；因为高井温恶劣工作环境，工人生理条件难以承受；因为深井造成矿石提升、排水困难，以及人们心理承受力脆弱所造成伤亡事故等。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第32页第32页1.4深部采矿

但要实现深井采矿工艺与系统根本性变革，必须深入研究5个基础性科学问题：①深井高应力矿岩岩爆控制问题；②深井高应力矿岩碎裂诱变问题；③深井开采中高温环境控制问题；④深井采矿模式与采矿系统优化问题；⑤深部低品位矿床无废害开采问题。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第33页第33页1.5无人采矿

二十一世纪矿山，需要引入一个全新采矿观念，构建一个全新数字化与智能化矿山模式，或者说高度当代化无人采矿模式。国际镍企业已开发一个能支持机器人、集过程设计和监控于一体信息系统，其主要软件提供数据库、绘图、三维模型、设备控制和矿山网络管理。这些软件能与测量、遥测矿山评定、爆破设计等软件和工具通讯，能与经营信息系统进行通讯。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第34页第34页1.5无人采矿

矿山数字化是矿山智能化基础。矿山智能化主要指是智能采矿，即采矿决议过程高度可靠、准确。要实现矿山智能化，要有3个条件：①采矿设备智能化，各种遥控机器人应用；②能动态地获取采矿工艺技术关键数据与资料，包含地质条件、品位、岩层情况、人员与设备位置、采矿工序等等，有充分资料后，才能愈加科学地对采矿进行规划、设计与控制；③有高度当代化采矿调度系统。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第35页第35页1.5无人采矿

就露天矿来说，怎样有效地、动态地监测、调度和管理设备，并协调好人员与设备、设备与设备、设备与生产关系，是露天矿实现无人采矿目标主要内容。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第36页第36页1.5无人采矿

美国模块企业为了上述目标，已成功地开发出一个大范围采矿调度系统。它是采取最新计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统（GPS）技术，进行露天矿生产计算机实时控制与管理系统。其关键是使用全球卫星定位系统，工业应用非常成功。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第37页第37页1.5无人采矿

地下矿山无人采矿已经有许多研究，但它难度比露天矿要大得多，因为GPS难以用与地下，开发实用通讯系统便成为一个关键。加拿大国际镍企业研制了一个、基于有线电视和无线电发射技术相结合地下通讯系统，并在斯托比(Stobie)矿投入试用，这种功效很强宽带网络与矿山各中段无线电单元相结合，可传输多频道视频信号，操作每台设备。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第38页第38页1.5无人采矿

该矿除了固定设备已实现自动化外，铲运机、凿岩台车、井下汽车均已实现了无人驾驶，工人在地面遥控这些设备。中央控制系统安装有：数据库系统、模拟系统和规划设计软件，它直接向采矿设备发送工作指令。设备基本上是自主运行，整个井下工作面基本上不需工作人员。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第39页第39页2无底柱分段崩落采矿法技术进展无底柱分段崩落法是我国地下开采铁矿采取最多一个高效率采矿方法，其开采矿量占我国地下铁矿开采总量80%以上，无底柱分段崩落法完善与提升，对提升我国地下开采矿山生产能力和经济效益含有十分主要意义。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第40页第40页2无底柱分段崩落采矿法技术进展阶段高度50m—200m；分段高度10m—30m；排距：1.0m—3.0m；每排崩矿1.0—1.5万吨；凿岩：风动凿岩台车，液压凿岩台车，孔径115mm，凿岩深度可达50米以上；出矿：T4G，铲运机，电动铲运机（Toro2500E，25吨），遥控铲运机；地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第41页第41页3瑞典纪律纳铁矿介绍基律纳是瑞典北方最大城市，位于北极圈以北150千米，人口只有2.6万基律纳矿体呈南北走向，向东倾斜，倾角约60度，走向长约4000m，平均厚度80m，勘探深度约m。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第42页第42页3瑞典纪律纳铁矿介绍矿石主要用分段崩落法开采，约25%矿石用分段采矿法回采。1993年原矿总产量为1830万吨。其中分段崩落法占1250万吨，分段采矿法为410万吨，其余矿石来自采准工程1994年生产计划要求分段崩落法生产1280万吨矿石，分段采矿法采出360万吨矿石。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第43页第43页3瑞典纪律纳铁矿介绍

回采方式以下：先用大直径盲孔钻机或天井掘进机在上盘接触带向上钻凿一个760mm切割天井。以80度倾角钻凿扇形炮孔，每个扇形炮孔组9-10个炮孔。当前生产凿岩是用5台凿岩台车钻凿115mm直径炮孔。其中4台配有顶部冲击式凿岩机，另一台配有潜孔冲击器。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第44页第44页3瑞典纪律纳铁矿介绍运矿由18辆15t铲斗容量Toro电动铲运机担负，从44个矿石溜井运到现在775m主运输水平。当前，矿山是两班作业，每七天工作7天，爆破作业在夜班进行。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第45页第45页3瑞典纪律纳铁矿介绍在主运输水平，矿石用遥控电机车运到多线卸载站。底卸式矿车在这里卸矿。矿石运到破碎站。破碎矿石进入矿仓，再从矿仓装入箕斗提升到地表。共有8座竖井，其中7座装有箕斗提升机。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第46页第46页3瑞典纪律纳铁矿介绍KUJ计划，由775水平下降到1045水平；采矿能力由1830万吨到2600万吨；有了1045m水平就可开采矿体下部，其矿石储量为3.3亿t。要求分成8个生产矿块进行开拓，每个生产矿块有1组4个矿石溜井，分别溜放磷品位不一样矿石。并在矿体下盘开凿4条新斜坡道下到8个矿块底部，每条斜坡道服务于2组矿石溜井。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第47页第47页3瑞典纪律纳铁矿介绍分段高度，第一阶段为28.5m，随即将可能使用30m分段高度。分段高度12m时，连续扇形炮孔排面抵抗线为2m，每排爆破1500t矿石，要抵达60000t/d生产能力，天天二十四小时要爆破40排炮孔；地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第48页第48页3瑞典纪律纳铁矿介绍假如分段高度改为30m，最小抵抗线将是3.5m左右，每排炮孔崩矿量可达14000-15000t，这么天天仅需爆破四排炮孔。矿山分为八个生产矿块后，只要在两个矿块中爆破就够了。这八个矿块都有独立通风系统。这就是说，两个矿块进行爆破时，其余六个矿块能够正常生产。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第49页第49页3瑞典纪律纳铁矿介绍

增加分段高度，就要增大钻孔深度和提升凿岩精度—最大深度将达55m，只能有微小偏斜。凿岩使用装备了新型Wassara水力潜孔冲击器钻机。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第50页第50页3瑞典纪律纳铁矿介绍装载机借助配置有信息传输系统和移动控制导航系统，经过远距离操纵台控制装运过程，从而实现了作业过程自动化。15台载重25t装载机由矿井中央控制台进行控制。试验中每台装载机天天装运5000t矿石，运距320m。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第51页第51页3瑞典纪律纳铁矿介绍通风系统采取压入—吸出混合通风方式。污染主要起源是柴油车辆、爆破产生有害气体和扬尘。基律纳铁矿位于北极圈内，气候严寒，每年有7个月需要预热，在此期间室外平均温度为-8℃，预热是按室外温度-20℃考虑，假如气温在-20℃以下，就要降低通风量，预防零度以下空气进入井下。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第52页第52页3瑞典纪律纳铁矿介绍排水：775m水平采取3段排水，排水是自动化，在地面进行控制。1045m水平排水是在775m水平3段泵站基础上再加一段，用4段泵站接力排水，即295、528、960和1180m水平各设泵站，总排水能力为48m3/Min，一年排水量约为1200万m3。考虑要回采卢萨湖下面矿量，排水量可能要增加。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第53页第53页3瑞典纪律纳铁矿介绍地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第54页第54页4我国梅山铁矿介绍梅山铁矿是一个大型盲矿体，呈大透镜状，平面投影为似椭圆形，面积0.8平方公里、长1370m、宽824m，平均厚度134m，属于缓倾斜极厚矿体，矿体水平面积大，-198m以下，矿体长度普通为400-700m，水平宽度在300m以上，分层矿量980-1760万t，矿石主要成份为磁铁、赤铁矿、菱铁矿，矿体稳固性很好，围岩易于崩落，含有很好开采技术条件。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第55页第55页4我国梅山铁矿介绍梅山铁矿一直采取小结构参数，采矿强度低，制约了矿山生产能力提升，依据矿山发展总体要求，改变结构参数已势在必行。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第56页第56页4我国梅山铁矿介绍1987年开始着手加大分段高度和进路间距研究，决定将分段高度由10m提升到15m，进路间距由10m加大到15m，并在北采区建立试验矿块，开展试验研究工作。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第57页第57页4我国梅山铁矿介绍1991年开始，先后采取物理模拟、计算机仿真及工业试验等科学伎俩，开展了凿岩爆破参数及崩矿步距研究、放出体工业试验、过渡分段方法、大型采掘设备合理配套研究；同时为提升矿山生产能力，还开展了多级机站通风系统研究，以及新技术、新工艺研究和应用，并采取科学管理伎俩，取得了丰硕结果。地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第58页第58页4我国梅山铁矿介绍1998年完成新旧参数过渡，一198m以下全方面采取15mX15m结构参数，当年生产原矿251万t，实现了年产铁矿石250万t达产指标。凿岩：10mx10m结构参数下，采取CTC一141风动台车凿岩，使用孔径为60mm；地下金属矿采矿科学技术发展趋势课件第59页第59页4我国梅山铁矿介绍当改用15mx15m结构参数时，为提升凿岩崩矿强度，凿岩设备采取SimbaH252液压凿岩台车，炮孔直径为72mm和78mm。崩矿步距：在15mX15