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我国金属矿采矿技术回顾与展望
2012-05-09
讨论了我国金属矿山主要采矿方法的特点、应用情况、得到的改进及应用前景,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,对未来矿山的发展进行了展望,重点提出了数字矿山、人工智能等发 展方向,及进行露天开采运输系统优化和地下开采露天化几种可行性的设想,为我国采矿工作研究者提出了几种 新的课题。
Series No. 328  金 属 矿 山 总 第 328 期   2003年 第 10 期 October 2003 METAL MINE 方专 题 综 述 方 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 回 顾 与 展 望 孙 豁 然周伟刘炜 (东 北 大 学 ) 摘 要 讨 论 了 我 国 金 属 矿 山 主 要 采 矿 方 法 的 特 点 、应 用 情 况 、得 到 的 改 进 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 进 行 了 展 望 ,重 点 提 出 了 数 字 矿 山 、人 工 智 能 等 发 展 方 向 ,及 进 行 露 天 开 采 运 输 系 统 优 化 和 地 下 开 采 露 天 化 几 种 可 行 性 的 设 想 ,为 我 国 采 矿 工 作 研 究 者 提 出 了 几 种 新 的 课 题 。 关 键 词 露 天 开 采 地 下 开 采 采 矿 方 法 数 字 矿 山 Review and Prospect of Mining Technology of China’s Metal Mines Sun Huoran Zhou WeiLiu Hua ( Northeastern University) Abstract   The characteristics and application of the main mining methods of China’s metal mines and their improve2 ment and application prospect are discussed. In view of the existing technical basis and the trend of the demand of China’s economical development on metal mines’ resource , the future development of mines is prospected. Several feasible con2 cepts are given such as the development orientation of mathematical mine and artificial intelligency , optimization of the hauling system of open2pit mining and opencasting realization of underground mining , raising new challenges to China’s WWW.KY114.CN mining research workers. Keywords   Open casting , Underground mining , Mining method , Mathematical mine 建 国 以 来 ,我 国 金 属 矿 采 矿 规 模 得 到 了 突 飞 猛 短 等 优 点 。 因 此 ,我 国“ 八 五 ”期 间 ,将 陡 帮 开 采 列 入 进 的 发 展 ,至 今 建 成 的 县 级 以 上 国 有 金 属 矿 山 已 达 00 余 座 ,金 属 矿 石 年 产 量 增 长 到 4 亿 t 左 右 。 我 国   国 家 科 技 攻 关 项 目 ,并 在 南 芬 露 天 矿 开 展 了 大 规 模 的 工 业 试 验 ,为 我 国 大 中 型 露 天 矿 的 技 术 改 造 和 新 建 、扩 建 提 供 了 实 践 经 验 。 目 前 我 国 金 堆 城 、紫 金 山 、眼 前 山 等 矿 山 都 采 用 陡 帮 开 采 。 9 已 相 继 建 成 矿 石 年 生 产 能 力 300 万 t 以 上 的 金 属 露 天 矿 18 座 ,其 中 生 产 能 力 达 1 000 万 t/ a 的 金 属 露 天 矿 有 德 兴 铜 矿 、齐 大 山 铁 矿 、水 厂 铁 矿 等 。 目 前 我 国 露 天 矿 采 出 的 铁 矿 石 占 90 % ,有 色 金 属 矿 石 约 占 (2) 松 土 机 — 铲 运 机 露 天 开 采 。 这 种 开 采 工 艺 主 要 应 用 于 铝 土 矿 开 采 ,其 技 术 特 点 是 用 松 土 机 松 散 和 破 碎 矿 岩 ,以 代 替 凿 岩 爆 破 ,铲 运 机 进 行 装 载 、 运 输 和 卸 载 。 其 工 艺 简 单 ,一 机 多 用 ,通 过 分 层 铲 装 实 现 分 层 开 采 、分 层 排 土 ,是 实 现 排 土 — 复 垦 一 体 化 的 理 想 工 艺 。 1984 年 在 孝 义 铝 矿 进 行 了 该 工 艺 的 试 验 研 究 并 取 得 成 功 ,目 前 已 推 广 应 用 。 5 0 %。 地 下 开 采 在 我 国 金 属 矿 山 占 有 很 重 要 的 地 位 ,特 别 是 在 有 色 金 属 和 黄 金 系 统 90 %以 上 矿 山 均 采 用 地 下 开 采 。 随 着 采 矿 规 模 的 扩 大 ,采 矿 技 术 也 得 到 迅 速 发 1 ] ,特 别 是 近 30 年 来 ,全 面 开 展 了 各 种 现 代 化 采 [ 展 矿 工 艺 和 技 术 的 攻 关 研 究 ,使 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 水 平 迅 速 提 高 ,有 力 地 促 进 了 金 属 矿 开 采 的 发 展 ,取 得 了 显 著 的 成 效 。 (3) 间 断 — 连 续 开 采 。 这 种 采 矿 工 艺 是 在 工 作 面 用 电 铲 装 载 矿 石 ,经 汽 车 运 输 和 破 碎 机 破 碎 后 ,用 胶 带 运 输 机 将 矿 石 运 出 采 场 。 这 种 工 艺 有 利 于 发 挥 汽 车 和 胶 带 机 的 优 点 ,适 合 于 深 凹 露 天 矿 开 采 。 自 1 露 天 开 采 1 . 1 开 采 新 工 艺 与 新 技 术 ( 1) 陡 帮 开 采 。 这 一 开 采 技 术 具 有 初 期 剥 离 量 孙 豁 然 ,东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,110006 辽 宁 省 沈 阳 市 东 北 大 学 265 信 箱 。 小 ,基 建 工 程 量 少 ,建 设 周 期 短 和 最 终 边 坡 暴 露 时 间 方 6 方   孙 豁 然 等 :我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 回 顾 与 展 望 2003 年 第 10 期 2 0 世 纪 80 年 代 开 始 ,我 国 先 后 在 大 孤 山 、东 鞍 山 等 录 铜 矿 20 世 纪 80 年 代 采 用 半 掩 埋 式 抗 滑 桩 加 固 了 一 长 为 120 m、垂 高 高 度 16 m 的 滑 体 ;20 世 纪 90 年 代 会 东 铅 锌 矿 采 用 6 座 高 强 抗 滑 桩 和 196 根 34~ 36 m 的 预 应 力 长 锚 索 组 成 的 抗 滑 桩 、长 锚 索 、锚 杆 联 合 加 固 方 式 ,成 功 地 加 固 了 山 坡 露 天 矿 高 边 坡 上 铁 矿 和 德 兴 铜 矿 应 用 该 开 采 工 艺 。 1997 年 齐 大 山 铁 矿 通 过 引 进 ,建 成 了 采 场 内 可 移 动 式 矿 岩 破 碎 — 胶 带 运 输 系 统 ,标 志 着 我 国 深 凹 露 天 矿 开 采 工 艺 进 入 了 世 界 先 进 水 平 。 3 ( 4) 陡 坡 铁 路 。 采 用 陡 坡 铁 路 运 输 是 解 决 深 凹 的 35 万 m 不 稳 定 岩 体 。 露 天 矿 (采 深 350~ 400 m) 开 拓 运 输 问 题 的 发 展 方 向 。 深 凹 露 天 矿 改 用 陡 坡 铁 路 运 输 可 保 证 铁 路 运 输 进 入 露 天 矿 更 深 的 水 平 ,矿 山 基 建 工 程 和 汽 车 集 运 量 分 别 减 少 2. 5 %和 1. 5 % ,运 距 缩 短 30 % ,由 采 场 向 上 提 升 矿 岩 的 费 用 降 低 20 % ,而 且 减 少 线 路 的 移 道 工 作 量 ,可 获 得 巨 大 的 经 济 效 益 。 为 了 将 铁 路 坡 度 由 30 ‰ 提 高 到 40 ‰ ,目 前 正 在 进 行 着“ 十 五 ”国 家 科 技 攻 关 计 划 ,分 别 在 攀 枝 花 和 首 钢 水 厂 铁 矿 实 验 。 (8) 边 坡 监 控 。 在 露 天 采 矿 技 术 较 先 进 的 国 家 ,边 坡 角 已 达 45帮左 右 ,而 在 我 国 是 40帮左 右 。 为 了 生 产 安 全 和 避 免 损 失 ,必 须 搞 好 岩 移 监 测 预 报 。 20 世 纪 90 年 代 随 着 集 成 电 子 技 术 的 发 展 ,矿 用 监 测 仪 器 向 便 携 式 小 型 化 、智 能 化 、高 精 度 、多 功 能 、多 层 次 方 面 发 展 ,例 如 全 站 仪 、声 发 射 仪 。 尤 其 是 近 年 发 展 起 来 的 “ 3S”技 术 ,将 使 金 属 矿 山 (特 别 是 大 型 露 天 矿 边 坡 ) 的 岩 移 监 测 实 现 遥 控 全 天 候 监 测 。 (9) 露 天 地 下 联 合 开 采 、露 天 转 地 下 开 采 技 术 。 我 国 正 在 进 行 露 天 转 地 下 开 采 的 矿 山 或 露 天 与 地 下 联 合 开 采 的 矿 山 ,如 广 西 的 大 新 锰 矿 、河 北 的 建 龙 铁 矿 、福 建 的 连 城 锰 矿 、河 南 的 银 洞 坡 金 矿 、安 徽 的 新 桥 硫 铁 矿 、铜 山 铜 矿 和 凤 凰 山 铜 矿 、吉 林 板 石 沟 铁 矿 等 。 取 得 了 大 量 的 成 功 经 验 。 ( 5) 高 台 阶 采 矿 。 随 着 露 天 开 采 设 备 大 型 化 的 发 展 ,国 外 一 些 矿 山 研 究 并 采 用 高 台 阶 开 采 工 艺 。 我 国 对 高 台 阶 开 采 技 术 的 研 究 起 步 较 晚 ,采 用 高 台 阶 开 采 的 露 天 矿 不 多 ,台 阶 高 度 最 大 也 只 有 14~ 15 m。 近 几 年 来 我 国 大 型 露 天 铁 矿 装 备 水 平 有 了 很 大 3 提 高 ,采 用 10 m 以 上 的 大 型 挖 掘 设 备 逐 渐 增 多 ,为 高 台 阶 开 采 新 工 艺 的 实 施 提 供 了 有 利 的 技 术 保 证 , 为 此 ,将 本 项 目 列 入 国 家“ 八 五 ”科 技 攻 关 项 目 ,南 芬 1. 2 爆 破 技 术 牙 轮 钻 机 正 向 增 大 孔 径 (450 mm ,480 mm) 、加 大 孔 深 方 向 的 趋 势 发 展 ,而 今 后 要 主 要 向 自 动 化 方 向 发 展 。 控 制 爆 破 技 术 广 泛 应 用 挤 压 、微 差 爆 破 、孔 内 微 差 爆 破 、大 爆 区 微 差 爆 破 等 技 术 ,解 决 了 难 爆 矿 岩 的 破 碎 块 度 问 题 和 爆 破 减 振 问 题 。 WWW.KY114.CN 6. 12 % ,动 态 效 益 每 年 可 节 省 1 052~ 1 162 万 露 天 铁 矿 南 山 扩 帮 区 开 采 参 数 优 化 表 明 ,与 12 m 台 阶 相 比 ,18 m 高 台 阶 开 采 的 单 位 成 本 可 降 低 5. 76 % ~ 元 。 南 芬 露 天 铁 矿 18 m 高 台 阶 开 采 工 艺 研 究 和 实 践 表 明 ,高 台 阶 开 采 技 术 是 成 功 的 ,经 济 效 益 可 观 。 新 型 炸 药 以 及 爆 破 器 材 不 断 问 世 :铵 油 炸 药 及 各 种 衍 生 含 水 炸 药 、防 水 浆 状 炸 药 、爆 药 雷 管 、电 子 雷 管 、塑 料 导 爆 系 统 、气 爆 系 统 等 新 型 爆 破 器 材 的 使 用 对 提 高 爆 破 精 度 、改 善 爆 破 质 量 、加 强 爆 破 安 全 等 都 有 重 大 的 影 响 。 其 中 ,在 南 芬 露 天 铁 矿 ,采 用 奥 瑞 凯 雷 管 起 爆 器 材 ,基 本 上 实 现 了 逐 孔 起 爆 的 功 能 。 2   地 下 开 采 ( 6) 装 备 大 型 化 。 随 着 高 新 技 术 特 别 是 微 电 子 技 术 的 进 一 步 扩 大 应 用 ,大 功 率 柴 油 机 和 大 规 格 轮 胎 相 继 研 制 成 功 ,为 装 载 设 备 大 型 化 发 展 创 造 了 条 件 。 在 21 世 纪 必 将 会 有 采 用 先 进 技 术 特 别 是 高 科 技 微 电 子 控 制 系 统 的 、更 加 灵 活 可 靠 的 、造 价 较 低 的 更 大 型 装 载 设 备 登 上 露 天 开 采 的 舞 台 。 1988 年 ,露 天 矿 穿 孔 设 备 实 现 了 国 产 化 。 至 20 世 纪 90 年 代 , 国 产 15 t 到 154 t 的 矿 用 自 卸 汽 车 形 成 系 列 产 品 , 使 露 天 矿 用 汽 车 不 再 依 靠 进 口 。 2. 1 3 种 主 要 采 矿 方 法 的 进 展 情 况 2. 1. 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 。 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 推 广 应 用 。 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 方 7 方 ( 7) 边 坡 稳 定 与 境 界 。 露 天 矿 山 采 场 合 理 境 界 确 定 是 矿 山 设 计 和 工 程 科 研 中 的 重 要 内 容 。 一 旦 露 天 矿 山 采 场 境 界 确 定 后 ,边 坡 稳 定 性 研 究 就 成 为 检 验 矿 山 设 计 方 案 合 理 与 否 的 重 要 手 段 。 因 而 边 坡 岩 体 稳 定 性 研 究 和 分 析 已 成 为 露 天 矿 山 尤 其 是 大 中 型 露 天 矿 山 贯 穿 整 个 生 命 周 期 的 重 要 工 程 课 题 之 一 。 在 这 方 面 ,我 国 许 多 矿 山 取 得 了 一 些 经 验 ,其 中 ,石 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 总 第 328 期 金 属 矿 山 2003 年 第 10 期 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 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 出 矿 系 统 运 出 。 2002 年 应 用 该 法 在 810~ 930 m 采 场 累 计 出 矿 量 2 450. 48 万 t ,占 回 采 矿 量 的 101. 2 %。 2. 1. 3 充 填 采 矿 法 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 1994 年 在 金 川 镍 矿 建 成 了 我 国 第 1 个 膏 体 泵 送 充 填 系 统 ,1999 年 又 在 铜 绿 山 矿 建 成 了 第 2 个 膏 体 泵 送 充 填 系 统 。 [ 2 ] ( 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 。 我 国 从“ 六 五 ”至“ 九 五 ” 连 续 4 个 国 家 5 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 。 2. 2 深 部 开 采 我 国 除 1969 年 闭 矿 的 石 嘴 子 铜 矿 外 ,近 年 已 有 一 批 金 属 矿 山 进 入 深 部 开 采 ,即 垂 直 开 采 深 度 超 过 [ 4 ] 600 m 以 上 。 例 如 红 透 山 铜 矿 目 前 开 采 已 进 入 900~ 1 100 m 深 度 ;冬 瓜 山 铜 矿 矿 体 埋 深 达 1 000 m ,现 建 成 2 条 超 1 000 m 竖 井 正 进 行 深 部 开 采 ;弓 长 岭 铁 矿 设 计 开 拓 深 度 - 750 m ,距 地 表 达 1 000 m ;夹 皮 沟 金 矿 已 有 2 个 坑 口 工 作 深 度 超 过 600 m , 其 中 二 道 沟 坑 口 工 业 矿 体 延 深 至 1 050 m ,湘 西 金 矿 开 拓 38 个 中 段 ,垂 深 超 过 850 m。 此 外 ,还 有 寿 2 . 1. 2 崩 落 采 矿 法 (1) 无 底 柱 分 段 崩 落 法 ,大 结 构 参 数 。 我 国 无 底 柱 分 段 崩 落 法 面 临 着 一 个 如 何 加 大 和 优 化 结 构 参 数 的 问 题 。 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 地 减 少 采 掘 工 程 量 ,仅 梅 山 铁 矿 将 15 m 总 15 m 结 构 改 为 15 m 总 20 m 结 构 参 数 ,将 减 少 采 掘 工 作 量 25 % ,同 时 增 大 了 一 次 崩 矿 量 ,提 高 采 矿 强 度 ,降 低 矿 石 成 本 ,提 高 矿 山 的 经 济 效 益 。 由 于 增 大 进 路 间 距 具 有 较 强 的 可 操 作 性 ,易 于 推 广 应 用 ,目 前 程 潮 、桃 冲 、板 石 沟 、北 铭 河 等 矿 山 都 应 用 了 该 技 术 ,具 有 重 要 的 实 践 意 义 。 低 贫 化 放 矿 。 低 贫 化 放 矿 或 无 贫 化 放 矿 是 指 在 放 矿 过 程 中 当 矿 岩 界 面 正 常 到 达 出 矿 口 时 便 停 止 放 出 ,以 保 持 矿 石 界 面 的 完 整 性 ,最 大 程 度 地 减 少 矿 岩 的 混 杂 性 。 低 贫 化 放 矿 首 先 在 镜 铁 山 铁 矿 试 验 和 应 用 成 功 ,由 于 其 具 有 简 单 、灵 活 、易 于 操 作 和 无 需 对 原 采 矿 方 法 作 重 大 改 革 等 优 点 且 可 降 低 贫 化 、减 少 岩 石 混 入 而 带 来 巨 大 的 经 济 效 益 ,因 此 ,具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。 目 前 ,低 贫 化 放 矿 在 程 潮 、桃 冲 、弓 长 岭 等 矿 山 得 到 应 用 。 WWW.KY114.CN 王 坟 铜 矿 、凡 口 铅 锌 矿 、金 川 镍 矿 、乳 山 金 矿 等 许 多 矿 山 ,本 世 纪 将 进 入 深 部 开 采 。 国 内 深 部 开 采 技 术 :石 嘴 子 铜 矿 是 国 内 深 部 开 采 矿 山 之 一 ,共 22 个 阶 段 ,最 深 达 950 m。 曾 使 用 各 种 不 同 结 构 的 浅 孔 留 矿 法 ,回 采 厚 度 1~ 35 m、 平 均 6. 3 m ,平 均 倾 角 82帮的 矽 卡 岩 型 铜 矿 床 ,后 期 由 于 地 压 大 ,上 下 盘 岩 石 收 敛 ,顶 板 管 理 复 杂 ,以 大 量 矿 石 损 失 与 贫 化 而 结 束 回 采 作 业 。 可 以 说 是 一 座 不 成 功 的 深 部 开 采 矿 山 。 近 期 已 有 一 批 金 属 矿 山 相 继 进 行 深 部 开 采 ,由 于 我 国 目 前 深 部 开 采 技 术 水 平 低 ,经 验 不 足 ,因 此 ,在 第 9 个 五 年 国 民 经 济 发 展 计 划 期 间 ,国 家 把 深 部 开 采 技 术 列 入 科 技 攻 关 研 究 项 目 ,分 别 在 有 色 金 属 矿 山 的 冬 瓜 山 等 3 座 矿 山 与 黄 金 行 业 湘 西 金 矿 进 行 多 项 目 联 合 攻 关 ,通 过 研 究 与 实 践 ,积 累 经 验 ,指 导 其 它 深 部 金 属 矿 床 开 采 。 2. 3 原 地 溶 浸 采 矿 法 [ 3 ] ( 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 ,具 有 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 易 于 自 然 崩 落 的 低 品 位 矿 床 开 采 。 其 应 用 原 理 是 在 矿 块 大 面 积 拉 底 后 ,破 坏 了 矿 块 内 矿 体 的 应 力 平 衡 ,引 起 应 力 重 新 分 布 ,必 然 形 成 新 的 自 然 平 衡 拱 ,拱 内 矿 石 因 受 重 力 作 用 而 周 期 性 脱 落 。 铜 矿 峪 矿 自 1989 年 至 方 8 方 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 20 多 种 金 属 矿 床 都 有 可 能 应 用 溶 浸 采 矿 。 我 国 原 地 溶 浸 采 矿 技 术 于 1985 年 在 铀 矿 试 验 成 功 ,并 已 建 成 原 地 溶 浸 采 铀 矿 山 。 1995 年 ,长 沙 矿 山 研 究 院 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net   孙 豁 然 等 :我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 回 顾 与 展 望 2003 年 第 10 期 在 东 乡 铜 矿 进 行 了 国 内 首 次 井 下 原 地 破 碎 浸 铜 试 验 ;1998 年 北 京 矿 冶 研 究 总 院 又 在 武 山 铜 矿 完 成 了 原 地 浸 铜 试 验 。 首 当 其 冲 。 矿 山 企 业 必 须 抓 住 机 遇 ,努 力 依 靠 科 技 创 新 ,广 泛 使 用 信 息 技 术 来 提 升 和 改 造 采 矿 这 一 传 统 产 业 。 发 挥 数 字 矿 山 在 宏 观 决 策 、技 术 研 讨 、机 电 管 理 、人 事 管 理 这 几 个 方 面 的 巨 大 潜 能 。 3 计 算 机 在 矿 业 上 的 应 用 由 于 微 型 计 算 机 的 成 本 降 低 ,运 算 速 度 加 快 ,并 412 露 天 开 采 运 输 系 统 优 化 且 图 形 处 理 与 显 示 功 能 增 强 ,微 机 的 应 用 广 度 和 深 度 也 日 益 增 加 。 计 算 机 在 采 矿 工 业 中 的 应 用 几 乎 涉 及 到 了 采 矿 工 程 的 各 个 方 面 ,主 要 应 用 于 地 质 勘 探 、 生 产 等 管 理 信 息 系 统 (MIS) 、决 策 支 持 系 统 (DSS) 、 计 算 机 辅 助 设 计 技 术 (CAD) 、三 维 矿 床 模 型 和 露 天 矿 边 坡 稳 定 性 分 析 三 维 模 型 、图 像 分 析 、人 工 智 能 目 前 我 国 一 大 批 国 有 大 中 型 矿 山 进 入 晚 期 开 采 阶 段 , 其 中 部 分 矿 山 进 入 深 凹 露 天 矿 开 采 ,使 矿 山 的 运 输 费 用 大 幅 度 提 高 ,极 大 地 影 响 矿 山 的 经 济 效 益 ,因 此 ,研 究 具 有 独 立 知 识 产 权 的 、确 实 可 行 的 、能 大 大 降 低 运 输 系 统 成 本 的 系 统 具 有 重 大 经 济 意 义 。 根 据 国 内 外 露 天 运 输 系 统 研 究 现 状 和 我 们 的 思 索 ,特 建 议 开 展 以 下 方 面 的 研 究 和 探 讨 。 ( AI) 等 技 术 。 4 21 世 纪 前 期 采 矿 技 术 展 望 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 己 取 得 显 著 成 就 ,但 总 体 (1) 陡 坡 铁 路 :该 研 究 已 列 入 “ 十 五 ”国 家 攻 关 计 划 ,已 取 得 成 功 ,已 无 技 术 难 点 ,仅 是 推 广 问 题 。 (2) 双 能 汽 车 :即 汽 车 采 用 柴 油 和 电 力 作 为 能 源 ,在 重 要 部 位 采 用 高 压 电 来 供 给 汽 车 作 为 行 驶 的 动 力 ,其 它 地 方 采 用 柴 油 。 国 外 有 相 关 报 道 ,国 内 尚 无 成 功 的 事 例 ,估 计 技 术 上 无 太 大 难 度 ,应 用 上 有 一 定 难 度 ,缺 乏 需 求 ,无 厂 家 生 产 。 水 平 仍 然 较 低 ,在 以 后 一 定 时 期 内 采 矿 技 术 的 主 要 发 展 方 向 为 :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 。 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 。 人 类 进 入 21 世 纪 以 来 ,采 矿 科 学 技 术 依 然 按 照 其 自 然 发 展 规 律 进 行 着 ,某 些 成 熟 的 技 术 和 新 的 理 念 已 初 露 端 倪 ,可 能 对 21 世 纪 的 (3) 整 车 提 升 :即 修 建 斜 坡 和 相 应 的 设 施 ,采 用 平 台 和 空 车 配 重 ,利 用 大 马 力 卷 扬 将 重 车 和 空 车 提 高 和 下 放 到 所 期 望 的 水 平 。 国 外 仅 有 单 车 提 升 的 相 关 报 道 ,国 内 外 尚 无 成 功 的 事 例 ,按 现 有 装 备 水 平 , 技 术 上 无 太 大 难 度 ,缺 乏 经 济 技 术 比 较 ,估 计 是 一 种 较 好 的 研 究 课 题 ,目 前 东 北 大 学 机 械 学 院 已 进 行 了 初 步 可 行 性 研 究 。 WWW.KY114.CN 中 期 采 矿 技 术 带 来 巨 大 的 影 响 。 11   矿 业 数 字 化 1) 数 字 矿 业 的 概 念 。 数 字 矿 业 是 数 字 地 球 在 4 ( 矿 业 中 的 实 现 。 数 字 矿 业 一 方 面 是 矿 山 的 信 息 化 , 它 涉 及 到 矿 山 信 息 化 工 作 的 方 方 面 面 ;另 一 方 面 数 字 矿 山 是 以 空 间 信 息 为 基 础 的 矿 山 信 息 系 统 体 系 。 矿 山 信 息 系 统 体 系 是 指 相 互 联 系 的 大 量 矿 山 信 息 系 统 和 空 间 信 息 系 统 ,虚 拟 现 实 系 统 等 的 有 机 结 合 体 。 (4) 运 输 系 统 地 下 化 :即 在 露 天 矿 合 适 的 位 置 开 凿 竖 井 (该 竖 井 最 好 在 转 为 地 下 开 采 时 仍 可 利 用 ) ,安 装 大 型 提 升 设 备 和 设 施 ,相 应 台 阶 开 凿 平 硐 , 重 车 通 过 平 硐 将 矿 岩 卸 入 溜 井 ,提 升 后 由 电 机 车 运 输 ,国 内 外 尚 无 有 关 报 道 。 该 研 究 意 义 重 大 ,东 北 大 学 与 凌 钢 保 国 铁 矿 已 有 合 作 意 向 ,决 定 立 项 研 究 。 (5) 大 角 度 皮 带 :开 展 加 大 角 度 的 研 究 。 ( 2) 数 字 矿 业 组 成 。 数 字 矿 业 是 数 字 矿 山 的 集 合 。 数 字 矿 山 应 该 具 有 以 高 速 企 业 网 为 “ 路 网 ” ,以 采 矿 CAD (MCAD) 、虚 拟 现 实 (VR) 、仿 真 (CS) 、科 学 计 算 (SC) 与 可 视 化 (VS) 为“ 车 辆 ”、以 矿 业 数 据 和 矿 业 应 用 模 型 为 “ 货 物 ”、以 3DGM (三 维 地 学 模 拟 ) 和 数 据 挖 掘 为“ 包 装 ”、以 多 源 异 质 矿 业 数 据 采 集 与 更 新 系 统 为“ 保 障 ”和 以 M GIS 为“ 调 度 ”等 6 项 基 本 特 征 。 DM 和 数 字 矿 业 建 设 是 一 项 复 杂 、庞 大 和 长 期 的 系 统 工 程 ,必 须 分 阶 段 逐 步 建 设 。 413 地 下 开 采 露 天 化 毋 庸 质 疑 ,露 天 开 采 大 大 优 于 地 下 开 采 。 在 进 行 露 天 开 采 矿 山 中 ,将 原 属 于 地 下 开 采 的 部 分 转 为 露 天 开 采 ,其 意 义 不 言 而 喻 。 欲 实 现 之 ,不 外 乎 是 安 全 和 经 营 成 本 ,如 采 用 上 节 提 出 的 运 输 方 式 可 降 低 生 产 成 本 ,采 用 遥 控 设 备 能 实 现 安 全 生 产 。 该 研 究 对 鞍 钢 所 属 的 矿 山 具 有 非 常 大 的 现 实 意 义 。 该 研 究 应 无 技 术 难 点 ,只 是 研 制 遥 控 设 备 需 要 一 些 投 资 。 (下 转 第 71 页 ) ( 3) 数 字 矿 山 建 设 的 意 义 和 作 用 。 21 世 纪 上 半 叶 的 中 国 将 处 在 矿 产 品 消 耗 的 高 峰 期 。 届 时 的 中 国 矿 业 要 满 足 国 民 经 济 的 发 展 要 求 ,其 科 技 含 量 与 生 产 方 式 必 须 有 一 个 根 本 性 的 改 变 ,其 中 信 息 技 术 方 9 方 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 总 第 328 期 金 属 矿 山 2003 年 第 10 期 方信 息 苑 方 2 004年 度 部 分 科 技 期 刊 联 合 征 订 启 事 话 : (0412) 5537630 ;传 真 : (0412) 5538649。 开 户 行 :鞍 山 市 工 商 银 行 铁 东 支 行 ,帐 号 :0704021009221016583 ,帐 户 :矿 业 工 程 杂 志 社 。    《 金 属 矿 山 》(月 刊 ) 大 16 开 ,邮 发 代 号 :26 - 139。 每 期 80 页 ,定 价 8100 元 ,全 年 共 计 96100 元 。 需 订 阅 者 请 到 各 地 邮 局 订 阅 ,漏 订 者 随 时 到 编 辑 部 办 理 订 阅 (注 明 份 数 及 用 途 ) 。 地 址 :安 徽 省 马 鞍 山 市 湖 北 路 9 号 ;邮 编 :243004 ;电 话 、传 真 : (0555) 2404668 ;开 户 银 行 :安 徽 省 马 鞍 山 市 工 商 银 行 花 办 ;帐 号 :1306020709024904641。 《 铁 合 金 》(双 月 刊 )全 年 45100 元 ,请 到 编 辑 部 订 阅 , 可 常 年 订 阅 。 地 址 : 吉 林 省 吉 林 市 和 平 街 21 号 , 邮 编 : 132062 ;电 话 : (0432) 2707586 ;传 真 : (0432) 2733454。 《 矿 业 研 究 与 开 发 》(双 月 刊 )大 16 开 ,邮 发 代 号 :国 内 《 钢 管 》(双 月 刊 )邮 发 代 号 :62 - 195。 每 期 定 价 8100 4 2 - 176、国 外 4737BM。 每 册 定 价 6100 元 ,全 年 共 32100 元 ,全 年 48100 元 ,需 购 者 全 年 每 份 另 加 邮 费 12 元 ,每 份 合 计 60 元 ,欢 迎 到 邮 局 或 编 辑 部 订 阅 。 地 址 :四 川 省 成 都 市 牛 市 口 ;邮 编 :610066 ;电 话 、传 真 : (028) 84553136 ;联 系 人 :陈 莉 。 元 。 邮 局 订 阅 ,亦 可 直 接 向 编 辑 部 订 阅 。 地 址 :湖 南 省 长 沙 市 麓 山 南 路 236 号 ;邮 编 :410012 ;电 话 : (0731) 8670962 ;联 系 人 :青 义 琢 。 矿 冶 工 程 》(双 月 刊 )大 16 开 ,邮 发 代 号 :42 - 58。 每 《 矿 产 保 护 与 利 用 》(双 月 刊 ) 大 16 开 ,自 办 发 行 ,读 者 请 到 编 辑 部 订 阅 ,全 年 订 价 30 元 / 份 ,尚 有 部 分 1995~ 2003 《 期 定 价 8100 元 ,全 年 共 计 48100 元 。 欢 迎 新 、老 订 户 到 各 地 邮 局 订 阅 ,也 可 直 接 向 编 辑 部 订 阅 。 地 址 :湖 南 省 长 沙 市 麓 山 南 路 1 号 ; 邮 编 : 410012 ; 电 话 : ( 0731) 8657070 ; 传 真 : 年 合 订 本 ,30 元 / 本 ( 年 ) 。 地 址 :郑 州 市 陇 海 西 路 328 号 ;邮 编 :450006 ;电 话 : (0371) 8624974 - 8026、8088、8614970 ;传 真 : (0371) 8614942。 ( 0731) 8657186。 矿 产 综 合 利 用 》(双 月 刊 ) 全 年 6 期 ,每 期 定 价 4100 元 含 邮 费 ) ,全 年 共 24100 元 。 邮 汇 款 寄 四 川 成 都 市 二 环 路 南 三 段 五 号 中 国 地 质 科 学 院 成 都 矿 产 综 合 利 用 研 究 院 编 辑 部 (邮 编 : 10041) ;银 行 信 汇 款 寄 四 川 成 都 市 工 商 行 跳 伞 塔 分 理 处 ;帐 号 : 402248009024909735 ,写 明“ 订 阅 期 刊 款 ”。 如 未 收 到 订 单 者 可 向 编 辑 部 索 取 。 另 有 少 量 2004 年 以 前 的 期 刊 可 补 购 。 矿 业 工 程 》(双 月 刊 ) 大 16 开 ,64 页 ,邮 发 代 号 :8 - 8。 每 期 定 价 8100 元 ,全 年 48100 元 ,欢 迎 到 邮 局 或 编 辑 部 订 阅 。 地 址 :辽 宁 省 鞍 山 市 南 胜 利 路 5 号 ;邮 编 :114002 ;电 《 采 矿 技 术 》(季 刊 )自 办 发 行 ,读 者 请 到 编 辑 部 订 阅 , 每 期 订 价 515 元 ,全 年 定 价 22 元 ,地 址 :长 沙 市 麓 山 南 路 236 号 ;邮 编 : 410012 ; 联 系 人 : 徐 运 群 ; 电 话 : (0731) 8631209、 8670375。 《 ( 6 《 理 化 检 验 - 物 理 分 册 》 (月 刊 ) 大 16 开 ,邮 发 代 号 :4 4 - 183 ,每 册 6100 元 ,全 年 72100 元 。 欢 迎 广 大 读 者 到 当 地 邮 局 订 阅 。 漏 订 者 请 与 编 辑 部 联 系 ,地 址 :上 海 市 邯 郸 路 99 号 ;邮 编 : 200437 ;电 话 : (021) 65556775 - 361 ;传 真 : (021) 《 3 W W 3 W . K Y 6 1 554491 1 1。 4.CN ( 上 接 第 9 页 ) 14   地 下 开 采 运 输 露 天 化 国 内 一 些 露 天 矿 矿 体 倾 角 在 30帮~ 50帮之 间 ,埋 为 数 字 量 ,以 便 能 用 计 算 机 进 行 控 制 。 其 次 ,每 台 设 备 上 安 装 摄 像 头 ,能 全 方 位 地 了 解 设 备 周 围 的 生 产 环 境 ,以 便 能 使 控 制 者 在 远 距 离 的 屏 幕 上 进 行 操 作 控 制 。 该 系 统 的 关 键 技 术 是 执 行 机 构 的 数 字 化 和 可 视 化 数 据 的 传 输 。 执 行 机 构 的 数 字 化 能 保 证 用 人 的 遥 控 操 作 来 代 替 原 作 业 者 的 手 动 操 作 ,而 可 视 化 数 据 将 使 遥 控 操 作 者 有 就 在 眼 前 作 业 的 感 觉 。 就 目 前 的 科 技 研 究 水 平 应 无 困 难 而 言 。 此 外 ,该 研 究 还 可 推 广 到 各 种 采 矿 和 岩 土 工 程 作 业 中 ,因 此 ,应 积 极 推 进 该 系 统 的 研 究 工 作 。 4 藏 较 深 ,在 转 入 地 下 开 采 时 ,采 用 竖 井 或 斜 井 开 拓 , 基 建 时 间 长 ,还 需 大 量 的 投 资 。 可 采 用 在 露 天 坑 内 斜 坡 道 开 拓 ,形 成 露 天 坑 下 部 地 下 开 采 汽 车 进 采 场 , 上 部 使 用 露 天 坑 的 运 输 系 统 的 生 产 模 式 ,既 能 充 分 发 挥 露 天 装 备 和 设 施 的 优 势 ,又 能 大 大 减 少 投 资 。 该 研 究 应 无 技 术 难 点 ,可 寻 找 样 本 矿 山 ,组 织 实 施 。 4 15   开 采 智 能 自 动 化 全 面 实 现 采 矿 的 自 动 化 ,目 前 尚 有 较 大 的 困 难 。 另 外 ,应 加 强 对 海 洋 采 矿 、月 球 探 测 的 研 究 。 但 局 部 装 备 实 现 遥 控 系 统 ,进 行 遥 控 开 采 ,将 是 易 事 。 特 别 是 将 露 天 矿 常 用 的 推 土 机 、穿 孔 机 、装 药 车 、电 铲 和 汽 车 等 设 备 实 现 遥 控 ,将 使 我 国 露 天 与 地 下 采 矿 技 术 提 升 到 一 个 前 所 未 有 的 新 水 平 ,可 用 于 解 决 各 种 恶 劣 条 件 下 的 采 矿 问 题 ,如 边 坡 不 稳 定 ,安 全 条 件 差 ,通 风 困 难 等 ,具 有 跨 时 代 的 意 义 。 参 考 文 献 1   周 爱 民 1 建 国 以 来 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 的 进 展 与 未 来 展 望 1 矿 业 研 究 与 开 发 ,1999(8) :1~ 吴 爱 祥 1 我 国 地 下 金 属 矿 山 连 续 开 采 技 术 研 究 的 发 展 1 有 色 矿 ,2002(2) :1~ 3   张 树 茂 1 铜 矿 峪 矿 自 然 崩 落 法 回 采 实 践 1 金 属 矿 山 ,2003(2) :12 14 姚 香 1 关 于 深 部 开 采 技 术 的 探 讨 1 黄 金 ,1998(2) :17~ 20 4 2 山 5 ~ 遥 控 开 采 系 统 投 资 少 、技 术 含 量 高 。 其 实 质 即 将 以 上 设 备 的 执 行 机 构 做 一 些 改 装 ,把 原 模 拟 量 变 4 ( 收 稿 日 期 2003207210) 方 71 方 © 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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