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我国金属矿采矿技术主要成就与评价
2011-08-11
系统和全面地介绍了50 年来我国金属矿山采矿技术在露天开采、井巷掘进、采矿 方法、矿山充填、采矿装备和采矿环境控制等方面的主要成就,探讨了21 世纪我国金属矿 采矿技术的主要发展方向。
第 1 卷 第 2 期 Vol. 1 No. 2 采 Mining Technology 矿 技 术    2001 年 6 月 Jun.   2001   我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 主 要 成 就 与 评 价 周 爱 民 ( 长 沙 矿 山 研 究 院 ,湖 南 长 沙 410012) 摘 要 :系 统 和 全 面 地 介 绍 了 50 年 来 我 国 金 属 矿 山 采 矿 技 术 在 露 天 开 采 、井 巷 掘 进 、采 矿 方 法 、矿 山 充 填 、采 矿 装 备 和 采 矿 环 境 控 制 等 方 面 的 主 要 成 就 ,探 讨 了 21 世 纪 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 的 主 要 发 展 方 向 。 关 键 词 :金 属 矿 山 ;露 天 开 采 ;地 下 采 矿 ;采 矿 环 境 控 制 ;采 矿 装 备   我 国 金 属 矿 开 采 历 史 悠 久 ,3000 年 前 就 开 始 凿 提 供 了 实 践 经 验 。 由 于 陡 帮 开 采 具 有 初 期 剥 离 量 小 、基 建 工 程 量 少 、建 设 周 期 短 和 最 终 边 坡 暴 露 时 间 短 等 优 点 ,现 己 在 我 国 露 天 金 属 矿 山 推 广 应 用 。 (2) 松 土 机 - 铲 运 机 露 天 开 采 工 艺 于 1984 年 在 孝 义 铝 矿 通 过 试 验 研 究 取 得 成 功 后 ,目 前 已 在 铝 土 矿 推 广 应 用 。 该 工 艺 的 主 要 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 。 井 开 采 铜 矿 ,2000 多 年 前 己 有 较 规 范 的 开 采 技 术 。 但 近 代 ,我 国 金 属 矿 开 采 技 术 长 期 处 于 停 滞 落 后 状 态 ,矿 山 生 产 基 本 是 靠 手 工 作 业 ,直 到 50 年 代 以 后 , 金 属 矿 采 矿 技 术 才 得 以 迅 速 发 展 。 特 别 是 近 30 年 来 ,我 国 全 面 地 开 展 了 各 种 现 代 化 采 矿 工 艺 和 技 术 的 科 技 攻 关 研 究 ,在 露 天 陡 帮 开 采 、间 断 - 连 续 开 采 、阶 段 大 直 径 深 孔 采 矿 、分 段 中 深 孔 采 矿 、机 械 化 分 层 采 矿 、自 然 崩 落 采 矿 、溶 浸 采 矿 、高 效 率 矿 山 充 填 、岩 体 支 护 与 加 固 、矿 山 防 治 水 、露 天 成 套 采 矿 装 备 和 井 下 成 套 采 矿 装 备 等 方 面 均 取 得 了 重 大 成 就 。 因 而 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 工 业 的 发 展 。 (3) 间 断 - 连 续 开 采 是 指 工 作 面 用 电 铲 (或 前 端 式 装 载 机 ) 装 载 矿 石 ,经 汽 车 运 输 和 破 碎 机 破 碎 后 ,用 胶 带 运 输 机 运 出 采 场 的 露 天 矿 开 采 工 艺 。 这 种 工 艺 有 利 于 发 挥 汽 车 和 胶 带 机 的 优 点 ,特 别 适 合 于 深 凹 露 天 矿 开 采 。 随 着 露 天 矿 开 采 向 深 部 发 展 , 该 工 艺 的 意 义 日 渐 突 出 。 因 此 ,自 80 年 代 开 始 ,我 国 先 后 在 大 孤 山 、东 鞍 山 、石 人 沟 、水 厂 等 铁 矿 和 德 兴 铜 矿 等 地 应 用 间 断 - 连 续 开 采 工 艺 。 1997 年 ,齐 大 山 铁 矿 通 过 引 进 大 型 可 移 动 式 破 碎 - 胶 带 运 输 装 备 ,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 间 断 - 连 续 开 采 工 艺 已 进 入 世 界 先 进 水 平 。 1 露 天 开 采 5 0 年 来 , 我 国 相 继 建 成 矿 石 生 产 能 力 3 00 万 t/ d以 上 的 金 属 露 天 矿 18 座 ,其 中 生 产 能 力 达 1000 万 t/ a 的 金 属 露 天 矿 有 德 兴 铜 矿 、南 芬 铁 矿 、水 厂 铁 矿 。 德 兴 铜 矿 采 矿 装 备 有 台 年 穿 孔 能 力 5 6700 m 的 45R 牙 轮 钻 机 ,台 年 装 载 量 810 万 t 和 3 斗 容 16 m 的 P &H2100BL 电 铲 ,载 重 量 154 t 的 R770 型 电 动 轮 自 动 卡 车 ,装 备 技 术 达 到 国 际 先 进 水 平 。 目 前 ,我 国 露 天 矿 采 出 的 铁 矿 石 占 90 % ,有 色 金 属 矿 石 约 占 50 %。 1. 2 穿 爆 技 术 我 国 露 天 矿 在 50 年 代 以 前 普 遍 使 用 钢 绳 冲 击 式 钻 机 钻 凿 ª250~ 300 mm 的 孔 ,60 年 代 以 后 逐 步 研 究 采 用 潜 孔 钻 机 和 牙 轮 钻 机 钻 凿 ª200~ 300 mm 的 炮 孔 进 行 爆 破 。 1 . 1 开 采 新 工 艺 与 新 技 术 1) 自 70 年 代 以 来 ,我 国 金 属 矿 山 开 始 进 行 陡 ( 帮 开 采 工 艺 的 试 验 研 究 。“ 八 五 ”期 间 ,陡 帮 开 采 被 列 入 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 研 究 ,全 面 系 统 地 揭 示 了 陡 帮 开 采 的 工 艺 技 术 特 点 ,为 南 芬 铁 矿 生 产 建 设 奠 定 了 技 术 基 础 ,为 我 国 大 中 型 露 天 矿 的 技 术 改 造 和 新 建 、扩 建 露 天 矿 用 炸 药 一 直 是 制 约 露 天 矿 发 展 的 主 要 因 素 。 长 沙 矿 山 研 究 院 于 1959 年 研 制 出 浆 状 炸 药 ,解 决 了 露 天 矿 用 炸 药 的 防 水 问 题 ;1980 年 ,长 沙 矿 山 研 究 院 和 北 京 矿 冶 研 究 总 院 分 别 研 制 成 功 新 型 抗 水 2 采 矿 技 术 2001 年 6 月 炸 药 - 乳 化 油 炸 药 ,并 于 80 年 代 形 成 RJ 和 EJ 两 个 系 列 产 品 ,基 本 取 代 了 防 水 浆 状 炸 药 。 在 研 制 出 新 型 炸 药 的 同 时 ,还 研 制 成 功 了 露 天 矿 装 药 车 ,使 露 天 天 井 。 1983 年 在 云 锡 公 司 成 功 地 钻 进 了 直 径 1. 5 m、长 120 m 的 高 天 井 ,目 前 已 能 顺 利 钻 进 60爱 以 上 的 斜 天 井 。 矿 的 装 药 及 填 塞 均 采 用 国 产 设 备 ,实 现 了 机 械 化 。 目 前 国 内 自 行 研 制 生 产 的 重 铵 油 、乳 化 油 和 粒 状 炸 药 三 种 炸 药 现 场 混 装 车 ,实 现 了 以 车 代 厂 。 从 60 年 代 开 始 在 露 天 矿 试 验 研 究 多 排 孔 微 差 爆 破 技 术 ,70 年 代 已 推 广 应 用 这 一 技 术 ,因 而 大 大 提 高 了 露 天 矿 的 开 采 效 率 。 80 年 代 在 德 兴 铜 矿 和 南 芬 铁 矿 对 大 区 微 差 爆 破 进 行 了 深 入 、系 统 的 研 究 , 确 定 了 合 理 的 微 差 起 爆 时 间 间 隔 ,解 决 了 控 制 难 爆 矿 岩 破 碎 块 度 问 题 。 2. 2 采 矿 方 法 我 国 金 属 矿 山 的 地 下 采 矿 方 法 在 50 年 代 初 仅 有 浅 孔 留 矿 和 干 式 充 填 法 等 少 数 几 种 浅 孔 采 矿 方 法 。 自 70 年 代 开 始 ,结 合 矿 山 开 展 了 各 种 采 矿 方 法 的 试 验 研 究 ,相 继 在 空 场 采 矿 法 、崩 落 采 矿 法 、充 填 采 矿 法 三 大 类 采 矿 方 法 方 面 取 得 了 显 著 成 就 。 目 前 ,在 我 国 金 属 矿 山 应 用 了 各 种 类 型 的 采 矿 方 法 。 2. 2. 1 空 场 采 矿 法 50 年 代 在 华 铜 铜 矿 首 次 试 用 中 深 孔 分 段 空 场 法 ,开 创 了 这 种 采 矿 方 法 在 我 国 的 应 用 先 例 。 1961 年 在 胡 家 峪 铜 矿 研 究 成 功 了 爆 力 运 矿 阶 段 空 场 法 ; 1962 年 在 锡 矿 山 锑 矿 研 究 成 功 杆 柱 房 柱 法 。 80 年 代 则 有 牟 定 铜 矿 的 预 控 顶 房 柱 法 、锡 铁 山 铅 锌 矿 的 长 锚 索 护 帮 分 段 空 场 法 、凡 口 铅 锌 矿 的 阶 段 大 孔 径 深 孔 采 矿 法 相 继 试 验 成 功 。 其 中 凡 口 矿 的 大 直 径 深 孔 采 矿 法 于 1985 年 试 验 成 功 后 ,很 快 在 铜 坑 锡 矿 、 铜 绿 山 铜 矿 和 安 庆 铜 矿 等 矿 山 推 广 应 用 ,并 且 在 安 庆 铜 矿 实 现 了 120 m 高 阶 段 ,使 空 场 采 矿 方 法 成 为 金 属 矿 山 的 重 要 采 矿 方 法 。 2 地 下 开 采 地 下 开 采 在 我 国 金 属 矿 山 的 开 采 中 占 有 很 重 要 的 地 位 ,特 别 是 在 有 色 和 黄 金 系 统 为 主 要 的 开 采 方 式 ,90 %以 上 矿 山 均 采 用 地 下 开 采 。 地 下 采 矿 技 术 是 建 国 50 年 来 开 展 科 研 工 作 最 广 泛 和 取 得 科 技 成 果 最 多 的 一 个 技 术 领 域 ,先 后 在 井 巷 掘 进 、采 矿 方 法 、矿 山 充 填 等 方 面 取 得 大 量 的 技 术 成 果 ,并 以 这 些 成 果 作 为 技 术 支 撑 ,建 成 了 金 川 镍 矿 、凡 口 铅 锌 矿 、 大 厂 锡 矿 、铜 矿 峪 铜 矿 、三 山 岛 金 矿 、镜 铁 山 铁 矿 和 安 庆 铜 矿 等 现 代 化 地 下 矿 山 。 因 而 促 进 我 国 金 属 矿 地 下 采 矿 技 术 得 到 迅 速 发 展 ,使 部 分 矿 山 的 工 艺 技 术 达 到 了 国 际 先 进 水 平 。 2. 2. 2 崩 落 采 矿 法 中 深 孔 崩 落 法 是 一 种 采 矿 效 率 高 和 生 产 成 本 较 低 的 采 矿 方 法 ,自 60 年 代 以 后 成 为 金 属 矿 山 的 主 要 采 矿 方 法 。 2 . 1 井 巷 掘 进 60 年 代 开 始 研 制 凿 岩 台 车 和 各 种 类 型 的 出 碴 无 底 柱 分 段 崩 落 法 于 1965 年 由 瑞 典 引 进 ,并 在 大 庙 铁 矿 试 验 成 功 后 ,很 快 在 地 下 金 属 矿 山 推 广 使 用 ,成 为 地 下 铁 矿 的 主 导 采 矿 方 法 (占 90 %) 。 70 年 代 漓 渚 铁 矿 成 功 地 应 用 了 高 端 壁 无 底 柱 分 段 崩 落 法 ,90 年 代 镜 铁 山 铁 矿 试 验 了 分 段 高 度 为 20 m 的 高 分 段 无 底 柱 崩 落 法 。 及 转 载 设 备 。 至 70 年 代 ,利 用 气 腿 凿 岩 机 配 蟹 立 爪 装 岩 机 和 皮 带 转 载 机 组 成 的 机 械 化 平 巷 掘 进 作 业 线 ,一 度 在 金 属 矿 山 推 广 使 用 。 新 晃 汞 矿 曾 于 1976 年 采 用 这 种 作 业 线 创 独 头 巷 道 月 进 尺 1056. 8 m 的 世 界 纪 录 。 进 入 80 年 代 以 来 ,全 液 压 凿 岩 台 车 凿 岩 和 铲 运 机 出 碴 的 无 轨 机 械 化 配 套 线 在 平 巷 掘 进 中 逐 步 推 广 应 用 ,使 平 巷 掘 进 进 入 无 轨 化 时 代 。 阶 段 强 制 崩 落 法 于 60 年 代 开 始 在 桃 林 铅 锌 矿 成 功 地 应 用 后 ,在 金 属 矿 山 获 得 推 广 应 用 。 1985 年 长 沙 矿 山 研 究 院 与 中 南 工 业 大 学 在 易 门 铜 矿 试 验 成 功 振 动 出 矿 阶 段 强 制 崩 落 法 ,并 应 用 于 生 产 ,解 决 了 阶 段 强 制 崩 落 法 落 矿 高 效 率 与 出 矿 低 效 率 的 矛 盾 。 自 1982 年 开 始 ,长 沙 矿 山 研 究 院 相 继 在 金 山 店 铁 矿 、漓 渚 铁 矿 和 丰 山 铜 矿 进 行 了 自 然 崩 落 法 的 试 验 研 究 ,并 取 得 成 功 。 铜 矿 峪 铜 矿“ 自 然 崩 落 法 技 术 与 装 备 研 究 ”则 列 入 国 家“ 七 五 ”科 技 攻 关 计 划 ,由 多 家 研 究 院 所 和 大 专 院 校 进 行 联 合 攻 关 ,于 1993 年 获 得 成 功 ,并 由 此 建 成 我 国 采 矿 规 模 最 大 、采 矿 成 本 最 7 0 年 代 ,经 冶 金 部 、煤 炭 部 、一 机 部 组 织 联 合 攻 关 , 先 后 研 制 成 功 环 形 吊 架 和 伞 形 吊 架 、 3 3 . 4~ 0. 6 m 抓 岩 机 、2~ 4 m 吊 筒 和 自 动 翻 矸 系 统 0 等 ,组 成 竖 井 掘 进 机 械 化 作 业 线 。 1976 年 在 凡 口 铅 锌 矿 副 井 掘 进 中 取 得 月 成 井 120. 1 m 的 好 成 绩 。 1 971 年 在 黄 沙 坪 铅 锌 矿 试 验 深 孔 爆 破 法 掘 进 天 井 ,取 得 成 功 后 很 快 在 30 多 个 矿 山 推 广 应 用 。 970 年 长 沙 矿 山 研 究 院 开 始 研 究 天 井 钻 机 钻 凿 成 井 工 艺 ,80 年 代 得 到 推 广 应 用 ,实 现 了 无 爆 破 掘 进 1 第 1 卷 第 2 期 周 爱 民 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 主 要 成 就 与 评 价 3 低 的 地 下 金 属 矿 山 。 自 然 崩 落 法 利 用 矿 岩 节 理 裂 隙 发 育 或 矿 体 强 度 低 的 特 点 ,在 拉 底 后 借 助 矿 石 自 重 产 生 应 力 集 中 而 使 矿 体 发 生 崩 落 ,属 于 无 爆 破 回 采 。 其 开 采 规 模 和 采 矿 成 本 均 可 与 露 天 开 采 媲 美 。 因 此 ,铜 矿 峪 铜 矿 自 1993 年 应 用 自 然 崩 落 采 矿 法 获 得 成 功 后 ,在 矿 石 含 铜 品 位 仅 为 0. 67 %的 条 件 下 ,使 矿 山 结 束 了 长 期 亏 损 的 局 面 , 并 于 1999 年 达 到 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 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 。 2. 4 矿 山 充 填 4 6 2 00 万 t/ a的 产 量 规 模 , 是 建 矿 以 来 长 期 徘 徊 于 0~ 80 万 t/ a产 量 规 模 的 5~ 6 倍 。 . 2. 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 60 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 在 60 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 。 5 0 年 代 以 前 ,我 国 金 属 矿 山 只 使 用 干 式 充 填 法 。 50 年 代 初 期 干 式 充 填 法 在 有 色 矿 山 地 下 开 采 中 所 占 的 比 例 为 38. 2 % ,而 在 地 下 铁 矿 开 采 中 竟 达 5 4. 8 %。 但 自 1956 年 后 ,随 着 空 场 采 矿 和 崩 落 采 矿 技 术 的 发 展 ,干 式 充 填 采 矿 比 重 逐 年 下 降 ,到 1963 年 ,在 有 色 矿 山 担 负 的 产 量 仅 占 0. 7 %;正 是 70 年 代 以 后 ,在 机 械 化 充 填 采 矿 工 艺 方 面 所 取 得 的 技 术 成 就 ,使 充 填 采 矿 法 的 应 用 范 围 迅 速 扩 大 ,成 为 有 色 金 属 矿 和 黄 金 矿 开 采 的 一 种 主 要 采 矿 方 法 。 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 。 1990 年 在 凡 口 铅 锌 矿 建 成 了 我 国 第 一 个 全 尾 砂 胶 结 充 填 系 统 ,其 尾 砂 利 用 率 达 90 %以 上 ,借 助 自 重 输 送 的 充 填 料 浓 度 为 70 %~ 75 %。 90 年 代 ,相 继 在 南 京 铅 锌 银 矿 和 济 南 张 马 屯 铁 矿 推 广 应 用 了 全 尾 砂 充 填 ,并 已 实 现 了 无 尾 矿 排 放 。 赤 泥 胶 结 充 填 是 以 氧 化 铝 的 生 产 废 料 赤 泥 作 为 主 要 充 填 材 料 ,通 过 添 加 活 化 剂 使 其 固 结 并 产 生 强 度 ,90 年 代 中 期 在 湖 田 铝 矿 试 验 成 功 。 90 年 代 后 期 又 在 安 庆 铜 矿 试 验 成 功 了 无 水 泥 矿 渣 胶 结 充 填 ,实 现 了 无 水 泥 胶 结 充 填 。 在 有 赤 泥 和 矿 渣 可 供 利 用 的 矿 山 能 获 得 很 好 的 经 济 效 益 。 长 沙 矿 山 研 究 院 自 60 年 代 开 始 在 凡 口 铅 锌 矿 试 验 成 功 上 向 水 平 分 层 尾 砂 充 填 采 矿 法 以 来 ,先 后 于 70 年 代 中 期 在 凡 口 铅 锌 矿 试 验 成 功 了 上 向 水 平 分 层 机 械 化 盘 区 充 填 法 ,80 年 代 中 期 在 金 川 镍 矿 试 验 成 功 下 向 高 进 路 机 械 化 盘 区 胶 结 充 填 法 ,90 年 代 初 期 在 焦 家 金 矿 试 验 成 功 机 械 化 上 向 进 路 胶 结 充 填 采 矿 法 ,90 年 代 中 期 在 丰 山 铜 矿 试 验 成 功 机 械 化 分 段 胶 结 充 填 法 。 这 些 充 填 采 矿 法 现 已 分 别 在 几 十 座 矿 山 推 广 应 用 。 北 京 矿 冶 研 究 总 院 亦 于 80 年 代 后 期 在 会 泽 铅 锌 矿 试 验 成 功 宽 进 路 粗 粒 级 水 砂 充 填 法 。 由 北 京 有 色 冶 金 设 计 研 究 总 院 在 三 山 岛 金 矿 设 计 采 用 的 机 械 化 点 柱 式 水 平 分 层 充 填 法 也 于 80 年 代 末 期 应 用 成 功 。 这 些 技 术 成 就 大 大 提 高 了 劳 动 生 产 率 和 采 场 生 产 能 力 ,使 充 填 法 步 入 了 高 效 采 矿 方 法 的 行 列 ,如 金 川 镍 矿 的 下 向 高 进 路 盘 区 机 械 化 分 层 胶 结 充 填 采 矿 方 法 ,采 用 液 压 凿 岩 台 车 、铲 运 机 、 装 药 车 和 服 务 台 车 等 大 型 无 轨 设 备 配 套 作 业 ,其 盘 区 生 产 能 力 达 到 800 t/ d ,使 矿 山 产 量 大 幅 增 加 ,结 束 了 公 司 镍 产 量 长 期 徘 徊 不 前 的 局 面 。 块 石 砂 浆 胶 结 充 填 技 术 通 过 将 - 300 mm 的 块 石 和 砂 浆 同 时 投 入 采 空 区 ,形 成 “ 外 强 中 干 ”的 胶 结 整 体 ,适 应 于 阶 段 大 采 场 充 填 ,1993 年 在 大 厂 铜 坑 锡 矿 试 验 成 功 并 推 广 使 用 。 碎 石 水 泥 浆 胶 结 充 填 技 术 是 将 自 然 级 配 的 碎 石 和 水 泥 浆 分 流 输 送 到 井 下 , 通 过 水 泥 浆 自 淋 碎 石 进 行 混 合 ,解 决 了 粗 骨 料 胶 结 充 填 制 备 工 艺 复 杂 和 输 送 难 度 大 的 缺 点 ,适 应 于 阶 段 采 场 或 分 段 采 场 充 填 ,于 90 年 初 期 在 丰 山 铜 矿 试 验 成 功 并 推 广 应 用 。 块 石 胶 结 充 填 和 碎 石 胶 结 充 填 均 具 有 水 泥 耗 量 少 、充 填 体 力 学 性 能 好 和 采 场 不 需 脱 水 的 特 点 ,因 而 将 胶 结 充 填 体 的 水 泥 单 耗 降 低 到 由 于 充 填 采 矿 法 属 于 保 护 性 开 采 工 艺 ,故 在 21 世 纪 将 成 为 最 具 发 展 前 途 的 地 下 采 矿 方 法 。 2 . 3 原 地 溶 浸 采 矿 原 地 溶 浸 采 矿 是 将 采 、选 、冶 技 术 结 合 起 来 的 一 3 种 直 接 从 地 下 提 取 金 属 的 开 采 工 艺 。 铀 、铜 、金 、银 100 kg/ m 以 下 ,而 其 试 块 28 天 的 单 轴 抗 压 强 度 达 4 采 矿 技 术 2001 年 6 月 到 2~ 4 MPa。 和 大 型 潜 孔 钻 机 。 特 别 是 在 “ 六 五 ”和 “ 七 五 ”期 间 , 通 过 联 合 开 展 1000 万 吨 级 露 天 矿 大 型 成 套 设 备 的 科 技 攻 关 ,于 1988 年 研 制 成 功 YZ255A 型 牙 轮 钻 机 等 12 种 大 型 露 天 矿 山 设 备 ,表 明 我 国 已 具 备 大 型 露 天 矿 开 采 设 备 的 开 发 制 造 能 力 ,结 束 了 大 型 露 天 矿 采 掘 设 备 依 赖 进 口 的 历 史 。 从 此 ,国 产 牙 轮 钻 机 形 成 KY和 YZ 两 个 系 列 产 品 ,潜 孔 钻 机 形 成 YQ 和 KQ 两 个 系 列 产 品 ,露 天 矿 穿 孔 设 备 实 现 了 国 产 化 。 60 年 代 我 国 开 始 研 制 矿 用 自 卸 汽 车 ,先 后 于 60 年 代 研 制 出 15 t 、25 t 、32 t ;70 年 代 研 制 出 60 t ;80 年 代 研 制 出 108 t 、154 t ;90 年 代 研 制 出 50 t 。 至 此 , 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 。 高 水 固 结 充 填 技 术 可 以 将 70 %的 水 快 速 固 结 起 来 ,因 而 可 实 现 低 浓 度 充 填 。 1994 年 中 国 矿 业 大 学 曾 在 焦 家 金 矿 试 验 采 用 了 这 一 技 术 。 北 京 有 色 冶 金 设 计 研 究 总 院 于 90 年 代 开 展 了 膏 体 泵 送 充 填 工 艺 与 技 术 的 研 究 ,其 充 填 料 浓 度 可 达 80 %~ 84 % ,并 于 1994 年 在 金 川 镍 矿 建 成 了 我 国 第 一 个 膏 体 泵 送 充 填 系 统 ,1999 年 又 在 铜 绿 山 矿 建 成 了 第 二 个 膏 体 泵 送 充 填 系 统 。 3 采 矿 装 备 至 70 年 代 ,我 国 建 立 了 矿 山 机 械 制 造 体 系 ,为 矿 山 提 供 初 步 机 械 化 的 设 备 。 80 年 代 以 后 ,我 国 通 过 引 进 消 化 和 自 行 研 究 制 造 出 成 套 地 下 采 矿 设 备 和 露 天 采 矿 设 备 投 入 矿 山 使 用 ,提 高 了 矿 山 的 整 体 装 备 水 平 。 4 采 矿 环 境 控 制 保 证 采 矿 作 业 有 一 个 安 全 、适 宜 的 环 境 ,是 采 矿 3 . 1 地 下 矿 采 掘 装 备 60 年 代 以 后 地 下 矿 采 用 YGP 系 列 、 YG 系 列 、 环 境 控 制 工 程 的 研 究 目 标 ,目 前 己 经 成 为 现 代 化 矿 山 不 可 缺 少 的 一 个 组 成 部 分 。 YGZ 系 列 导 轨 式 气 动 凿 岩 机 和 YQ2100 潜 孔 钻 机 以 及 相 应 的 采 矿 台 车 (架 ) 作 为 主 要 采 矿 装 备 。 其 中 4. 1 岩 体 支 护 与 加 固 岩 体 支 护 与 地 压 理 论 的 发 展 密 切 相 关 。 60 年 代 以 前 的 地 压 理 论 为 古 典 地 压 理 论 和 以 泰 沙 基 与 普 氏 为 代 表 的 松 散 介 质 理 论 ,这 些 理 论 认 为 作 用 在 支 护 结 构 上 的 荷 载 是 围 岩 塌 落 拱 内 的 松 动 岩 体 重 量 。 与 之 相 应 的 岩 体 加 固 方 式 为 各 种 被 动 支 护 结 构 ,如 早 期 的 木 支 护 、砖 砌 筑 ,以 及 后 来 的 钢 支 架 支 护 和 液 压 支 护 等 。 60 年 代 前 后 发 展 起 来 了 围 岩 与 支 护 共 同 作 用 的 现 代 支 护 理 论 ,该 理 论 认 为 围 岩 自 身 具 有 自 承 载 能 力 ,围 岩 与 支 护 结 构 应 视 作 统 一 的 复 合 承 载 体 ,在 这 个 共 同 支 护 体 系 中 围 岩 是 承 载 的 主 体 ,支 护 作 为 加 固 和 稳 定 围 岩 的 手 段 。 基 于 这 种 理 论 观 点 ,以 锚 杆 支 护 、锚 喷 支 护 为 代 表 的 现 代 支 护 技 术 得 到 迅 速 发 展 。 7 0 年 代 后 期 由 长 沙 矿 山 研 究 院 研 制 成 功 的 YGZ290 外 回 转 凿 岩 机 ,成 为 80 年 代 以 来 地 下 金 属 矿 山 最 主 要 的 中 深 孔 凿 岩 机 。 8 0 年 代 在 引 进 液 压 凿 岩 设 备 的 同 时 ,先 后 研 制 成 功 YYG80、YYG90 等 10 多 种 型 号 的 液 压 凿 岩 机 以 及 配 套 台 车 用 于 平 巷 掘 进 。 7 0 年 代 开 始 研 制 天 井 钻 机 ,至 1988 年 则 形 成 了 ª500、ª1000、ª1200、ª1500 和 ª2000 mm 的 系 列 产 品 ,可 钻 凿 120 m 的 高 天 井 和 60爱~ 90爱的 斜 天 井 ,为 无 爆 破 采 矿 奠 定 了 技 术 基 础 。 自 60 年 代 中 期 研 制 成 功 ZYQ212 气 动 装 运 机 后 ,于 70 年 代 研 制 出 多 种 装 载 设 备 ,如 蟹 爪 式 装 岩 机 、立 爪 式 装 岩 机 和 蟹 立 爪 式 装 岩 机 等 ,广 泛 用 于 井 下 装 岩 。 70 年 代 中 期 开 始 引 进 井 下 柴 油 铲 运 机 ,至 目 前 锚 杆 支 护 、锚 喷 支 护 、长 锚 索 加 固 等 技 术 己 成 为 我 国 金 属 矿 山 围 岩 加 固 最 基 本 、最 主 要 的 支 护 技 术 。 锡 铁 山 铅 锌 矿 和 凡 口 铅 锌 矿 采 用 这 一 支 护 技 术 成 功 扩 大 了 分 段 空 场 法 和 大 孔 采 矿 法 的 采 场 规 模 。 金 川 镍 矿 、符 山 铁 矿 和 丰 山 铜 矿 采 用 这 一 技 术 成 功 地 在 高 地 压 区 和 松 软 岩 层 中 开 挖 掘 进 了 大 断 面 巷 道 。 7 0 年 代 末 自 行 研 制 成 功 了 国 产 井 下 柴 油 铲 运 机 ;80 年 代 中 期 研 制 成 功 电 动 铲 运 机 ;90 年 代 后 期 研 制 成 3 3 功 斗 容 为 3. 8 m 和 6 m 的 铲 运 机 。 至 此 ,国 产 铲 3 运 机 已 形 成 斗 容 0. 38~ 6. 0 m 的 系 列 产 品 ,与 进 口 铲 运 机 一 起 在 几 十 个 金 属 矿 山 使 用 。 3 . 2 露 天 采 矿 装 备 0 年 代 末 开 始 研 制 露 天 矿 钻 机 ,60 年 代 中 期 我 国 自 70 年 代 开 始 进 行 边 坡 加 固 研 究 工 作 ,总 结 出 加 固 边 坡 的 五 种 主 要 方 法 : ① 抗 滑 桩 加 固 ; ② 挡 土 墙 加 固 ; ③ 锚 杆 、锚 索 加 固 ; ④ 注 浆 加 固 ; ⑤ 各 方 法 相 结 合 的 综 合 治 理 方 法 等 。 白 银 露 天 矿 于 70 年 中 5 YQ2150 型 潜 孔 钻 机 开 始 应 用 于 露 天 矿 生 产 ,70 年 代 ,冶 金 部 和 一 机 部 组 织 鉴 定 了 露 天 矿 用 牙 轮 钻 机 第 1 卷 第 2 期 周 爱 民 我 国 金 属 矿 采 矿 技 术 主 要 成 就 与 评 价 5 期 采 用 抗 滑 桩 加 固 坡 脚 、锚 杆 加 固 坡 面 的 综 合 治 理 措 施 处 理 滑 坡 体 获 得 成 功 ;石 录 铜 矿 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 ;90 年 代 会 东 铅 锌 矿 采 用 6 座 高 强 抗 滑 桩 和 工 作 面 气 候 条 件 十 分 恶 劣 。 自 50 年 代 在 华 铜 铜 矿 建 立 第 一 个 机 械 通 风 系 统 ,开 始 由 自 然 通 风 向 机 械 通 风 的 技 术 改 造 。 60~ 70 年 代 开 始 探 索 有 效 的 通 风 方 式 ,并 在 矿 山 建 立 了 比 较 完 善 的 通 风 系 统 。 80 年 代 推 广 节 能 风 机 ,取 代 了 能 耗 高 的 老 式 风 机 ;同 时 推 广 多 级 机 站 通 风 系 统 ,并 使 通 风 网 络 控 制 实 现 优 化 ,功 耗 最 小 。 90 年 代 后 期 ,凡 口 铅 锌 矿 为 通 风 机 配 备 了 高 压 变 频 装 置 ,节 省 电 耗 40 %。 目 前 ,电 子 计 算 机 在 通 风 系 统 设 计 、计 算 和 管 理 中 的 应 用 ,使 金 属 矿 山 通 风 正 向 现 代 化 迈 进 。 1 96 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 3 高 边 坡 上 的 35 万 m 不 稳 定 岩 体 。 4 . 2 岩 移 监 测 预 报 我 国 于 60 年 代 开 始 自 行 研 制 监 测 仪 器 ,如 用 于 地 下 金 属 矿 山 井 巷 变 形 监 测 的 SLL280 型 收 敛 计 、 CBS22 型 和 WRN23 型 多 点 位 移 计 等 ,以 及 用 于 岩 层 移 动 监 测 方 面 的 钻 孔 超 声 成 像 、钻 孔 电 视 和 钻 孔 潜 望 镜 等 。 80 年 代 以 来 ,由 于 遥 控 技 术 和 计 算 机 技 术 的 发 展 及 其 在 岩 移 监 测 预 报 中 的 应 用 ,使 岩 移 监 测 预 报 技 术 进 入 一 个 新 的 阶 段 。 特 别 是 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 型 测 量 仪 、声 发 射 仪 。 尤 其 是 近 年 发 展 起 来 的 5 发 展 前 瞻 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 效 率 和 效 益 、资 源 保 护 性 开 采 和 自 然 环 境 保 护 ,将 在 21 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 “ 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 。 4 . 3 矿 山 防 治 水 金 属 矿 山 防 治 水 是 50 年 代 以 后 逐 渐 发 展 起 来 的 一 门 综 合 性 学 科 ,其 研 究 对 象 为 矿 床 水 文 地 质 条 件 和 防 治 水 技 术 方 法 。 50~ 60 年 代 ,我 国 借 鉴 前 苏 联 的 经 验 ,主 要 开 展 了 矿 床 水 文 地 质 分 类 和 矿 坑 涌 水 量 预 测 方 法 研 究 ,防 治 措 施 以 单 一 的 疏 干 排 水 为 主 。 70 年 代 ,长 沙 矿 山 研 究 院 在 水 口 山 铅 锌 矿 进 行 了 大 型 截 流 帷 幕 试 验 ,采 用 560 m 长 、250 m 深 的 大 型 注 浆 帷 幕 堵 水 ,其 堵 水 率 为 55 % ,达 到 减 少 矿 坑 涌 水 量 和 控 制 地 面 塌 陷 的 双 重 效 果 。 此 后 ,先 后 在 张 马 屯 铁 矿 、黑 旺 铁 矿 、冬 瓜 山 铜 矿 和 铜 绿 山 铜 矿 应 用 ,使 一 些 岩 溶 大 水 矿 床 得 以 安 全 开 采 。 与 此 同 时 , 物 探 技 术 开 始 较 广 泛 地 应 用 于 掘 进 工 作 面 前 方 含 水 构 造 的 预 测 预 报 ,井 下 局 部 注 浆 堵 水 开 始 大 量 应 用 。 进 入 80 年 代 后 ,同 位 素 示 踪 试 验 和 计 算 机 模 拟 技 术 开 始 应 用 于 矿 区 水 文 地 质 条 件 的 研 究 ,并 在 三 山 岛 金 矿 取 得 了 良 好 的 效 果 。 目 前 ,我 国 的 矿 山 防 治 水 技 术 已 开 创 了 一 条 防 治 并 举 、疏 堵 结 合 的 综 合 防 治 道 路 。 技 术 、自 动 化 采 矿 技 术 和 连 续 采 矿 技 术 。 参 考 文 献 : [ [ [ [ [ 1] 冶 金 部 科 技 司 矿 山 处 . 黑 色 冶 金 矿 山 采 矿 技 术 发 展 的 四 十 年 . 金 属 矿 山 ,1989(10) . 2] 周 爱 民 . 我 国 有 色 金 属 采 矿 技 术 现 状 与 展 望 . 中 国 有 色 金 属 学 报 ,1996(增 刊 2) . 3] 周 爱 民 . 21 世 纪 初 我 国 金 属 采 矿 五 大 技 术 对 策 . 中 国 科 协 第 14 次 青 年 科 学 家 论 坛 报 告 文 集 ,1996(北 京 ) . 4] 韩 桂 春 . 金 矿 床 开 采 技 术 进 展 和 研 究 方 向 . 第 五 次 全 国 采 矿 学 术 会 议 ,1996(成 都 ) . 4 . 4 矿 井 通 风 我 国 金 属 矿 山 在 50 年 代 以 前 基 本 是 自 然 通 风 , 5] 周 爱 民 ,等 . 我 国 有 色 矿 山 的 主 要 技 术 成 就 与 差 距 . 第 六 次 全 国 采 矿 学 术 会 议 ,1999 (威 海 ) .
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