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我国海底基岩矿床开采技术与展望
2018-11-14
我国海底基岩矿床开采技术与展望——辽宁科技大学矿业工程学院路增祥专家报告
我国海底基岩矿床开采 技术与展望 辽宁科技大学矿业工程学院 路增祥 18842021069 二Ο一八年八月八日•石家庄 目 录 海洋资源及海洋采矿 海底基岩矿床开采 我国海底采矿现状 海底采矿关键技术 海底矿床开采展望 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ V 目录 矿业工程学院 School of Mining Engineering 引 言 陆地矿产资源耗 竭后 ??? 资源是人类社会赖 以生存的前提,矿 产资源危机将对人 类社会发展带来灾 难性的后果!!! 其它星球 or 海洋…… 矿业工程学院 School of Mining Engineering I、海洋资源及海洋采矿 海洋资源 石油天然气 可燃冰 海滨砂矿 多金属结核 热液矿藏 海洋资源 煤铁等固体矿产 海 水 矿业工程学院 School of Mining Engineering I、海洋资源及海洋采矿 呈散粒或结核状存在于海 底松散沉积层中,如海滨 磁铁矿、金红石、金刚石 等重砂矿;浅海底的磷灰 石、海绿石等;深海底的 锰结核、多金属软泥等。 海底表层 矿床开采 海洋 采矿 赋存于海底岩层和基 岩中,如石油、天然 气和硫磺、岩盐、钾 盐、煤、铁、金、铜、 镍、锡、重晶石等。 海底基岩 矿床开采 矿业工程学院 School of Mining Engineering I、海洋资源及海洋采矿 可溶性矿物如 硫磺、钾盐等。 石油 天然气 开采岸边矿床 延伸至海底的 部分 埋藏较浅的 重晶石 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅱ 、海底基岩矿床开采 井巷法 与陆地上的地下矿床开采方式相似,有海岸竖井开拓法、 海岸斜坡道法和天然(或人工)岛屿竖井开拓法。 海岸竖井开拓法 天然(或人工)岛屿竖井开拓法 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅱ 、海底基岩矿床开采 矿床开拓方 式与陆地地 下开拓方式 完全相同 开拓工程受 海岸线距矿 体的距离影 响较大 设备与管道的 防腐要求高 海底基岩矿床开 采的特点 采矿方法(如 崩落法、空场 法)应用受限 地下水防治要 求更为严格 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 我国海底基岩矿床开采的历史与现状   台湾是我国最早实施海底采煤的矿山, 大陆始于上世纪90年代。 大陆第一座海底基岩矿床开采的矿山? 三山岛金矿?柳海煤矿?北皂煤矿? 仓上金矿新立矿区?   目前正在实施的矿山:北皂煤矿、三 山岛金矿。 即将实施的矿山:招金矿业(山东莱 州湾北部海域)。 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 胶东区域地质图 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 两大海底采矿矿山 龙煤集团北皂 煤矿利用原陆 地竖井开拓方 式,将采区推 进到海底 三山岛新立矿 区回填海域, 将海岸线推进 约15m建立工 业厂区,上盘 竖井开拓 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 .海水 .海平面 .竖井 .第四纪 .第四纪含水层 .海泥(隔水层) .隔离矿柱 .矿体 .中段运输平巷 0.石门巷 三山岛金矿新立矿区开拓系统示意图 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 井巷施工: 钻爆法、竖 井冻结法。 加强超前探 测与预报 坑内运输: 方法演化: 经历三次变 革。机械化 盘区上向高 分层宽进路 充填采矿法 采矿方法: 7 + 吨电机车 2m 侧卸 3 点柱式机械 化上向分层 充填采矿法 式矿车;主 井旁侧矿仓 +采区溜井 主要生产工艺 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 点柱式机械化上向分层充填采矿法 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 点柱损失率大于7.12%;上 盘护顶矿柱损失率大于6% 脉外采准点柱式分层充填采矿法 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状   盘区沿走向长 00m,宽为矿 体水平厚度, 约15~25m; 中 段 高 40m , 顶柱2m,底柱 1 5 m,间柱3m;   分 段 高 度 12m ; 每 个 盘 区 由 2 个采场组成, 采场走向长度 5 0m , 采 场 与 采场之间不留 间柱。 盘区上向进路充填采矿法 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 盘区沿走向长100m, 宽为矿体水平厚度, 即15~25m ;  中段高度40m,顶 柱2m,底柱5m, 间柱3m;  分段高度12m;盘 区由2 个采场组成, 每个采场走向长度 50m,采场与采场 之间不留间柱。采 场分为2 个采区, 长度分别为25m、 23.5m。 机械化盘区上向高分层宽进路充填采矿法 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 2 2 1 1 4 3 Overflow to tailing reservoir 1 1 5 9 6 7 8 10 Unclassified tailings from mill plant To stopes 金属矿山自然分级尾砂胶结充填系统 1 5 — 尾砂仓 2 — 絮凝剂与全尾砂混合器 3 —水泥仓 4 —收尘器 — 双螺旋给料器 6 — 螺旋式电子称 7 — 搅拌桶 8 — 高效活化搅 拌器 9 — 絮凝剂添加系统 10 — 风水联动造浆系统 11 — 水泥罐车 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅲ 、我国海底采矿现状 1 2 3 4 5 ore body 7 boundary of hanging wall boundary of foot wall 8 6 5 4 area of coarse particles area of fine particles 3 2 1 采场脱水方式 采场拟泥技术 几项指标: 、全粒级尾矿来源于8km外的选矿厂; 1 充填现场 2 、尾矿自然沉降浓缩,溢流带出8%的泥; 、海水充填介质,充填浓度72%~75%; 3 充填结束3天达到采场作业条件; 3 4 、充填成本13RMB/m 。 充填关键技术与指标 矿业工程学院 School of Mining Engineering Ⅳ 、海底采矿的关键技术 海 底 采 矿 的 关 键 技 术 问 题 工程地质 水文地质 地下水防 治技术 采矿方法 安全技术 岩石力学 • • • • 三维海上地震 勘探技术→矿 床地质构造 • 地应力的分布 特征与岩层移 动规律及监测 • 井巷特殊施工 方法 • • • 长距离通风技 术与装备 • 钻孔封堵技术 • • 构造封闭技术 井巷工程布置 及其优化技术 • • 高效开采技术 轻扰动、微岩 移开采技术 矿井空气净化 技术 矿区岩体节理 裂隙分布规律 及其渗水特性 • 岩体的变形与 断裂特征 隔离矿柱可靠 性技术与方法 • • 地下水监测及 其预报技术 • • • 岩体变形与位 移拟制方法 • • • 特殊采矿方法 无废开采技术 无人开采技术 工程地质与文 地质超前预测 预报技术 • 岩移控制技术 • 地热控制技术 涌水应急处理 技术 矿区岩体质量 分级 • 海底开采安全 预警技术(岩 移与涌水) • 注浆堵水技术 与注浆材料 岩层突水机理 及其危险区 岩爆规律及其 防治方法 矿业工程学院 School of Mining Engineering V、结论与展望 海底基岩矿床开采展望  目前只能开采距海岸20~24km以内、海水面以 下200~750m的矿床。   浅海底基岩矿床的开拓方法,与陆地地下矿床开 拓方法相似。如海岸竖井开拓法和天然岛(或人 工岛)竖井开拓法。 开采过程中,必须保证矿体采后空区的上部岩层 不受损坏、不移动、不产生裂隙,以严防大量海 水突然涌人井下,造成淹井灾害。   井下采选一体化技术,实现精矿出坑; 难度更大开采方法如无人无废开采方法、海底隧 道+竖井开采法、海底管道+竖井核爆破原地溶 浸法以及海底钻孔原地溶浸法处于研究阶段。 矿业工程学院 School of Mining Engineering 矿业工程学院 School of Mining Engineering
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