未來(lái)采礦不可不看的六大趨勢(shì)
2019.09.28
隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求不斷增加，目前不管是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家都把占有資源、開發(fā)資源作為戰(zhàn)略性措施來(lái)考慮。因此，礦業(yè)開發(fā)涌現(xiàn)了大量高效、安全、低成本的采礦技術(shù)和方法，需緊跟先進(jìn)技術(shù)的步伐，開發(fā)好資源。
(一)地下礦山的智能化
目前世界上地下礦山都在追求高效、安全，所以機(jī)械化水平、自動(dòng)化水平不斷提高。
以瑞典基律納鐵礦為例。基律納鐵礦以產(chǎn)高品位(含鐵率超過(guò)70%)鐵礦石著名，是目前世界上大的鐵礦山之一。其鐵礦開采已有70多年的歷史，現(xiàn)已由露天開采轉(zhuǎn)為地下開采。基律納鐵礦智能化主要得益于大型機(jī)械設(shè)備、智能遙控系統(tǒng)的投入使用，以及現(xiàn)代化的管理體系，高度自動(dòng)化和智能化的礦山系統(tǒng)和設(shè)備是確保安全高效開采的關(guān)鍵。
1)開拓。基律納鐵礦采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓，礦山有3條豎井，用于通風(fēng)、礦石和廢石的提升，人員、設(shè)備和材料主要用無(wú)軌設(shè)備從斜坡道運(yùn)送。主提升豎井位于礦體的下盤，到目前為止，采掘面和主運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)下移了6次，目前的主要運(yùn)輸水平在1045m水平。
2)鉆孔裝藥及爆破。巷道掘進(jìn)采用鑿巖臺(tái)車，臺(tái)車裝有三維電子測(cè)定儀，可實(shí)現(xiàn)鉆孔精確定位。采場(chǎng)鑿巖采用瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的SimbaW469型遙控鑿巖臺(tái)車，孔徑150mm，大孔深55m，該車采用激光系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，無(wú)人駕駛，可24h連續(xù)循環(huán)作業(yè)。年崩礦量可達(dá)300萬(wàn)t。
3)礦石遠(yuǎn)程裝載和運(yùn)輸與提升。基律納鐵礦采場(chǎng)鑿巖、裝運(yùn)和提升都已實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化作業(yè)，鑿巖臺(tái)車和鏟運(yùn)機(jī)都已實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。礦石裝載采用山特維克/湯姆洛克生產(chǎn)的Toro2500E型遙控鏟運(yùn)機(jī)，單臺(tái)效率為500t/h。井下運(yùn)輸系統(tǒng)有膠帶運(yùn)輸和有軌自動(dòng)運(yùn)輸2種類型。有軌自動(dòng)運(yùn)輸一般由8列礦車組成，礦車為連續(xù)裝、卸載的自動(dòng)化底卸車，膠帶輸送機(jī)自動(dòng)將礦石從破碎站運(yùn)送到計(jì)量裝置中，與豎井箕斗完成裝載和卸礦，整個(gè)過(guò)程均為遠(yuǎn)程控制。
4)遙控混凝土噴射技術(shù)及支護(hù)加固技術(shù)。巷道支護(hù)采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，由遙控混凝土噴射機(jī)完成，錨桿和鋼筋網(wǎng)安裝使用錨桿臺(tái)車。
(二)溶浸技術(shù)應(yīng)用日益廣泛
目前，在回收低品位銅、金礦石、鈾礦等已廣泛采用溶浸技術(shù)，在溶浸技術(shù)中有原地浸出、堆浸和原地破碎浸出3大類。
美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家處理0.15%~0.45%低品位銅礦石，2%以上的銅氧化礦石和0.02%~0.1%的鈾礦石基本上都采用堆浸和原地爆破浸出回收。
以美國(guó)為例，美國(guó)采用原地爆破浸出銅的礦山就有20多個(gè)。例如：內(nèi)華達(dá)州的邁克礦，亞利桑那州的佐尼亞銅礦日產(chǎn)銅均在2.2t以上，蒙大那州的巴特礦和銅皇后分礦日產(chǎn)銅金屬為10.9~14.97t，美國(guó)溶浸銅產(chǎn)量占總產(chǎn)量的20%以上，黃金產(chǎn)量超過(guò)30%，鈾產(chǎn)量絕大部分也來(lái)自溶浸采礦。
(三)深井開采技術(shù)
隨著資源量的不斷減少，目前采礦的深度越來(lái)越深，采深到1000m以下，帶來(lái)了許多在淺部采礦沒(méi)遇到的困難和問(wèn)題，如地壓增大，巖溫增高，同時(shí)，提升、排水、支護(hù)、通風(fēng)等方面的困難也隨著增大。
深井礦山常見問(wèn)題：
1)提升能力。開采深度增大，首先碰到的就是礦井的提升能力問(wèn)題，目前的提升機(jī)一次提升大高度已超過(guò)2000m，如加拿大某一次提升的深礦井已深達(dá)2172m，南非某金礦的一條豎井己深達(dá)2310.4m。目前，提升設(shè)備能力已完全能滿足大型深井礦山的要求。
2)巖溫和通風(fēng)降溫。礦山開采深度增大,巖溫也隨之增高,如日本豐羽銅鋅礦在-600m水平(大約距地表1200m左右)巖層溫度已超過(guò)100℃，但世界許多國(guó)家規(guī)定井下溫度不能超過(guò)28℃。深井礦山普遍采用加大井下通風(fēng)風(fēng)量和對(duì)井下空氣進(jìn)行冷卻降溫，即采用風(fēng)冷和水冷2種方式，二者中選用其一還是二者兼之，除了設(shè)法降低氣溫的同時(shí)，也要重視減少井下機(jī)械設(shè)備的散熱量、井下柴油設(shè)備的散熱和井下制冷設(shè)備本身的散熱問(wèn)題。
3)地壓管理和采礦方法。一般深井礦山都要建立一套完整的地壓測(cè)量和監(jiān)控系統(tǒng)，它直接關(guān)系到采礦生產(chǎn)能否順利進(jìn)行和生產(chǎn)成本的高低。巖爆是深井采礦中碰到的突出問(wèn)題，為了預(yù)測(cè)巖爆，許多礦山都在井下安裝了微震監(jiān)控裝置，例如美國(guó)日照銀礦就在2254m水平安裝了微震監(jiān)控裝置，進(jìn)行24h監(jiān)控。
4)自燃自爆。深井開采還會(huì)還到由于礦石溫度開高，造成硫化礦石自燃和在裝填炸藥時(shí)自爆的現(xiàn)象，也要引起足夠的重視。
我國(guó)現(xiàn)階段的非煤礦山的開采深度一般都不超過(guò)700~800m，但近年已有一些埋藏深度達(dá)1000m左右的礦床正在開發(fā)，銅陵有色金屬公司所屬的冬瓜山銅礦床、金川二礦區(qū)就包含于其中。
(四)礦山環(huán)保工作
在國(guó)外尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)礦山環(huán)境都采用綜合治理的措施。對(duì)礦山排出的廢水、廢氣、廢渣及粉塵、噪聲等均有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，許多低品位的礦山，因環(huán)保治理費(fèi)用太大，而無(wú)法建設(shè)和投產(chǎn)。
目前，國(guó)外還強(qiáng)調(diào)建立無(wú)廢料礦山和清潔礦山，德國(guó)魯爾工業(yè)區(qū)瓦爾斯姆煤礦就是成功的例子，用洗煤廠的煤泥和煤發(fā)電燃燒后的煤灰和破碎后的井下廢石加入水泥經(jīng)活化攪拌，用PM泵輸送到井下充填空區(qū)，礦山不向外排任何固體廢料。
(五)充填采礦技術(shù)
根據(jù)情況不同，采用不同的充填料：
1)區(qū)域性支護(hù)。需采用優(yōu)質(zhì)的剛性充填料，減少?gòu)椥泽w積閉合和產(chǎn)生巖爆的危害。
2)巖層控制。對(duì)充填料質(zhì)量要求不嚴(yán)格，但要求大范充填，且充填后不應(yīng)收縮。
3)多礦脈采礦。對(duì)充填料的要求是較低的應(yīng)力狀態(tài)下，充填料應(yīng)是剛性的，以便使巖層變形位移保持小。
4)環(huán)境控利。為保證封閉住上盤以免風(fēng)流通過(guò)采空區(qū)，要求充填料不收縮，進(jìn)行大面積充填
5)減少?gòu)U石提升。在井下制備和破碎廢石做充填料,從而提高效益。
目前充填要考慮的問(wèn)題：
1)要集中力量形成實(shí)用而可靠的系統(tǒng)。要研究和開發(fā)有效的充填技術(shù)，使充填作業(yè)和采礦作業(yè)循環(huán)有效結(jié)合。要重視充填系統(tǒng)的管理工作。
2)研究可使現(xiàn)有系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)，研究構(gòu)成優(yōu)質(zhì)充填料的粒級(jí)分布，研究在水力旋流器和破碎方面已有所改進(jìn)的充填料制備工藝流程，研究用于優(yōu)化充填料的輸送技術(shù)如壓力損失、磨損、腐蝕以優(yōu)化充填系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。
3)加強(qiáng)對(duì)充填料的制備、輸送、充放和受載變形過(guò)程的定量認(rèn)識(shí)，為安全、穩(wěn)定、高效的采礦奠定基礎(chǔ)。目前國(guó)際上用的充填工藝有：水砂充填、干式充填、高水固體充填、膠結(jié)充填。膠結(jié)充填又分為：分段尾砂水力充填(高濃度自溜輸送)、其他充填料水力充填(高濃度自溜輸送)、全尾砂膏體自溜充填及全尾砂膏體泵送充填。目前國(guó)際上推薦的是全尾砂膏體泵送充填。
目前，加拿大已有12座礦山應(yīng)用高濃度膏體充填，南非和澳大利亞也有新建的膏體充填系統(tǒng)投產(chǎn)。新的充填工藝將可以更好地滿足保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境、提高效益、保證礦山發(fā)展的要求。充填采礦在21世紀(jì)的礦業(yè)發(fā)展中將有更加廣泛的前景。
(六)大洋多金屬核采礦
多金屬結(jié)核賦存于3000~5000m左右深的海底.要開采就必須要有可行的采礦方法。因此，世界各國(guó)均把發(fā)展可靠的采礦方法放在優(yōu)先位置，并對(duì)此進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，有的甚至還進(jìn)行了深海中間采礦試驗(yàn)。從20世紀(jì)60年代末至今，國(guó)際上已開發(fā)和試驗(yàn)了的大洋采礦方法主要分為連續(xù)鏈斗(CLB)采礦方法、海底遙控車采礦方法及流體提升采礦方法3類。
1)連續(xù)鏈斗(CLB)采礦方法。該方法是日本人于1967年提出的。該方法較簡(jiǎn)單，主要由采礦船、拖纜、索斗和牽引船組成。按一定間隔，把索斗系于拖纜上并放人海底，拖纜在牽引船的搬運(yùn)下帶著索斗做下行、鏟取和上行動(dòng)作，這種無(wú)級(jí)繩式循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)就構(gòu)成了連續(xù)采集環(huán)路。CLB的主要特點(diǎn)是能適應(yīng)水深的變化保持正常作業(yè)。但CLB法的產(chǎn)量只能達(dá)100t/d.遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)開采的要求。因此，CLB采礦法于70年代末被放棄。
2)海底遙控車采礦方法。該方法主要是由法國(guó)人提出的。海底遙控車為無(wú)人駕駛潛水采礦車，主要由集礦機(jī)構(gòu)、自行推進(jìn)、浮力控制和壓載4大系統(tǒng)組成。在海面母船的監(jiān)控下，采礦車按照指令潛入海底采集結(jié)核，裝滿結(jié)核后浮出水面并到母船接受倉(cāng)卸下結(jié)核，海面母船通常可控制數(shù)臺(tái)采礦車同時(shí)作業(yè)。該方法采礦系統(tǒng)投資大，產(chǎn)品價(jià)值不高，在幾十年內(nèi)沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益情況下，法國(guó)大洋結(jié)核研究開發(fā)協(xié)會(huì)已于1983年停止研究，但這種采礦車的采運(yùn)原理被視為有前途的采集技術(shù)。
3)流體提升采礦方法。目前國(guó)際上較為認(rèn)可的是流體提升式采礦方法，且具有工業(yè)應(yīng)用前景。該方法是當(dāng)采礦船到達(dá)采區(qū)后，將集礦機(jī)和提升管接好并逐步放人海船集礦機(jī)用于采集海底沉積物中的結(jié)核并進(jìn)行初步處理，以水力或氣力提升方式使管內(nèi)的水以足夠的速度向上運(yùn)動(dòng)，將結(jié)核輸送到海面采礦船上。
隨著21世紀(jì)人類開發(fā)利用海洋的到來(lái)，大洋采礦技術(shù)顯得尤為重要。現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展為大洋資源開發(fā)鋪設(shè)了橋梁，它的形成和發(fā)展將對(duì)世界海洋經(jīng)濟(jì)、文化及人類海洋意識(shí)產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。
關(guān)于國(guó)外礦山的采礦技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)除了前述的6個(gè)方面以外。還有自然崩落采礦技術(shù)日趨完善，應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大，另外在鑿巖爆破方面也有大量的新技術(shù)涌現(xiàn)，礦山巖石力學(xué)與工程已經(jīng)作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。在礦山的建設(shè)和生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
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