我国地下矿山开采技术综述及展望.pdf

l S S N1 6 7 1 2 9 0 0 C N 4 3 一1 3 4 7 ／T D 采矿技术第8 卷第2 期 M i I I i n g7 r e c I l I l o l o 罢了，V 0 1 ．8 ，N o ．2 2 0 0 8 年3 月 M 盯．2 0 0 8 我国地下矿山开采技术综述及展望 秦豫辉，田朝晖 洛阳栾川钼业集团有限责任公司，河南栾川县4 7 1 5 0 0 摘要综述了我国金属矿床地下开采技术主要现状及进展，展望了地下矿山开采技术的 发展趋势。 关键词地下金属矿山；采矿方法；深部开采；采矿设备；发展趋势 近些年来，国内外地下采矿技术发展很快，很多 采矿新技术、新工艺、新材料和新设备在地下矿山得 到了应用。国内一些矿山和一批先进的采矿工艺技 术和装备，已步人世界先进水平的行列。国内外地 下金属矿山采矿工艺技术和设备的发展，主要表现 在采用各种采矿方法的比重和回采工艺、技术装备 有了很大的变化，均沿着高效率、高回采率和机械化 的方向发展，采场生产能力和劳动生产率有了较大 的提高，损失、贫化指标大幅度降低。本文就近几年 来我国金属矿山地下开采在采矿方法、深井开采等 方面的发展进行了阐述，并对今后的研究方向提出 一此见解。 l 地下金属矿山采矿方法 现阶段采矿方法仍以充填采矿法、空场采矿法、 崩落采矿法为主。据对1 8 个重点铁矿山统计，崩 落采矿法占9 4 ．1 ％，空场采矿法占5 ．9 ％。黄金矿 山充填采矿法占3 1 ％，空场采矿法占6 5 ％，其它占 4 ％。有色金属矿山空场采矿法占4 6 ．1 ％，充填采 矿法占1 9 ．6 ％，崩落采矿法占3 4 ．3 ％。从以上统 计数据看，铁矿地下开采仍以崩落采矿法为主，有色 及黄金矿山地下开采仍以空场采矿法和充填采矿法 为主。近十多年来，地下金属矿山充填采矿法和充 填工艺技术发展迅速，崩落采矿法和空场采矿法在 工艺技术上也在不断地改进、创新。因而促进了我 国金属矿地下采矿技术的迅速发展，使部分矿山的 工艺技术达到了国际先进水平。 1 ．1 充填采矿法 我国先后采用干式充填、分级尾砂胶结、全尾砂 胶结、碎石水泥浆胶结等工艺与技术。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。高水固结充填技术于1 9 7 0 年代在英国 开始出现，1 9 9 0 年代在世界范围内得到迅速发展， 其研究虽已取得了令人瞩目的进展，但其在材料稳 定性和价格上存在问题，制约了该项技术的应用。 近年来，充填技术正向全尾砂高浓度充填方向发展， 其目的是减少胶结材料用量，降低充填成本，提高充 填体质量，改善井下环境，减少和避免矿山生产对环 境的破坏和污染。膏体泵送充填工艺技术最为先 进，1 9 9 4 年金川镍矿建成了我国第1 个膏体泵送充 填系统，1 9 9 9 年铜绿山矿建成了第2 个系统，目前 处于试验研究阶段。 ，， 充填采矿法发展的特点是各工序实现机械化和 设备大型化，主要表现在落矿、支护和出矿等方面。 胶结充填技术从分级尾砂胶结充填、全尾砂高浓度 胶结充填发展到不脱水、不浓缩的全尾砂胶结充填。 在回采工艺上，从提高分层 分段 高度发展到大孔 落矿，阶段全高回采嗣后充填；改进采场结构参数， 实现盘区机械化开采。充填系统实现了微机控制的 半自动化、自动化。 国内充填采矿法的发展，除某些设备仪表外，与 国外水平相近。有色矿山的发展水平基本上以凡口 铅锌矿和金川二矿的盘区机械化胶结充填采矿法为 代表，黄金矿山以三山岛、新城金矿技术较为先进。 凡口铅锌矿采用脉外斜坡道，高中段高分层，脉外集 中溜井，无轨化采矿，管道自溜输送尾砂胶结，盘区 生产能力达4 0 0 一5 0 0 乞／d ，采矿工效3 1 ∥工班，高 ’浓度全尾砂活化搅拌自流输送胶结充填工艺在该矿 应用比较成功，尾砂利用率达9 5 ％以上，充填浓度 达7 2 ％一7 5 ％。金川二矿采取进路间隔连续回采， 采用引进的全液压双臂凿岩台车和6m 3 铲运机及 万方数据 2 采矿技术 锚杆台车，应用控制爆破和细砂接顶技术，盘区生产 能力最高达1 0 3 9L ／d ；采用了从国外引进的全尾砂 膏体充填工艺，用等量比例的一2 5m m 戈壁碎石集 料和全尾砂及水泥制备成质量浓度为8 1 ％一8 3 ％， 坍落度为1 0 2 0m m 的膏体，最后经双缸全液压 P M 泵输送至井下采场。三山岛金矿实现斜坡道开 拓无轨开采，使用M 一1 4 、P 一1 7 单、双臂凿岩台车， s T 一3 1 ／2 、S T 一2 D 铲运机，锚杆台车，T Ⅳ一5 H D 破 碎机，1 1 ．7 9t 坑内卡车，最近引进B B C 公司最新型 的3 5t 电动架线式卡车；采用点柱式机械化上向水 平分层充填采矿法，采场生产能力达3 0 0 ∥d 。新城 金矿生产规模1 2 5 0 ∥d ，竖井一斜坡道开拓，设备实 现无轨化，液压台车、锚杆台车、铲运机、碎石机、 1 1 ．7 9t 自卸卡车、3 5t 电动架线式卡车均被采用。 1 ．2 空场采矿法 1 ．2 ．1V C R 法 1 9 8 0 年代，V C R 法 大直径深孑L 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、狮子山铜矿和金厂峪金矿等矿山得 到推广应用。1 9 8 0 1 9 8 5 年间，在凡口铅锌矿又试 验成功了阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法将 露天矿的台阶崩矿技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。 1 ．2 ．2 连续开采技术 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。我国从“六五”至“九五”期间，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。 1 ．3 崩落采矿法 1 ．3 ．1 无底柱分段崩落法 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。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，并取得了较好的效果。 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。该 技术具有简单、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， 经济效益巨大，因此，应用前景广阔。目前，低贫化 放矿在程潮、桃冲、弓长岭等矿山得到了应用。 1 ．3 ．2 自然崩落法 自然崩落法，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，破坏矿块内的应力平衡，引起应力重新分布，形 成新的自然平衡拱，拱内矿石因受重力作用而周期 性冒落。铜矿峪矿自1 9 8 9 年至2 0 0 2 年在8 1 0 9 3 0 m 应用该法，累计采出矿量2 4 5 0 ．4 8 万t 。 2深部开采 ’近年来，我国已有一批金属矿山进入深部开采， 即垂直开采深度超过1 0 0 0m 以上。例如红透山铜 矿目前开采已进入9 0 0 一1 1 0 0m 深度；冬瓜山铜矿 矿体埋深达1 0 0 0m ，现建成2 条超1 0 0 0m 竖井，正 在进行深部开采；弓长岭铁矿设计开拓深度一7 5 0 m ，距地表达1 0 0 0m ；夹皮沟金矿已有2 个坑口工作 深度超过6 0 0m ，其中二道沟坑口工业矿体延深至 1 0 5 0m ；湘西金矿开拓3 8 个中段，垂深超过8 5 0m 。 此外，还有寿王坟铜矿、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。 石嘴子铜矿是国内深部开采矿山之一，共2 2 个 阶段，最深达9 5 0m 。曾使用各种不同结构的浅孔 留矿法，回采厚度l ～3 5m 、平均倾角8 2 0 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。由于我国目 前深部开采技术水平低，经验不足，因此，“九五”期 间国家把深部开采技术列入科技攻关研究项目，分 别在冬瓜山等3 座有色金属矿山以及湘西金矿进行 多项目联合攻关。 3 采矿装备 近些年来，我国金属矿山向无轨化、大型化、液 压化和自动化方向迈进，有了较大的进展，先后研制 下转第3 4 页 万方数据 采矿技术 表2 第l O 期预测结果比较 点号预测值实测值残差点号预测值实测值残差 从表2 可以看出，l 阶模型的预测效果是比较 满意的，与实测值比较的残差最大为2 ．2m m ，最小 为0 ．1m m 。 3 ．3 图的绘制 在程序的绘图选项里，规定好相应的参数即可 生成如图3 所示的沉降量比较图。从图中可以直观 地看出，实测值和预测值的差别很小。 利用程序生成S u 出r 导入坐标格式文件，从而 在s u 彘r 中绘制等值线图。其步骤是打开s u 如r 8 ．O 软件；新建一个图形文档，点击菜单网格数据命 令，将合成的数据文件导入，并合成网格文件；然后， 再利用新建等值线图命令把合成的网格数据生成等 值线图。比较第1 0 期的实测等值线图和预测等值 线图 略 ，同样可以看出，预测值和实测值相差很 小，预测精度较高。 ‘＼N 今妒实测线 预测袅＼／弋 矿 ＼． 0 9 ．9 4 l 0 9 ．9 2 9 蠢 ∞．9 1 6 妻 m 0 9 ．9 0 4 H l 磁H 3 1 1 5H 6 点号 图3 沉降预测比较折线 参考文献 [ 1 ] 黄声享，尹辉，蒋征．变形监测数据处理 第一版 [ M ] ． 武汉武汉大学出版社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 陆立，胡晓丽，王春华．用时间序列分析法进行建筑物沉降 观测数据处理的研究[ J ] ．测绘科学，2 0 0 4 ，2 9 6 7 6 7 8 ． 收稿日期2 0 0 7 一l l 1 2 上接第2 页 成多种规格的铲运机、液压钻车、地下牙轮钻机、各 种凿岩台车和胶轮辅助车辆等。 4 地下矿山开采技术发展趋势 4 ．1 金属矿山尾砂综合利用技术 目前，矿产资源开采过程中和开采后，都存在一 系列的环境破坏问题，如选矿尾砂的排放对地表的 污染、由于地下空区的存在而造成的地表塌陷和位 移以及对开采中的矿山带来地压危害。如果采用全 尾砂充填技术将尾砂充填回采空区，可达到既废物 利用，又治理环境的双重目的。目前，我国地下矿山 中，空场采矿法占5 4 ％，充填采矿法占1 5 ％左右，若 在采用空场采矿法和嗣后充填的矿山中采用低成本 的全尾砂充填技术，将可能解决排放尾砂造成的地 表环境污染和空场采矿法开采所固有的地压问题， 同时还可节省建造尾矿库所需的巨额投资。 4 ．2 高强度、低贫化损失采矿工艺 采矿工艺将围绕提高采矿生产能力这个主目 标，重点研究改进充填采矿法中的深孔阶段充填采 矿法、分段充填采矿法，空场采矿法中的大直径深孔 阶段矿房采矿法，崩落采矿法中的阶段自然崩落采 矿法与强制崩落采矿法，使之成为高效率、低成本、 低贫化损失的采矿方法。 4 ．3 大型、高效无轨矿山设备的研制与应用 研制高效率大孔穿爆设备，中深孔全液压凿岩 机具，井巷钻进机械，以及铲运机为主体的装运设 备，振动出矿和连续采矿及与之配套的辅助机械等 系列设备，尽可能实现矿山开采无轨化、高效化和半 自动化、自动化。大型矿山将采用全盘机械化、高效 率的大型设备，并实现遥控及自动化。 4 ．4 难采矿床开采技术 近期将加强复杂地质条件和难采矿床开采技术 研究。如深井开采，矿岩松软矿床开采，老矿山二次 资源回采，高硫高温自然发火和大涌水量矿床开 采等。 参考文献 [ 1 ] 刘同有．国际采矿技术发展的趋势[ J ] ．中国矿山工程，2 0 0 5 。 3 4 1 ． [ 2 ] 郭树林，金家瑞，孙立明．地下金属矿山采矿技术进展及研究 方向[ J ] ．黄金，2 0 0 3 ， 1 ． [ 3 ] 孙豁然，周伟，刘炜．我国金属矿采矿技术回顾与展望 [ J ] ．金属矿山，2 0 0 3 ， 1 0 ． [ 4 ] 周爱民．我国金属矿采矿技术主要成就与评价[ J ] ．采矿技 术。2 0 0 1 。1 2 ． 收稿日期2 0 0 7 一0 8 2 7 作者简介秦豫辉，高级工程师，河南省栾川县人，从事采矿 技术及管理工作。 万方数据 我国地下矿山开采技术综述及展望我国地下矿山开采技术综述及展望 作者秦豫辉， 田朝晖 作者单位洛阳栾川钼业集团有限责任公司,河南,栾川县,471500 刊名 采矿技术 英文刊名MINING TECHNOLOGY 年，卷期2008，82 引用次数2次 参考文献4条参考文献4条 1.刘同有 国际采矿技术发展的趋势[期刊论文]-中国矿山工程 200501 2.郭树林.金家瑞.孙立明 地下金属矿山采矿技术进展及研究方向[期刊论文]-黄金 200301 3.孙豁然.周伟.刘炜 我国金属矿采矿技术回顾与展望[期刊论文]-金属矿山 200310 4.周爱民 我国金属矿采矿技术主要成就与评价[期刊论文]-采矿技术 200102 相似文献8条相似文献8条 1.会议论文 周科平 地下金属矿山采矿方法的智能选择 1998 应用自组织神经网络模型进行了采矿方案的初选，根据BP模型对采矿方法的技术经济指标进行的预测，采用一种新的多属性决策法来终选采矿方法 ，取得了令人满意的结果。 2.会议论文 底林玉.王玉杰 地下金属矿山矿方法及放矿技术改进趋势 1998 采矿方法选择是否合理直接影响地下资源的充分回收和矿山的经济效益，采场放矿影响着矿石的损失率和贫化率进而主采矿成本。因此，为了向科 学技术要效益，必须不断改进矿山的采矿方法、放矿技术和放矿管理。 3.学位论文 袁义 地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究 2008 矿山开采必然引起地表下沉，研究岩层移动与沉陷问题成为一个重要课题。我国一些地下金属矿山，由于开采设计中采用的移动角不甚合理，使得 地表的建筑物和生产设施处于移动区内而产生变形破坏，不仅给矿山造成了经济损失，而且对矿山的安全生产构成巨大的威胁。 本文针对永平铜矿露天、地下联合开采现状，对采场覆岩特别是上覆岩层在开采过程中的应力变化和变形特性的研究，从流变学的角度总结出了岩 层特别是地表的下沉随时间的变化规律。通过分析了采场区域应力变化对覆岩特别是地表移动变形的影响。岩层移动角主要受到上覆岩层岩性、开采深 度、开采厚度、采矿方法等因素影响；总结岩层移动角的确定方法，对岩石流变性对移动角的影响进行分析。初步弄清了采矿作业对地表岩层移动的主 要影响因素和运动规律。 通过对岩层移动与岩石蠕变的相关性分析，得到岩石蠕变特性与损伤模型，对加载过程中蠕变损伤方程进行介绍和推导。用流变力学原理推导地表 移动下沉值与时间的函数关系式，通过对岩层移动角计算公式的修正，得到更为精确的移动角，有效地对开采地表变形进行预计。 使用岩移参数确定方法对永平铜矿3＃，7＃、8＃勘探线剖面进行地表移动分析，结合地下开采初步设计，确定永平铜矿移动角，得到整个开采范围 的地表移动带。通过Surpac建立三维可视模型，将确定的移动带在三维的模型上能够显示出来。 4.期刊论文 谢勤金 地下矿山开采技术及其发展趋势 -科技信息（学术版）2008,““18 地下金属矿山充填采矿法和充填工艺技术发展迅速,崩落采矿法和空场采矿法在工艺技术上也在不断地改进、创新.促进了我国金属矿地下采矿技术 的迅速发展,使部分矿山的工艺技术达到了国际先进水平.本文阐述了我国金属矿床地下开采技术主要现状及进展,并对地下矿山开采技术的发展趋势作出 展望. 5.学位论文 贾明涛 基于过程模拟的回采方案优化技术及其在深井开采中的应用 2007 随着矿山机械化水平的提高，以及大规模、高强度集中生产采矿方法在地下金属矿山的应用，传统回采方案优化设计模式的弊端日益凸现。本文研 究解决了动态、主动、全局性回采方案优化设计方法涉及的关键理论和技术问题，并以冬瓜山铜矿为例，结合“十五”国家科技攻关课题“复杂难采深 部铜矿床安全高效开采关键技术研究”展开应用研究，主要工作包含以下几个方面 1提出了基于计算机过程模拟的现代金属矿山回采方案优化设计方法。此方法克服了传统设计模式的不足，一方面可实现方案的优化，另一方面可 对实施效果进行预见，确保提前制定工程措施，以规避实施阶段的被动、浪费甚至严重事故的发生，增强超前性和主动性。 2分析了“资源与开采环境三维模型”同时集资源评价和有限元前处理模型功能于一体的内涵。提出了基于轮廓线构建表面模型的算法。研究和开 发了以表面模型为约束、以线性八叉树莫顿编码、空间和平面协同分解、分区平衡以及B-Tree索引技术的“资源与开采环境三维平衡块段模型”的建模 算法和实用程序。 3研究解决了二维各向同性、各向异性及三维各向异性条件下的代数多重网格求解算法。提出了在初始刚度矩阵基础上利用图论方法构建最细层网 格，借助纯代数方法、通过矩阵分解和转换技术，由最细层网格构建各粗层网格的方法。几个典型算例表明提出的算法是有效的，且随着问题规模的增 大，代数多重网格的运算效率具有明显的优势，这种求解方法对于大规模回采过程的实时模拟是非常适宜的。 4以大规模阶段空场嗣后充填采矿方法为主要研究对象，分析了其回采过程的特征。在此基础上，对并行多工序作业的回采过程动态模拟系统的功 能模块、体系结构进行了研究，开发了相应的软件系统。 5通过回采过程模拟，确立了稳产条件下的最优回采顺序确定原则--将并行多工序作业问题简化为2工序问题，以“爆破前”各工序累计作业时间 长度为准则，从大到小对采场进行排序。结合冬瓜山铜矿实际，给出了只回采矿房和矿房/矿柱同时回采条件下的2种最优方案。前者自达产之日起，一 直处于稳产阶段，后者则仅在第一盘区矿房向该盘区矿柱转移时，有一定时期的产量起伏，对此提出了矿柱提前和强化作业的工程对策。 6根据2个优化方案结构稳定性的分析结果，提出了冬瓜山铜矿充填工艺和系统建设必须完成并投入使用的时期开始井下采准起第394～第494天 ，以及在矿房充填条件下，为确保深埋、高地应力条件下冬瓜山铜矿的安全生产，需要采取相关支护措施的工程部位。本文的研究成果为发展新的金属 矿回采方案优化设计模式和方法具有非常重要的意义。冬瓜山铜矿已经按照优化设计的采准系统，进行了采准工程的施工，并按照回采顺序确定原则提 前组织了井下生产，取得了良好的应用效果。 6.期刊论文 刘春波.孙光华.李富平.LIU Chun-bo.SUN Guang-hua.LI Fu-ping 我国地下矿山采矿技术发展及趋势 -河北理工大学学报（自然科学版）2009,312 讨论了我国地下金属矿山主要采矿方法的特点、应用情况、改进情况及应用前景,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 ,对未来矿山的发展趋势进行了展望,重点提出了深井开采、矿山环保及综合治理、矿山数字化、智能化等发展方向. 7.会议论文 王琪.徐志宏 地下矿大直径深孔采矿法的爆破技术应用实践 2006 高阶段大直径深孔采矿法是某地下矿主要采矿方法,在矿山生产过程中就采场爆破技术进行了试验.本文就大直径深孔采矿法的几种爆破方式如VCR法 爆破、全孔侧向爆破和分段侧向爆破进行了分析和总结;实践证明高阶段大直径深孔采矿法是地下金属矿山安全高效率的采矿方法. 8.学位论文 徐志强 梅山铁矿低贫化放矿可行性研究 2004 国内地下金属矿山采用无底分段崩落法采出的矿量占绝大多数.该采矿法工艺比较简单,均采用截止品位放矿来控制出矿,此放矿方式存在着废石混入 面大、混入机会多、矿石贫化率高的缺陷,而贫化率高的结果造成矿山企业的一级产品质量下降,二级产品处理的费用增加.因而此采矿方法的研究和应用 在世界和国内的矿山都是一个关心的课题.随着科技在矿业中的逐步应用,矿山一直在寻求用不同的方法来解决此问题,该论文以梅山铁矿作为依托着重研 究低贫化放矿工艺并用神经网络进行实时优化预测,确定合理的贫化率指标和其他技术经济指标,来指导和加强放矿管理.所谓低贫化放矿即在保证矿山总 体回收率基本不变的情况下,逐步降低贫化率,提高出矿品位,从而降低废石混入,为企业带来效益.神经网络是基于实例的研究方法,它对非线性系统有较 好的逼近效果,它能总结归纳出变量之间的关系,快速实时预测优化技术经济指标,它对指导生产,加强管理,具有重要意义.因此,采用神经网络方法为优化 预测低贫化放矿技术经济指标提供了一种新的研究方法,它可以充分挖掘经验数据和信息,进行仿真优化组合,为低贫化放矿技术经济指标提供最优的变化 区域.该文主要讲述了低贫化放矿的原理以及与截止品位放矿的区别,接着对神经网络的理论进行了简介,通过对低贫化放矿的剖析,针对梅山建立了低贫 化放矿的模型,通过神经网络模型实时预测出较优的贫化率,最后确定梅山铁矿实行低贫化放矿的具体定量指标.低贫化放矿的推广应用对于实行无底分段 崩落法的矿山具有一定的社会价值和经济价值. 引证文献2条引证文献2条 1.李俊平 鸡西市煤炭开采的若干技术问题与治理[期刊论文]-鸡西大学学报 20094 2.郭忠林 2008年云南采矿年评[期刊论文]-云南冶金 20092 本文链接 下载时间2010年6月4日