大规模采矿方法发展现状(1).pdf

大规模采矿 方法发展 现状 [ 英 国] J ． 查 德威 克 摘要 结合第三届国际太规模采矿 大会 Ma s s Mi n 2 0 0 0 上发表的有关论文 计 2 9 篇 ，综述了近年来各种 大量崩 落采 矿法与 其他大规模探 孔崩落 果矿法 的研究 与发展 状 况 ，同时介 绍了各矿采用的相应技术方案和生产设备 及所开发的新工 艺 、新 技术 、新 方法 ，包括 机械 化 、自动化 、遥控和 信息 技术 以及智能 矿山和垂直采场露天采矿法。 关毽词 大规模采矿矿块崩落分段崩落智能矿 山 自动化信息技术 0 引言 第三届 国际大规模采矿大会是继上两届 会议成功举办之后于 2 0 0 0年底在澳大利亚 布里斯班召开 的。第一届是在 1 9 8 1年美 国 科罗拉多州丹佛市 ；第二届是在 1 9 9 2年南 非约翰 内斯堡。Ma s s Mi n 2 0 0 0大会的成功 之处更在于它缩短 了会议 召开的问隔时间。 下一届 Ma s s Mi n大会 将于 2 0 0 5年在 智 利举 行。说 不 定 到 那 时 智 利 丘 基 卡 马 塔 C h u q u i c a ma t a 铜矿 可能已经开 展了它 的 地下 采矿工 程 。 本 届 大 会 主 席 G．奇 扬 博 G i d e o n C h i t o mb o 博 士乃是 这个领 域 的专家 ，自 1 9 9 9年起便一直主管澳大利亚朱利叶斯 克 鲁 特 施 尼 特 矿 业 研 究 中 心 J u l i u s Kr u t t s c h n i t t Mi n e r a l Re s e a r c h n t r e J K MR c 在这方面的研究开发工作。他说 “ Ma s s Mi n 2 0 0 0清楚地说明采矿业是一直不 断地在关 心着 太规模采矿方法 的应用 但 是，从本届会议中可以很明显地看出如果 真要想实现 矿石工厂 o r e f a c t o r y 这一 理念 ，那 么，作为一种产业，关于大规模采 矿方法的一些机理 ，我们还是有许多东西需 国外盒一矿山 要学 习的 。 ” 收入本届会议录的 1 0 2篇论文包含了世 界上现有的许多大型地下矿和一些行将进入 地下开采 的大型矿山 见表 1 。全部论文 共分 为 1 6类 。有 些 论 文 谈 了 澳 大 利 亚 J KMR C中心关于矿决崩落 法的研究 近况。 这是该 中心 与设 在美 国的 [ T A S C A咨询集 团合作进行的国际崩落研究项 目的一个组成 部分 。正式 出席 本届 大 会 的 国家 有 南 非 、 智利 、津 巴布韦、赞 比亚、加纳 、博 茨瓦 纳 、瑞典 、印度尼西亚、菲律宾 、俄 罗斯 、 中国 、芬 兰、加拿大、美国、英 国、日本和 巴西。 l 露天 与地下 会议录第一部分 里，有一篇 是美国 犹他 大 学 采 矿工 程 系 w．赫 斯 特 拉 刺 德 W． Hu s t r u l i d 关于开采方法选择分析 的文 章。他首先归纳了当今矿山经济学中应用的 几条原则 。即产量高 、开采成本低、作业 安垒 、团队协作。接着他扼要分析了露天开 采的状况 ，同时指 出 “ 它们是竞争对手。 它们乃是推进更 大规模地下 开采 的一股动 力 。 ” 维普资讯 裹 1 M a s s Min 2 0 0 0会议录收入的生产矿 山与设计工程 但是 ，他又指出了露天开采技术的预计 发展 见表 2 可能存在的一些负面影响 特大型自动化机械设备与露天采场 修整完好的陡坡互不相容。需要精确地开割 台阶工作面并保挣台阶宽度。 全部矿石产量只采自少数几个作业 点。选矿厂必须能够十分机动灵活地处理波 3 2 动不定的原矿。这对于大多数现有选矿厂均 不 相宜 。 需要设置多处不同的矿石堆栈和转 运 设施 。 由于采用了自动化设备而且 自动化 作业与非 自动化作业混合交错，需要考虑许 多安 全作业 问题 。 2 0 0 2 年第 1 期 维普资讯 表 2露天开 采技 术的预计发展 露 天矿采场几何足寸加大 、边斌加 陡、豫度增大 新式更 大型的生产设备与新技术 载重量 4 0 0t 以上的汽车 、斗容7 6 5 的 电铲 、 孔 径 3 8 1 4 3 2 的钻机 爆炸能厦其他性能变化多样 的炸药 电子雷管 根据矿岩可钻 性与破碎 块度要求 在现场进 行爆 破设计 机械化 与 自动化 全部设备采用特高精度全球卫星定位系统 GP S 无驾驶汽车 遥 控 钻 机 遥 控 电铲 应用 MAR C监控系统 ．确保设备完好率实 行先进 的机 况监控与预测 减少作业点，提高刹用效率 缩短剥离与采矿的问隔时间 钻屑 自动化取样 爆破后遥控取样 铲斗与 车箱内以匣措逮自动化取样 自动化擐定运进地点 广泛采用模拟技术编制矿山生产计 划 ‘ I 自 w． 替新特拙 刹巷 的文章 。 在分析大规模开采系统的选择时，赫斯 特拉利德先生指出 “ 开采成本的计算过程 基本上讲 是 以适宜 开 采 系统 的选 择 开 始 的 。 这里特意地选用 “ 系统 s y s t e m一词 而 没有 用 “ 方法” me t h o d ，因为 “ 方法” 只 不过是 矿山设计 平面布置 、设备 选择 、 开采顺序等的适当组合的一个部分。显然开 采规模是一个重要的考虑因素。一旦实施了 该开采系统 ，采矿工程师便要注意控制和力 求降低单位成本。虽然开发新技术确是一个 办法，但是新技术会很容易地一下子传遍全 世界 ，结 果所有 的矿 山很快 都拥 有了这种 “ 新”技 术。所 以要使矿山保持长期 赢利 ， 采矿工程师必须不断分析和评价各种适应本 矿特点的更灵活 、更有效 的降低成 本的手 段。做到这点的途径是在开采过程中不断加 深对矿床本身的了解和对已采用的或者可采 用的设备与技术的了解。 为了保持同露天矿的竞争力 ，地下矿的 矿主们要不断地 去寻求 降低 开采 成本 的措 施，包括改变采矿方法与开采规模。尽管盘 区崩落法是地下采矿方法当中花钱最少的一 国 外盒 ■ 矿 山 种 ，但是其单位采矿成本仍是露天开采成本 的 3 ～5倍。所 以这就是一个很大的挑战。 ” 他列述 了他希望未来的开采系统应当具有的 技术特点 采准比低 ； 采准与回采的间隔时阔最短 及时 投产 ； 机械化水平高 ； 发展高灵敏度 自动化； 设备完好率与利用率高； 作业条件安全 ； 矿石回采率高； 环境状况良好。 与露天开采一样，大规模地下开采也有 一 些必须认识到的缺点。 “ 随着开采规模的 加大，只从 少数几个作业点 开采矿石。所 以， a 强调采 准与 回采工 程及 时投产； b 加重对少数更先进的设备的依赖。设计 书必须起到所设计物的作用，而且建成物必 须与所设计物 十分相似 。由于开采规模加 大 ，易受 “ 意外事件”冲击 的程度加剧。如 若对地质条件判断失误 ，其后果是严重的。 因此 ，今后地下开采的竞争形势便加重了大 规模开采系统的选择者 、开采设计的编制者 以及开采设计的负责实施者的责任。虽然一 般地说，由于判断失误或工作错误造成的败 落局面是很少的，但其代价却是很大的。 2 设备 自动化 山 特 维 克汤 姆 洛 克 S a n d v i k T a mr o c k 公 司 的T， 普 哈 卡 T u u l n P u h a k k a 分析 了 自行 式设 备 的优 选问题。 她指出，自行式采矿设备虽然只占矿山工程 投资的一小部分 大约 1 O ％ ，但 是所用 的 开采工艺却在很大程度上决定着矿山的生产 效率与经济效益。 “ 所选用的 自行式工艺设 备的实际效率取决于各种辅助条件 、基础设 施 、用户台作与用户接受程度。根据具体环 33 维普资讯 境条件优选工艺设备 已是可行性研究中一个 愈益重要的阶段。编制完善的可行性研究报 告应当包括未来可能需要对所选用工艺的改 变 或调整 。 大规模开采中设备方面的挑战是与选别 回采或者小规模开采 中的 隋况不大相 同的。 在大规模采矿中，高教而连续地运输大量矿 岩导致增大自动化作业量。 “ 像矿块崩落这 种采矿方法就支持了 自动化作 业。 ”但 是她 又提醒大家说 “ 自动化 自行式设备需要有 辅助基础设施 、监控系统和信息传输系统以 及健全完善的作业程序。然而在考虑自动化 问题的过程中忽视用户合作与人的因素的 隋 况还是很 常 见的。 ” 普哈卡女士和她的合作者 v． 凯努莱南 V． K a l n u l a i n e n 还介绍了 Op t i mi n e 模拟技 术软件 的使用情况。这种井下矿岩流模拟器 可以根据地下矿布置设计系统与生产要求在 矿岩流中匹配适宜的工艺设备。这种模拟器 能够在编制新矿山规划过程的最初阶段便可 在平面布置图上确定 出巷道交叉点、限界 和 临界点以及作业程序。 “ 这种模拟装置把设 备供应公司的机械知识同矿山的生产操作技 能和矿井环境条件结合起来 。它可用于鉴定 单一事件的影响 ，比如在连续装载作业循环 中多一个转弯对其 日装载能力的影响。 ”在 讨论 O p t i mi n e模拟器软件 的操作方式 、使 用效果及其限制条件的过程中，这篇论文综 述 了它所模拟的几个示例以及各矿应用该模 拟器软件提高 自行式设备作业效率 、优化 自 行式设备组合 、编制作业进度计划以及调整 设计配置所取得的效益 。 芬兰智能矿山方案的基本要素是 全矿 信息和数据采集系统 ；实时监测与控制用的 高速双 向全 矿通信 网络；计算 机化信息管 理 、矿山计划 、控制和维修系统；与全矿信 息 网络连接的 自动化和遥控机械设备 ；以及 与公共信息网络的链接。按照这项研究计划 3 4 所学到的课 程均在 欧托 昆普 Ou t o k u mp u 公司的凯米铬矿得到运用。 戴诺 诺 贝尔 D y n o N o b e 1 炸药公司 的w ． R． 亚 当森 w． R． Ad a ms o n 和奥里 卡 Or i e a 公 司的 D． 凯 D． Ka y 分别评 述 了新炸 药 工 艺 与爆 破技 术 。后 者 以 i - k o n 系统为重点介绍了数字爆破技术。i - k o n系 统已在数次复杂的大爆破中展示出它的良好 性能。 “ 这种系统能大大减少复杂大爆破起 爆中的危险，因此 ，如今可以考虑在一般矿 山生产中进行复杂的大爆破。 ” 澳 大 利 亚 诺 斯 帕 克 斯 矿 因 戴 沃 E n d e a v o u r 2 6号矿体 的围岩 系 中等节理 到节理发育 的岩体，其特征是夹有石膏 叶 脉，岩体强度 随深度 而减弱。该矿体上段 4 8 0 m目前正采 用矿块 崩落法开采中，拉底 范围长为 1 9 6 m、宽 1 8 0 m。拉底 工作完成 之后从未达到过连续崩落。因此需要采取诱 发崩落措旃 ，来保持安全的崩落 ，以维持矿 山生 产。尽管 如此 ，该矿 仍然是一 个开采 成 本很低的矿山企业 。 1 9 9 7年 1 2月，该矿利用原先钻在所采 矿块中部 的勘探孔进行 水力碎裂 以诱 发崩 落 ，试验获得成功。后来的几次水力碎裂也 均取得 了不同程度的成功。同时 ，产出的矿 石超 过 7 0 0 万 t ，而 且 费用 大 大低 于 常 用 的 各种诱发崩落方法。 “ 监控水力碎裂系统 和 岩体反应动态使得对诺斯帕克斯矿崩落矿块 上 部的水 力碎裂 网的几 何形状 、扩展 动 向及 其影响范围有了十分深入的了解 ，从而推动 了对于水力碎裂方法在其他采矿方法中的应 用 开展进一 步 的研究 。 ” 3 装载技术 美 国 弗 里 波 特 矿 产 公 司 印 尼 子 公 司 F r e e p o r t I n d o n e s i a 的 “ 中 间 矿 带 I OZ 矿 I n t e r me d i a t e Or e Z o n e 采用矿块崩 落 法开果 ，为了减少湿碴装载的伤害事故，装 2 0 0 2年第 1 期 维普资讯 载机采用 了遥控操作。井下崩落的影响区内 积聚有 大量 的雨水 和地下水 与细碎 岩碴 混合 一 起 。这种 被矿里 叫作 “ 湿碴 ” 的混合 物常 常漏人 放矿 口，使 装载作业 环境会 伤 害铲运 机 司机 。鉴 于 I Oz矿 里发 现有 湿 碴 的 放 矿 口不断增多 ，于是采用了遥控铲运机来装运 矿石。这项 自动化技术基本上是本矿 自己开 发的并且具有数种先进性能。共有 8台遥控 铲运机和 9台碎石机是在距离生产回采盘区 大约4 0 0 m处的井 下 控 制室 进 行控 制 的。还 有 2台井下 破碎机 和 9台带式 绐 矿机是 在相 邻的控制室遥控操作的。 “ 弗里 波特 公司 开 发遥 控 系 统确 实 花 费 了不 少时间和精力。可是 I Oz矿的这一成 功不仅对于井下生产是利害攸关的，而且还 解决 了选厂尾矿带来的环境污染问题。约有 8 ％的人选 原矿须采 自井下矽 卡岩矿床，以 中和大型格拉斯贝格露天矿的矿石产生的酸 性尾矿 。 ” 帕拉博拉铜矿的地下开采设计虽说是根 据当时现有的工艺技术编制的 ，但是最重要 的原则 是要 采用业 已经过验证 的新 技术 成果 和 自动化系统 ，以利于企业的安全生产和提 高劳动生产率。 “ 目前正在进行的铲运机操 作 自动化系统的研发工作将可使这项技术在 今后 1 8 个 月内实施 。其他许多 日常作业项 目的 自动化系统也正在积极不断地研 究之 中。相信正在帕拉博拉铜矿开发的地下矿定 能证明在原先认为很难崩落的矿岩体中采用 矿块崩落法是可行的。这就为采用这种开采 成本低而作业又安全的采矿方法开发世界各 地其他许多矿床提供了潜在的可能性 。 ” 南非普雷米尔金刚石矿计划今后 1 0年 之内将在超过1 0 0 0 m的深度上实施矿块崩 落采矿法。为了规划这个设计项 目，运用了 普雷米尔矿现有 各开采水平 取得的全部经 验，同时还采 用了数据收集系统和数字模拟 技术 。这项 工程 的最大风 险是在 软弱 岩体 的 国 外盒 一 矿 山 如此深度上进行开采时来 自岩土工程学方面 的挑 战 。这 种挑战 包括 “ 正确 开 采 顺序 的 运用 拉底工程造成 的岩 体破 坏程 度的控 制 ，以及有效可靠的支护。 诱发崩 落所需 的水力半径、破碎块度 放矿口间距 、二次 爆破 以及地震可能性均是岩土工程方面所关 注的问题。这些问题正在研讨之中。目前得 出的结论建议 “ 应当采用预先拉底开采顺 序并且生产水平上的全部采准工作与支护工 作均 应 当在拉底 支承应 力在上 面通过之后 方 可进 行 。 ” 4埃尔特尼恩特铜矿 智利 国营铜 C o d e l c o 公司的埃 尔特 尼恩特矿长期发展规划将把深部矿体包括进 去。如仍采用现在的盘区崩落法，这就会带 来一些 困难，如地震强度加重 、破碎 块度 大 、矿石溜井破坏。因此研究出了大切割槽 ma c r o t r e n c h 崩落法作为替代现有采矿方 法的竞争方案。就工程设计层面上讲，大切 割槽法看来具有开采成本低和稳定性好的优 点。其开采生产方面的优点有出矿速度加 快 、整 体 和 局 部稳 定 性 均 有 改 善 、采用 1 0 m 大型铲运机装运更为方便 、减少矿石 溜井数 目、缩短矿石溜井长度、放矿口完好 率提高 降低贫化率 、提高回采率 。 关于埃尔特尼恩特铜矿的另一篇论文是 重点叙述各种大量崩落采矿法。这类采矿方 法用于从几个井下采区每 日向选矿厂大约供 矿 9 ． 5万 t ，每个采区本身确实就是一个大 型矿井。为了成功地诱发崩落和随后顺利地 放矿 ，需要进行的基本工作是 用爆破方法 在矿块或盘区下部拉底 ；开掘放矿漏斗。拉 底设计主要是考虑爆破崩矿高度以掌握矿石 破碎块度 。对于矿块崩落法来讲 ，主要是所 崩落矿体 的面积 ，而对于盘 区崩落 法来讲 ， 主要是连续爆破。放矿漏斗设计则依几何形 状 、尺寸及开掘顺序的不同而变化 ，以解决 - 3 5 - 维普资讯 矿石破碎块度大和回采困难等问题 ，如岩爆 严重 、生产设施崩塌。该文重点叙述了所采 用的各种拉底与放矿漏斗设计的发展’情况， 以及为适应今后的崩落采矿生产而在研究的 各种技术问题。 还有一篇论文分析了埃尔特尼恩特铜矿 的预拉底崩落法。在 采用传统的拉底顺序 时 ，生产水平上的基础设施经过很短一段服 务期限就需要大修而且维护费用很高。这主 要是由于支承应力区的问题。预拉底崩落可 提高生产水平的完好率和利用率。在采用预 先拉底 的情况下 ，采准作业与构筑施工均在 先前预拉底区下面进行 ，远离 了支 承应力 区．所处的岩体应力条件 比较有利。 埃 尔 特 尼 恩 特 铜 矿 埃 斯 梅 拉 达 E s me r a l d a 采区的设计要采用的是盘区崩 落法，拟用预先崩落方法进行。这主要包括 掘进采准巷道和开出拉底水平 ，先不开掘生 产水平和运输水平的基础设施。 “ 这样做是 为了使应力达到更好的重新分布 ，从而提高 这些水平 的基础设施 质量并且减少危 险。 ” 埃斯梅拉达采区的可采矿萤估计 为 3 4 8亿 t ，平均 品位 1 ． 0 1 4 ％Cu 。现 已部分 投入 开 采。1 9 9 8年采区 日产量平均 为4 0 0 0 t ，但 是，到 2 0 0 5年将增至4 ． 5万 t ／ d 。 堵矿是崩矿操作人员最为担 心的事情， 而且在排 除堵塞 事故 时会随之产 生气浪冲 击。智利国营铜公司萨尔瓦多分公 司的印加 西 I n c a - We s t 采区曾形成了一个稳定拱 ， 覆 盖面积 约 1 。 5万 。后 来经 过 了一 系列 有计划的排除堵矿的开挖作业之后，该区于 1 9 9 9 年 1 2月 5日崩塌 ，产生 了一股 巨大气 浪。这次崩塌是原先计划好的，所以造成的 损坏很小。减小气浪 冲击作用的预防办法 有保持放矿口及其出矿巷道填满并覆盖矿 石 ；保持应急措施；保持永久性地震监测以 及保持与相关人员经常通信。但是，这些办 法还有需要改进的地方。 3 6 弗里波特矿产公司印尼子公司的 “ 深部 矿带”D OZ矿于 2 0 0 0年投入开采 ，采用机 械化矿块崩 落法，生产能力为 2 ． 5万 t ／ d 。 “ D O Z矿装备有完善的独立通风系统、机动 灵活的高效率 汽车运输 系统 配用5 0 t 汽 车 ，还有要比该地区原有的其他各地下矿 都更加可靠的破碎输送系统。 ” D O Z矿的改进项 目之一是采用 了美 国 模 块 采 矿 Mo d u l a r Mi n i n g 公 司 的 Di s p a t c h 调度 系统 ，它 “ 可 以向调度员提供 出矿作业情况的实时报告并且可以使调度员 向装矿机司机发出放矿指令。调度员还可以 对作业区内出现的情况变化 如堵矿、格筛 卡死、设备故障等做出反应 ，必要时发出 修改放矿指令。 ”该论文的作者指 出这样 就提高了矿井提交的生产报告的准确性 ，而 且与放矿指令相符。 接着还有两篇论文分析了 D OZ矿 的设 计与设备配置的特点 ，介绍了所采用的旋回 破碎机和 2台7 5 0 k W离心式扇风机。 在美国科罗拉多州的亨德森钼矿，作为 从有轨运输转向输送机运输的改造工程的一 个组成 部分 ，掘进了6 k m以上 的巷道和若 干复杂的大硐室。 “ 这部分采区中最深的是 在地表以下 近2 k m。在这样大 的深度 下进 行开采会带来地压与地热方面的种种困难 。 虽然现 在有 不 少 的矿 山是 在 这 种 深度 下 开 采 ，但是要开挖支持 3 ． 6万 t ／ e l 的崩落作业 所需 的基 础设施 ，就给这 个开 发的矿 山提 出 了一些特殊难题。所要处理的问题包括 寻 访有经 验的‘ 快步伐 ’掘进计划 的编制人 员 ；岩爆与地压 ；5 0℃地下水涌人；加快 完工进度 ；大直径天井钻进；出碴困难 。尽 管深入研究与周密计划 ，但是在进行如此大 规模的采矿工程 当中，各种挑战还是会要出 现的。由于人员缺乏、岩爆 、岩体 条件差 、 涌水量超过预计 、工程进度变更 、天井钻进 不顺 、出碴还在试验等等问题 ，采掘工程的 2 0 0 2年第 1 期 维普资讯 完成比原定的加快进度拖后 l 5周。不 过， 通过认真监控各种 情况并且迅速及时处理各 种难题 ，整个工程井未延误期限。 ” 除 了安装有一条输送机系统而外 ，亨德 森矿还是世界上第一个采用一队载重量 达 1 0 0t 的革 新 型 山特 维 克 汤 姆 洛 克 T o r o S u p r a 0 0 1 2 H型汽车的地下矿。 “ 选择这种 汽车是看上它的作业效率 ，使用寿命长而且 便于进 出放矿溜口。良好的路面对于保持汽 车作业效率和降低保养费用是十分重要的。 行车管理应能最大限度减少汽车运输系统中 的排队耽搁 堵车 。测量仪表是防止溜 口 放空 的关键器件。另有一种称量装置式的测 量仪器正在测试评定其使用效果，以便能使 投资不小的矿石溜井系统得到充分利用。 ” 5 崩落矿块设 计 澳大利亚新南威尔士州的诺斯帕克斯矿 第一个矿块崩落法矿块 矿块 1 是世界上 生产效率最高的一个矿井 ，也是地下开采 中 应用新技术的一个标志 ，但是已经证实它仍 有改进的潜 力可挖 。诺斯 帕克斯 E 2 6矿的 第二个 崩落矿块 矿块 2 的设 计 应用 了 “ 不断改进原则。它强调既要尽量降低投资， 同时又要保持矿块 l 达到的那种特低的生产 成本 。 ” 诺斯帕克斯矿从代号分别 为 E 2 2、E 2 7 和 E 2 6的 3个斑岩铜金矿床开采矿石。E 2 2 矿床和 E 2 7矿床采用露天开采；E 2 6矿床采 用地下开采。代号 E 4 8的下一个矿床计划 在 E 2 6之后开采。诺斯 帕克斯 E 2 6是澳大 利亚第一个采用矿块崩落法的地下矿。第一 个矿块崩落工程 ，即矿块 1于 1 9 9 3年 l 0月 开始 施工 ，1 9 9 7年 7月达 到全 面 生 产 ，经 过了 3年 9个月的时间。由于设计出了维护 量低 的作业环境 ，矿块 l的生产成本降到最 低 ，而且 达 到 了 很高 的劳 动 生 产 率。在 1 9 9 8 ～1 9 9 9年财务年度，E 2 6矿 的井下 职 国外金■矿山 工 包括 合同工 平 均劳动 生产率为 4 ． 2 6 万 t ／ 人 a 铜金矿石 。第二个矿块崩落工程 ， 即矿块 2 ，计 划于 2 0 0 3 ～2 0 0 4年完 成，以 期随着矿块 l的逐渐采空来取代其地下开采 的地位 。矿块 2的服务年限大约 6年，生产 能力约 为 5 0 0万 t ／ a 。 “ 对于 E 2 6矿的矿块 2而言，矿块崩落 法是降低生产成本 、增加矿山产值的最优采 矿方 法 。根据矿块 l的生产 经验 ，矿块 2在 设计上做了一些变动，以改善崩落效果。这 些变动包括 采用加强的规则形状拉底底板 和倾斜超前窄拉底。维护工作量小、矿石流 连续、施工方便和投资最省这一设计原则是 早 已确立的 ，而且是贯穿矿块 2整个设计过 程 中的焦点。采 用单 矿块崩落 法开采 E 2 6 的其余矿量 ，这在投资上和技术上均比双矿 块崩落法更为有利。此外 ，加大矿块高度还 可增强二次破碎作 用，改善总体破碎质量。 在所设计的矿石运输系统方面 ，斜井输送机 方案比竖井延深方案具有下列优点 在从 矿块 l向矿块 2过渡 的过程 中，对生产 的干扰 影响 小 ； 提升能力增大 ，可从月生产效率低 的状态下追赶上来 ； 与 E 4 8矿体 的协同开采程度增大 ， 既降低了该矿体的开拓费用 ，又缩短了开拓 超前的时间。 所选用的这种矿石运输系统有胁于 E 4 8 矿体的开发并且为进一步钻探和崩落评价提 供了先期通路。为了降低投资．花费了很大 精力 ，重点放在简化井下设计 ，尤其是采用 直通式开采布置方式 ；减少转载输送机 ；尽 量利用原有基础设施和辅助装置，或原地利 用或移 位再用 。 当尚在等待其第一个露天转入地下的工 程 南非帕拉博拉露天铜矿将从已在采准 的崩落矿块开始采矿 的同时，里奥廷托公司 又已经在美国宾厄姆峡谷露天铜矿着手进行 37 维普资讯 其第二个这种工程。两个矿块崩落采区的设 计产量合计为7 ． 2 5万 t ／ d 。新增矿量将来 自 几个与斑岩矿 床伴 生的矽卡岩 矿体 。1 9 9 8 年底研究工作结束 ．研究结果证明宾厄姆 峡谷露天矿转入地下开采是可行的。进一步 深钻探与技术研究所需资金巳获批准 。这 些工作将于 2 0 0 4 ～2 0 0 5年得出一 份可行性 研究报告。“ 下一步研究的同题包括‘ 东北 ’ No r t h E a s t 矿块采用 倾斜崩落 或者 叫做 ‘ 假底’崩落的可能性；分析矿岩流 、确定 放矿口最佳间距 ；审查矿石运输系统 。 ” 南非普雷米尔矿是世界上大型崩落法地 下矿之一，这座金刚石矿新设计了一个矿块 崩落法采 区。该矿 开采 的是一个 金伯 利岩 筒，其围岩呈石英 岩层序，深部为苏长岩 。 这个新设计 的崩落矿块位于约1 0 0 0 m深度 上，要 比该 矿 目前 开 采 的各 矿 块 大 约 深 3 0 0 m。在现有 B A 5和 B B 1 两个矿块的生产 水平开掘工作中．由于诱生应力波动以及金 伯利岩 比较软弱 ．出现了一系列稳定性 问 题。有鉴于此 ，预计在新 C ． C u t 水平上应力 破坏将会严重得多。因而生产水平巷道布置 与掘进顺序的设计准则必须加以详细认真地 评 价 。对 于一 系 列关 键性 准 则 提 出 了建 议 ， 提供的信息可供选择新拉底与生产水平的布 置方案以及制定设计决策作为依据。 ”特别 值得注意的问题是巷道尺寸 以及金伯利岩 体强度波动的影响 ；不同出矿巷道布置方案 的优缺点 对 比埃 尔特尼恩特矿方案和人字 形方案 ；减少在拉底之前 掘进的生产 水平 巷道工程 量的效果 ；放 矿 口间距 由1 5 m加 大到1 8 m的效 果 以及拉 底与生产水平 的垂 直 间距 由1 5 m加 大到1 8 m的效 果 。 诺兰达公 司 No r a n d a 在 加拿大魁北 克省加斯 佩 G a s p e 拥有 2 ． O 6亿 t 储量。 那里的芒特波尔菲尔是一个储量大、品位低 的斑 岩型铜 钼矿 床 ，埋 藏深 度在 地 表 以下 1 ～ 1 ． 7 k m，其特征是岩体 十分稳固。芒 特 38 渡尔菲尔矿床的品位低而且深度大，这就说 明其采矿设计是不能够按照诺兰达公司的常 规空场采矿法的惯例来编制的。诺兰达公司 这次的做法是 “ 进行两组圈定矿床边界 的 金刚石钻探；分 析当今崩落采矿实践经验 ； 在公司内部进行开采范围研究 ；金刚石钻探 岩芯的岩土工程编录；参与国际性崩落采矿 研究工作。 ”诺兰达公司请 了一批多学科 的 专业人员在短期 内进行开采范围研究 。这项 研究的目的是确定 “ 开采这个矿床需要有哪 些条件和评价继续进行深入勘探的优缺点。 分析当今全世界地下大量采矿的实践经验． 主要是评价各种崩落采矿法的适用性 ，以上 这些就是此 项开采范 围研究 的主要 内容。 他们得出的结论 是各种崩落采矿法方案均 适用于开采芒特渡尔菲尔矿床，但建议进行 补充金剐石钻探以进一步圈定矿床边界和提 高岩土工程信息的精确程度。 “ 芒特波尔菲尔矿床 的岩土工程研究得 出这是一个十分稳固的矿体 ，通常这种矿 体是根本不会再考虑采用崩落采矿方 法的。 但是，崩落采矿的实践与理论的现今发展趋 势表明崩落采矿技术确实是可能应用于芒 特波尔菲尔矿床开采的。当今崩落采矿方法 的应用趋势是朝着开采比较稳固的矿床的方 向发展的。澳大利亚的诺斯帕克斯矿和南非 的帕拉博拉矿就是两个具体的矿山实例。它 们正在推进 当今这种趋势并且已经或者即将 在稳固矿岩体中实施崩落采矿。诺兰达公司 已经参加了这项为期 3年的 “ 国际崩落采矿 研究” I n t e r n a t i o n a l C a v i n g S t u d y ．这个项 目是 由 澳 大 利 亚 J KMR C 中 心 与 美 国 I T A S C A咨询集团联合开发的。开发这一项 目的主要动机来 自于全世界范围内不断增长 的要将崩落采矿方法应用于开采 目前被排斥 在崩落法适用范围之外的比较坚 固的块状低 品位矿床的热心。全世界崩落采矿专家们的 基本许诺是只要提供足够的拉底面积 ，一 2 0 0 2年第 1 期 维普资讯 切都会崩落。那么，重要的问题就是 崩落 矿石的块度和放矿 口处理大块矿石的能力。 相信降低开采成本的种种好处定会刺激进一 步研究将崩落法应用于开采稳 固矿体。对可 以用于传统的崩落采矿法中的各种新技术和 新方法做出鉴定便是与芒特渡尔菲尔矿共同 进行的研究工作的一个部分。应用露天矿爆 破法诱发与保持崩落的方法以及处理大块的 相关新技术便是所考虑的两个例子。芒特渡 尔 菲尔矿 地下金 剐石钻探 研究包 括详细 的岩 土工程编录与有效的岩心定向程序。 ” 这次盛会上发表了许多精彩的论文，篇 幅所限，这里无法详细讨论。但是 ，在结束 关于矿块崩落法的讨论的时候，下面要特别 引用 T． G． 赫斯洛普 T． G． He s l o p 的文章 中有关 的几段话。 “ 矿块崩落法是成本最低 的地下采矿方法，但是其风险也较大，而且 前期基建投资大 ，采准费用高。此法多用于 大型的、通常是低 品位的矿体 ，其产量高 ， 可提供很好的投资 回报。不过 ，在技术上 ， 矿块崩落法有着一 系列它所特有的风险 ，另 外它还有一般经济上 、政治上和环境方面的 风险。这些风险都会由于矿块崩落法矿并的 开拓超前期过长而加剧。初期投资可能要用 1 亿美元以上 ，如还需要建造选矿厂 ，则可 能要高达 1 0亿美元。所以 ，显而易见 ，减 少和控制这类风险是十分重要的。 “ “ 在一项新开发的矿 山工 程中，可能需 要投人很大一笔基建费用去开拓达到矿体的 通道，而且在此阶段要做出的决策在很大程 度 上是 以钻孔 数据 的解 释为依据 的 。而在 已 建成的矿山 ，这种数据可以通过地质填 图和 凭 以往的经验等来加以补充。这项数据 的质 量是十分重要的。可是常常由于技术不 良以 及一些可以避免的疏忽而使数据质量受到影 响。最终要做出的决定必须按所设计 的产品 价格 、矿山基建费用与生产费用 、贫化率和 原矿品位进行评价。在矿山工程整个服务年 国外金一矿山 限之内，原矿品位都会有所波动，可以应用 放矿控制模拟技术进行估计。在这种模拟工 作方面 ，也还存在一些风险 ，或许是所设定 的模拟参数有问题，或许是所用的模拟技术 可能不适宜或者不恰当。 ” 6 分段 崩落法 南 非S R K 咨 询 公 司 的G．布 尔 G． B u l 1 和 C． 佩奇 C h r i s P a g e 提 出了 一 份关于分 段崩落法 的精 彩综 述。他们指 出“ 在许多情况下 ，典型的分段 崩落法布 置方案 受到早期 理论 的影 响，得 出的结 果均 较差 ，通常都会造成废石过早混人 、储量因 数小 、回采率低。所以分段崩落法很快就有 了这样一个坏名声 它是一种贫化率高 、回 采率低、采准费用大的采矿方法。这样就使 分段崩落法 下降为一般不受欢迎 的采矿方 法 ，除非是在矿山服务年限末期被作为矿柱 回采方法来采用 。近年来 ，有不少 的矿 山， 尤其是在澳大利亚 ，已经特分段崩落法作为 主要采矿方法应用并且取得了良好的回采效 果。之所 以能取得良好效果 ．可以说是修正 了某些基本设计参数和生产操作方 法的结 果。这就使得要对原先的 “ 褥斗理论”假说 和典型分段崩落法布置方案设计提出质疑 很显然 ，一次挤压爆破中产生的破碎特征与 矿岩 流特征 废石 压紧 ；一组 环形 炮孔 爆破 的破碎块度大小不一、形状各异均与原有 假设大相径庭 。原先的假说是 漏斗内均匀 细粒的物料呈松散料流状稳定有序地流动。 相互制约的而不是独立的放矿条件也可能对 分段崩落法的开采效果造成重大影响。 “ 近年取得的良好 效果只能解 释说 ，是 由于采用 了 ‘ 新 ’的状态模型，而这大部分 都是从矿块崩落法中借用过来的。如果说这 些模型是正确的 ，它们就会指出许多在设计 方面和生产方面应修改之处 ，这些均可用来 提高分段崩落法的使用效果。 ” 3 9 维普资讯 E． 维拉斯库萨 E． V i l l a e s c u s a 对分段 崩落法做了评述 ，分析了影响采场帮壁状态 的诸因 素，如回采空间几 何形 状、岩体强 度 、诱生应力 、岩层支护 、爆破破坏，以及 凿岩平巷布置方式。此外 ，还结合垂直漏斗 后退式采矿法 VC R法 分析 了各种 一段 回采采场几何形状 的优缺点。最后详细分析 了多段采矿法的关键构成要素，如切割槽 、 回采用环形炮孔组、采场拉底和放矿点。 分段空场法 “ 具有不少的优点 ，如低成 本 、高效率无平巷开采 ；采用高度机械化 自 行式生产凿岩与装载设备 ；劳动生产率高 、 单位劳动羞最低；回采工作集 中在少数几个 作业地点，如钻凿环形炮孔 、爆破、放矿 口 出矿。其缺点是需要在投人开采之前完成大 量的采准工作 ，这就要花费大笔基建投资。 不过 ，大部分采准巷道是掘在矿体之内的。 此外 ，采场必须设计成边界规则 的，因此， 采场边界以内的囊状废石就不可能从崩下矿 石 中分离出去。同样 ，采场设计边界以外的 圈定矿量也不可能回收进来。 。 如今，由于对 岩体和充填体状态的认 识在技 术上 的进 展，再配合 以贫化测定技 术 ，以及改进的爆破 、设备 、通风和支护技 术 ，这就使得可以将这种采矿方法成功地应