国际采矿技术发展的趋势.pdf

2 0 0 5 年 2月 第 3 4卷 第 l期 中国矿 山工 程 C h i n a Mi n e En g i n e e rin g F e b ． ， 2 0 0 5 Vo 1 ． 3 4 No ． 1 国际采矿技术发展的趋势 De v e l o p i n g Te n d e n c y o f I n t e r n a t i o n a l Mi n i n g T e c h n i q u e 刘 同有 金 川 集 团 公司 ， 甘 肃金 昌7 3 7 1 0 0 关键词 地 下矿 山； 溶 浸技 术 ； 深部 开 采 ； 矿 山环保 ； 大 洋采矿 ； 发展趋 势 - 摘要 介绍了国际上溶浸技术、 深部开采、 矿山环保与治理， 充填技术和大洋采矿的现状及发展趋势。 Ke y wo r d s u n d e r g r o u n d mi n e ； l e a c h i n g t e c h n i q u e ； d e e p mi n i n g；mi n e e n v i ron me n t p rot e c t i o n ； o c e a n mi n i n g ； d e v e l o p t e n d e n c y Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t rod u c e d t h e p r e s e n t s i t u a t i o n a n d t h e d e v e l o pi n g t e n d e n c y o f i n t e r n a t i o n a l l e a c hi n g t e c h n i q u e ， d e e p mi n i n g ， mi n e e n v i ron me n t p rot e c t i o n a n d t r e a t me n t ， f i l l i n g t e c h n i q u e a n d o c e a n mi n i n g ． 1 地下矿山发展方向 地下矿 山向着机械 化 、 自动化 、 大型化 发展 。 目前世 界上 地下 矿山都在追求 高效 、 安全 ， 所 以机械化 水平 、 自动 化水平不断 在提 高 。 1 以瑞典基鲁 纳铁矿 为例， 设计 年产量 达到 3 0 0 0万 t ， l 9 7 4 年 曾达 到 2 4 5 0万 t ， 以后 因销 售 不 畅 ， 年产 量 维 持 在 l 5 0 0万一 l 8 0 0万 t ／ a 。 基鲁纳铁矿回采使用大规格分段崩落法 ， 分段高度由开始的 1 2 m ， 到 2 0世纪 9 O年 代分段高 度增加到 2 8 ． 5 ～ 3 0 m． 回采使用 A e l a s c o p c o生 产 的 s i m b a w 4 6 9型遥控 凿岩 台车 ． 孔径 l 5 0 mm最 大孔 深 5 5 m， 该 车利用 测光 系统进 行 准确 的 维定位 ． 该 台车无 人驾驶， 2 4小时持续作业， 年崩矿量可达 3 0 0万 t 。 回采凿 岩还 采用 w a s s a r a高压 水 力潜 孔 冲击 式 钻 机， 由 G D ri l l 公司开发， 此类钻机工作环境好 、 无油雾 ． 几乎没有液压 油的泄漏 ， 与液 压凿 岩机相 比， 其钻 杆费用低 ， 它用 短的旋 转头取 代孔 外的重型液 压凿 岩机 ，其凿 岩速度几乎 与孔深没有 关 系 。 而 液压凿岩机是随炮孔加深而显著降低凿岩速度． 高压水力潜孑 L 冲 击钻 机凿 岩速度 快 、 钻孔 非常直 。此种 钻机 孔径 为 l l 5 mm， 大规 格 分段 崩落法 对采 矿破碎 的块 度和重 力放 矿的 基本要 求 是精度 极高 的凿 岩技 术 ， 水力 与潜孔 冲击 钻机具有这 种能 力。扇形f L lz 间距 抵抗线 3 ．0 ～ 3 ．5 m， 一排孔崩矿量在 1 0 0 0 0 ～ 1 4 O 0 0 t 。 对 于大直径 1 1 5 mm 深孔 4 0 ～ 5 0 m 装药 ， 要求 炸药 粘度 高 。 现 在所有 向上孔 都装填 可用 泵送 的乳 化炸药 。 由于此类 炸药有抗 水性 ， 可 比以前更有 效地使用 预装 药 ． 即使有水 的区段也 是如此 ． 从 环境来看 ， 由于返 药量减少 ， 这种方式 优于铵 油炸药装 药 。 炸药 分配 和装药 系统包 括运输 车 、 地 下储 药 仓 和 7台装 药 车 ， 用 于掘 进和回采装药。对炮孔偏斜要进行准确的测量 。 对爆破质量要进 行监测 ， 特别是 在多裂隙和多孔 洞岩石 中 ． 钻孔作 业更需 注意 ， 要 维普资讯 3 6 中国矿 山工程 2 0 0 5 年 第 3 4卷 严格要求 。 装载采用电动铲运机 ， 7 7 5 m水平使用过芬兰 T a m r o c k公 司 的 T o r o 5 1 0 E型铲 运 机， 载重 l 5 t ， 单 台 能力 为 3 2 0 t ／ h。1 0 4 5 m水平用 T a m r o c k公 司新开发 的 T o r o 2 5 0 0 E铲运 机 ， 斗容 2 5 t ， 单 台能 力为 5 0 0 t ／ h， 每周平均 出矿 3 ． O万～ 3 ． 5万 t 。 这种铲 运机无废气排 放 、 低噪音 、 粉尘少 、 轮胎寿命长 ， 便于集中维修。 基 鲁 纳铁 矿 现 在采 场 凿岩 和 装 运都 已实 现 自 动化作业 ， 凿岩台车和铲运机都已实现无人驾驶， 在 主运输 水平 ， 1 9 8 0年有轨 运输线 的机车 和车辆 组成 的列车运行就 已无人 驾驶 。 l 0 4 5 m水 平是 K U J 2 0 0 0 工程 ， 配备 的设 备 是 全新 的 ， 矿 山 的 目标 一 是 大 规 模 ； 二是高度 自动化 ； L K A B公司拥有 5台掘进台车 和 5台撬渣台车， 设备型号与过去使用的相同， 遥控 凿岩 车完全是 新 的 8 - 9台 ； 装载 用全 自动和 遥控 的 T o r o 2 5 0 0 E铲 运机 8 ～ l 0台 ； 有 轨运输 系统 不再增 加 新机车和车辆， 是 7 7 5 m水平原用的， 经大修后转到 l 045 m水平使用。 井下 人 员共 有 5 0 0人 ， 主要 从 事 掘进 、 采场 凿 岩和装运作业 。井下作业有的实现了遥控 、 车辆无 人驾驶。井下矿连续生产， 由井下提升的原矿， 原则 上 直接送到选厂处 理 。 中间无 贮矿场 。 矿山生产尽可能保持稳定， 减少波动， 大约有 4 o 名人 员 3班 倒， 这中 间有溜 井 闸 门 、 化验 技术 、 提 升 和一些维修人员， 还有 2 5人夜班工作 ， 这组人员也 包括 溜井 闸 门， 化 验 以及 大约 l O名 装运 工 ， 白班 的 人员是矿井建筑 、 岩石加固人员和一些维修工。 工作 制度分 为 D2 与 D 2 。D 2 是一周 早班 、 一 周 中班 、 一 周 自由班 ； D 2 制 。 包括早班 、 中班 、 晚 班和 自由班人 员 。 2 4小时连续 工作 不仅包括第 一线 人 员 ， 也包 括遥控 人员 。井 下 的劳动 生产率 ， 若按 年 产 l 5 0 0万 t 原矿 ， 工 作人员 5 0 0人 计算 ． 则井 下人 员平 均劳动生产率 为 3 0 0 0 0 t ／ a 2 第 二 个例 子 就是 澳 大 利 亚芒 特 艾 萨 。芒 特 艾 萨矿是澳 大利亚最 大的地 下矿山， 也是 世界 大 的地下矿 山之一 ， 是世界最大的银 、 铅金属生产厂 家， 也是世界十大铜和锌的生产厂家， 1 9 8 8年生产铜 矿石 5 8 5万 t ， 铅锌银矿石 4 6 5万 t ， 总矿石产量突矿 l 0 0 0万 t 以上 再 有 就 是 澳 大 利 亚 奥 林 匹 克 坝 矿 O l y mp i c D a m ， 此矿位于澳大利亚南部， 是铜铀矿。 每年生产 4 5 0 0 0 t阴极铜 ， 生 产 U O 1 9 0 0 t ， 矿 山部 门总人 数 2 0 4人 ， 是澳大利亚很典型的现代化矿山。 2 溶浸技术应用 日益广泛 目前在回收低 品位铜 、 金矿石 、 铀矿等 已广泛 采用溶浸技术 ， 在溶浸技术 中有原地浸 出、 堆浸和 原地破碎浸 出三大类 。 美国、 前苏联 、 加拿大 、 法国 、 南非 、 葡萄牙 、 澳 大利亚都先后利用溶浸技术开采低品位 的铜 、铀 、 钴 、 镍 、 铜等有色 、 稀有金属原生矿和氧化矿石。这 些 国家的 0 ． 1 5 ％～ 0 ． 4 5 ％低 品位铜矿石 ， 2 ％以上 的铜 氧 化矿 石 和 0 ． 0 2 ％～ 0 ． 1 ％的铀矿 石基 本上 都 采用 堆 浸和原地爆破浸出回收。 美 国采 用原地爆破浸 出铜 的矿 山就有 2 0多 个。如内华达州的迈克矿 ， 亚利桑那州的佐尼亚铜 矿 日产铜均在 2 ．2 t 以上 ， 蒙大那州的巴特矿和铜皇 后分矿 日产铜金属为 1 0 ．9 ～ 1 4 ．9 7 t ， 美国溶浸铜产量 占总产量的 2 O ％以上 ， 黄金产量超过 3 O ％， 铀产量 绝大 部分也来 自溶 浸采矿 。俄罗斯 乌拉克矿 区红石 矿堆浸 和原地爆破浸出的铀金属产量 占总产量的 4 0 ％ ～ 5 O ％ 。 在 8 O年代 中期 澳 大 利 亚 的芒 特 艾 萨 矿就 在 露 天边 坡 的爆 堆上 试用浸 出法 生产 铜 ， 还 有澳 大利 亚北部马莫斯矿采用井下原地浸出方法。马莫斯矿 是一个 已闭坑 的铜矿。 最 早 由西班 牙人 开采， 1 9 7 7年 9月以后闭坑 ， 1 9 8 1 年曾恢复生产， 后因储量少再度 放 弃 开 采 ． 8 O年 代 中期 澳大 利 亚 采 用 由地 表 打 钻 孔 ， 向井 下 注 水 ， 然 后 由井 下 抽 取 地 下 水 ， 返 复进 行 ， 当分 析铜 粒子 达到 一定 浓 度时 ， 抽 出地下 水 ， 在 地表修建了多个大塑料布铺垫的池子 中浓缩 ． 将浓 缩液萃取用电极法生产电解铜。马莫斯矿原矿铜品 位 1 ． 5 ％， 据介绍 可略有盈 利 。 在铜 和金 的浸 出技术 日益 完善 的情 况下 ． 近几 年镍 的浸 出技术 也有 了长 足的发 展 ， 澳大 利亚 泰坦 公 司在 西澳 的科 拉查 地 区的 Ra d i o H i l l l o d e镍 矿进 行细 菌浸 出试验 ， 该试 验 利用镍 矿产 出的贫 硫化铜 镍矿石 ， 采用破碎 、 堆放 、 喷洒菌种 ， 通风 、 浸出， 用 浸 出液 电极 法生 产铜 、 镍 。用该 技术 浸 出铜 、 镍 ， 浸 出率都 达到 8 O ％以上 。 3 深部开采技术 随着 资源量 不 断的减 少 ． 目前采 矿 的深度 越来 越 深 ， 采深 到 l 0 0 0 m 以下 ． 带 来 了许 多在 浅部 采矿 没遇 到的 困难 和 问题 。除 了对 卷扬 机 、 通 风机 要有 更高 的要求 以外 ， 由于矿体埋藏太深， 井下岩石温 度会升高 澳大利亚的芒特 艾萨 3 4 m水平岩石温 维普资讯 第1 期 刘同有 国际采矿技术发展的趋势 3 7 度达 6 4 ， 深 部岩 石压 力加 大 ， 深部 地 区岩爆 也 可 能发生 ， 给 回采带来许 多意想不到 的 困难 。 深 井采 矿 ， 技 术 界尚无 明确 的 、 统 一 的概念 ， 一 般认 为 ， 由于矿床埋 藏较深 而使 生产 过程 出现一 些 在 一 般矿 床 开采 时 不 曾遇到 的技 术难 题 时 的矿 山 生 产 ． 即为 深井采 矿 。但 是 ， 深与 浅 ， 难与 易是 相对 的 ． 随着采 掘技术 和矿 山机械设 备性 能 的发展 和提 高 ， 开 采 深藏 矿床 的矿 山越 来 越 多 ， 开 采 深度 越来 越大 ， 原来 认 为是深 的 ， 现 在就 不再 属深 ， 原来 是难 的 ． 现 在 也不 再 困难 或 许正 因深 浅难 以 划分 ， 故 人 们没 有去探 讨确定深井采矿 的统一概念 。但 随着矿 山开采深度增加 ， 地压增大 ， 岩温增 高 ， 矿 山的提 升 、 排水 、 支护 、 通风等方面的困难也随着增大 ， 因 而要 求采矿 工艺技 术和机 械设 备能 适应 这种 变化 。 我 国现 阶段 的非 煤矿 山的开 采 深 度一 般 都不 超 过 7 0 0 ～ 8 0 0 m， 但 近年 已有一些埋藏 深度达 1 0 0 0 m左右 的矿床正 在开发 ， 铜 陵有 色金属 公 司所属 的冬瓜 山 铜 矿床 、 金川二矿区 8 5 0 m水平就 属于其 中。目前 国 内通常将深度超过 l 0 0 0 m的矿山称为深井采矿。 1 深井矿山的分布情况 根据 8 0年代前期的 资料 ， 在 国外 年 产矿 石 l 0万 t 以 上 的 2 0 1 8座 包 括露 天矿 非煤 矿 山中 ， 开采 深 度超过 l 0 0 0 m 的就 有 7 9座 。这 7 9座深 井矿 山分 别是 加 拿大 3 O座 ． 南非 1 5座 ， 美 国 l l 座 ， 印度 4座 ， 澳大 利亚 4座 。 俄 罗斯 2座 ， 波 兰 2座 ， 西班 牙 2座 ， 赞 比亚 2座， 乌克 兰 1座 ， 挪 威 1座， 日本 1座， 英 国 1座， 匈 牙利 1座 ， 墨西 哥 1座 ， 津巴布韦 1座 。 深井矿 山多 分布在采 掘工 业发 达 的 国家 ． 就 开 采 的矿 种而 言 ， 这 7 9座 深井 矿 山中 ， 金矿 2 6座 ， 铜 矿 l 8座 ， 镍 矿 9座 ， 钾盐矿 7座 。 铅 锌矿 6座 ， 银矿 5座 ， 钴矿 4座 ， 铁矿 3座 ， 铝土 矿 1座 ， 贵 金属和重 有 色金属矿 山 占深井矿 山中的大多数 。从开采深度 划 分 ， 深 度 为 1 0 0 0～ 2 0 0 0 m 的 有 6 4座 ， 2 O o 0 ～ 3 0 0 0 m 的有 l 2座 ， 3 0 0 0 m以上有 3座 ， 其 中最深 的 是南 非卡 里顿 维尔 金 矿 ， 开 采深 度 达 3 8 0 0 m． 竖井 井底 已达地表 以下 4 1 6 4 m。当前 深井 矿 山多数还 处 在 1 0 0 0 20 0 0 m， 但 20 0 0 m 以上的 已不再 罕见。 2 深井 矿 山 的提 升和 生 产 能 力 开采 深 度增 大 ， 首 先 碰 到 的就是 矿井 的提 升 能 力问 题 ， 目前 的 提升机一次提 升最大高度 已超过 2 0 0 0 m。如加拿大 一 次提 升的最深矿 井 克 赖顿镍 矿 9 竖井 ． 已深 达 2 1 7 2 m； 南 非 斯 坦 总 统 金 矿 的 一 条 竖 井 已 达 2 3 1 0 ． 4 m。 南 非 卡 里 顿 维 尔 金 矿 的 竖 井 也 达 2 3 0 0 m。 但是，深井矿山提升所用的提升机机型却不 尽相同．卡里顿维尔金矿采用的是两台直径 6 m的 滚筒式卷扬机 ， 加拿大克赖顿镍矿也是采用滚筒式 卷 扬 机 。其 直 径 6 m， 宽 2 m， 电机 功 率 4 7 7 7 k W f 6 6 0 0马 力 ，提 升容器 为 1 5 t 底卸 式 双箕斗 及双 层 单罐笼 ． 摩擦轮多绳提升机主要用于浅井和中等深 井中 ． 在南非最深 用于深 1 9 5 2 m 井中 。 一 般说来 ， 当井深超过 1 8 0 0 m时 ， 使用这种提 升就会遇到许多困难 ， 因此在南非是逐步用布雷尔 多绳提升机代替摩擦轮多绳提升机。布雷尔多绳提 升机的提升高度已达 2 3 9 4 m。 从提升机电机功率来 说 ， 最大的是美国圣曼纽尔铜矿的两台卷扬机， 分别 为 5 2 2 2 k W 7 0 0 0马 力 和 4 4 7 6 k W 6 0 0 0马 力 ， 它 是深 井矿 山中生产 规模 最大 的矿 山 5 ． 9万 洲 ， 两卷 扬机分别提升装载干矿 2 6 ．3 t 和 2 1 t 的双箕斗。 而目 前西德 E P R公司制造的一台大型四绳落地式提升 机 ， 摩擦轮 直径 9 m， 箕 斗有效 载重 3 0 t 。 提 升高度 l 2 0 0 m， 提升速 度 2 0 ri d s ， 电机功 率 2 3 7 1 0 k W， 这 台 提升机 就其 直径 而言是 世界 上最大 的 多绳提 升机 。 这些足以说 明， 提升设备能力已完全能满 足大型深 井矿 山的要求 。 卷 扬机 的提 升速 度一般都 在 1 5 m ／ s以上 。从 笔 者掌握 的资料 中有 7 4个 提升高度超 过 1 0 0 0 m 的提 升 机站 ， 其中提升速 度在 1 5 ～ 2 0 m ／ s 有 6 9个 ． 提升速 度为 1 0 1 5 m ／ s的有 1座 ， 提升 速度 小 于 1 0 m ／ s有 3 座 。其 中提升速度最 大的是 2 0 m／ s ． 提升速度最小 的 是 南非 兰德 公司赫 库里斯 矿井 的卷扬 机 ． 其 提升 高 度为 1 8 0 0 m， 提 升速度仅 为 6 ． 3 5 m／ s 。国外 不少深井 仍采 用 滚 筒式 单 绳卷 扬机 。而 在我 国，井 深 5 0 0 6 0 0 m 的矿井 采用 摩擦 轮多绳 提 升机 相 当广泛 。 拿大克 赖顿镍 矿直径 为 6 m 的滚筒 式 卷扬机 ，其钢 绳直径 为 6 7 ． 1 5 mm 2 1／ 4时 ， 最 多缠绕 4层 而我 国 则 不得 超 过 两层 ， 因此 ， 扩 大单 绳 滚 筒 式 卷扬机 应 用范 围， 还有 不少技术 问题 值得进一 步探讨和解 决 3 深井矿山的岩温和通风降温 问题 一个矿 山开采深度 增大 ， 岩温也 随之增 高， 但 是 不 同矿 山在 相 同深 度的岩 温却 未必相 同 ， 因此影 响岩温 的 因素 很 多 ， 而深 度只是其 中之一， 岩温 高是井 下生产 工作 面气温 高 、 工作 条件差 的 主要 原 因之一 。世 界许 多 国家规定井下 温度不能超过 2 8 ℃。日本 丰羽铜锌矿 在 一 6 0 0 m 水平 大约 距地 表 l 2 0 O m左 右 岩层温 度 已 超 过 I O O C。 南 非 斯 坦 总 统 金 矿 在 地 表 以 下 3 2 0 0 m 的 1 0 5中段 ， 原岩温度高达 6 3 。 维普资讯 3 8 中国矿 山工程 2 0 0 5 年 第 3 4卷 为了改善 井下 的工作 条件 ， 深井 矿 山普遍 采用 加大 井下 通风 风量 和对 井 下空 气进 行 冷却 降温 ， 即 采用风冷和水冷两种方式。两者中选用其一还是两 者兼 之 ， 则 往往 是根据技 术经济 比较 的结 果， 普遍 是 先考虑用风冷， 不能满足要求时再考虑增加水冷。 采 用水 冷 又分为地 表集 中致冷 和井 下分 散致 冷 ， 较 普 遍 的是地面建立 集中制冷站， 将 水温 冷却 为 2 ℃左右 后 再送 到井下 工作 面附近 ， 用 它把 进入 工作 面 的新 鲜风流的温度降低到所要求的温度 ， 保证工作面气 温达 到 2 7 左右 。斯 坦 总 统 金矿 就 是在 地 表 采用 7 O 0 0 k W 冷 冻设 备制 造 1 0 0 L ／ s的冷 水 为 井 下空 气 冷却 降温。 澳 大利亚 芒特 艾 萨铜 铅 锌矿也 是在 地 表建立 有两 套 3 0 0 0 k W 冷 冻设 备 的制 冷站 ， 为井下送 入冷 水以冷却井下工作面的空气 ， 而澳大利亚的布罗肯 希尔铅锌矿在 8 0年代末仍在井下生产中段里建有 制冷站 为冷却工作 面的空气服 务。为 了改善深井 采 矿 工作 面的工作条件， 除 了设法 降低 气温 的同时 ， 也 非常重视 降低 工作 面的空 气温 度 ， 为了降低 空 气降 温的耗 电量， 更加重 视减少 井下机械设 备 的散热量 ． 井下 柴 油设 备 的散 热 和井 下 制 冷设 备 本 身 的散 热 问题 已引起重 视 。 4 深井 采 矿 的地 压管 理 和 采 矿 方法 地 压 管 理在我 国一般 矿 山管理 中常被 忽视 ． 而在 深井 采矿 中它却 是一个很 重要 、 很突 出的 问题 ， 它直接 关系到 采矿生产能否顺利进行和生产成本高低 。因而 ， 一 般深井矿 山都建立有完整的地压测量和监控系统． 都 非常重 视研 究本矿 的地压 变化 规律 ． 注意 合理安 排采掘顺 序和选择合 理的采场构 成要素 岩爆是 深 井 采矿 中可能碰 到 的突 出问题 ． 然 而是 否发 生岩爆 不完 全取决 于矿井 的深度， 它 与矿床 的地应 力 、 矿 岩 的性 质及 矿 床 开采 过程 中地 压管 理情 况 都 有 密 切 关 系 ， 有些矿 山 ， 在地 表 以下 2 0 0 0多米甚 至 3 O 0 0 m 开采时也不常出现甚至根本没有发生过岩爆现象。 而有 的矿 山 ， 如美 国的加 利纳银矿， 在采 矿深 l 5 0 0 m 左 右 ， 就 常有 岩爆 发生 。为 了预测岩爆， 许 多矿 山都 在 井下 安装 了微震监 控装 置 ， 例 如美 国 日照银 矿就 在 2 2 5 4 m水平安 装 了微震监 控装置 ，进 行 2 4小时 监控。为了防止岩爆发生 ， 各深井矿山都非常重视 防止 岩石应 力集 中而采取 释放措 施 ， 认 真研 究 确定 矿 柱 与岩 柱 的形 状 、 尺 寸和 分 布 ， 在深 井 矿 山 中普 遍 采用充 填法或 嗣后充 填采空 区的大孔 法 、 VC R法 等， 与深井地压大、 容易发生岩爆有密切关系 5 深井开采还 会遇 到 由于矿 石温 度升高， 造 成 硫化矿石 自然和在装填炸药时 自爆 的现象，也要引 起足够 的重 视。 4 矿山环保工作与综合治理 在 国外尤其是发达国家 ， 对矿山环境都采用综 合治理的措施． 对矿 山排 出的废水 、 废气 、 废渣及粉 尘 、噪音等均有严格的技术标准， 许多低品位的矿 山， 因环保治理费用太大， 而无法建设和投产。尤其 是 固体废料的治理 ． 对废弃的尾矿坝一般都采用覆 盖 的方 式 ． 上 部 再种 上 植物 ， 对 矿 山 的废 石 场甚 至 边坡 均 采用 土层 覆 盖 ， 再种 上 植 物 。 在 巴西 的一 些 露天矿是采取在覆盖层上种麦子的办法。 目前 国外 还强 调建立无 废 料矿 山和洁净 矿 山 ， 德国鲁尔工业区瓦尔斯姆煤矿就是成功的例子 ， 用 洗煤厂 的煤泥和煤发 电燃烧后的煤灰和破碎后的 井下 废石加 入水 泥经 活化搅拌 ，用 P M 泵打 到井下 充填空区， 矿山不向外排任何固体废料。我国南京 栖 霞 山锌 钼矿 业 有 限公 司和 苏州 吴 县铜 矿 等 也都 基本 上是无废料矿 山 。 5 充填采矿技术应用 日趋广泛 据报道， 南 非 1 9 8 5年 因岩爆 和 冒落事 故伤 亡工 人有 3 l 1人 ，因此 国际上对 如何 解 决这个 问题 ， 进 行 了反思 ， 普遍认 为充填是有效 的措 施之一 。 根据情况 不同可采用不 同 的充填 料。①区域性 支护 用 优 质 的刚性 充 填 料 ， 减 少 弹性 体 积 闭合 和 产生岩爆 的危害 。 ②岩层 控制 对充填料 质量要求不 严格 ， 但要求 大范 围充填 ， 且充 填后 不应 收缩 。③多 矿 脉采矿 对充填 料 的要求 是较低 的 应 力状 态下 ． 充填 料应是 刚性 的， 以便 使岩层 变形位 移保持最 小 。 ④环境控制 为保证封闭住上盘以免风流通过采空 区， 要求 充填 料不 收缩 ， 进行大 面积 充填 。⑤减 少废 石提 升 在井下 制备和破 碎废石 做充填 料， 从而提 高 效 益。 目前充填要考 虑的问题 ①要集 中力量形 成实 用 而可靠 的系统 。要 研究 和开发 有效 的充填技 术 ， 使充填作业和采矿作业循环有效 的结合 ． 要重视充 填 系统 的管理 工作 。②研 究可使 现有 系统 达 到优化 设 计 的技术 ，研 究构 成优 质充填 料 的粒 级分 布 ， 研 究 在 水 力旋 流 器 和破 碎 方 面 已有所 改 进 的 充填 料 制 备工 艺流程 ， 研 究用 于优 化充填 料 的输送 技 术如 压 力 损失 、 磨损 、 腐 蚀 ， 以优 化 充填 系统 总体 设 计 。 ③加强对充填料的制备 、 输送 ． 充放和受载变形过程 维普资讯 第1 期 刘同有 国际采矿技术发展的趋势 3 9 的定量认识， 为安全 、 稳定、 高效的采矿奠定基础 。 目前 国 际上 用 的充 填 工艺 有 水砂 充 填 、 干 式 充填 、 高水 固体 充填 、 胶 结充 填 。胶 结充 填 又分 为 分段尾砂水力充填 高浓度 自溜输送 、 其他充填料 水力充填 高浓度 自溜输送 、 全尾砂膏体 自溜充填 及全尾砂膏体泵送充填。目前国际上推荐的是全尾 砂膏体 泵送充填 。 国外 实践 经 验证 明膏 体充 填 在 采场 充 填 效 率 和管道输 送 上优于 高浓 度充填 ， 但 含集 料 的膏体 充 填料方案有很 大的技术风 险性 。加拿大应用贮 仓技 术制备膏体充填料方面 已取得突破性进展。此外 ， 如制备膏体的深浓密机 系统 、 高速高剪力胶体搅拌 机 、 控制粘度条件下高浓度膏体 的制品 、 管流对隔 墙造成的破坏机理 、 井下充填料分配系统的优化以 及膏体充填体的物理力学特性 的研究等都取得了 重要进展． 相应地还出现了专门的高浓度膏体充填 研究试验站和为矿 山提供服务的膏体充填技术公 司 。 目前。 加拿大 已有 l 2座矿 山应用高浓 度膏 体充 填 ，南非和澳大利亚也有新建的膏体充填系统投 产 。新 的充 填工艺 将可 以更好 地满 足保 护资 源 、 保 护环境 、 提高效益、 保证矿山发展的要求。充填采矿 在 2 l世纪 的矿 业发展 中将有 更加广泛 的前 景 。 6 大洋多金属核采矿 6 ． 1国际上大洋 多金属 核采矿方法 由于 多金属 结 核赋 存 于 3 0 0 0 ～ 5 0 0 0 m左 右 深 的海底 ． 要 开采就 必须 要有可 行 的采矿 方法 。 因此 世 界各 国均把 发展 可靠 的采矿 方法放 在优 先 位置 ， 并对此 进行 了大量 的试验 研究 ， 有 的甚 至还 进行 了 深海 中间采矿试验 。从 6 0年代末 至今 ， 国际上 已开 发 和 试 验 了 的 大 洋 采 矿 方 法 主 要 分 为 连 续 链 斗 C L B 采矿方法 、 海底遥控车采矿方法及流体提升 采矿方法 三类 1 连续链 斗 CL B 采 矿方法 该 方法是 13本人 l 9 6 7年提 出的 ， 随后 法 国等 多国参与 了试验研 究工 作。该方法较简单 ． 主要 由采矿船 、 拖缆 、 索斗和牵 引船组成 。按 一定 间隔 ， 把索 斗系 于拖 缆上并 放 人 海底，拖缆在牵引船的搬运下带着索斗做下行 、 铲 取 和上行 动作 ， 这 种无 级绳式 循环 运转 就构 成 了连 续采集环路 。1 9 7 0年在 南 太平洋水 深 3 7 6 0 m海 域 进 行商业规模 1 ／ 1 0比例 的开 采试验并获成 功 。 C L B的 主要 特 点 是能 适 应水 深 的变 化保 持 正 常作业。缆索又能稳定采矿船的摇摆 ， 减轻波浪对 作 业 的 影 响 。 尽 管 如 此 ， CL B法 的 产 量 只 能 达 1 0 0 t ／ d ． 远达不到工业开采的要求。这主要是铲斗在 海底 无 法控 制 ， 不 能适 应 海底 地 形 变化 ， 因而 造成 采矿效率较低 ， 无法满足商业开采要求。因此 ， C L B 采矿法于 7 0年代末被放弃。 2 海 底遥 控 车 采 矿方 法 该 方 法 主要 是 由法 国人提 出 的。海底遥 控 车为无 人驾驶 潜水 采 矿车 ， 主要 由集 矿 机构 、 自行 推进 、 浮 力 控制 和 压 载 四大 系统组 成 。在 海面 母船 的监控 下 ， 采矿 车按 照 指令 潜入 海底采 集结核 ，边 采集结 核边 排放 压舱 物 ； 装 满结 核后 浮 出水 面并 到母船 接受仓 卸 下结 核 ， 待 装 好压 舱物 后又进 行下 一个作 业循 环 ， 海 面母 船通 常 可控制数台采矿车同时作业。 根据法 国原子能委员会 1 9 7 8年研究结果 ， 采 矿 车每循环 一次需 6小 时，每 次 只能采集 1 0 0 k g结 核 。由于采矿 系统 投资 大． 产 品价值不 高， 在 几 十年 内没有 经济效 益 ． 故 法 国大 洋结 核研 究开发 协 会 已 于 1 9 8 3年停止研究， 决定放弃该项 目。但这种采矿 车的采运原 理被视 为有 前途的采集技 术 。 3 流体 提 升 采 矿方 法 该 方 法是 当采 矿 船 到 达采 区后 ， 将集 矿机和提 升管接 好并逐 步放人海 船 集矿机用于采集海底沉积物中的结核并进行初 步 处理 ， 在除去 过大 结核 的同时将 合 格 尺寸的结 核 输 入提升管底端 ， 以水力或气力提升方式使管 内的水 以足够 的速度 向上运 动 ． 将结核 输 送 到海 面 采矿 船 上。1 9 7 8年至 1 9 7 9年 ， 以美 国为主的国际财 团在太 平洋矿 区按 1 ／ 4 ～1 ／ 5工业 生产 比例进 行 了流 体提 升 采矿法 的海上 中间试 验 ． 并 获成功 。 目前 国际上 较 为公认 的是流 体提 升式采 矿方 法 ， 且 最具有 丁业 应 用前景 。 6 ． 2 在国 内大 洋多金属核 采矿情 况 我 国在 充 分总 结 国外 大 洋 采 矿技 术 研 究 经验 和存在问题的基础上制定出优先发展南集 矿机 、 泵 提升组成 的流体提升式 采矿方法 1 大 洋采 矿 的基础 研 究 和 试验 在 大 洋 采 矿 作业时， 要求集矿机在水深 5 0 0 0 m左右的海底软泥 上行 走 ． 采 集 赋存 于 海底 的多 金属 结 核 ， 它除 了要 适 应于深 海底 恶劣环 境外 ． 还 需适 应 复杂海 底地 形 地貌 的变化 ； 同时从保 护环境 的角度 出发 ， 不 应对 海 底环境产生过度的破坏。要达到这些要求 ． 集矿机 采用的集 矿方 法和行 走方式 是 至关重 要 的。 为此 ． 在解 决好 集 矿 方式 和 行走 装 置等 工 作机 械 的理 论 维普资讯 4 0 中国矿 山工 程 2 0 0 5 年 第3 4卷 基础 上 ． 根据单 位工作机 构 的实验 结果 ， 研 制 出了集 矿 模型机 。完成 了水 力和气力 提升机理研 究及不 同 体积浓度输送参数试验 ， 进行计算机仿真， 建立完善 了水 力提 升数学模 型 ， 并对 工业 开采 水力 提 升参数 进行 了预测 和初步优 化 。 2 大 洋 采矿 试 验 室建 设 大 洋 采矿 关 键 技 术 和设备研究都需要进行大量的试验 ， 建造模拟海洋 采矿环境的试验条件，进行试验研究，以求重点突 破 ． 减少耗 资 巨大 的海 上试 验费 用 。为此 专 门建成 占地 4 0 0 0 m 2 ， 既 可进行集矿技术 研究和设 备性能试 验 ， 又可 进行 管道 提升方 法和工 艺参 数研 究 的大 型 海洋采 矿综合试验 室 。它 的建成 为我 国更好地开 展 大 洋采矿 项 目的研究 开发 提供 了条件 ； 同时 也标 志 着 我国大洋采矿 试验研究条 件达到 国际先进水平 。 3 海 上 中间试 验方 案 制 定 大 洋 采矿 是 一 项 高风险产业 ， 根据对工业采矿具有代表性 、 经济性， 设 备 不能过 大过重 。 但 要满 足综合 检验 方 案可 行性 和设备性能原则， 中国大洋协会组织专家完成了 大 洋 多金 属结核海 上 中试 设计 。计划 在完 成采 矿 各 子 系统 室 内试 验 ， 解 决关 键技 术 和 设 备之 后 ， 完 成 工业 开采规模 1 ／ 5 ～ 1 ／ 1 0的海上 中间试验 。通过 中试 力求 在采矿技术 上有重大突破 ， 积 累开采经验 。 大洋 多 金属 结 核开 采 时机 主要 取决 以下 4种 因素 ①全 球政治 、 经 济稳定 ； ②镍 、 钴 、 铜 、 锰 4种 金 属 的国际市场 需求逐年 看好 ；③大洋 多金属结 核开 采与冶炼 的技 术进步 ， 特别是 成本效 益 的提 高 ； ④海 洋科 学 的进步 。随着 2 1 世 纪人 类开 发利 用海 洋 的 到来 ， 大洋采 矿技 术显得 尤为重 要 。现 代高新 技术 的发展为 大洋资源 开发铺设 了桥梁，它 的形 成和 发 展将对世界海洋经济 、 文化及人类海洋意识产生积 极 深远的影 响。 7 结束语 关 于 国外矿 山的采 矿 技 术 发展 趋 势 除 了前 述 的七个方面以外。 还有 自然崩落采矿技术 日趋完善 ， 应用 也在 不断扩 大 ， 另外 在凿 岩爆破 也 有大 量 的新 技 术涌 现 ， 矿 山岩 石力学 与工 程 已经 作 为一 个独 立 的学科 ． 在 矿 山的建设 和生 产 中发 挥越 来越 大 的作 用 。 随着工业的发展． 对矿物资源的需求在不断的 增加 ， 目前不管是发达国家和发展 中国家都把 占有 资 源 、 开 发 资 源做 为 战略 性 措施 来 考 虑 ， 因此 在 开 采 上涌 现 了大量 的 高效 、 安 全 、 低 成 本 的采 矿 技术 和方法， 需紧跟先进技术的步伐， 开发好资源。 【 参考文献】 【 1 】 谢理 ， 焦玉书， 今 日基鲁纳铁矿I J l _ 中同矿业， 2 0 0 3 ， 4 ． 【 2 】 张文荣． 深井采矿简述【 M】 ， 1 9 9 3 ． 【 3 】 刘同有 ， 金铭 良． 中国镍 钴矿山现代 化开采技 术【 M】 ． 北 京 冶金T 业 出版社 ． 1 9 9 5 ． 【 4 】 刘同有等． 充填采矿技术与应用【 M】 ． 北京