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浅论我国金属矿山采矿技术现状与发展趋势(一)

发布日期:2017-07-13  浏览次数:1303
0 引 言
    目前我国露天矿采出的矿石占90%,有色属矿石约占50%。地下开采在我国金属矿山占有很重要的地位,特别是在有色金属和黄金系统 90% 以上矿山均采用地下开采。我国金属矿产资源贫矿多,富矿少,小矿多,大型、特大型矿少,矿产资源缺口严重,如果金属矿开采技术得不到迅速发展,将会严重制约国民经济的健康发展。因此,矿山采矿技术的研究就显得尤其重要,该文从露天开采、地下开采、环境控制等方面对我国金属矿山技术现状进行了论述,探讨了金属矿山采矿技术的发展趋势。
1 露天开采[1]
    20世纪50年代以来,露天开采在采掘工业中一直占有主导地位。2000年全世界露天采矿总量达280亿t,占采出矿石总量的80%以上,目前,我国铁矿石产量的90%是用露天开采的。
1.1 露天陡帮开采
    上世纪 60 年代前苏联学者提出了陡帮开采理论。自 70 年代以来, 我国金属矿山开始进行陡帮开采工艺的试验研究。陡帮开采初期剥离量小、基建工程量少、建设周期短,因此,“八五”期间, 陡帮开采被列入国家科技攻关项目,并在南芬露天矿开展了大规模的工业试验,为我国大中型露天矿的技术改造和新建、扩建提供了实践经验。目前我国金堆城、紫金山、眼前山等矿山都采用陡帮开采。
1.2 间断一连续开采
    间断一连续开采工艺是在工作面用电铲装载矿石,经汽车运输和破碎机破碎后,用胶带运输机 将矿石运出采场。这种工艺有利于发挥汽车和胶带机的优点, 适合于深凹露天矿开采。自20世纪80 年代开始,我国先后在大孤山、东鞍山等铁矿和德兴矿应用该开采工艺。1997 年齐大山铁矿通过引进,建成了采场内可移动式矿岩破碎 - 胶带运输系统,标志着我国深凹露天矿开采工艺进入了世界先进水平。
1.3 高台阶采矿
    随着露天开采设备大型化,国外一些矿山研究并采用高台阶开采工艺。我国对高台阶开采技术的研究起步较晚,采用高台阶开采的露天矿不多,台阶高度最大也只有14~15 m。近几年来我国大型露天铁矿装备水平有了很大提高,采用 10 m3 以上的大型挖掘设备逐渐增多,为高台阶开采新工艺的实施提供了有利的技术保证。
1.4 露天采矿装备
    我国露天矿山从装备水平看,大致可分为 3 种类型: ①小型矿山装备单一、型小,不配套,一些工序至今仍采用手工体力劳动; ②中型及个别大型矿山机械化程度较高,但设备陈旧落后,效率不高; ③少数大型矿山采用进口或国产的现代装备,如牙轮钻机、电动轮汽车、大斗容挖掘机、大功率推土机等,配套组成高效率生产作业线。
1.5 穿爆技术
    我国露天矿目前主要采用潜钻和牙轮钻钻凿炮孔进行爆破。应用挤压爆破、微差爆破、孔内微差爆破、大爆区微差爆破等技术,解决了难爆矿岩的破碎块度问题和爆破减振问题。
1.6 露天地下联合开采、露天转地下开采技术
    我国正在进行露天转地下开采的矿山或露天与地下联合开采的矿山, 如广西的大新矿、河北的建龙铁矿、福建的连城锰矿、河南的洞坡金矿、安徽的新桥硫铁矿、铜山铜矿和凤凰山铜矿、吉林板石沟铁矿等。取得了大量成功经验。
2 地下开采
    近年来,我国地下金属矿山采矿技术研究亦有较大发展,主要体现在以下几个方面。
2.1 无废开采技术[2]
    所谓无废害采矿,就是最大限度地减少废料的产出、排放,提高资源综合利用率,减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的工艺技术。采矿无废料工艺技术在前苏联、德国、加拿大、美国等国家均得以应用。例如前苏联亚美尼亚黄金生产联合公司在井下硐室中建设选矿站,原矿直接运到井下选矿站的矿仓贮存候选,选矿厂的尾矿经脱水和借助化学材料混合后直接用管道输送到采空区充填,一步骤矿房的充填体为胶结充填, 二步骤矿房的充填料不固结。节约了大量的矿石运输费用和尾矿返回到井下采空区的充填费用,净化了地表的环境。德国格隆德矿的膏体泵送全尾矿充填技术,加拿大的多姆金矿经高效脱水后的高浓度尾矿充填技术均是采矿无废料生产工艺的成功应用实例。国内冶金矿山做得比较好的矿山是马钢姑山铁矿和新疆雅满苏铁矿。姑山铁矿一方面进行边坡稳定性研究, 尽量提高边坡角, 尽可能少地采出废石量, 另一方面将采出的废石代替粘土,烧制建筑用砖,采出的片石作为建筑石料, 选矿尾矿按不同粒级,用作各种建筑石料, 基本做到了少废或无废。雅满苏铁矿方面充分回收矿石的各种有用组分,另一方面, 将最终尾矿经分级脱水处理后,烧制成水泥,充分利用了所有资源,处理了全部采出的固体废料,实现了矿山的无废开采。
2.2 大规模采矿技术
    大规模采矿技术的核心是大直径深孔崩矿技术。VCR 法、分段崩落法以及阶段崩落法、分段空场法、阶段空场法及其嗣后充填法都属于大规模开采方法。我国20 世纪 60 年代开始使用分段崩落法,80 年代分段崩落法已成为金属矿山的主要采矿方法,无底柱分段崩落法得到广泛应用。
2.3 金属矿连续开采技术
    金属矿连续开采是以间断—连续崩矿为基础,以连续出矿、运矿设备为主体的连续开采作业线。我国在“七五”“八五”“九五”期间, 在铜陵研究探索区域连续大量采矿工艺技术,提出以矿段为回采单元的连续大量采矿工艺模式,即“无间柱连续大量采矿”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。即回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业化; 井下矿石的转载、运输、提升等环节矿石的连续化; 掘进、落矿、出矿、运搬、运输等全工艺过程的连续化。
3 采矿环境控制[3]
    保证采矿作业有一个安全、适宜的环境,是采矿环境控制工程的研究目标,目前己经成为现代化矿山不可缺少的一个组成部分。
3.1 岩体支护与加固
    现代支护理论认为围岩与支护结构应视作统一的复合承载体,在这个共同支护体系中围岩是承载的主体,支护作为加固和稳定围岩的手段。基于这种理论观点,以锚杆支护、锚喷支护为代表的现代支护技术得到迅速发展。目前锚杆支护、锚喷支护、长锚索加固等技术己成为我国金属矿山围岩加固最基本、最主要的支护技术。铁山矿和凡口铅锌矿采用这一支护技术成功扩大了分段空场法和大孔采矿法的采场规模。金川矿、符山铁矿和丰山铜矿采用这一技术成功地在高地压区和松软岩层中开挖掘进了大断面巷道。我国自上世纪 70 年代开始进行边坡加固研究工作,总结出加固边坡的 5 种主要方法: ①抗滑桩加固;②挡土墙加固; ③锚杆、锚索加固; ④注浆加固; ⑤各方法相结合的综合治理方法等。白银露天矿于 70 年代中期采用抗滑桩加固坡脚、锚杆加固坡面的综合治理措施处理滑坡体获得成功; 石录铜矿 80 年代采用半掩埋式抗滑桩加固了长为 120 m,垂高高度 16 m 的滑体; 90 年代会东铅锌矿采用 6 座高强抗滑桩和 196根 34 ~36 m 的预应力长锚索组成的抗滑桩、长锚索、锚杆联合加固方式,成功地加固了山坡露天矿高边坡上的35万m不稳定岩体。
3.2 岩移监测预报
    我国于上世纪 60 年代开始自行研制监测仪器,如用于地下金属矿山井巷变形监测的 SLL280型收敛计、CBS22 型和 WRN23 型多点位移计等,以及用于岩层移动监测方面的钻孔超声成像、钻孔电视和钻孔潜望镜等。80 年代以来, 由于遥控技术和计算机技术的发展及其在岩移监测预报中的应用,使岩移监测预报技术进入一个新的阶段。特别是 90 年代随着集成电子技术的发展, 矿用监测仪器向便携式小型化、智能化、高精度、多功能、多层次方面发展, 例如全站型测量仪、声发射仪。尤其是近年发展起来的“3S”技术, 将使金属矿山( 特别是大型露天矿边坡) 的岩移监测实现遥控全天候监测。
3.3 矿山防治水
    金属矿山防治水是上世纪50年代以后逐渐发展起来的一门综合性学科,其研究对象为矿床水文地质条件和防治水技术方法。50~60年代,我国借鉴前苏联的经验,主要开展了矿床水文地质分类和矿坑涌水量预测方法研究,防治措施以单一的疏干排水为主。70年代,长沙矿山研究院在水口山铅锌矿进行了大型截流帷幕试验,采用长560m、深250m的大型注浆帷幕堵水,其堵水率为 55% ,达到减少矿坑涌水量和控制地面塌陷的双重效果。此后,先后在张马屯铁矿、黑旺铁矿、冬瓜山铜矿和铜绿山铜矿应用,使一些岩溶大水矿床得以安全开采。与此同时,物探技术开始较广泛地应用于掘进工作面前方含水构造的预测预报,井下局部注浆堵水开始大量应用。进入 80 年代后,同位素示踪试验和计算机模拟技术开始应用于矿区水文地质条件的研究,并在三山岛金矿取得了良好的效果。目前,我国的矿山防治水技术已开创了一条防治并举、疏堵结合的综合防治道路。
3.4 矿井通风
    我国金属矿山在上世纪50年代以前基本是自然通风,工作面气候条件十分恶劣。自50年代在华铜铜矿建立第一个机械通风系统,开始由自然通风向机械通风的技术改造。60~70年代开始探索有效的通风方式,并在矿山建立了比较完善的通风系统。80 年代推广节能风机, 取代了能耗高的老式风机; 同时推广多级机站通风系统, 并使通风网络控制实现优化,功耗最小。90 年代后期, 凡口铅锌矿为通风机配备了高压变频装置,节省电耗40%。目前,电子计算机在通风系统设计、计算和管理中的应用,使金属矿山通风正向现代化迈进。
  
本文来源:《有色金属设计》2011,38(3)
本文作者: 赵文斌,阎 南,蔡增祥; ( 新巴尔虎右旗荣达矿业有限责任公司,内蒙古 呼伦贝尔 021300) 
版权所有:www.cnki.net

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