地下矿山开采方法现状与技术发展趋势

80.9
南非54.4,乌克兰19.9,加蓬6.6
62.4 96
南非41.1,美国12.4,澳大利亚8.9 南非81.1,哈萨克斯坦11.1,津巴布韦3.8
69
中国43.5，加拿大13，俄罗斯12.5
58
几内亚29.6，巴西15.6，印度6
1: 铜
世界铜储量分布
智利 美国 波兰 赞比亚 中国 其它国家
前3个国家占总 储量比例（%）
主要生产国及其所占比例（%）
45
智利25.9，美国13.2，波兰5.9
50.7
澳大利亚27.3，中国13.6，美国9.8
49.5
澳大利亚18.9，中国17.4，美国13.2
42.6
俄罗斯16.5，古巴13.8，新喀里多尼亚11.3
Байду номын сангаас
46
乌克兰16.2,俄罗斯14.9,澳大利亚14.9
4.4 m x 2.7 m 15,000 kg 7.5 m3 21,700 kg 25,500 kg 41,300 kg 11,320 mm 2,301 mm 6,000 mm 2,648 mm 298 kW/400 hp 29.5 R 25, 24 ply, L-5S
地下溶浸, 可分为原地浸出和就地浸出法，要求矿体孔隙发育，渗 透能力强
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
石脆之山，其阴多铜 ——《山海经》
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
白青得铁即化为铜
由于矿工起义，民间 开矿被禁，胆铜法绝 迹200余年
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
松树山、柏坊、德兴、 永平铜矿进行废石堆 浸试验和生产
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
铀矿原地浸出法试验 成功
1: 铜
世界精炼铜消费量
2: 铅
2: 铅
3: 锌
3: 锌
3: 锌
4: 铝
4: 铝
4: 铝
5: 镍
5: 镍
世界精炼镍消费量
日本作为一个矿产资源贫乏的岛国，其矿产资源全球 战略是推行“海外投资立国”：
矿产名称
铜（金属） 铅（金属） 锌（金属） 铝（金属） 镍（金属） 钨（WO3） 锡（金属） 金（金属）
INCO遥控铲运机
INCO控制室
监测原理
microseismic
Sensor 1 Sensor 2
Sensor 3
定位原理 Principle of microseismic monitoring（点击）
国外研究现状
国内应用现状
微震监测系统组成图
冬瓜山微震监测系统结构
国外应用案例
国外应用案例
1190
490
Backfill working
Slag aggregate with cement slurry Cemented tailings and rock Cemented tailings
High density cemented sand Cemented tailings
Cemented alluvial sand
工艺环节多
主要技术经济指标
三、金属矿开采技术前沿
数字地球 数字城市
数字校园
虚拟香港 中文大学
数字矿山是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用 属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生 产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决 策科学化的目的。
基律纳矿控制室
我国铀矿溶浸开采工业化应用
美国铀矿几乎全部采用溶浸法开采，苏联采用溶浸法开采的铀矿 比例高达50%，我国也达30％～40％。我国地浸采铀技术的研究 始于20世纪70年代初，其间经历探索研究、地浸采铀试验、工业 试验和工业生产阶段。
我国镍矿溶浸开采试验
金川拥有大量的镍品位在1％以下的镍铁硫化矿资源，金属镍含量 超过100万吨。金川公司与澳大利亚泰坦公司合作，对硫化贫矿、 混合矿、氧化矿开展了细菌浸出试验。
国外应用案例
Heap stacked
Solution
溶浸采矿是低品位难处理资源开发的有效途径
溶浸采矿技术的分类
废石堆浸，矿石不需破碎而直接浸出，其成分、形状和块度因时因 地而异，底板无需额外施工，堆高可达几十米，甚至高达百米
矿石堆浸, 用于处理贫矿和低品位表外矿，原料经过粗碎、分级， 必须讲求筑堆技术与精心设计溶液循环系统
Northparkes是澳大利亚的第一个崩落法开采的矿山，第一阶段是 从地表到480m水平，第二阶段是从480m水平到800m水平。
Northparkes开拓系统图
2.3崩落采矿法
拉底水平铲运 机出矿平面图
拉底结构剖面图
优点
生产能力大 开采成本低
缺点
技术含量高 开采风险大 损失贫化大
地下矿山充填采矿技术历程
国外采用无底柱分段崩落法的典型矿山
矿山名称
Kiruna Maggie Hays Agnew Stillwater Norilsk Perseverance Selebi North Trojan Nickel Big Bell
国别
瑞典 澳大利亚 澳大利亚 澳大利亚 俄罗斯 澳大利亚 博茨瓦纳 津巴布韦 澳大利亚
地下矿山开采方法现状 与技术发展趋势
提纲
一、金属矿产资源现状 二、金属矿地下采矿方法进展 三、金属矿开采技术前沿 四、地下采矿设备的发展趋势
一、金属矿产资源现状
增长 初始
成熟
衰落
金
属
矿
产
缓慢工业化
消
费
快速工业化 人均GDP
新型 现代型 传统型
矿种
铜 铅 锌 镍 铁 锰 金 铬 钨 铝土矿
80年代初期，长沙矿山研究院在武钢金山店铁矿分别试验了有 底柱自然崩落法和无底柱自然崩落法；
马鞍山矿山研究院与酒钢镜铁山铁矿共同合作，在镜铁山铁矿 的破碎矿体中试验自然崩落法，获得成功；
中南工业大学等在中条山铜矿峪铜矿试验应用了自然崩落法。
铜矿峪矿自然崩落法 采矿技术经济指标
2.3崩落采矿法
20世纪30年代以前 20世纪30年代 20世纪40年代 20世纪50年代 20世纪60年代 20世纪80年代 20世纪90年代
非胶结块石充填 胶结充填 水力浆体系统充填 添加水泥充填 胶结充填 膏体充填研究和发展 膏体充填应用
矿山名称
威廉姆斯矿（Williams） 不伦瑞克矿(Brunswick) 坎宁顿矿(Cannington) 乔治费希尔矿(George Fisher) 奥林匹克水坝矿(Olympic Dam) 兰姆弗特(Lamefoot) 芒特艾萨(Mount Isa) 皮哈萨尔米（pyhasalmi)
Remarks
Research mine 100% VCR 100% VCR
Deepest VCR mining in world All-electric mine 100% VCR Highest tonnage in Sudbury Basin
JDT 426 truck operation
崩落采矿法是一种工艺简单、作业安全、低成本、高效率的采矿 方法。该采矿方法在国外应用占据重要地位，我国自60年代以来， 在金属矿山和某些非金属矿山逐步得到推广应用。
保证程度（%）
2010年
2020年
19
9
35
22
33
17
83
37
113
49
83
46
51
29
8
6
二、金属矿地下开采方法进展
开采强度大 开采成本低 机械化水平高 作业条件安全 损失贫化率低 作业环境好
空场采矿法是我国金属矿地下开采史上应用最早、技术最为成熟的 采矿方法。该法具有成本低、生产能力大、劳动生产率高、采准时 间短和较容易达产等突出特点。
我国铜矿溶浸开采
紫金山铜矿自2001年将以往废堆铲除，开始建设电积铜1000吨生 物堆浸工业试验厂，陆续建成并生产电铜，并于2002年相应建成 扩大规模的萃取和电积系统，电积铜产量逐年上升，浸出率可达 40～60%，目前计划建成年产万吨电积铜厂。
太白金矿是我国大型低品位金矿之一，自1986年以来，根据矿石 特点，研究提出分级堆浸—全泥化氰化新工艺，该工艺从小型试 验、中间试验到工业生产应用，实践证明，该工艺是处理低品位 金矿的有效方法，具有明显的经济效益。
国外溶浸采矿的历史回顾
1687年，瑞典中部矿山已经浸出200万吨铜 1762年，西班牙利用矿坑水浸析黄铁矿中的铜 1958年，美国Utah矿采用T.f菌浸出硫化铜矿 1966年，加拿大用细菌浸铀取得成功
我国铜矿溶浸开采
德兴铜矿废石总量8.9亿t，含铜达95.15万t。在取得较好 试验结果的基础上，于1993年8月完成了年产电铜2000t堆 浸厂的可行性研究，1994年4月完成了初步设计, 1997年 建成了年产2000t电铜的原生铜矿废石堆浸厂
Mine
Copper Cliff North Copper Cliff South Creighton
Mining rate (t/d)
2960
5100
9700
Crean Hill
2200
Stobie
11300
McCreedy West
3300
Deepest (m)
1220 1220 2130 1200
世界溶浸技术应用情况
世界铜产量的25%、铀产量的16%来自溶浸采矿。
四、地下采矿设备的发展趋势
无轨采矿核心设备是铲运机，这种无轨出矿设备操作方便、运 行灵便、工作可靠、出矿效率高
美国Atlas公司最近推出的ST1520型铲运机，运载能力达15吨
ST1520LP型铲运机
Recommended drift size Tramming capacity Standard bucket Mechanical breakout force Hydraulic breakout force Operating weight of vehicle** Length Height, canopy/cabin Bucket height, max. Width, vehicle*** Power rating at 2,000 rpm Tyre dimensions
ore pass
VCR design in 3D
VCR法(Vertical Crater Retreat)是以大直径深孔球状药包落矿为 基本特征的阶段采矿法，是一种高效率的地下采矿方法，最初由 加拿大国际镍公司(INCO)首创，目前在全球得到广泛的应用。
加拿大萨德伯里盆地（Sudbury Basin）采用VCR法的铜镍矿山
——《淮南万毕术》
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
酸性矿坑水浸铜， 产量达百万斤
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
用费少而收功博
——《浸铜要略序》
溶浸采矿历史回顾
纪元前六、七世纪 西汉 北宋 元末明初 清朝初年 20世纪60年代 70年代
自然崩落法采场结构图
地表Surface
围岩Waste
崩落矿石Caved ore
放矿漏斗Drawbells
矿体Ore body
装矿水平 Extraction level
放矿漏斗Drawbell 放矿口Drawpoint
拉底水平Undercut Level 装矿水平Extraction Level
2.3崩落采矿法
矿石类型
铁 镍 镍 镍 镍 镍 镍 镍 金
瑞典基律钠铁矿 (Kiruna)：
矿体沿走向长4500m 厚80m（平均） 延伸长度未知
Sublevel caving in Kiruna
无底柱分段崩落法优缺点
国 外 采 用 自 然 崩 落 法 的 矿 山
我国60年代在云南易门铜矿、山东莱芜铁矿开展过自然崩落法 试验，但均未取得较好的效果；
国别
加拿大 加拿大 澳大利亚 澳大利亚 澳大利亚 美国 澳大利亚 芬兰
矿石类型
金 铅、锌、银、铜 银、铅、锌 铅、锌、银 铜 金 铜、铅 铜、锌
矿块布置
优点
分
生产效率高
段
采矿成本比进路式开采低
充 填
损失贫化率比崩落法低
法
回采工作集中
优 缺
采用机械化凿岩装载设备
点
缺点
前期采准工程量大
分段采 矿法
全面采 矿法
房柱采 矿法
空场法
留矿全 面法
留矿采 矿法
阶段矿房 采矿法
2.2空场采矿法
使用条件：矿体和围岩较稳固，矿体中厚以上、急倾斜，形态 较规整；
2.2空场采矿法
access drift
top sill
cross-cut
bottom sill
stope
haulage drift
cross-cut