矿山环境保护

矿山装矿站
连接港口的铁路
智能采矿新型设备
井下铲运机
井下运输汽车
2 水力提升
传统的地下矿提升方式，多用箕斗，罐笼或胶带输送机这一机械提 升方式，如今国外一些学者专家则提出了用水力提升的新概念。
德国普 鲁萨格（Preussag)金属公司从1984年开始水力运输与提升矿
石的研究与开发工作。它将巷道内高浓度浆体水平运输技术与传统的低浓 度浆体竖井垂直提升技术结合起来，在井下采掘工作面附近将矿石粉碎并
与普通采矿方法相比，溶浸采矿法的主要优点：
（1）基建工程量小，投资少，见效快； （2）能开采普通采矿法难以开采或不经济的矿床（深度大、品位低的矿床）
（3）产品成本低。
（4）人员在地面作业，劳动条件好、安全 （5）有利于环境保护
与普通采矿方法相比，溶浸采矿法的主要缺点：
（1）生产能力小； （2）矿产资源回收率低
入也在加大，未来发展速度加快。今后新的采矿概念和系统将凭借新技术的潜在 力量来发展，特别是采矿科学向着高新技术应用方面的趋势日趋明显。
12 矿山环境保护
12.1 矿山环境灾害
• 人类在开发利用矿产资源以满足自身需要的同时，破坏了原有的 环境平衡，改变了周围的环境质量，因而产生诸多环境问题。 • （1）占用和破坏土地 • 占用：生产、生活设施； • 破坏：露天采矿场、排土场、尾矿库、塌陷区及其他矿山地质灾 害。
智能采矿新型设备
无人驾驶汽车
露天采场使用无人驾驶汽车,目的在于节省人力成本,同时提高安全性
和生产效率，无人驾驶的汽车自主驾驶，由计算机根据程序对设备
进行控制，目前世界上有日本小松和美国卡特彼勒两大公司研究成
功无人汽车
小松的无人驾驶930E车队在澳大利亚力拓公司成功运营，无人汽车
走行了45万公里，完成14.5万个循环，完成4500万吨运量
当前，世界各国地下矿多是采用竖井提升，而其主运输水平则
多用电机车运输。这种垂直与水平双向开拓系统的主要优点是自 动化程度高，每吨矿石运输成本低，特别是深井采矿更是如此。
但其缺点是基建工程量大，建设周期长，投资多，出矿晚。如在
瑞典，一座550m,竖井提升系统，估计施工期要5年，加上初期 的金刚石钻探和地质研究工作，总计要7年时间。今后在机械化
术迫切需要解决以下几个问题：
■ 酸性矿山废弃物、酸性水污染防治技术； ■ 边坡、排土场、尾矿库水土流失防治技术； ■ 土壤重构和培肥技术； ■ 复垦地貌恢复与景观设计。
8、结语
随着矿产资源价格的持续上扬，矿产资源开发向贫（矿）、难（采矿）方向发
展，面临的难题越来越多，近年来采矿技术也得到快速发展，采矿技术研发的投
■太空采矿面临的问题： 技术经济问题 金融问题： 重蹈西班牙帝国的覆辙，试想突然有数百吨铂涌入地球会让它的价格大 跌
7、矿区生态环境保护和重建技术
矿山开采引发的生态环境问题已产生严重的危害，如破坏地表形态、植被、原始 生态、水土流失、粉尘污染、滑坡、泥石流、尾矿库溃坝等，引起了全社会高度关 注。矿山土地恢复和生态重建是 21世纪的重要课题。目前，矿区生态保护和重建技
5.深海采矿
1978年大洋采矿公司在夏威夷5000 m深的太平洋海底进行 了开采试验，成功地将锰结核连续地从海底提升到改装的 塞德克445号石油勘探船上，锰结核经管道被泵提升到船载
容器中，小时泵送量20t,共采1000t。采集的锰结核送到加
拿大一家加工厂冶炼，并证明金属可以回收，开发锰结核 是可行的。1979年大洋采矿公司又在红海进行了开采海底 金属泥的试验。
（3）矿山废水
• 硫化物产生酸性废水，选矿中加入碱性物质中和。 • 沉淀浮选法将废水中的金属离子转化为氢氧化物或硫化物沉淀， 并可逐一 回收有价金属。
（4）废气、废渣、废水
（5）水土流失及土地沙化
（6）其他灾害
• 矿震、尾矿库溃坝、崩塌、滑坡、泥石流
12.2矿山环境治理
（1）固废资源化 尾矿
井下充填料，铺路料，制砖、水泥、陶 瓷，制肥料（钾肥、磷肥），尾矿再选。
废石
建筑材料、充填料、回收有用元素。
铁尾矿制砖
（2）土地复垦
• 地表沉陷、排土场、尾矿堆、闭坑后的露天采场。
一般的海底采矿流程如下图所示，这是法国海洋开发研
究所设计的。
试验条件：容积固体— 液体比例为12%，提升 能力为500t/h。
这种海底采矿系统包括：
有一个集矿机，长18m,宽51m,高5m,重330t,水下重量为78t,依靠履带沿海
底移动，其速度为0.65m/s。集矿机通过6个吸入装置采集结核，这些吸入装 置每次可采集12m宽，通过挠性管分选和泵送结核。设计能力为600t/h 有一条内径382 mm、长600m的挠性管将集矿机与刚性提升管连接起来， 呈可伸缩拱状，可使集矿机偏离浮动平台，避开障碍物 有一条钢管，长4800m,由内径382 mm、长27m管段组成，由位于水面下
四川攀枝花矿业排土场滑坡事故： 2011年2月27日6时40分，攀枝花市 米易县中禾矿业公司一号排土场发 生一起滑坡事故，约30万方废土从 排土场滑下，淹埋排土场下方2户人 家，6人被埋。
露天采场和排土场
尾矿库
塌陷
（2）采矿诱发地灾
地下采空、边坡开挖，导致塌陷、滑坡等灾害
（3）水环境问题
废水未经处理排入江河湖海，污染严重。
原理：钻孔+热水→硫由固体变液体 →抽出→还原（冷却） 1—采硫井 2—排水井 3—矿层
自然硫的地下热熔
1—注液孔
2—抽液孔 5—矿体
原地浸出法
基本技术特征：
（1）用钻孔开采矿床，人员无需进入地下作业；
（2）应用化工技术采矿，对矿床进行原地加工，只提取矿石中的有用成分，而 将其余成分留在原地； （3）采出的矿产品不是矿石，而是含有有用成分的溶液或熔融体。
智能采矿的基本内涵
①矿床模型与矿床开采设计数字矿山软件;
②金属矿山采掘、装载、运输等智能设备; ③适应智能设备作业的高效采矿工艺技术;
wenku.baidu.com
④矿井数据采集、通讯与视频的传输网络;
⑤矿山移动设备遥控与生产过程智能控制; ⑥矿山系统智能监测与作业运行集中遥控; ⑦矿山生产计划组织与经营管理信息系统。 智能采矿是个渐进的发展过程,在这过程中,其科技 内涵将不断丰富、扩展和延伸
11 现代采矿技术
一、智能采矿
开采环境数字化 采选装备智能化、 生产过程遥控化工艺 信息传输网络化、 经济管理信息化 以安全、高效、经济、 环保为目标
采矿智能化 （古德生院士）
采矿选矿智能化，是21世纪矿业发展前瞻 性目标，它将给矿业带来根本性变革
实现智能采矿的基本任务 创建采矿生产管控一体化的综合信息平台。采用信息技术 实现资源科学评价与管理、优化开采设计与生产计划、保障安 全环境监测与预警等 研发大型化智能化的遥控与自动定位采矿设备。特别要加 大投入,加强矿山智能化采矿设备的研制.没有先进装备,就不 可能有先进工艺 创新与智能设备效能相适应的高效采矿技术。
调成高浓度浆体，水平泵送到竖井，在井下用高压泵将高浓度矿浆直接而
连续地注入水流中稀释。稀释后的矿浆经竖井垂直管道输送到地表。矿石 经脱水后，送往选矿厂。试验结果和经济计算表明，水力提升矿石与机械 提升相比，运输费用较低；如在新建矿山应用，还可减少井巷工程的投资。
瑞典吕勒欧（Lulea)大学教授A,塞尔格伦1987年在第13届世界采矿 大会上也提出了水力提升矿石的设想。即矿石在地下进破碎和磨矿，然 后用泵场扬送到地面选矿厂，取代传统的机械提升系统和坑内排水系统。 其基本设想如下图所示，从图中可知，地下矿的水力提升系统包括采矿
（3）收矿石物理力学性质和地层渗透性等条件，只适用于小部分矿山
5.深海采矿
大约120年前，在深海发现了锰结核，但未引起人们的注意。第二
次世界大战后，人们忧虑矿物资源消耗增大，怕导致资源短缺，甚至某 些资源完全枯竭。有鉴于此，采矿工业部门开始勘探海底潜在的资源。
先是在红海发现了金属矿泥，后在太平洋、印度洋发现了锰结核，它除
4、溶浸采矿技术
利用某些矿物特殊的物理化学性质，通过钻孔将水或其他溶液注入 岩层，将矿岩中的固态矿物转化为液态，并通过钻孔或地下坑道将其 提出地面，而将矿石中的其余成分留在原地的一类采矿方法 如：岩盐的地下水溶、自然硫的地下热熔和铜等金属矿物的地下溶 浸等。 一般适用：开采岩盐（NaCl）、天然碱、自然硫、钾盐、铜、铀、 金、银等矿产
作业和选矿加工作业两部分，即采出的矿石必须在井下先进行破碎和磨
矿，然后把矿浆泵送提升到地表。
水力提升的主要优点是，不需要开凿新的竖井就可增加提升能力，
而用传统的机械方法增加提升能力，则不仅投资大，而且时间长。至于
提升矿石的费用，水力提升也比机械提升低廉。
3.现金流采矿 现金流（Cash Flow Mining )采矿，意思就是采矿必须 赚钱
自动化采矿设备大发展的情况下，如改用斜坡道开拓运输系统，
则经济上见效快。因此21世纪，可能会出现斜坡道代替竖井的趋 势，对此瑞典基律纳电气有限公司的林德斯托姆称之为：现金流 采矿“（Cash Flow Mining）,其开拓系统见下图
【实例 】一座新矿山，矿体厚18m,长680m,倾角60°，年 产矿石100万t,废石20万 和，矿岩体重2.8t/m3。采矿年下降 30m 第一方案用竖井开拓，地下设破碎站，竖井直径6.5m,整个 施工期为82个月，总投资1.093亿克朗。 第二方案用斜坡道开拓，地上设破碎站，斜坡道用基律纳电 动汽车运输。整个施工期为39个月，总投资3940万克朗。 比较结果表明：采用斜坡道开拓系统，施工期短，可提前4 年投产 ；投资少，可节约投资60%
900~1200 m之间的4台轴流泵进行泵送，每台泵的输送压力为240kPa,每台泵
重27t、高15 m、直径1.1m容积固体—液体比例为12%，提升能力为500t/h
有一个半潜式“双体船”平台，这个平台长110 m、宽
70m、高40m、吃水深22 m。它将控制集矿—提升作业， 以及集矿机的移动和动态定位和牵引，结核的分选和运输。 它在运输中的排水量为28600t,在仓后作业时的排水量为 41600t.半潜式“双体船”平台中的锰结核，通过300m长的 挠性管转运到运矿船上，运矿船计划载重为6万t
海采矿技术开发而建设的深海实验室可为许多其他行业提供高水平的研究条件。
6、太空采矿
地球上人类的文明史随采矿业的发展而发展。例如旧石器、新石器、陶器、铜器、铁 器、原子能时代都是以矿冶文明为标志。地球上的矿物尽管十分丰富，目前尚未耗尽，但 总是有限的。随着宇宙时代的到来，太空矿物资源的勘探、开发和利用己为期不远。 ■ 月球采矿： 1994年，由美国、英国与欧共体联合发射的一颗紫外线探测卫星，探测到 位于双子星座以东、狮子星座以西的巨蟹星座中有一颗直径为太阳 3倍的明亮星球，它的表 面有一层富金矿覆盖，黄金储量达1000多亿吨，为地球 的160万倍，是一颗真正的金星。一 些小行星富含铁、镁、金、钨、铱、银等贵重金属元素。月球上的矿物引人注目。
含锰外，还含有铜、镍和钴。近年来，美国，加拿大、日本、法国、意 大利、英国、比利时、荷兰、原苏联和印度等国先后开展了海底采矿的 试验研究。 目前最引人瞩目的锰结核贮存在太平洋夏威夷和墨西哥之间的克拉 里昂一克里帕顿区（Clarion-Clipperton Zone)。此区水深 4200~5500m,锰结核覆盖量5~25kg/m2; 金属含量：锰25%~30%；铜 1%~1.5%；镍1.3%~1.7%；钴0.2%~0.3%。锰结核总储量为300亿t。
海洋金属矿产资源的开发涉及海洋、地质、气象、环境、船舶工程、海洋工程、
采矿、机械、冶金、材料、电子及自动控制等众多学科，在技术准备过程中，将
促进相关的机械工业、造船业、电子技术的进步，使这些行业的加工水平和装备 水平上一个新台阶。例如，深海采矿用作业车可应用于海底电缆铺埋，海上石油
开发中的铺管作业等行业；大功率输送泵可为海水温差发电提供技术基础；为深
6、太空采矿
■ 恒星、小行星： 1994年，由美国、英国与欧共体联合发射的一颗紫外线探测卫星， 探测到位于双子星座以东、狮子星座以西的巨蟹星座中有一颗直径为太阳 3倍的明亮 星球，它的表面有一层富金矿覆盖，黄金储量达1000多亿吨，为地球 的160万倍，
是一颗真正的金星。一些小行星富含铁、镁、金、钨、铱、银等贵重金属元素。