矿山开采技术发展趋势

矿山开采技术发展趋势

1前言

近些年来，全世界开采有用矿物总量约计200亿t，年递增率为4%～5%，其中硬岩约50亿t，由地下开采的矿量为10多亿t，主要是富矿和价值较高的有用矿物。我国有色金属地下矿山约占金属矿山总数的89%左右；黄金主要矿山除了乌拉嗄金矿、仓上金矿和紫金山金矿等是露天开采外，其余均为地下开采；我国地下铁矿产量虽然只占全国总产量的18%左右，但从布局上看，有的矿山公司和钢铁联合企业的矿山几乎全是地下开采。总之，金属矿山地下开采在近期的矿山开采中仍将发挥重要的作用。随着全球性科学技术的突飞猛进，国内外地下采矿技术也发展很快，很多采矿新技术、新工艺、新材料和新设备在地下矿山得到了应用。国内一些矿山和一批先进的采矿工艺技术和装备，已步入世界先进水平的行列。国内外地下金属矿山采矿工艺技术和设备的发展。主要表现在采用各种采矿方法的比重和回采工艺技术装备有了很大的变化，均沿着高效率、高回采率和机械化的方向发展。采场生产能力和劳动生产率有了较大的提高，损失、贫化指标大幅度降低。笔者就近几年来金属矿山地下采矿开采在采矿方法、深井开采、采矿装备三个方面现状作一介绍,并对今后的研究方向提出一点想法。

2地下金属矿山采矿方法

现阶段采矿方法仍以充填采矿法、空场采矿法、崩落采矿法为主。对18个重点铁矿山统计, 崩落采矿法占94.1%，空场采矿法占5.9%。黄金矿山充填采矿法占31%，空场采矿法占65%，其它占4%。有色金属矿山空场采矿法占46.1%，充填采矿法占19.6%，崩落采矿法占34.3 %。从以上统计数据看，铁矿地下开采仍以崩落采矿法为主，有色及黄金矿山地下开采仍以空场采矿法和充填采矿法为主。地下采矿技术是建国50年来开展科研工作最广泛和取得科技成果最多的一个技术领域，建成了金川镍矿、凡口铅锌矿、大厂锡矿、铜矿峪铜矿、三山岛金矿、镜铁山铁矿和安庆铜矿等现代化地下矿山。近十多年来，地下金属矿山充填采矿法和充填工艺技术发展迅速，崩落采矿法和空场采矿法在工艺技术上也在不断地改进、创新。因而促进我国金属矿地下采矿技术得到迅速发展，使部分矿山的工艺技术达到了国际先进水平。

2.1 充填采矿法

我国先后采用干式、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等新工艺与新技术。最近。我国成功地试验了一批具有世界先进技术水平的充填采矿工艺，具有代表性的是：高水全尾砂速凝固化胶结充填新工艺、高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填新工艺、粗粒级水砂充填新工艺、膏体泵送充填工艺与技术等。高水固结充填技术于20世纪70年代在英国开始出现，90年代在世界范围内得到迅速发展，其研究虽已取得了令人瞩目的进展，但其在材料稳定性和价格上存在着问题，制约了该项技术应用。近年来，充填技术正向全尾砂高浓度充填方向发展，其目的是减少胶结材料用量，降低充填成本，提高充填体质量，改善井下环境，减少和避免矿山生产对环境的破坏和污染。膏体泵送充填工艺技术最为先进，1994 年金川镍矿建成了我国第1 个膏体泵送充填系统，1999 年铜绿山矿建成了第2个系统，目前处于试验研究阶段。

充填采矿法在国外发展的特点是各工序实现机械化和设备大型化，主要表现在落矿、支护和出矿等方面。充填工艺技术中，胶结充填技术发展较快，从分级尾砂胶结充填到全尾砂高浓度胶结充填，到不脱水、不收缩的全尾砂胶结充填三个发展阶段。在回采工艺上，从提高分层（分段）高度直至发展大孔落矿，阶段全高嗣后充填技术有较大发展；改进采场结构参数，实现盘区机械化开采；充填系统实现了微机控制的半自动化、自动化；采用全尾砂胶

结膏体泵送充填新工艺，从而使充填采矿法进入高效采矿的行列。在充填工艺方面，以德国PM公司为代表的全尾砂膏体充填工艺，可在低水泥耗量条件下获得高质量的充填体，其技术代表了充填技术的最高水平。德国德里方丹金矿陆续采用膏体泵送充填工艺，将尾砂浆浓缩到78%左右浓度，用泵送到井下，在工作面加水泥(3%) 充填采场。这种工艺充填强度高,水泥用量少，采场内不需脱水、接顶好，可以有效维护空区，有利于降温和控制岩爆。

国内充填采矿法的发展也是很快的，除某些设备仪表外，与国外水平相近。有色矿山的发展水平基本上可以凡口铅锌矿(上向) 和金川二矿(下向) 盘区机械化胶结充填采矿法为代表，黄金矿山方面以三山岛、新城金矿技术较为先进。凡口铅锌矿采用脉外斜坡道，高中段高分层，脉外集中溜井，无轨化采矿，管道自溜输送尾砂胶结，盘区生产能力达400～500t/d ,采矿工效31t/工班。高浓度全尾砂活化搅拌自流输送胶结充填工艺在该矿应用比较成功，尾砂利用率达95%以上，充填浓度达72%～75 %。金川二矿采取进路间隔连续回采，采用引进的全液压双凿岩台车和6m3 铲运机，锚杆台车及应用控制爆破和细砂接顶技术，盘区生产能力最高达1039t/d。充填技术采用了从国外引进的全尾砂膏体充填工艺，采用-25mm戈壁碎石集料与全尾砂等量比例，并加水泥制备成质量浓度为81%～83%，坍落度为10～20mm的膏体(抗压强度大于40MPa)，最后经双缸全液压PM泵输送至井下采场。三山岛金矿实现斜坡道开拓无轨开采，使用M-14、P-17单双臂凿岩台车，ST-31/ 2、ST-2D 铲运机，锚杆台车，TW-5HD 破碎机，11.79t 坑内卡车，最近引进BBC 公司世界最新型的35t 电动架线式卡车;采用点柱式机械化上向水平分层充填采矿法，采场生产能力达300t/d。新城金矿生产规模1250t/d，竖井—斜坡道开拓，设备实现无轨化，液压台车、锚杆台车、铲运机、碎石机、11.79t自卸卡车、35t电动架线式卡车均被采用。

2.2 空场采矿法

2.2.1 VCR 法

20 世纪80 年代，VCR 法(大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法) 首先在我国凡口铅锌矿试验成功。随后，这一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公司、安庆铜矿、狮子山铜矿和金厂峪金矿等矿山得到推广应用。1980～1985 年间,在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案，即阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中，即在采场的局部面积上，先形成切割槽，然后以这一切割槽为自由面和补偿空间，采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿，崩落的矿石由采场下部的出矿系统运出。

2.2.2 连续开采技术

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。即在开采过程中一步化；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。我国从“六五”至“九五”期间，连续开采技术始终被列为国家重点科技攻关项目，投入了大量的人力、物力和财力进行理论研究和科学试验，并在狮子山铜矿、凤凰山铜矿、安庆铜矿地下金属矿山连续开采技术的研究中取得了一些成果。2.3 崩落采矿法

2.3.1 大结构参数、低贫化放矿的无底柱分段崩落法

我国无底柱分段崩落法面临着一个如何加大和优化结构参数的问题。结构参数优化的主要方向是增大进路间距。增大进路间距将大幅度地减少采掘工程量，仅梅山铁矿将15 m ×15 m 结构改为15m ×20m 结构参数，将减少采掘工作量25%，同时增大了一次崩矿量，提高采矿强度，降低矿石成本，提高矿山的经济效益。由于增大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，目前程潮、桃冲、板石沟、北铭河等矿山都应用了该技术，具有重要的实践意义。