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第三部分未来金属矿业的发展主题12前言在人类发展的长河中，矿业始终贯穿于整个历史的发展过程——现代文明源于矿业;没有金属矿业的发展，就没有国家的工业化和国防的现代化——矿业立于基础地位;我国金属矿业资源紧缺,采矿机械化和工艺技术水平相对落后——发展矿业任重道远;要实现传统矿业现代化，必须紧紧把握未来矿业的发展主题题----绿色开发、深部开采、智能（化）采矿。11一、金属矿业支撑着国家经济的可持续发展1.我国的人均资源消耗强度不断攀高随着我国经济快速发展，近十年来，金属产量大幅增长(见下表)。1800252016351260783496239十种有色金属产量,万吨963612850222343493654000630006535钢产量，万吨20104361200832662005170320021090200082019955811990200年度人均GDP,美元从1990-2010年，人均GDP增长20.8倍,同期钢增长8.4倍，十种有色金属增长长7.5倍。可以说，没有金属产量的同步增长，就没有国民经济的可持续发展。14mn据研究，在国家工业化过程中，随着人均GDP的增长，人均资源消耗量将呈“S”形曲线变化（如下图）。我国正处于工业化中期阶段,是人均资源消耗强度增长最快的时期。后15-25年，我国人均资源的消耗强度将接近或达到高峰时期。均矿产资源消耗人均GDP15当前，我国金属消费量还远远低于发达国家，以Cu、Pb、Zn、Al、Ni、M0六种金属的人均消费量来看，美国的是我国的5.9-32.4倍。预计我国粗钢、铝、铜等主要金属消耗量，将分别于2015年、2020和2025年才能达到高峰期，见下表。2025900900800753万吨铜高峰期年201520202030年16002025年5.62020年6.620002015年6.72009年6.51439金属单位粗钢亿吨铝万吨62.我国金属矿资源短缺形势严峻我国金属矿产资探明储量有54种，占世界总量的12%,但是,我国的人口占世界1/4,人均资源量只有世人均水平的1/3(其中Fe42.4%，Cu23.3%，Al7.3%)大宗消费矿种，如Fe、Cu、Al、Ni、K、P等的对外依存度均在50%以上，有的甚至高达70-80%。世界上没有一个国家的矿产资源能够自给自足的,所以，发达国家长期来实施全球矿产资源战略。世界有4300多家矿业公司(不包括煤和石油）其中加拿大占全球37%，美国占17%，澳大利亚占9.5%)。15173.我国是金属矿山的基本状况我国金属矿山有有9000多座，大体可分为三类:第一类:少数的现代化矿山。代表着国家矿业发展水平，其生产工艺、装备水平、资源回收和综合利用程度、矿山数字化信息系统建设，基本接近或达到矿业发达国家的水平。第二类:相当数量的中等技术水平的中型矿山。机械化水平为为1960-1970年代的水平，资源回收率和综合利用率程度不一，生态环境问题突出，管理水平与国外相差较大。第三类:大量的小型矿山。非机械化劳动所占比重很大,管理粗放,安全问题、环境问题、资源浪费问题相当严重。6由于国家的需求增大和科技的长足进步，我国金属矿床的开采目标已逐步扩大到五类矿床——即:深部矿床、贫矿床、破碎松软矿床、水体下矿床和高寒地区矿床，这给矿业带来了许许多多重大科技难题。4.把握金属矿业发展的大趋势现代采矿科学技术飞速发展，新的学术思想、理论、技术与工艺不断涌现，大大拓展了采矿科学技术的发展空间。为了把握矿业发展的大趋势，稳步推进金属矿业现代化，特提出未来金属矿业三大发展主题，跟大家一起讨论:①坚持金属矿业的发展道路——绿色开发②开拓金属矿业的前沿领域——深部开采③走向金属矿业的未来目标——智能(化)采矿二、坚持金属矿业的发展道路—绿色开发1.可持续发展理念的提出20世纪是人类生产力发展最快的百年,也是人类对地球破坏最严重的百年,它已动摇着人类生存的根基,促使人们重新审视走过的发展道路,因此,出现许多具有划时代意义的研究报告告--《增长的极限》,《世界保护策略》等。1972-2002年间,召开了三次国际会议,并分别通过《人类环境行动计划》《21世纪程》和《可持续发展世界首首脑会议实施计划》三个文件,使人们认识到环境问题的严重性，从而否定了工业革命以来“高生产.高消费.高污染”的道路，推动了传统生活方式的转变。1987年，世界环境与发展委员会发表了报告：1891《我们的未来》.该报告第一次明确提出了可持续发展定义，即“可持续发展是既满足现代人类的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”。2.“绿色开发”是可持续发展理念的延伸可持续发展已成为全球共同的发展战略，许多行业、领域都相继提出自身的发展道路，如绿色建筑、绿色产品、绿色化学、绿色开发等…。在这里，“绿色”体现的理念是资源开发与生态环境的和谐。“绿色开发”一般的理解：是整合资源经济与环境目标的开发过程，在开发过程中保护生态环境、实现各类资源的可持续利用。3.何谓矿区资源“绿色开发”①矿业是基础工业，但也严重破坏环境▼采矿活动破坏了大量耕地和建设用地;▼采矿诱发地质灾害,造成大量人员伤亡和经济损失;▼采矿使矿区水均衡系统遭受破坏,下游水质污染;▼开采中废气.废渣排放.产生大气污染和酸雨;▼采矿破坏地貌景观,引发的社会纠纷越来越大。②何谓矿区资源“绿色开发”“把矿区的资源与环境作为一个整体,在充分回收有效利用矿产资源的同时，协调地开发利用矿区的土地、森林、水等各类资源，实现资源--环境协调开发的过程，称为矿区资源“绿色开发”。“绿色开发”的含义拓展了可持续发展理念，指明了金属矿业的发展道路，阐明了矿床开采的发展模式。14.矿区资源“绿色开发”的科技内涵(体系)①矿产资源的充分开发与回收我国露天开采的回收率为80-90%，而地下矿山只有50-60%。地下矿山传统采用两步骤回采模式，所留下占矿量40-50%的矿柱,因未及时回收造成大量资源损失的情况,必须根本上改变。另外,为了资源的高效开发利用,要大力推进采矿工艺技术的创新。﹡科技需求：◆地下金属矿连续开采技术◆两步骤开采资源的整体高效回收技术◆开采环境再造高阶段大直径深孔采矿技术◆矿块自然崩落采矿技术◆地下大型无轨采掘设备制造……1②固体废料产出最小化和资源化我国采掘矿岩总量以每年超过10亿吨的速度增长，而矿山90-95%的矿物在加工过程中被转化为废料。我国金属矿业的废石、尾砂、废渣等固体废物已经堆存了180多亿吨，占地面积不断扩大。另外,我国贫矿多富矿少、多金属矿多单一金属少,废石、尾矿中还有许多有用组分尚未资源化利用。﹡科技需求：◆矿山无废开采程度的预评价◆开拓与采矿的废石产出最小化◆废石.尾砂不出坑的工艺技术。◆深井全尾砂.废石胶结充填设备与工艺◆矿区尾矿规模化综合利用技术……③矿产资源有价元素的综合利用我国铁矿采选回收率为67%，有色行业为50-60%；此外，废石和尾矿中的有价元素利用率很低，铁矿约20%，有色金属为30-35%（国外外50%以上）。提高综合利用率是我国建设资源节约型、环境友好型社会的重要战略举措。﹡科技需求：◆复杂难处理矿高效选别技术◆高选择性低毒（无毒）选矿药剂◆多金属硫化—氧气混合矿选矿技术◆废石和尾矿中有价元素提取技术◆选矿在线检测分析与集中控制技术……1314④矿区的生态环境设计矿山设计及矿山生产与矿区生态环境状况密切相关，我们应该将矿山的发展从传统的“先破坏，后修复”的被动模式转变为超前的、动态的、贯穿以开发全过程的主动模式，因此，矿区的生态环境设计显得十分重要。这对于矿山在生产、流通和消费的过程中，能更好地推行减量化、再利用和资源化。﹡科技需求：◆矿区循环经济园区规划设计◆无废开采的可行性研究◆矿区生态环境的源头保护与容量评价◆矿区各类资源的保护与利用规划◆矿物资源深加工与产品高值化……14151⑤矿区生态环境建设与复垦推行矿山生态化建设，就要解决生态化建设程度的评价问题。评价要体现质量经营与生态经营同时并举和经济、环境、社会效益相一致原则；要构建生态化矿山的评价体系和矿区可持续发展评价标准。我国矿区生态环境建设严重滞后，矿山废弃土地的复垦率只有12%，而发达国家高达70-80%。﹡科技需求：◆矿山重金属污染土地生物修复◆尾矿坝、排土场灾害防治与生态恢复技术◆酸性废石堆场复垦◆整体性的尾矿、废石利用技术◆矿区生态化建设程度的评价……15161175.坚持走”绿色开发”的道路“绿色开发”的特质在于：开采方式科学化，资源利用高效化，企业管理规范化，生产工艺环保化，矿山环境生态化。“绿色开发”的目标在于：资源合理利用、节能降耗减排、保护生态环境和促进区域和谐发展。持续的矿产开发已给人类生存环境带来许多负面影响。国际潮流需要矿业走“绿色开发”的道路；现实国情迫使矿业走“绿色开发”道路；社会责任要求我们走“绿色开发”的道路。我们必须正视,矿业是破坏环境的主要行业之一,我们不能再以忽视这一危及人类生存根基的严重问题，必须坚定不移地走“绿色开发”的道路。三、开拓金属矿业的前沿领域——深部开采1.深部开采是矿业发展的前沿①何谓深部开采学术界定——地应力随开采深度增加而逐步增大，当增大到某一值时，岩爆发生频率明显增加，达到这一临界深度时，定义为矿床转入深部开采。一般界定——因矿岩结构复杂，学术表达有很大的不确定性，因此，一般界定为金属矿山转入深部开采的深度为800-1000米时。②国内大批金属矿山转入深部开采我国有色系统有1/2的矿山已过渡到深部开采:矿,矿,矿,1夹皮沟金矿1600m,会泽铅锌矿1360m,红透山铜矿1300m,冬瓜山铜矿1100m,寿王坟铜矿1000m,弓长岭铁矿1000m;凡口铅锌矿,金川镍矿,高峰锡矿,湘西金矿等....③国外有大批深部开采的金属矿山据不完全统计，国外非煤矿山中开采深度超过1000m的矿山有80多座。按开采深度划分：深度1000-2000m的60座，2000-3000m的12座，3000m以上的有3座，其中最深的是南非卡里顿维尔金矿,竖井4164m，开采深度已达3800m。④深部开采是矿业发展的必然近五年来，在我国，实施“深部找矿工程”的215个矿山中，有166个矿山找到了矿，已为国家找到了价值超过1万亿的矿产资源。加拿大已提出要探清埋深深3000米的矿床；澳大利亚提出了要实现“玻璃地球”的计划。1202.深部开采的“三高”特殊环境矿床深部开采是个特殊的开采环境——高应力、高井温、高井深。“三高”是深井的主要致灾因素：高应力(40-80Mpa)——可能诱发岩爆、导致冒顶、采矿方法与支护技术不相适应，危及作业安全等；高井温(30-60℃)——高温的工作环境恶劣,人的生理难以承受,还可能导致矿石自燃、炸药自爆；高井深(1000-5000m)——导致提升.通风.排水.充填等的困难增加，效率降低，费用增大等。深部开采是个特殊的作业环境,有许多浅部开采未涉及的问题需要研究。采矿科研工作要逐步转向深部开采，这是前沿的研究领域。1193.拓宽深井开采研究的技术思路长期来,人们把“三高”视为致灾因素,因此,科研主要集中在研究岩爆机理.热害防治.提升自动化等。这无疑是重要课题,但任何事物都有两面性,“三高”可否利用呢?高应力。是否有利于坚硬矿岩的致裂破碎,从而提高破碎质量呢？可否用来创造一种高应力诱导致裂破碎的连续采矿法呢？高井温。深井的温度上升，是否有利于贫矿原地破碎溶浸采矿？可否将热能送到地面利用，经地面热交换后再送井下降温呢？高井深。客观存在高水头,可否作为新的动力用于开发水动力采矿设备呢？实现矿物水力提升呢？促使人们更坚定地走深井废石不出坑的无废开采道路呢？1224.深井特殊环境下采矿的问题①深井高应力灾害与研究状况关于高应力灾害——在高应力环境下，由于工程扰动，可使软岩冒落、诱发硬岩岩爆，其猛烈程度足以造成事故：美国Atlantic矿，1906年发生一次岩爆，地震强度达到了里氏氏3.6级，导致铁轨弯曲,还诱发空气爆炸，导致火灾；南非有26座深井金矿，据统计，1994～1998年间，因没有与高应力环境相适