地下矿山开采方法现状与技术发展趋势

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、金属矿产资源现状初始增长成熟衰落快速工业化缓慢工业化人均GDP金属矿产消费新型现代型传统型矿种前3个国家占总储量比例（%）主要生产国及其所占比例（%）铜45智利25.9，美国13.2，波兰5.9铅50.7澳大利亚27.3，中国13.6，美国9.8锌49.5澳大利亚18.9，中国17.4，美国13.2镍42.6俄罗斯16.5，古巴13.8，新喀里多尼亚11.3铁46乌克兰16.2,俄罗斯14.9,澳大利亚14.9锰80.9南非54.4,乌克兰19.9,加蓬6.6金62.4南非41.1,美国12.4,澳大利亚8.9铬96南非81.1,哈萨克斯坦11.1,津巴布韦3.8钨69中国43.5，加拿大13，俄罗斯12.5铝土矿58几内亚29.6，巴西15.6，印度6世界铜储量分布智利美国波兰赞比亚中国其它国家1:铜世界精炼铜消费量1:铜2:铅2:铅3:锌3:锌3:锌4:铝4:铝4:铝5:镍世界精炼镍消费量5:镍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”：矿产名称保证程度（%）2010年2020年铜（金属）199铅（金属）3522锌（金属）3317铝（金属）8337镍（金属）11349钨（WO3）8346锡（金属）5129金（金属）86二、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。空场法分段采矿法留矿采矿法阶段矿房采矿法全面采矿法留矿全面法房柱采矿法使用条件：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VCR法(VerticalCraterRetreat)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。VCRdesignin3Dtopsillaccessdriftcross-cutstopecross-cutbottomsillhaulagedriftorepass2.2空场采矿法MineMiningrate(t/d)Deepest(m)BackfillworkingRemarksCopperCliffNorth29601220SlagaggregatewithcementslurryResearchmine100%VCRCopperCliffSouth51001220Cementedtailingsandrock100%VCRCreighton97002130CementedtailingsDeepestVCRmininginworldCreanHill22001200HighdensitycementedsandAll-electricmine100%VCRStobie113001190CementedtailingsHighesttonnageinSudburyBasinMcCreedyWest3300490CementedalluvialsandJDT426truckoperation加拿大萨德伯里盆地（SudburyBasin）采用VCR法的铜镍矿山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。国外采用无底柱分段崩落法的典型矿山矿山名称国别矿石类型Kiruna瑞典铁MaggieHays澳大利亚镍Agnew澳大利亚镍Stillwater澳大利亚镍Norilsk俄罗斯镍Perseverance澳大利亚镍SelebiNorth博茨瓦纳镍TrojanNickel津巴布韦镍BigBell澳大利亚金矿体沿走向长4500m厚80m（平均）延伸长度未知瑞典基律钠铁矿(Kiruna)：SublevelcavinginKiruna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；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装矿水平Extractionlevel地表Surface围岩Waste矿体Orebody崩落矿石Cavedore放矿漏斗Drawbells自然崩落法采场结构图2.3崩落采矿法拉底水平UndercutLevel装矿水平ExtractionLevel放矿漏斗Drawbell放矿口DrawpointNorthparkes开拓系统图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。2.3崩落采矿法拉底结构剖面图拉底水平铲运机出矿平面图2.3崩落采矿法优点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20世纪30年代以前非胶结块石充填20世纪30年代胶结充填20世纪40年代水力浆体系统充填20世纪50年代添加水泥充填20世纪60年代胶结充填20世纪80年代膏体充填研究和发展20世纪90年代膏体充填应用地下矿山充填采矿技术历程矿山名称国别矿石类型威廉姆斯矿（Williams）加拿大金不伦瑞克矿(Brunswick)加拿大铅、锌、银、铜坎宁顿矿(Cannington)澳大利亚银、铅、锌乔治费希尔矿(GeorgeFisher)澳大利亚铅、锌、银奥林匹克水坝矿(OlympicDam)澳大利亚铜兰姆弗特(Lamefoot)美国金芒特艾萨(MountIsa)澳大利亚铜、铅皮哈萨尔米（pyhasalmi)芬兰铜、锌矿块布置优点生产效率高采矿成本比进路式开采低损失贫化率比崩落法低回采工作集中采用机械化凿岩装载设备缺点前期采准工程量大工艺环节多分段充填法优缺点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虚拟香港中文大学数字校园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INCO控制室INCO遥控铲运机监测原理microseismicSensor1Sensor3Sensor2定位原理Principleofmicroseismicmonitoring（点击）国外研究现状冬瓜山微震监测系统结构微震监测系统组成图国内应用现状国外应用案例国外应用案例国外应用案例溶浸采矿是低品位难处理资源开发的有效途径SolutionHeapstacked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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技术的分类纪元前六、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》溶浸采矿历史回顾白青得铁即化为铜——《淮南万毕术》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年代溶浸采矿历史回顾酸性矿坑水浸铜，产量达百万斤纪元前六、七世纪西汉北宋元末明初清朝初年20世纪60年代70年代溶浸采矿历史回顾用费少而收功博——《浸铜要略序》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年代溶浸采矿历史回顾由于矿工起义，民间开矿被禁，胆铜法绝迹200余年纪元前六、七世纪西汉北宋元末明初清朝初年20世纪60年代70年代溶浸采矿历史回顾松树山、柏坊、德兴、永平铜矿进行废石堆浸试验和生产纪元前六、七世纪西汉北宋元末明初清朝初年20世纪60年代70年代溶浸采矿历史回顾铀矿原地浸出法试验成功纪元前六、七世纪西汉北宋元末明初清朝初年20世纪60年代70年代溶浸采矿历史回顾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国外溶浸采矿的历史回顾德兴铜矿废石总量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。我国铜矿溶浸开采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。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。我国铀矿溶浸开采工业化应用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。我国镍矿溶浸开采试验世界铜产量的25%、铀产量的16%来自溶浸采矿。世界溶浸技术应用情况四、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Recommendeddriftsize4.4mx2.7mTrammingcapacity15,000kgStandardbucket7.5m3Mechanicalbreakoutforce21,700kgHydraulicbreakoutforce25,500kgOperatingweightofvehicle**41,300kgLength11,320mmHeight,canopy/cabin2,301mmBucketheight,max.6,000mmWidth,vehicle***2,648mmPowerratingat2,000rpm298kW/400hpTyredimensions29.5R25,24ply,L-5SST1520LP型铲运机ST1520LP技术指标在平巷掘进和采矿作业中，凿岩台车已成为地下开采的主要凿岩设备，液压凿岩机的使用和推广，加快了凿岩速度，增加了生产能力，加速了巷道和隧道的掘进速度。CoverageareaUpto187m2Boom3xBUT45LRockdrill3xCOP1838MEDrillingsystemRCSLength17,070mm(withBMH6920)Height3,660mmHeightwithliftedcabin4,760mmWeight46,000kgRocketBoomerWE3C是Atlas公司发布的一款三臂液压凿岩台车Atlas公司还研制了一种Wassara水力潜孔钻机，所用水压为20MPa，凿岩速度高达0.6-1m/min，具有较高的方向精度Holediameter89-127mmHoledepth32mwithRodHandlingStandardrockdrillCOP4050MUXLengthtrammi