地下采礦技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

崔曉虎,苗春林,郭建瑞,陳紅芳（山西壺化集團(tuán)爆破有限公司,山西　長(zhǎng)治　047300）

地下采礦技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

崔曉虎,苗春林,郭建瑞,陳紅芳
（山西壺化集團(tuán)爆破有限公司,山西長(zhǎng)治047300）

摘要：本文綜合論述了國(guó)內(nèi)外地下礦產(chǎn)的主要采礦技術(shù)，分析了目前地下采礦技術(shù)的現(xiàn)狀，結(jié)合地下采礦技術(shù)的研究現(xiàn)狀，從采礦設(shè)備規(guī)模、礦建工程規(guī)模、智能化自動(dòng)化程度等方面論述了地下采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：地下礦山；采礦技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù)現(xiàn)狀

0　引言

礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，這也促使礦產(chǎn)的開(kāi)采技術(shù)不斷的更新發(fā)展，經(jīng)過(guò)20世紀(jì)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的膨脹式的發(fā)展過(guò)程，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采技術(shù)也獲得較大的技術(shù)進(jìn)步，近年來(lái)隨著全球工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度趨緩，對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采的技術(shù)要求也相應(yīng)的提升，越是經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度慢，越是對(duì)開(kāi)采技術(shù)精細(xì)化、安全化、效益化的程度要求高。

1　地下礦產(chǎn)資源開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的必要性

從第一次工業(yè)革命開(kāi)始到20世紀(jì)末，全球人口的總量增加了近三倍多，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展卻對(duì)礦產(chǎn)資源的總消耗需求增加了十倍，常見(jiàn)礦業(yè)資源的消耗量變化為：硬煤5倍，鉛7倍，鐵礦石11倍，鋅17倍，銅28倍，尤其是一些稀有礦產(chǎn)資源的需求，更是達(dá)到了上百上千倍，乃至于達(dá)到了上萬(wàn)倍的增長(zhǎng)[1]。

但是，地球的礦產(chǎn)資源的總量是有限的，隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增加，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量必將增加，我國(guó)也同樣面臨著難以供求平衡的困境。因此，要提升礦產(chǎn)資源的開(kāi)采技術(shù)合理開(kāi)發(fā)，必將逐步加大各種礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用程度，由現(xiàn)在的露天、淺地層逐步的向深地層開(kāi)采發(fā)展，因此對(duì)目前地下礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行匯總，將有益于廣大科研人員創(chuàng)新更加高效率、高安全性、高利用率的地下采礦技術(shù)。

2　地下采礦技術(shù)的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段采礦技術(shù)方法有空?qǐng)霾傻V法、崩落采礦法法、充填法、原地浸溶采礦法等。

（1）空?qǐng)霾傻V法。當(dāng)今地下礦產(chǎn)資源空?qǐng)霾傻V技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)有大孔徑、高臺(tái)階、大面積、連續(xù)化作業(yè)。據(jù)有關(guān)資料顯示，空?qǐng)霾傻V技術(shù)方法雖然在落礦的方式各有不同，但其技術(shù)原理基本類似，在開(kāi)采階段使用大型運(yùn)輸裝載設(shè)備來(lái)大幅度的提高開(kāi)采的強(qiáng)度。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始推廣VCR法，在凡口鉛鋅礦試用成功后，這一采礦方法還分別在金川有色金屬公司、獅子山銅礦公司、安慶銅礦公司得到應(yīng)用，并得到了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）崩落采礦法。無(wú)底柱分段崩落法是一種廣為運(yùn)用高效率、高安全性的采礦方法，在地下冶金礦山所占比重比較高，一般采用分段高度為12-15米，通過(guò)斜坡道、設(shè)備井、電梯井與各分段相互聯(lián)系。結(jié)構(gòu)網(wǎng)參數(shù)隨著技術(shù)發(fā)展，正在向大間距發(fā)展。在采用大的結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)綜合措施后，大幅度的降低了采礦工程量、提高了采礦強(qiáng)度，降低了成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

由于崩落法可以通過(guò)電動(dòng)、全液壓的大型無(wú)軌采礦設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更大的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)一步的提高一次崩礦量，提高勞動(dòng)作業(yè)效率和降低采礦成本，因此隨著支護(hù)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，無(wú)底柱分段崩落法將成為地下金屬礦山采礦技術(shù)的主要發(fā)展方向。

（3）充填采礦法。國(guó)外的充填采礦法已經(jīng)開(kāi)始向操作機(jī)械化、設(shè)備大型化，而國(guó)內(nèi)的充填技術(shù)先后經(jīng)過(guò)干式、碎石水泥漿膠結(jié)、分級(jí)尾砂膠結(jié)、全尾砂膠結(jié)等技術(shù)發(fā)展歷程，在國(guó)內(nèi)較大的礦山先后得到應(yīng)用。代表性的工藝有：高濃度全尾砂自流輸送及泵壓輸送充填采礦工藝、高水全尾砂速凝固化膠結(jié)充填工藝、粗粒級(jí)水砂充填工藝、膏體泵送充填工藝與技術(shù)等。在1994年我國(guó)自主研發(fā)的第一個(gè)膏體泵送充填系統(tǒng)成功應(yīng)用于金川鎳礦，1999年再次成功組建第二個(gè)膏體泵送充填系統(tǒng)應(yīng)用于銅綠山。安慶銅礦采用水泥、分級(jí)尾砂作等充填材料，成功應(yīng)用了高臺(tái)階、大直徑、深孔崩落充填技術(shù)，取得技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重效益，并填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)采礦方法技術(shù)空白[2]。

（4）原地溶浸采礦法。溶浸礦山比常規(guī)礦山基建投資少，建設(shè)周期短，生產(chǎn)成本低，有利于實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械化與自動(dòng)化，有利于礦區(qū)環(huán)境保護(hù)，因此，該法很有應(yīng)用發(fā)展前景，我國(guó)首座地下溶浸礦山是1985年開(kāi)始在鈾礦開(kāi)采中得以應(yīng)用。1995年長(zhǎng)沙礦山研究院在東鄉(xiāng)銅礦成功完成了國(guó)內(nèi)首次井下原地破碎溶浸實(shí)驗(yàn)，1998年北京礦冶研究總院又在武山銅礦完成了原地浸銅試驗(yàn)。

3　地下礦采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

地下礦采技術(shù)隨著新的礦藏條件的出現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)大部分的礦山已經(jīng)開(kāi)始向大型化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展，采礦工藝朝著連續(xù)化或半連續(xù)化發(fā)展，礦山的安全生產(chǎn)工作和技術(shù)管理工作廣泛采用計(jì)算機(jī)技術(shù)。未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采礦技術(shù)的設(shè)備使用將更加高端、生產(chǎn)將更加安全、效率將更加高效、系統(tǒng)將更加完善，資源開(kāi)采將更加注重生態(tài)環(huán)境、綠色、和諧。

（1）設(shè)備智能化、大型化、自動(dòng)化。目前地下礦山載重25t的電動(dòng)鏟車已經(jīng)在井下作業(yè)，遙控鏟運(yùn)機(jī)械設(shè)備也正逐步實(shí)現(xiàn)微型化。遙控性的鏟運(yùn)、鑿巖、汽車也已在礦山試運(yùn)行，并正在研發(fā)鑿巖機(jī)器人、裝載機(jī)器人。

（2）無(wú)廢開(kāi)采。原地溶浸技術(shù)的利用將大幅增加礦產(chǎn)資源無(wú)廢開(kāi)采的范圍，有效的回避了礦產(chǎn)資源開(kāi)采給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響，將礦山周圍的人文環(huán)境、資源環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成環(huán)境友好的生態(tài)系統(tǒng)。

（3）深井采礦?，F(xiàn)階段礦山開(kāi)采深度一般在700m到800m，而根據(jù)國(guó)內(nèi)慣例，將開(kāi)采深度大于1000m的礦山稱為深井開(kāi)采礦山。深井開(kāi)采不是地下采礦技術(shù)的簡(jiǎn)單延伸，而是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在高溫、高應(yīng)力、高井深的“三高”特殊條件下，深井開(kāi)采除常規(guī)地下礦采面臨的諸多難題之外，還有其它需要解決的技術(shù)難點(diǎn)如沖擊地壓的控制、采場(chǎng)地壓的防治、深井提升運(yùn)輸、熱害的治理及深井的通風(fēng)排水等。

（4）礦山技術(shù)的數(shù)字化、智能化及無(wú)人化。21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的世紀(jì)，數(shù)字化和智能化是這一時(shí)期知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志。信息技術(shù)、通訊技術(shù)、定位和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，深刻得影響甚至改變著傳統(tǒng)的采礦工業(yè)，遙控采礦、無(wú)人作業(yè)甚至于無(wú)人礦井等已經(jīng)在很多國(guó)家成為現(xiàn)實(shí)[3]。

4　結(jié)束語(yǔ)

21世紀(jì)是一個(gè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的新世紀(jì)。在不久的將來(lái)，現(xiàn)有的各種采礦技術(shù)都有可能面臨深刻的變革。深井礦山、無(wú)人礦山、太空采礦、海底采礦等目前的概念都將變成現(xiàn)實(shí)。地下采礦工業(yè)將以一個(gè)嶄新的面貌伴隨著人類文明不斷向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳田林.我國(guó)采礦技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].專題研究,2011,18(07):504.

[2]李紅零,吳仲雄.我國(guó)金屬礦開(kāi)采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].有色金屬(礦山部分),2009,1(01).

[3]劉春波,孫光華,李富平.我國(guó)地下礦山采礦技術(shù)發(fā)展及趨勢(shì)[J].河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(05).