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2016年全国有色金属采选冶实用技术与装备大会
我国金属矿安全高效开采
关键工程科技问题展望
北京科技大学 蔡美峰
2016年4月21 日,湖南长沙
提 要
一、前言
二、深部开采
三、连续化高效率采矿
四、信息化、自动化、智能化采矿
五、结束语
一、前 言
我国金属矿产资源总量较丰富,但人均占有量远低于世界平均
水平,并且资源品位、质量和赋存条件较差。为此,我国60 %
以上的铁精矿、70 %以上的铜精矿和50 %左右的铝土矿须从国
外进口。主要金属矿产资源如此高的国外依存度,对我国国民
经济发展构成了潜在的严重威胁。
为了保证我国国民经济的安全和可持续发展,必须广泛吸收各
学科的高新技术,开拓先进的、非传统的采矿技术,创造更高
效率、更低成本、最少环境污染和较好安全条件的采矿模式,
努力提高金属矿产品产量和生产效率。
未来安全、高效的采矿工程科技将在深部开采、连续化高效率
开采、信息化、自动化、智能化开采等方面取得重大突破,最
终建成高度自动化、高效率、无污染的无人矿山。
二、深部开采
深部开采的现状及面临的主要问题
随着浅部资源逐渐减少和枯竭,矿产资源开发正向深部逐步发展
。南非、加拿大、印度、俄罗斯等是世界上金属矿深井最多的国
家。南非绝大多数金矿的开采深度都在2000m 以下。其中,姆波
尼格金矿采深达到4350m ,矿体埋深更是超过7500m 。加拿大蒂
明斯Kidd铜锌矿开采深度为2800m 。印度Kolar金矿区已有三个矿
采深超过2400m ,其中一个矿已达3260m 。
我国金属矿开采,更处于向深部全面推进阶段。上世纪末,我国
千米深井金属矿数量很少。但十几年来,一批矿山开采深度达到
或超过了1000m 。其中,辽宁红透山铜矿达到1300m ;吉林夹皮
沟金矿达到1400m ;云南会泽铅锌矿和六苴铜矿达到1500m ;河
南灵宝釜鑫金矿达到1600m 。近期在三山岛金矿西岭矿区1600-
2000m深度探明一个金金属储量400t 的大型金矿床,为我国在胶
东半岛深部等类似矿集区找到更大规模金矿床指明了方向。
二、深部开采
进入深部开采后,高应力作用下的岩爆、地压控制和支护技术
,通风、降温、提升技术等都是需要研究的前沿问题,需要取
得突破,否则将很难维持正常生产。
地应力值随深度增加而增加,深部高应力将可能导致破坏性的
地压活动,包括岩爆、塌方、冒顶、突水等由采矿开挖引起的
动力灾害。
岩性恶化,浅部的硬岩到深部变成软岩,弹性体变成潜塑性体,
给支护和采矿安全造成很大负担,严重影响采矿效率和效益。
岩层温度随深度以3℃/ 100m 的速率增加。深井的高温环境条件
严重影响工人的劳动生产率;而为了进行有效降温,又必将大
大增加采矿成本。
随着开采深度的增加,矿石和各种物料的提升高度显著增加,
从而大大增加提升成本,并对生产安全构成威胁。
二、深部开采
深井开采岩爆预测与防控
岩爆诱发机理
岩爆是一种由采矿引发的动力灾害,是采矿开挖形成的扰动能
量在岩体中聚集、演化和在一定诱因下突然释放的过程,这一
过程是在地应力的主导下完成的。
地应力是存在于地层中的天然应力。以大陆板块边界挤压为主
的地球水平构造应力和以地心引力为主的垂直自重应力是地应
力的两个最主要的组成部分。太平洋板块、印度板块的推挤和
菲律宾板块、欧亚板块的约束造成了中国大陆的高应力场。
采矿开挖前地层处于自然平衡状态。采矿开挖引起地应力向开
挖空间的释放,形成“释放荷载”,导致岩体变形和应力集中
,产生扰动能量。当岩体中聚集的扰动能量达到很高水平并在
一定条件下突然释放,就产生冲击破坏(冲击地压),即岩爆。
二、深部开采
二、深部开采
岩爆诱发机理
拟开挖 开挖释
区域 放荷载
(a)开挖前
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