地下金属矿采矿科学技术的发展趋势课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

地下金属地下金属矿矿采采矿矿科学技科学技术术发发展展趋势趋势北 京 科 技 大 学胡乃联第1页地下金属矿采矿科学技术发展趋势地下金属矿采矿科学技术发展趋势 1 地下金属矿采矿科学技术发展趋势 2 无底柱分段崩落采矿法技术进展3 瑞典纪律纳铁矿介绍4 我国梅山铁矿介绍第2页1 地下金属矿采矿科学技术发展趋势 1.1 高效率采矿高效率采矿 1.2 清洁采矿清洁采矿 1.3 连续采矿连续采矿1.4 深部采矿深部采矿 1.5无人采矿无人采矿 第3页1.1 高效率采矿高效率采矿露天矿不论是液力机械传动、还是交流驱动电动露天矿不论是液力机械传动、还是交流驱动电动轮汽车，都已发展到了轮汽车，都已发展到了300t级以上。如级以上。如T282型交型交流驱动电动轮汽车和流驱动电动轮汽车和797型液力机械传动卡车，其型液力机械传动卡车，其有效载重已到达有效载重已到达327t。穿孔牙轮钻机。穿孔直径还多用穿孔牙轮钻机。穿孔直径还多用310380 mm,而而钻孔直径钻孔直径559mm钻机，已投入生产。钻机，已投入生产。第4页1.1 高效率采矿高效率采矿地地下下铲铲运运机机。如如载载重重5tToro 501 E型型电电动动铲铲运运机机，现现已已发发展展为为载载重重25tToro 2500E型型电电动铲运机。动铲运机。井井下下汽汽车车。瑞瑞典典已已开开始始用用120t7轴轴大大型型卡卡车车，取代取代45t和和65t卡车。卡车。第5页1.1 高效率采矿高效率采矿井下钻机。也向大型化发展，配有水力潜孔冲击式凿岩机Simba W型自动遥控台车，正取代原有台车；钻凿大直径深孔QL4型潜孔钻机，已经问世，其凿岩效率提升25%一35%。第6页1.1 高效率采矿高效率采矿伴随微电子技术飞速发展，近几年来，地下矿山已经有遥控铲运机和凿岩机；无人驾驶汽车在试运行。国外还开发出了凿岩机器人、装载机器人和采煤机器人等矿山设备。矿山设备正逐步实现遥控化、智能化。第7页1.1 高效率采矿高效率采矿因因为为矿矿山山设设备备逐逐步步大大型型化化和和智智能能化化，地地下下矿矿山山3种种高高效效率率采采矿矿法法大大直直径径深深孔孔落落矿矿空空场场采采矿矿法法，机机械械化化充充填填采采矿矿法法及及大大量量崩崩落落采采矿矿法法将将朝朝着着：高高阶阶段段(120200 m)，大大采采场场(矿矿段段)，一一步步骤骤回回采采，采采准准、切切割割合合二二为为一一方方向向发发展展。它它们们在在大大规规模模开开采和集中强化开采中将发挥主要作用。采和集中强化开采中将发挥主要作用。第8页1.1 高效率采矿高效率采矿伴伴随随大大量量落落矿矿采采矿矿技技术术发发展展，落落矿矿高高效效率率与与出出矿矿低低效效率率矛矛盾盾越越来来越越突突出出，为为了了提提升升出出矿矿效效率率，装装载载机机移移动动式式破破碎碎机机胶胶带带运运输输机机和和连连续续装装载载机机胶胶带带运运输输机机运运矿矿配配套套间间断断连续采矿系统，将逐步得到应用和发展。连续采矿系统，将逐步得到应用和发展。第9页1.1 高效率采矿高效率采矿伴伴随随开开采采深深度度增增大大，深深井井开开采采矿矿山山越越来来越越多多，提提升升采采矿矿强强度度，实实现现深深井井高高效效率率采采矿矿问问题题，将将引引发发人人们们更更多多重重视视，以以下下6个个方方面面工工程程技技术会有很大发展。术会有很大发展。第10页1.1 高效率采矿高效率采矿(1)为为了了有有效效地地控控制制地地压压，降降低低矿矿柱柱损损失失，提提升升矿矿石回收率，一步骤连续采矿会得到广泛应用。石回收率，一步骤连续采矿会得到广泛应用。(2)为为了了提提升升出出矿矿效效率率和和矿矿山山自自动动化化水水平平，间间断断连续采矿工艺系统，将逐步得到很大发展。连续采矿工艺系统，将逐步得到很大发展。(3)为为了了降降低低深深井井废废石石提提升升量量，把把选选厂厂(粗粗选选厂厂)移移至井下，是一个主要发展方向。至井下，是一个主要发展方向。第11页1.1 高效率采矿高效率采矿(4)为为了了处处理理深深井井提提升升困困难难，降降低低深深井井提提升升成成本本，降降低低井井巷工程，深井水力提升将是一个主要发展方向。巷工程，深井水力提升将是一个主要发展方向。(5)针针对对深深井井高高应应力力特特殊殊条条件件，非非常常规规、适适应应深深井井开开采采特特殊条件新采矿方法，将是一个主要研究课题。殊条件新采矿方法，将是一个主要研究课题。(6)为为了了将将废废石石充充填填到到深深井井下下部部，有有效效地地缩缩短短井井下下工工作作线线长长度度，并并减减小小顶顶板板压压力力，采采取取上上行行开开采采问问题题将将引引发发人人们们更更多关注。多关注。第12页1.2 清洁采矿清洁采矿 清清洁洁采采矿矿（无无废废害害采采矿矿）是是二二十十一一世世纪纪矿矿业业可可连连续续发发展展主主要要课课题题之之一一。所所谓谓无无废废害害采采矿矿，就就是是最最大大程程度度地地降降低低废废料料产产出出、排排放放，提提升升资资源源综综合合利利用用率率，减减轻轻或或杜杜绝绝矿矿产产资资源源开开发发负面影响工艺技术。负面影响工艺技术。实现清洁采矿主要路径有以下实现清洁采矿主要路径有以下4方面方面：第13页1.2 清洁采矿清洁采矿(1)提提升升资资源源综综合合利利用用程程度度。提提升升选选冶冶技技术术水水平平，不不停停提提升升资资源源利利用用率率，以以降降低低污污染染，并延缓资源耗竭速度，维持矿业可连续发展。并延缓资源耗竭速度，维持矿业可连续发展。第14页1.2 清洁采矿清洁采矿(2)实实现现废废料料产产出出最最小小化化。如如采采取取合合理理开开拓拓系系统统和和采采切切比比小小采采矿矿方方法法，从从源源头头上上控控制制废废石石产产出出率率；采采取取上上行行开开采采次次序序、建建设设井井下下选选厂，将废石、尾砂回填采空区。厂，将废石、尾砂回填采空区。第15页1.2 清洁采矿清洁采矿(3)推推进进废废料料资资源源化化。加加强强综综合合回回收收，使使不不具具开开发发价价值值“个个性性物物”变变成成矿矿产产资资源源，提提升升废废料料资资源源化化水水平平，包包含含制制作作建建筑筑材材料料和和矿矿区区复垦、造地等。复垦、造地等。第16页1.2 清洁采矿清洁采矿(4)研研究究高高技技术术特特殊殊采采矿矿方方法法。如如研研究究高高压压水水胀胀裂裂矿矿岩岩采采矿矿法法、镶镶嵌嵌金金刚刚石石刃刃具具钢钢绳绳切切割割采采矿矿法法，深深孔孔水水力力采采矿矿法法和和原原地地破破碎碎溶溶浸浸采矿法等。采矿法等。第17页1.2 清洁采矿清洁采矿 原地溶浸采矿是理想无废害采矿(清洁采矿)方法，它分为钻孔溶浸法和原地爆破破碎溶浸法2类，前者是将浸出液经过钻孔注入地下矿体中，有选择性地浸出有价组分，再将溶液抽出送车间回收有价金属。后者是将矿块爆破破碎后，在上部中段喷洒溶浸液，下部中段搜集富液。第18页1.2 清洁采矿清洁采矿 我国于1970年在铀矿开采中开始试验钻孔溶浸法研究，1991年正式工业性应用。近年，也开始试验原地爆破破碎溶浸法。第19页1.2 清洁采矿清洁采矿原地溶浸采矿只适合用于含有一定地质、水文条件矿床，假如矿化不均，矿层各部位渗透性不一样、或部分有用成份难以浸出，都会影响开采经济指标。所以，当前惯用是地面堆浸法。溶浸采矿可处理金属主要有铜、铀、金、银。第20页1.2 清洁采矿清洁采矿地面堆浸方法，已成为从低品位矿石提取金属有效方法，已发展到很大规模和很高机械化程度，它不但能够处理氧化矿、低品位铜矿(包含表外矿、废石、浮选尾矿)，而且能够处理硫化铜矿和铜精矿。第21页1.2 清洁采矿清洁采矿采取溶浸技术，从矿石到电铜只有浸出萃取电积3个工序，它与传统火法炼铜工艺相比，其生产成本和投资费用均降低三分之一。1999年世界上采取溶浸技术生产铜已到达220万t，占世界矿铜产量15%以上，其中智利到达120万t，美国70万t。世界最大浸出萃取电积工厂是智利埃尔阿夫拉，它年产量达26.5万t。第22页1.2 清洁采矿清洁采矿 我国于1997年在德兴铜矿建成细菌堆浸废石年产t电积铜厂，紫金山金矿地面堆浸规模也很大，在金矿系统乃至全国都有较大影响。第23页1.2 清洁采矿清洁采矿 不过，我国与外国相比差距依然很大：生产规模相正确小，设备还很简陋；对不一样类型矿物、缺乏浸出技术和工业应用经验；缺乏在高海拔和严寒地域推广浸出萃取电积技术经验；缺乏优良萃取剂；自动控制技术水平低。第24页1.2 清洁采矿清洁采矿 回收低品位矿石，是二十一世纪矿业发展主要方向，发展生物冶金技术和原地溶浸技术，对品位低、埋藏深、难采矿体开采利用含有尤其主要意义。第25页1.3 连续采矿连续采矿 传统开采方法存在许多弊端，其要害就是留有大量间柱。实现无间柱连续采矿，是地下金属矿开采技术一个重大变革，其表现在：回采工作面连续推进，有利于井下采矿作业合理集中，实现高强度采矿；可从根本上处理长久以来因留大量矿柱给矿山带来多中段作业、资源大量损失问题；第26页1.3 连续采矿连续采矿 阶段连续回采时，强采、强出、强充，围岩暴露时间短，有利于采场地压控制，对于围岩稳固性稍差，尤其是地压较大深部矿床开采，将是一个有效开采方式；连续回采将推进地下金属矿山作业机械化，工艺连续化，生产集中化和管理科学化进程，促进矿山当代化。第27页1.3 连续采矿连续采矿 但连续采矿机可行性受到两方面挑战：采矿机作业受金属矿床形态多变及复杂地质条件限制；切害头寿命及费用。所以，硬岩采矿机要投入工业应用尚需时日，但人们对其前景依然看好，因为它为实现无人矿井迈出决定性一步，同时从它可用于水利、铁道、公路工程来说，也是一个重大突破。这是澳洲、西欧、北欧仍继续投入巨款开发研究主要原因。第28页1.4 深部采矿深部采矿 谈到深部开采，需要界定“深部”含义。矿山是否进入深部开采，有教授提议以岩暴发生频率显著增加来界定，也有提议以岩石应力到达某一高度值来界定，更多人认为:上述两种方法有较大含糊性，主张进入深部开采界限约定为大于8001000m。红透山铜矿开采深度达9001100m；冬瓜山铜矿开拓深度达1100m。第29页1.4 深部采矿深部采矿 据不完全统计，国外开采深度超千米金属矿山有80多座，其中最多是南非。南非绝大多数金矿开采水平大都在1000m以下，其中Anglogold有限企业西部深水平金矿采矿深度达3700m；West Driefovten金矿，矿体一直延伸至6000m以下。第30页1.4 深部采矿深部采矿 印度科拉尔金矿区，已经有三座金矿采深超2400m。另外，俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚一批金属矿山采深亦超出1000m。所以，深部开采已成为我国乃至世界矿业界尤其关注问题。第31页1.4 深部采矿深部采矿 深井开采存在高应力、高温和高井深特殊开采环境。在深井开采中因为高应力造成岩爆、冒顶等灾害；因为高井温恶劣工作环境，工人生理条件难以承受；因为深井造成矿石提升、排水困难，以及人们心理承受力脆弱所造成伤亡事故等。第32页1.4 深部采矿深部采矿 但要实现深井采矿工艺与系统根本性变革，必须深入研究5个基础性科学问题：深井高应力矿岩岩爆控制问题；深井高应力矿岩碎裂诱变问题；深井开采中高温环境控制问题；深井采矿模式与采矿系统优化问题；深部低品位矿床无废害开采问题。第33页1.5 无人采矿无人采矿 二十一世纪矿山，需要引入一个全新采矿观念，构建一个全新数字化与智能化矿山模式，或者说高度当代化无人采矿模式。国际镍企业已开发一个能支持机器人、集过程设计和监控于一体信息系统，其主要软件提供数据库、绘图、三维模型、设备控制和矿山网络管理。这些软件能与测量、遥测矿山评定、爆破设计等软件和工具通讯，能与经营信息系统进行通讯。第34页1.5 无人采矿无人采矿 矿山数字化是矿山智能化基础。矿山智能化主要指是智能采矿，即采矿决议过程高度可靠、准确。要实现矿山智能化，要有3个条件：采矿设备智能化，各种遥控机器人应用；能动态地获取采矿工艺技术关键数据与资料，包含地质条件、品位、岩层情况、人员与设备位置、采矿工序等等，有充分资料后，才能愈加科学地对采矿进行规划、设计与控制；有高度当代化采矿调度系统。第35页1.5 无人采矿无人采矿 就露天矿来说，怎样有效地、动态地监测、调度和管理设备，并协调好人员与设备、设备与设备、设备与生产关系，是露天矿实现无人采矿目标主要内容。第36页1.5 无人采矿无人采矿 美国模块企业为了上述目标，已成功地开发出一个大范围采矿调度系统。它是采取最新计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统（GPS）技术，进行露天矿生产计算机实时控制与管理系统。其关键是使用全球卫星定位系统，工业应用非常成功。第37页1.5 无人采矿无人采矿 地下矿山无人采矿已经有许多研究，但它难度比露天矿要大得多，因为GPS难以用与地下，开发实用通讯系统便成为一个关键。加拿大国际镍企业研制了一个、基于有线电视和无线电发射技术相结合地下通讯系统，并在斯托比(Stobie)矿投入试用，这种功效很强宽带网络与矿山各中段无线电单元相结合，可传输多频道视频信号，操作每台设备。第38页1.5 无人采矿无人采矿 该矿除了固定设备已实现自动化外，铲运机、凿岩台车、井下汽车均已实现了无人驾驶，工人在地面遥控这些设备。中央控制系统安装有：数据库系统、模拟系统和规划设计软件，它直接向采矿设备发送工作指令。设备基本上是自主运行，整个井下工作面基本上不需工作人员。第39页2 无底柱分段崩落采矿法技术进展无底柱分段崩落法是我国地下开采铁矿采取最多一个高效率采矿方法，其开采矿量占我国地下铁矿开采总量80%以上，无底柱分段崩落法完善与提升，对提升我国地下开采矿山生产能力和经济效益含有十分主要意义。第40页2 无底柱分段崩落采矿法技术进展阶段高度 50m 200m；分段高度10m 30m；排距：1.0m 3.0m；每排崩矿1.0 1.5万吨；凿岩：风动凿岩台车，液压凿岩台车，孔径115mm，凿岩深度可达50米以上；出矿：T4G，铲运机，电动铲运机（Toro 2500E，25吨），遥控铲运机；第41页3 瑞典纪律纳铁矿介绍基律纳是瑞典北方最大城市，位于北极圈以北150千米，人口只有2.6万 基律纳矿体呈南北走向，向东倾斜，倾角约60度，走向长约4000m，平均厚度80m，勘探深度约m。第42页3 瑞典纪律纳铁矿介绍矿石主要用分段崩落法开采，约25%矿石用分段采矿法回采。1993年原矿总产量为1 830万吨。其中分段崩落法占1 250万吨，分段采矿法为410万吨，其余矿石来自采准工程1994年生产计划要求分段崩落法生产1 280万吨矿石，分段采矿法采出360万吨矿石。第43页3 瑞典纪律纳铁矿介绍 回采方式以下：先用大直径盲孔钻机或天井掘进机在上盘接触带向上钻凿一个760mm切割天井。以80度倾角钻凿扇形炮孔，每个扇形炮孔组9-10个炮孔。当前生产凿岩是用5台凿岩台车钻凿115mm直径炮孔。其中4台配有顶部冲击式凿岩机，另一台配有潜孔冲击器。第44页3 瑞典纪律纳铁矿介绍运矿由18辆15t铲斗容量Toro电动铲运机担负，从44个矿石溜井运到现在775m主运输水平。当前，矿山是两班作业，每七天工作7天，爆破作业在夜班进行。第45页3 瑞典纪律纳铁矿介绍在主运输水平，矿石用遥控电机车运到多线卸载站。底卸式矿车在这里卸矿。矿石运到破碎站。破碎矿石进入矿仓，再从矿仓装入箕斗提升到地表。共有8座竖井，其中7座装有箕斗提升机。第46页3 瑞典纪律纳铁矿介绍KUJ计划，由775水平下降到1045水平；采矿能力由1830万吨到2600万吨；有了1045m水平就可开采矿体下部，其矿石储量为3.3亿t。要求分成8个生产矿块进行开拓，每个生产矿块有1组4个矿石溜井，分别溜放磷品位不一样矿石。并在矿体下盘开凿4条新斜坡道下到8个矿块底部，每条斜坡道服务于2组矿石溜井。第47页3 瑞典纪律纳铁矿介绍分段高度，第一阶段为28.5m，随即将可能使用30m分段高度。分段高度12m时，连续扇形炮孔排面抵抗线为2m，每排爆破1500t矿石，要到达60000t/d生产能力，天天二十四小时要爆破40排炮孔；第48页3 瑞典纪律纳铁矿介绍假如分段高度改为30m，最小抵抗线将是3.5m左右，每排炮孔崩矿量可达14000-15000t，这么天天仅需爆破四排炮孔。矿山分为八个生产矿块后，只要在两个矿块中爆破就够了。这八个矿块都有独立通风系统。这就是说，两个矿块进行爆破时，其余六个矿块能够正常生产。第49页3 瑞典纪律纳铁矿介绍 增加分段高度，就要增大钻孔深度和提升凿岩精度最大深度将达55m，只能有微小偏斜。凿岩使用装备了新型Wassara水力潜孔冲击器钻机。第50页3 瑞典纪律纳铁矿介绍装载机借助配置有信息传输系统和移动控制导航系统，经过远距离操纵台控制装运过程，从而实现了作业过程自动化。15台载重25 t装载机由矿井中央控制台进行控制。试验中每台装载机天天装运5000 t矿石，运距320 m。第51页3 瑞典纪律纳铁矿介绍通风系统采取压入吸出混合通风方式。污染主要起源是柴油车辆、爆破产生有害气体和扬尘。基律纳铁矿位于北极圈内，气候严寒，每年有7个月需要预热，在此期间室外平均温度为-8，预热是按室外温度-20 考虑，假如气温在-20 以下，就要降低通风量，预防零度以下空气进入井下。第52页3 瑞典纪律纳铁矿介绍排水：775m水平采取3段排水，排水是自动化，在地面进行控制。1045m水平排水是在775m水平3段泵站基础上再加一段，用4段泵站接力排水，即295、528、960和1180m水平各设泵站，总排水能力为48m3/Min，一年排水量约为1200万m3。考虑要回采卢萨湖下面矿量，排水量可能要增加。第53页3 瑞典纪律纳铁矿介绍第54页4 我国梅山铁矿介绍梅山铁矿是一个大型盲矿体，呈大透镜状，平面投影为似椭圆形，面积0.8平方公里、长1 370 m、宽824 m，平均厚度134 m，属于缓倾斜极厚矿体，矿体水平面积大，-198 m以下，矿体长度普通为400-700 m，水平宽度在300 m以上，分层矿量980-1760万t，矿石主要成份为磁铁、赤铁矿、菱铁矿，矿体稳固性很好，围岩易于崩落，含有很好开采技术条件。第55页4 我国梅山铁矿介绍梅山铁矿一直采取小结构参数，采矿强度低，制约了矿山生产能力提升，依据矿山发展总体要求，改变结构参数已势在必行。第56页4 我国梅山铁矿介绍 1987年开始着手加大分段高度和进路间距研究，决定将分段高度由10 m提升到15 m，进路间距由10 m加大到15 m，并在北采区建立试验矿块，开展试验研究工作。第57页4 我国梅山铁矿介绍1991年开始，先后采取物理模拟、计算机仿真及工业试验等科学伎俩，开展了凿岩爆破参数及崩矿步距研究、放出体工业试验、过渡分段方法、大型采掘设备合理配套研究；同时为提升矿山生产能力，还开展了多级机站通风系统研究，以及新技术、新工艺研究和应用，并采取科学管理伎俩，取得了丰硕结果。第58页4 我国梅山铁矿介绍1998年完成新旧参数过渡，一198 m以下全方面采取15 m X 15 m结构参数，当年生产原矿251万t，实现了年产铁矿石250万t达产指标。凿岩：10 m x 10 m结构参数下，采取CTC一141风动台车凿岩，使用孔径为60 m m；第59页4 我国梅山铁矿介绍当改用15 m x 15 m结构参数时，为提升凿岩崩矿强度，凿岩设备采取Si mba H252液压凿岩台车，炮孔直径为72 m m和78 m m。崩矿步距：在1 5 m X15 m结构参数下，合理崩矿步距为2.53.5 m之间，按综合孔径密集系数、炸药单耗等原因以及装药、爆破等生产工艺要求，合理崩矿步距为3.0 m。第60页4 我国梅山铁矿介绍结构参数加大后，矿块平面尺寸由一期50 mX50 m加大到75 mX120 m(或140 m)，出矿平均运距由60 m加大到120 m，最大运距由100 m加大到230 m,T4G无法满足运距要求，淘汰已成定局。选择芬兰TAMROCK企业TOR0400E3.8耐电动铲运机作为回采出矿主力机型，替换LK一1型2立方米柴油铲运机和T4G。第61页4 我国梅山铁矿介绍梅山铁矿二期扩建工程年经过国家验收后投入正式使用，年采选综合生产能力扩大到400万t，年产铁精矿215.84万t。20产铁精矿219.45万t，到达了二期设计水平。20，梅山铁矿二期延深工程正式开工建设。二期延深工程仍采取比较适合梅山矿体竖井开拓，无底柱分段崩落法先进采矿工艺，结构参数为15m x 20m。第62页4 我国梅山铁矿介绍梅山铁矿二期扩建工程年经过国家验收后投入正式使用，年采选综合生产能力扩大到400万t，年产铁精矿215.84万t。20产铁精矿219.45万t，到达了二期设计水平。第63页4 我国梅山铁矿介绍年，梅山铁矿二期延深工程正式开工建设。二期延深工程仍采取比较适合梅山矿体竖井开拓，无底柱分段崩落法先进采矿工艺，结构参数为15m x 20m。当前正在研究将分段高度增加到20m，进路间距22m24m。第64页4 我国梅山铁矿介绍梅山矿业企业近日引入一套GPS全球定位系统，主要用于梅山矿塌陷区变形监测，现已正式应用于实际监测作业当中。梅山铁矿职员数5000-6000人；基律纳铁矿：1750人，井下约500人。第65页采矿系统工程采矿系统工程 谢谢大家！第66页