地下矿山采矿新技术之无废开采.doc

1. 地下矿山采矿新技术之无废石开采探究 4
1.1 废石的评价 4
1.2 废石的分类 4
1.3 废石的赢利性 5
1.4 废石的技术经济评价 5
2. 地下矿山采矿新技术之废水处理开采探究 5
2.1 矿山废水现状 5
2.2 矿山废水的成分及危害 6
2.3 矿山酸性废水的处理方法 6
2.3.1 中和法 6
2.3.2 人工湿地法 6
2.3.3 微生物法 7
2.4. 结语 7
3. 地下矿山采矿新技术之无废气、尘开采探究 7
3.1 金属矿山通风降温技术研究 7
3.1.1 优化矿井通风系统 8
3.1.2 加强风流调节 8
3.2 金属矿山通风机研究研究 8
3.3 废气、尘的治理 9
3.3.1粉尘治理： 10
3.3.2废气治理： 10
4. 地下矿山采矿新技术之无废矿开采探究 10
4.1 降低大块率 10
4.2 尾矿充填 12
5. 矿山无废开采可持续发展的调查及研究 12
5.1 我国铁矿资源可持续发展战略 12
5.1.1. 铁矿资源重要地位与可持续发展的意义 12
5.1.2 我国铁矿资源可持续发展面临的形势 13
5.1.3. 我国铁矿床资源的显著特点： 13
5.2 铁矿石供求状况分析 13
5.2.1 铁矿石需求分析 14
5.2.2 铁矿石供给状况分析 14
5.3 我国铁资源开采现状与存在问题 14
5.4 我国铁矿资源可持续发展战略建议 15
5.5 基于可持续发展观的地下矿山阶段开采新模式 15
5.5.1 地下金属矿山阶段开采的新模式 15
5.5.2 试验矿区地质和采矿条件 16
5.5.3 计算程序和计算模型 17
5.5.4 计算结果及分析 17
5.6 案例 18
5.6.1 河北钢铁矿山无废开采的探索与实践 18
5.6.2 矿山采矿方法选择优化 19
5.6.3 尾砂的综合利用研究 19
5.6.4 水资源保护和水资源综合利用 19
5.7 结论 21
6. 矿山无废系统的调查与研究 21
6.1 矿山无废系统的基本情况 21
6.2 地下采选一体化系统 21
6.3 地下采选一体化的特点 24
6.4 结论 25

地下矿山采矿新技术之无废开采
摘 要 无废开采是21世纪矿业发展的必然趋势。然而目前尚无系统的、深入的相关评价方法和评价体系。本文通过探索废石、废水、废矿的处理方法，提出矿山通过循环利用废弃的原料达到的可持续发展，并最后提出地下采选一体化方法作为本文无废开采的结论。
关 键 词 无废开采 可持续发展 地下采选一体化

矿业是国民经济的重要基础产业，是国家战略安全保障的重要组成部分。矿业持续稳定的发展，是一个国家国民经济发展的保障。因此，在全球科技日新月异迅猛发展的今天，国内外采矿技术也快速发展，取得了巨大成就，为钢铁工业的发展做出了重大贡献。科技是矿业发展的强大引擎，是矿业经济增长的关键。及时借鉴、吸收国内外的采矿心术利用现代科学技术，改造传统工业，必将对我国冶金矿产资源的开发产生积极的推动作用。
目前我国露天矿采出的铁矿石占90%，有色金属矿石约占50%。地下开采在我国金属矿山占有很重要的地位，特别是在有色金属和黄金系统90%以上矿山均采用地下开采。我国金属矿产资源贫矿多，富矿少，小矿多，大型，特大型矿少，矿产资源缺口严重，如果金属矿开采技术得不到迅速发展，将会严重制约国民经济的健康发展。因此，矿山采矿技术的研究就显得尤其重要，那么地下矿山新技术的无废开采也起着很大的作用。
所谓无废害开采，就是最大限度的减少废料的产出、排放，提高资源综合利用率，减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的工艺技术。
通过对矿床综合开发理论与实践的分析，我们提出建立无生态危害的无废采矿系统的3种途径：
（1） 建立无废采矿工艺，即尽可能少得采出废石或直接在原地回收有用成分。如采用地下溶浸、溶化、熔炼、地下气化等物理、化学工艺开采方法，这类工艺可减少矿物资源采掘量，从而减少肥料产生量。
（2） 采矿废料的综合利用。如用作生产建筑材料，筑路、充填采空区，土地复垦和贫瘠土地改良，回收有用成分，生产矿物化肥，用作其它工业部门的原料或添加剂等。
（3） 将采矿与选矿过程中的废料全部或部分堆置（贮存）在井下矿房或露天采场的采空区以供将来利用。

采矿无废料工艺技术在前苏联、德国、加拿大、美国等国家均得以应用。例如前苏联亚美尼亚黄金生产联合公司在井下硐室中建设选矿场，原矿直接运到井下选矿站得矿仓贮存候选，选矿厂的尾矿经脱水和借助化学材料混合后直接用管道输送到采空区冲天，一步骤矿房的充填体为胶结冲天，二步骤矿房的充填材料不固结。节约了大量的矿石运输费用和尾矿返回到井下采空区的充填费用，净化了地表的环境。德国格隆德矿的膏体泵送全尾矿充填技术，加拿大的多姆金矿经高效脱水后的高浓度尾矿充填技术均是采矿无废料生产工艺的成功实例。国内冶金矿山做得比较好的矿山是马钢姑山铁矿和新疆雅满苏铁矿。姑山铁矿一方面进行边坡稳定性研究，尽量提高边坡角，尽可能少的饿采出废石量，另一方面将采出的废石代替粘土，烧制建筑用砖，才采出的片石作为建筑石料，基本做到了少废或者无废。雅满苏铁矿一方面充分回收矿石的各种有用组分，另一方面，将最终尾矿经分级脱水处理后，烧制成水泥，充分利用了所有资源，处理了全部采出的固体废料，实现了矿山的无废开采。

1. 地下矿山采矿新技术之无废石开采探究

1.1 废石的评价
现行的矿山废石统计和分类方式既繁琐又不实用。它们或是基于毒物危害的原则，或是根据形成条件，按矿物原料种类进行统计和分类，没有规定确定废石利用的经济可行性。我们认为，废石作为生产社会有用产品的原料应分阶段进行评价。第一阶段，确定回收或再回收有用组分的技术可能性；第二阶段，确定废石能否用作建筑工业和国民经济其它部门的原料；第三阶段，进行技术经济指标的计算，以确定矿山废石加工或土地恢复的可行性。
1.2 废石的分类
当前可利用的：
例： 一、我国矿山尾矿、废石的堆存数量。约达230亿t。全尾矿占全国固体废料的l／3左右，但尾矿综合利用率8．2%左右，矿山尾矿、废石数量巨大，综合利用率低，大部分排人河道、沟谷、低地，污染水土大气，破坏环境，乃至造成灾害。矿山尾矿堆存场所还占用了大量农田、林地，对环境也有一定污染。随着国家加强环境保护和土地管理，尾矿的治理和利用已成为
必须解决的迫切问题，但是只回收有价值尾矿仍然处理不了剩下的大量尾矿，只有将尾矿作为建筑材料利用才是最根本的利用尾矿废石做骨料，代替部分细骨料，全部替代粗骨科，使用聚羧酸高效减水剂与脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂复合的外加剂来制备自密实混凝土。结果表明：自密实混凝土的各种性能良好，不仅减少了水泥用量，降低了自密实混凝土的成本，且大掺量使用尾矿废石，对发展我国低碳经济、循环经济、节能减排有着重大意义。
二、原有水泥基人造石是用水泥为基料，按配比加入集料、粘接料、增强纤维和所需颜料混合、成型、养护而成。但由此制成的人造石常因颜料配合量的微小波动、天气湿度变化、集料含水量等原因而出现色彩不均的问题，从而影响最终产品的质量。对此，海外一人造石生产企业利用废石料替代颜料生产水泥基人造石，有效解决了上述问题，也为废石料的有效利用开辟了一条新路。在许多领域废石都有一定的利用性比如利用脱硫渣及钙质废石粉制备陶瓷，利用尾矿废石制造微晶玻璃的配料系统等等。
当前不可利用的：
由于当前矿山对废石处理的技术不是很健全所以导致部分废石没有可利用性。为此，必须研究这些废石的物理一力学及其它性质是否符合国家标准的要求。此外，废石可用作井巷的固体充填料。根据上述原则，将废石分为能用的和不能用的。在对废石利用按上述两个方面进行技术可能性
评价之后，剩下的没有任何价值的废石可算作废物。这时需要进行废石堆和尾场用地的复田工作，或腾出它们占用的土地作农业生产用。在后一种情况下，可将废石放人地下巷道，或用其充填采空的露天矿场、沟谷和坳沟等。

1.3 废石的赢利性
对废石加工的赢利性进行详细技术经济论证，同时，要考虑该种矿物原料在某地
区的需求和消费量和由于复田、腾出所占用农田所避免的社会经济损失的数额。
废石用作建筑材料的经济合理性，是通过废石破碎、材料运到用户的费用同专门采场采出的非金属原料的勘探、开采、破碎、运输费用进行比较确定的。废石和尾矿场复田造林、开辟公园等的合理性要结合考虑因避免环境污染所产生的不经济性。此外，还注意附近是否有肥沃的、潜在肥沃的岩石和土壤的来源，
以及运土石方法和生物方法复田的经济效益。在对废石堆放和腾出尾矿场占用耕地的具体方法选择进行论证时，应考虑该地区农业用地的保证程度。没有任何用处的废石(废物)可分为两类：可复田的和不适于复田的或应处理掉的。
1.4 废石的技术经济评价
采矿一冶金生产的固体废料应有指标要求(质量要求)，籍以判断它在国民经济中使用的经济合理性。废料利用的技术经济评价应按综合性方法进行，它不仅考虑废料含金属部分和非金属部分的总体效益，还要考虑由此而避免了的社会经济损失，采用所制定的废料经济评价和分类的方法原则有助于确定采矿一冶金生产积存的废料在当前和今后利用的技术经济合理性。

2. 地下矿山采矿新技术之废水处理开采探究

2.1 矿山废水现状
矿产资源是人类文明必须的物质基础。矿产的开发利用过程中不可避免的要破坏和改变自然环境，产生各种污染物质，污染大气、水体及土壤，给生态环境和人体健康带来诸多不利影响。事实证明，一些国家或地区的环境污染状况，在某种程度上总是与其矿产资源消耗水平相一致。
矿山废水是矿山环境污染的主要来源之一，其中又以酸性废水危害最为严重。矿山废水一般不能直接循环利用，若排入河流、湖泊等水体，将导致水体ph值发生变化，杀死或抑制微生物的生长，妨碍水体白净。酸性废水的排入，会导致水质酸化，同时含有重金属离子的酸性废水会毒化土壤，导致植被枯萎、死亡。对一些特殊矿山如铀矿山，其废水中还有放射性物质，对环境的危害性更大。因此，消除矿山酸性废水危害已成为各国在开采矿山时都必须要考虑的问题。
2.2 矿山废水的成分及危害
矿山废水中的主要污染成分包括有机污染物、油类污染物、氰化物、酸污染、重金属污染、氟化物和可溶性盐类。除此以外，还有热污染、水的浊度污染以及固体悬浮物和颜色变化等污染形式。酸性矿山废水的成分与矿物组成、矿床埋藏条件，选矿方法、采矿方法等因素有关。
大多数金属矿床和非金属矿床都含有黄铁矿等硫化物，若这些硫化物含量低或不含有用元素，则常作废石处理，堆放于废石堆或尾矿库。在地表环境中这些硫化物将迅速氧化，可形成含重金属离子浓度很高的酸性废水，成为矿山开采中最大得污染源。因此，酸性废水是矿山废水主要组成部分。
在铀矿山或含铀矿物的其他矿山中，还含有特殊危害组分——铀、镭等放射性元素。这些矿山废水水量变化大和化学成分皮鞭的不恒定，是铀矿山废水的显著特征。
2.3 矿山酸性废水的处理方法
目前，国内外矿山酸性废水处理方法主要包括中和法、湿地法和微生物法3种。
2.3.1 中和法
中和法就是向酸性废水中投入碱中和剂，利用酸碱的中和反应增加废水的ph值，并使重金属离子与氢氧根离子发生反应，生成难容的重金属氢氧化物沉淀而净化污水。传统的中和剂主要是石灰或石灰乳，粉煤灰、煤矸石、电石泥等有时也被采用。
从理论上讲，在一定ph值下石灰或石灰石都能使金属沉淀，但由于各尾矿所要处理废水中可能含有配合试剂或离子，其沉淀及沉淀完成程度差异极大；同时处理后生成的硫酸钙渣较多，容易造成二次污染。
在国内，矿山酸性废水中和法基本上沿袭石灰乳中和法。在国外，美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金属离子的矿山酸性废水是最经济的方法，比单纯的石灰乳中和法能降低30%的处理成本。在日本，处理酸性废水通常使用石灰石作中和剂，使ph达到5左右，再加入中和剂石灰，使ph继续升高，即通过所谓的二段中和法处理含重金属离子的酸性废水。二段中和法在三棱金属、细仓矿业、同和矿业及小板矿业等东北地区的矿山得到了广泛的应用。
2.3.2 人工湿地法
人工湿地法是低成本并在环境上可持续的方法，其根据天然湿地净化污水的机理，由人工将烁石、砂、土壤、煤渣等材质按一定比例填入，并有选择性的种植有关植物，利用特定植物在湿地中能降低酸性水中金属离子的作用，让酸性水慢慢流经人为的植物群落，达到活体过滤的目的。同时，湿地也可为微生物群落的附着生长提供界面，缓慢的水流与人工湿地单元机制发生一定的中和作用。
目前，人工湿地法在国外已经用于实际酸性水的处理。如美国已在煤矿系统建设了400多座人工湿地处理系统，出水ph值提高到6~9，平均总铁质量浓度不大于3mg/L。德国Wismut公司的湿地食言的结果表明，采用湿地法处理矿坑含铀废水的运行费用仅为2马克/平方米（约合人民币9-10元）远低于常规谁处理方法，铀的去除效果可以达到50%。
2.3.3 微生物法
微生物法是目前国内外处理酸性矿山废水的最新方法，具有成本低，适用性强，无二次污染，能吸收或吸附重金属，分解并生成重金属硫化物沉淀予以回收等特点。其中硫酸盐还原菌能将硫酸根还原为硫化物，并利用光合硫细菌或无色硫细菌将硫化物氧化为单质硫回收；采用氧化亚铁硫杆菌可在低ph值时将酸性矿山废水转化成可溶性物质，将废水中的正二价亚铁离子氧化成正三价铁离子，假如中和剂生成氢氧化铁沉淀，沉淀物含水率低，体积小，最终实现脱硫的目的。
2.4. 结语
综上所述，矿山酸性废水处理方法主要包括中和法、湿地法和微生物法3种。中和法比较经济、有效、简单，但极易产生大量的硫酸钙固体废弃物，造成二次污染。湿地法具有投资少、运行费用低、易于管理、对有机物的吸附去除能力强的优点，但占地面积大，对硫化氢的处理不彻底，造成大气污染。而微生物法处理矿山酸性废水具有费用低、适用性强、可回收短缺原料单质硫等优点，因此成为最有潜力的矿山废水处理方法之一。
3. 地下矿山采矿新技术之无废气、尘开采探究

3.1 金属矿山通风降温技术研究
矿井通风降温方法研究
矿井热害产生的原因不同，其防治方法也各不相同，但总体可分为: 人工制冷和非人工制冷降温技术两类。人工制冷降温技术在国外已成为主要的降温方法，国内也进行了大量的理论研究，但实际应用的较少，此技术应用的建设投资和运行费用较高。而通风降温、热源控制、个体防护、预冷风流、充填采矿法降温等非人工制冷降温措施中，通风降温方法是国内外最常使用的，既经济方便、效果又好。通风降温主要是通过优化矿井通风系统增加矿井总风量或通过局部风流调节增加采掘作业面风量等方法来实现

3.1.1 优化矿井通风系统

矿山通过对矿井通风系统进行优化，减少漏风，增加矿井总风量，提高矿井的有效风量率，可以降低井巷和作业面的温度，改善井下作业环境。
（1）选择合理的通风方式。风流的温度受入风流路线长度的影响，风流流经的路线长短不同，到达工作面的温度不同。因此对矿体走向长的矿山采用分区式和中央对角式通风系统，能够有效地缩短风流路线的长度，降低风流在巷道中的温升。对于回采工作面则可采用W 型通风方式，使风流在工作面运行路线短，减少与围岩接触的时间; 同时，让矿岩运输方向与风流方向相同，使矿岩运输过程中放出的热量，以及机电设备散热不再返回工作面，从而大
大改善作业面入风流的空气状态。
（2） 采用合理的通风网络。金属矿山多采用多阶段多工作面同时作业，通风网络结构复杂，因此在实际过程中充分利用计算机技术分析通风网络可以很好地解决污风循环、矿井漏风等问题，防止采空区热风进入工作面，增加工作面的有效风量。
（3）改变主扇工作特性，提高通风能力。通过调整主扇的叶片安装角、转速等可以改变主扇工作特性，提高通风能力，或通过更换新扇风机来增加矿井总进风量。
（4）降低巷道通风阻力。通风阻力定律可知，当矿井主扇风压一定时，矿井的总进风量与矿井通风阻力成反比，因此矿山可通过降低井巷的通风阻力来增加矿井的总进风量。降阻的常规方法主要有刷大井巷断面、利用废旧巷道并联回风、清除主要回风井巷内的堆积物或积水等。

3.1.2 加强风流调节

对于高温矿井，增加作业面风量可视为一种简单、方便、低能耗的降温措施。增加作业面风量的方式有多种，一般是在作业点附近增设辅扇、局扇等来调节风流。然而，传统方式一般只能作用在作业点附近，影响范围小，且受无轨运输设备等影响。因此，应用矿用空气幕替代辅扇调节风流的技术得到研究和应用，且显现了较大优势。
矿用空气幕是由高效低噪风机通过供风器以较高的风速按一定方向喷射出来的一股扁平射流，主要由供风器、整流器和风机组成［9］。这股扁平的射流在行人和行车的巷道中可以引射风流，起到辅扇调控风流作用，引射风量可达40 m3 /s。矿用空气幕新技术替代辅扇引射风流增加作业面风量、降低作业面风流温度的现场应用效果
3.2 金属矿山通风机研究研究

Howden 轴流主要通风机在矿井通风中的应用

ANN 系列通风机的结构特点
( 1) 风机结构紧凑, 要求的安装空间小, 风机长度短, 布置合理, 能够减少占地面积和风机基础等相应的费用。接近最大, 不能满足矿井增产的需风要求; 另一方面是, 现有部分井巷断面相对较小, 2006 年矿井风阻较高, 与现有风机能力不匹配。
( 2) 矿井实现增风30% 的目标必须从3 个方面对系统进行调整改造, 即扩大部分小断面巷道, 调整矿井生产布局和改造部分巷道的进回风作用。
( 3) 计算机辅助分析便于快速、高效找出矿井通风系统存在的问题, 同时可实现通风系统预测分析,对指导矿井通风系统调整具有重要的意义。
( 4) 优化通风系统进行风机改造, 在不停产状态下, 时间短、见效快、费用低。

ANN 系列通风机的技术特性
( 1) 风机技术的统一性
豪顿华工程有限公司所生产的轴流风机的设计、性能及质量由丹麦豪顿集团予以保证; 豪顿华工程有限公司所供的产品与豪顿集团在欧洲及美国所供产品在设计、性能及质量上完全一样。
( 2) 风机选型的科学性和先进性
风机选型根据用户提供的具体参数, 通过调整风机的转速、轮毂比、叶片的型线以及叶片的数量等相关参数, 使各工况点尽可能的落在风机性能曲线的高效区范围内, 从而得到针对用户所提供的参数的最佳风机选型方案。
( 3) 风机性能的稳定性
风机的叶片、轮毂、轴承及液压润滑油站等主要部件都从国外进口, 在山东威海的加工基地负责加工辅助部件及组装, 从而保证风机性能的稳定。
( 4) 风机叶片调整的先进性和多样性
风机叶片角度调节机构采用的是世界领先技术, 即先通过平衡装置降低叶片对调节装置的力矩,然后通过调整盘进行叶片角度调整。风机的风叶角度调节方式有动叶可调( 配液压油站系统) 和静止一次可调( 配手轮) 。
( 5) 可靠的防爆性
风机在叶轮旋转部位的机壳内表面处理, 叶片在材质选择方面采取了措施, 机壳采用Q235, 机壳内镶有铜板并经过整体机械加工, 叶片采用铝合金以保证它们之间不会产生任何火花。
( 6) 风机独特的反向性
风机反风工作的方式为电机反转反风。风机反风风量不小于正向风量的40% 。电机反转反风可避免风机在停止后需要调节风机叶片角度的过程,因此需风机反向运行时相应速度快, 可以尽量缩短反风时间。
( 7) 维修的方便及快捷性
基于风机的全部维修养护工作均可在现场进行的设计理念, 风机不需备用转子, 风机易磨损件更换也较简单。标准的检修计划( 动叶可调) 是运行4 a后需用1 周左右的时间。风机扩压器系统带有滚轮, 安装在导轨上, 可沿轴向向风道侧拉出。全部转动部件的维护无需将轮毂从主轴上拆下就可直接进行。不需用起吊设备将风机机壳移开, 也避免了风机的效率损失。
3.3 废气、尘的治理

3.3.1粉尘治理：
KCS系列矿用湿式除尘风机在总结国内现有的湿式除尘风机结构与技术性能的基础上进行研发，并针对矿山井下及地面的各种移动尘源和集中尘源设计并生产的新一代用途广泛的新型节能除尘通风机，风机将粉尘气体与加湿喷雾水充分混合，各种粒径的粉尘颗粒通过吸湿并高速碰撞后形成大颗粒的泥粒，以设定的切向速度进入旋流密度分离装置；在旋流密度分离装置中，高速旋转的气、水、泥三相混合气体在离心力场中根据粒径和密度分层，泥粒、大颗粒的水珠加速靠近并吸附到筒壁上排出，带有小水珠的干净空气在再经水气分离后排出，从而达到空气净化效果
3.3.2废气治理：
铜陵有色金属公司铜山铜矿是一个已开采20 多年的采选联合企业, 生产铜、硫、铁、金、银等金属产品近年来随着开采向深部发展, 矿石性质也发生了很大变化, 原矿含硫品位升高, 现一般都在20％ 以上, 个别采区最高达30％左右。在开采过程中, 由于硫化物与空气接触发生化学反应, 产生了大量的二氧化硫等有害气体, 并有大量热量放出。这些高温有害气体经回风道由主扇排至地表, 对矿区及周围农村造成严重污染。
我们通过不断探索和研究, 采取分区通风和酸碱中和净化处理相结合的办法对二氧化硫等有害气体进行综合治理, 效果显著, 基本 上消除了环境污染。在井下实行分区独立通风系统, 如该矿铜山采区由盲风井进行机械排风 前山采区采用4号“井进行排风, 前山南采区采用南风井进行机械排风, 并且都采用了大风量、低负压的通风方法, 从而使井下作业环境大为改观, 改善了劳动条件。由于二氧化硫气体属酸性气体, 与碱发生化学反应根据这一性质, 我们在风机排风口设置一套石灰水喷雾中和装置对排出之废气进行中和净化, 取得了较为理想的治理效果。石灰水喷雾中和流程 水-灰水池 人工搅拌、澄清、溢流池 清水池水泵送入高位水池 在风道中经喷雾器形成雾膜一‘ 中和反应一, 下降至风道底部, 经回水槽流入石灰池 如此循环。另外应注意石灰水池与风道应定期清理喷雾器装置要进行防腐处理, 最好采用防腐材料制作

4. 地下矿山采矿新技术之无废矿开采探究

所谓无废矿开采，就是指在开采时尽量减少矿石的大块率，使一次开采达到合格标准；并且使用尾矿充填技术，使矿山的尾矿达到最大化利用，降低生产成本从而达到提高矿山的经济效益。
4.1 降低大块率
矿山生产一个很棘手的问题，就是爆破后的坚硬岩石具有的粒度组成，这一问题的解决有赖于选取最佳爆破参数，采用多排孔微差延发爆破技术及合理的起爆网路等。但是，由于爆破地段矿体在裂隙、纹理结构等方面各不相同，所以仍然有不合格的大块矿石产出。虽然随着爆破经验的增加，爆破参数的逐渐优化，不合格大块的相对产出率有所降低，但二次破碎量仍然很大。
1.人工破碎
矿石硬度不大，不合格大块少，周围地理环境不好，机械设备进不去时，用人工破碎不合格大块矿石比较经济，快捷，但体力劳动繁重，不合格大块多时不适宜采用。
2.机械破碎
液压碎石设备是用两种载能介质驱动的，冲击器、冲头的工作冲程靠气动蓄能器的压缩气体实现，而无载冲程则靠液体的压力。利用锤头的高频率快速冲击，在露天采矿中破碎不合格大块矿石，具有良好的机动性，并且没有飞石，能在任何场地上对不合格大块进行卓有成效的破碎。爆破破碎外敷装药法和炮眼装药法外敷装药法是把炸药包直接安放在不合格大块中部已有的凹陷部位，并敷上一层炮泥，然后引爆。外敷药量取决于待爆破大块的体积和矿石硬度，
可用公式: 计算,
式中：—大块外敷装药量，kg；
—不合格大块最小截面上的单位面积炸药耗量， ，值列于表1；
b、c—不合格大块最大宽度和最大厚度值，m；
k—炸药质量系数，铵松蜡炸药取1。
表1 不合格大块最小截面的炸药耗量
矿石硬度系数
3~5
5~8
8~12
12
(kg/)
2.2
2.6
3.0
3.5
浅眼装药法破碎的岩石占爆破法破碎大块矿石总量的70% 左右，该法的实质就是把炸药放入风动凿岩机钻好的炮孔中，通过炸药的爆炸来破碎不合格大块，用这种方法破碎不合格大块时炸药单耗只相当于用外敷装药法的几分之一。浅眼装药时必须精确计量，否则易引起飞石。外敷装药法与浅眼装药法相比，优点是操作简单迅速，缺点是炸药消耗增加了4~5倍，有害气体和空气冲击波的影响范围扩大，还有碎石大量飞散。
3.水封爆破法
水封爆破法是在不合格大块上钻出深度相当于大块厚度1/3的炮孔，孔中注入水，装入包在聚乙烯软管中的小管炸药，炸药爆炸时产生的爆炸波在药包与水之间转变为冲击波，使不合格大块破碎。
水封爆破时，炮眼的直径要尽可能大些，一般为24~35mm，炮眼要在大块中心部位，同时，炮眼到大块最近侧面的最短距离不应大于眼深。装药量大小根据矿石硬度和韧度，炮眼深度和眼中水位确定，并在生产中通过试验进行调整。根据实践资料，炮眼中最大装药量不应超过20~35g/ ，这种方法降低了不合格大块的炸药单耗量，减少了矿石碎块飞散量，改善了劳动条件，提高了产能和作业安全度，二次破碎作业的成本也降低了1/3 。

4.2 尾矿充填
传统的尾矿充填采矿区的主要方式是采用分级尾矿作为骨料，外加胶结材料，从而达到矿山开采从天采矿区的目的，但分级后留下+37以下的尾泥同样存在堆放污染的问题。所以在我国开展无废料开采技术的研究，将采出的矿石经选矿厂处理后得到有用的境况和其他可以利用的产品，剩余的废料直接充填地下采空区，提高企业的经济效益，同时解决废弃物对自然环境造成污染和危害，以及控制矿山地区均具有现实而重大的意义。
国外苏联库尔斯克磁异常区的科罗布科夫斯克铁矿开展了地下采矿无废料生产工艺的研究，该矿将选矿厂产出的尾矿全部用于井下充填采空区，从而实现采矿无废料生产工艺。该项技术主要包括尾矿输送技术，尾矿的特性及其充填材料强度等，采用该技术后，尾矿库不再占用农田，不会产生扬尘和污染矿区大气的现象，矿山周围的生态环境得到保护。
又如前苏联亚美尼亚黄金生产联合公司在井下硐室中建设选矿站，该选矿站离采矿工作面很近，原矿直接运到井下选矿站的矿仓贮存候选，选矿厂的尾矿经脱水和借助化学材料混合后直接用管道输送到采空区充填，一步骤矿房的充填体为胶结充填，二步骤矿房的充填辽不固结。上述生产工艺不仅节约了大量的矿石运输费用和尾矿返回井下采空区的充填费用，而且还净化了地表的环境。
国内广东凡口铅锌矿进行高浓度全尾矿胶结充填工艺，尾矿利用率达到95%，这一技术的应用使该矿成为我国第一个不外排尾矿、不建尾矿库的矿山，实现采矿无废料的开采目标。对于尾矿的处置，除用于工程建设、建筑材料，用作肥料和土壤改良剂等以外，更重要的还适用于填充井下采空区，是处置尾矿的最有效的途径之一。

5. 矿山无废开采可持续发展的调查及研究

5.1 我国铁矿资源可持续发展战略

5.1.1. 铁矿资源重要地位与可持续发展的意义
矿产资源是人类社会的宝贵财富，是人类发展必不可少的物质基础，对国民经济发展起着重要的作用。而铁矿资源产品钢铁则是矿产资源中使用量最大的一种金属，其使用量可占全部金属使用量的95％以上，其它不少金属的消耗均取决于其消耗的动向[1]。即使在当今已进入“信息时代”和“知识经济时代”，它仍是国民经济发展最基本的条件，是象征综合国力的重要因素，并具有重要的战略地位。从某种意义上来讲，铁资源已构成了影响国家工业化和现代化进程的一个根本性因素。我国铁矿资源储量尽管位居世界第五，但因人口众多，人均占有量仅36．23 t(世界人均占有量为51．19 t)。自1985年起，我国自产的铁矿石就不能满足国民经济发展的需求，并且保证度呈逐年下降趋势；同时，我国资源开发利用水平低、资源损失、浪费现象仍比较严重。因此，研究采用正确的可持续发展策略，确保我国铁矿资源长期稳定的供应，对保证我国国民经济的持续发展具有重要的意义。

5.1.2 我国铁矿资源可持续发展面临的形势
我国铁矿资源保有资源总量为458．94亿t，其中保有储量125．54亿t，基础储量223．75亿t，资源量235．19亿t(表1)L3j。其中开发条件较好的占40％，因品位较低或开发条件较差的占43％，暂难开发利用的占17％。以目前开发速度静态估算，目前的保有储量约可供开采30 a，即在2030年左右，我国铁矿资源开发将面临危机，铁矿石供给保证度将大幅下降，矿石将大量依赖从国外进口。这不仅不利于我国国民经济的发展，而且将严重地影响我国的战略地位。当然，随着地质工作的进展，铁矿资源还会有所增长，但从20 a来的情况来看，新增资源储量和保有储量一直呈逐年下降趋势。据统计，在“八五”期间，大中型铁矿山消失能力1 800万t，小矿消失能力1／3以上，矿山企业后备资源严重不足。毋用置疑，铁矿资源持续的负增长，对保持铁矿企业和我国国民经济持续、稳定、协调地发展将产生极为不利的影响。
5.1.3. 我国铁矿床资源的显著特点：
(1)品位低。据统计，目前我国铁矿石保有储量的平均品位为32．10％，贫矿占98％。与前几名生产国的铁矿石品位相比，我国铁矿石品位要低20％～30％(世界铁矿石的平均品位为58．80％)。能直接入炉冶炼的富矿仅占2．7％，其余的贫矿均需要经选矿、烧结、球团等加工过程。鉴于以上原因，当钢材和铁矿石价格上扬时，我国很多铁矿企业快速复苏，铁矿石供应量大幅增加；而当钢材和铁矿石价格下跌时，受成本和品位限制，很多铁矿企业又不得不压缩生产或停产歇业，使得铁矿石供应量又大幅减少。这造成我国铁矿石市场供应波动很大。
(2)磁铁矿比例大。从表2可看出，我国磁铁矿比例较高，达55％以上，其特点是易于分选，选矿成本较低。
(3)矿石性质复杂。在保有储量中，因矿石性质复杂难选的占18％；水文地质条件困难的约占7％，交通不便的约占3％，目前暂难利用的约占17％。因此，在保有总储量中，约有45％难于开采或难于选别u、2 J。这大大减少了可供开发的储量。
5.2 铁矿石供求状况分析
自20世纪70年代以来，我国钢铁工业得到快速发展，并逐步开始从国外进口铁矿石。特别是自1996年以后，我国更是逐年大量进口铁矿石，成为铁矿石净进口国，并形成“两种资源”和“两种市场”的格局。同时钢产量连续8 a保持世界第一。2002年我国人均钢产量达141妇，首次超过了世界人均钢产量(138 kg)。显然，我国铁矿石的供求状况将直接影响到我国经济的发展，乃至世界经济的发展。以下就此分别进行分析。
5.2.1 铁矿石需求分析
从我国经济发展运行态势分析，我国经济和钢铁需求量呈持续稳步增长趋势，预计2030年达到峰值。目前在工业发展中，汽车、房地产、机械等行业对钢铁的需求十分强劲，2002、2003年增速分别达18．9％和22．0％。铁矿石消耗也相应大幅增长，其增速也分别达10．7％和16．9％。同时，铁精粉的价格也从2003年中期结束了长期低谷徘徊的局面，价格扶摇直上，上涨数倍。运用钢材消费增长率与国内生产总值增长率相关趋势外推法计算表明，2010年钢材的需求为3．12～3．37亿t，需要消耗铁矿石达5．8～6．3亿t。须指出的是，尽管钢铁行业受2004年初我国宏观调控影响很大，但仍不能阻挡国民经济对钢铁和铁矿石长期强劲的需求势头。
5.2.2 铁矿石供给状况分析
自1995年以后，我国铁矿石产量就呈下降趋势。1995年我国自产铁矿石2．62亿t，至2002年已下降到2．31亿t，下降幅度达11．8％。而同期我国对铁矿石的需求增长13．3％。为适应国民经济的发展，我国从1996年开始大量进口铁矿石，并平均以5％～6％的速度增长。目前我国自产铁矿石的保证度已仅60％，预计至2010年将进一步下降到35％～40％。对我国人口众多，尚处于发展中的国家，这无论于外汇负担，国际政治经济的稳定，或钢铁工业的平稳发展，都构成潜在巨大的隐患和威胁。
综上分析认为，为满足我们国民经济发展的需要，加强铁矿石的进口是非常必然的，但同时增加我国铁矿石资源的采掘，加大采矿的投入，保证国产铁矿石合适的自给率，对确保我国经济长期可持续的发展有重要的意义。
5.3 我国铁资源开采现状与存在问题
我国铁矿开采企业由于受经济体制和铁矿石长期低迷的影响，生产规模偏小，技术装备落后，劳动生产率和资源利用率低，资源普遍储备不足，一旦容易开采的资源枯竭，生产成本上升到一定水平，很多企业将很快消失。目前主要存在的问题如下：
(1)地下开采工艺亟待改革。目前从矿石量来看，我国大部分的铁矿石采用露天开采的方法来开采，露天开采占主导地位。但初步统计表明，到2010年后我国约有一半的露天矿的资源将出现危机，同时浅表易处理的铁矿石资源保有储量也呈大幅减少的趋势。因此可以认为，地下开采将是今后我国铁矿石资源开采的主要发展趋势。然而令人担忧的是，我国地下铁矿企业由于历史的原因，普遍采用崩落采矿法，矿石贫化损失达35％～40％，矿山综合回收率不足50％，大量的资源丢失不能回收。这一方面极大的影响了矿山企业的经济效益，同时不利于矿山企业和国民经济的长期可持续地发展。
(2)地下矿山开发环境保护亟待改善。目前地下铁矿山开发对环境的破坏主要表现在两个方面，其一是地表大面积的塌陷的影响；其二是固体废弃物对环境的污染和影响。
铁矿床大多数为沉积型矿床，多以缓倾斜或倾斜产出。目前普遍采用的崩落采矿法，地表崩落塌陷范围随采掘的扩展，大幅增大，占据大量的农田。据粗略统计，目前仅其地表崩落塌陷占地就高达8～10万hm2。同时，受其长期持续塌陷影响，不少矿山在地表形成了大范围陡峭动态的塌陷坑，造成很大的安全隐患，并很难处理。固体废弃物是影响矿山环境保护的一个重要因素。据估计，2000年全国固体矿山采选业排出的尾矿、废石堆存和破坏的土地面积达187～247万hm2。冶金矿山的占地面积就高达65万hm2，约占总量的30％。据统计，我国现有大大小小的铁矿企业5 712个，每年排放的尾矿量为1．5～1．8亿t，年增长率为15％～20％(表3)。目前累计堆存的尾矿量已达到50亿t以上，占地约1．5～2万hm2，并呈逐年快速增长的趋势。
据统计，尾矿库基建投资为(1～3)元／t，生产经营管理费用为(3～5)元／t，并且其费用与安全隐患随尾矿库的坝体高度增加而增大。显然，大量堆存的尾矿已成为制约铁矿企业持续发展、危及矿区及周边生态环境的重要因素。
表3 我国铁矿企业尾矿排放与铁金属流失情况 亿t
时间
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
尾矿
O．97
1．18
1．44
1．48
1．50
1．47
1．71
铁金属
0．11
0．13
0．16
0．16
0．16
O．16
O．19
另外，由于我国铁矿石性质复杂，大多数的铁矿石呈多组分共生、伴生，矿物嵌布粒度细，选矿回收率普遍较低(80％～85％)，致使尾矿中铁金属含量平均高达11％。这一方面造成的铁资源的大量流失，另～方面也使尾矿量快速增加。这严重地影响了矿山企业的可持续发展。

5.4 我国铁矿资源可持续发展战略建议
(1) 从我国铁矿石资源情况来看，适量的进口铁矿石满足我国国民经济的发展已是必然趋势。然而从建立安全稳定供应体系从发，加强国产铁矿石生产，增加国产铁矿石的自给率，是确保我国钢铁行业和我国国民经济稳定发展的重要策略。
(2) 与国外大型的铁矿企业相比，我国铁矿开采企业规模小，技术装备落后，劳动生产率和资源利用率低，资源普遍储备不足。建议加强我国铁矿企业的兼并重组，扶强汰弱；同时提高铁矿山开发项目的资金和技术准入门槛；