談金屬礦的開采

李明儉

【摘 要】金屬礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。在我國金屬礦的開采有比較悠久的歷史，從隋唐時期就有了比較規(guī)范合理的開采技術(shù)。近年來，隨著科技進步，我國金屬礦開采技術(shù)得到了很大發(fā)展，使得金屬礦產(chǎn)資源在人們生存發(fā)展中起著越來越重要的作用。本文將通過露天開采與地下開采兩方面，對我國金屬礦所應(yīng)用的開采技術(shù)進行簡要分析。

【關(guān)鍵詞】金屬礦；開采技術(shù)；發(fā)展趨勢

0.前言

我國礦產(chǎn)資源具有富礦少、貧礦多、大礦少及小礦多等特點。在近代，我國金屬礦的開采技術(shù)處于長期處于落后狀態(tài)，基本依靠手工作業(yè)，使得礦產(chǎn)資源浪費極其嚴(yán)重。而自改革開放后，金屬礦的開采強度大幅提高，開采技術(shù)不斷進步?，F(xiàn)階段我國部分礦山采礦工藝實現(xiàn)連續(xù)或半連續(xù)化，采掘設(shè)備實現(xiàn)了大型化、自動化和智能化，金屬礦的開采技術(shù)得到加強，有效地提高了我國金屬礦資源的產(chǎn)量。今后隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，采礦技術(shù)將向設(shè)備更加可靠，生產(chǎn)率再次提高，采礦系統(tǒng)更加完善，生產(chǎn)更加安全，礦產(chǎn)資源開采更加注重生態(tài)環(huán)境和諧的方向發(fā)展。本文將簡單介紹幾種金屬礦的開采方法。

1.金屬礦開采的方法

1.1深井高溫開采

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著全球經(jīng)濟的高速推進，淺部礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，礦床開采將向深部發(fā)展。隨開采深度的下降，采礦作業(yè)環(huán)境趨于惡劣，深井開采面臨高地壓、高溫和高井深三大問題，然而深井開采又是目前解決礦產(chǎn)資源短缺問題最有效的途徑，所以深井開采技術(shù)成為礦業(yè)學(xué)者研究的重點，安全高效的深井采礦技術(shù)的重要性將顯突出。

深井開采是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不只是地下采礦技術(shù)的簡單延伸。面臨高應(yīng)力、高溫、高井深的“三高”特殊條件，就高溫來說，井下高溫會導(dǎo)致礦石自燃、炸藥自爆，使工作環(huán)境惡化，人的正常生理活動受到限制，作業(yè)效率下降，事故發(fā)生率升高，嚴(yán)重阻礙生產(chǎn)的進行。除了要面對淺部開采的所有問題外，還需解決諸多關(guān)鍵技術(shù)問題：采場地壓的控制、沖擊地壓的防治、深井提升運輸、熱害治理和深井的通風(fēng)排水等。所以分析深井高溫開采的技術(shù)革沿與發(fā)展趨向，結(jié)合國外某金銅礦的開采條件確定其深井降溫開采方案，為國內(nèi)礦山企業(yè)選擇井下降溫方案提供參考與建議就成為了專家們重要的戰(zhàn)略任務(wù)。他們提出采用地面制冷進風(fēng)與水冷卻系統(tǒng)相結(jié)合的方式治理井下熱害，用地面冷卻進風(fēng)方式處理巷道余熱，該方式是處理井下余熱的主要措施。其工藝技術(shù)較簡單，管理、維護也較容易，可行性強。采用水冷卻系統(tǒng)消除局部工作面的熱害，該種方式承擔(dān)的除熱量較少，從一定程度上降低了實施難度，也是在金屬礦山使用較為先進的熱害控制技術(shù)的一次嘗試。

1.2金屬礦濱?；鶐r開采

隨著淺部資源的日益減少，開采海底資源已成為國內(nèi)外礦產(chǎn)資源開采的必然趨勢。我國海岸線總長度約 3.2×10^4km，其中大陸海岸線 1.8×10^4km，島嶼海岸線 1.4×10^4km，海島6500 多個，開展海底基巖開采的巖石力學(xué)研究具有重大的意義。因此我們在總結(jié)國內(nèi)外濱海礦床開采經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了海下開采模擬試驗平臺，確定了海底開采安全隔層厚度，采用數(shù)值計算方法得出了濱?；鶐r開采合理結(jié)構(gòu)參數(shù)和最佳回采順序，提出了濱?；鶐r低沉降安全開采方案，建立了海下開采的安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了我國第一個濱海金屬礦床安全開采。海濱基巖金屬礦床是埋藏在海濱基巖中的巖脈或?qū)訝罟腆w礦床，礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、賦存狀態(tài)等與陸地同類礦床有相似之處，因而海濱基巖金屬礦床可借用陸地礦產(chǎn)的某些開拓方法和采礦方法開采。但是?；饘俚V床開采具有很大的難度，其具體體現(xiàn)在沒有很多成功經(jīng)驗可供借鑒，目前世界范圍內(nèi)只有 4 個國家進行過海基金屬礦床開采，分別是英國、澳大利亞、芬蘭和中國，常用的開拓方法按照礦體距離海岸線的長度分為海岸豎井開拓法、人工島豎井開拓法和海濱預(yù)制隧道–封閉井筒開拓法。

1.3復(fù)雜難采礦體開采

礦產(chǎn)資源中品位高、開采條件好的礦床大多已經(jīng)或正在被利用，今后將面對的水文地質(zhì)條件復(fù)雜、難采的礦床越來越多。這部分資源數(shù)量十分巨大，對于這類礦床采用什么樣的采礦方法、開拓方式，如何經(jīng)濟有效地做好巖層變形控制、巷道維護、排水疏干、采空區(qū)處理以及地表設(shè)施保護等，將是該類礦床能否實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、高效開采的關(guān)鍵。

松散破碎礦體綜合開采技術(shù)研究。該類礦床在形成過程中或形成之后經(jīng)歷了劇烈地質(zhì)構(gòu)造運動，造成了礦體和其周圍巖體或礦體和其周圍礦體的嚴(yán)重破碎構(gòu)造。因此應(yīng)加強該類礦區(qū)的工程地質(zhì)研究評價，研究礦、巖體破碎狀態(tài)及在開采過程中的破壞模式及其可能產(chǎn)生的影響；研究該類礦巖的采準(zhǔn)巷道總體開采布局的優(yōu)化；研究支護加固最優(yōu)方案、與其相適應(yīng)的采礦工藝配套技術(shù)；研究、引進消化國外先進高效采礦設(shè)備，并使其國產(chǎn)化；研究礦床開采經(jīng)濟效果，尋求高效開發(fā)利用方案。

富含水層礦體或大水層體覆蓋下礦體開采綜合技術(shù)研究。這類礦床應(yīng)首先弄清楚水體或水系與礦體之間尤其是礦體在開采過程中的兩者之間的動態(tài)關(guān)系。加強礦、巖體能量集聚與消散規(guī)律及其控制理論研究；加強巖層變形破壞和涌水狀況監(jiān)測方法及預(yù)報系統(tǒng)研究；加強研究不同的采礦順序、開拓和采準(zhǔn)工程布置、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采工藝技術(shù)等對采場穩(wěn)定性的影響狀況和巖層移動控制技術(shù)；加強研究全尾礦充填體快速脫水技術(shù)以及低廉、高效的全尾礦漿料制備、貯存、輸送與充填方法和技術(shù)。

殘留礦體開采技術(shù)研究。開發(fā)利用這類資源必須進一步加強殘留礦體合理開采方法和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究；加強采空區(qū)及殘留礦體的探測技術(shù)研究；加強殘留礦體開采過程中的損失貧化控制技術(shù)研究；加強殘留礦體開采過程中地壓控制技術(shù)研究；加強境界外礦體開采的工藝技術(shù)研究；加強開采境界外礦體對采場邊坡穩(wěn)定性影響的研究；加強露天礦邊坡和殘留礦體開采過程中的巖層變形監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)研究，確保露天邊坡的穩(wěn)定性和該類礦體開采的安全性。

1.4露天開采及露天地下聯(lián)合開采

我國現(xiàn)階段金屬露天礦山雖不多，但露天采礦產(chǎn)量較大，其中約80%的礦石為露天開采。露天開采工藝與裝備技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。采礦工藝實現(xiàn)了連續(xù)化或半連續(xù)化，可移式破碎站的應(yīng)用，使汽車運輸始終處于最佳運距，陡坡鐵路運輸?shù)难芯繎?yīng)用也取得了相當(dāng)進展，高陡邊坡加固技術(shù)已得到成功應(yīng)用。深部礦體露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)在國外有較系統(tǒng)的研究，并且積累了較為豐富的實踐經(jīng)驗，而國內(nèi)無論是在基礎(chǔ)理論上還是在技術(shù)內(nèi)涵、適應(yīng)條件的研究上均不太成熟，還處于不斷的探索之中。目前國內(nèi)正在或即將要露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山較多。因此，針對這些礦山開展全面系統(tǒng)的研究，尋找露天轉(zhuǎn)地下開采的合理方法和途徑，將是我國采礦工作者今后一段時間工作的重點之一。這方面的研究主要涉及露天地下聯(lián)合開采工藝系統(tǒng)研究、露天與地下合理開采范圍與條件的界定、聯(lián)合開采運輸系統(tǒng)的銜接、保持采場穩(wěn)定的開采隔離層厚度、露天與地下采場爆破的影響關(guān)系、巖體位移的分析和預(yù)報、以及露天一地下開采的排水、通風(fēng)防塵等技術(shù)問題。

2.結(jié)語

自動化、智能化及數(shù)字化已成為現(xiàn)代知識經(jīng)濟重要標(biāo)志，這對金屬礦開采產(chǎn)生了深刻影響，因此我國礦山正朝著自動化調(diào)度、采礦設(shè)備自動控制及智能全球定位等現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，我國的金屬礦開采技術(shù)也在向連續(xù)開采、無廢開采、化學(xué)開采及地下露天相聯(lián)合的開采技術(shù)發(fā)展，雖然如此，但還是需要不斷完善開采技術(shù)，以促進發(fā)展。

【參考文獻】（下轉(zhuǎn)第271頁）

（上接第133頁）[1]李樹忱，馮現(xiàn)大，李術(shù)才，等.新型固流耦合相似材料的研制及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29（2）：281-289.（LIShuchen，F(xiàn)ENG Xianda，LI Shucai，et al.Research and developmentof a new similar material for solid-fluid coupling and its application[J].ChineseJournal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29（2）：281-289.（in Chinese）.

[2]趙靜波，高謙，李莉.地下采動巖層移動預(yù)測理論分析與研究[J].礦冶工程，2004，24（3）：1-4.ZHAOJing-bo，GAO Qian，LI Li.Prediction of underground-induced strata movement-theoretical analysis and research[J].Mining and Metallurgical Engineering，2004，24（3）：1-4.

[3]劉愛華，彭述權(quán)，李夕兵，等.深部開采承壓突水機制相似物理模型試驗系統(tǒng)研制及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28（7）：1335-1341.（LIU Aihua，PENG Shuquan，LI Xibing，et al.Development and application of similar physical model experimentsystem for water inrush mechanism in deep mining[J].ChineseJournal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28（7）：1335-1341.（in Chinese）.