(一)地下礦山的智能化
目前世界上地下礦山都在追求高效、安全,所以機(jī)械化水平、自動化水平不斷提高。
以瑞典基律納鐵礦為例?;杉{鐵礦以產(chǎn)高品位(含鐵率超過70%)鐵礦石著名,是目前世界上最大的鐵礦山之一。其鐵礦開采已有70多年的歷史,現(xiàn)已由露天開采轉(zhuǎn)為地下開采?;杉{鐵礦智能化主要得益于大型機(jī)械設(shè)備、智能遙控系統(tǒng)的投入使用,以及現(xiàn)代化的管理體系,高度自動化和智能化的礦山系統(tǒng)和設(shè)備是確保安全高效開采的關(guān)鍵。
1)開拓?;杉{鐵礦采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓,礦山有3條豎井,用于通風(fēng)、礦石和廢石的提升,人員、設(shè)備和材料主要用無軌設(shè)備從斜坡道運(yùn)送。主提升豎井位于礦體的下盤,到目前為止,采掘面和主運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)下移了6次,目前的主要運(yùn)輸水平在1045m水平。
2)鉆孔裝藥及爆破。巷道掘進(jìn)采用鑿巖臺車,臺車裝有三維電子測定儀,可實(shí)現(xiàn)鉆孔精確定位。采場鑿巖采用瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的SimbaW469型遙控鑿巖臺車,孔徑150mm,最大孔深55m,該車采用激光系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,無人駕駛,可24h連續(xù)循環(huán)作業(yè)。年崩礦量可達(dá)300萬t。
3)礦石遠(yuǎn)程裝載和運(yùn)輸與提升?;杉{鐵礦采場鑿巖、裝運(yùn)和提升都已實(shí)現(xiàn)智能化和自動化作業(yè),鑿巖臺車和鏟運(yùn)機(jī)都已實(shí)現(xiàn)無人駕駛。礦石裝載采用山特維克/湯姆洛克生產(chǎn)的Toro2500E型遙控鏟運(yùn)機(jī),單臺效率為500t/h。井下運(yùn)輸系統(tǒng)有膠帶運(yùn)輸和有軌自動運(yùn)輸2種類型。有軌自動運(yùn)輸一般由8列礦車組成,礦車為連續(xù)裝、卸載的自動化底卸車,膠帶輸送機(jī)自動將礦石從破碎站運(yùn)送到計(jì)量裝置中,與豎井箕斗完成裝載和卸礦,整個(gè)過程均為遠(yuǎn)程控制。
4)遙控混凝土噴射技術(shù)及支護(hù)加固技術(shù)。巷道支護(hù)采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),由遙控混凝土噴射機(jī)完成,錨桿和鋼筋網(wǎng)安裝使用錨桿臺車。
(二)溶浸技術(shù)應(yīng)用日益廣泛
目前,在回收低品位銅、金礦石、鈾礦等已廣泛采用溶浸技術(shù),在溶浸技術(shù)中有原地浸出、堆浸和原地破碎浸出3大類。
美國、加拿大、澳大利亞等國家處理0.15%~0.45%低品位銅礦石,2%以上的銅氧化礦石和0.02%~0.1%的鈾礦石基本上都采用堆浸和原地爆破浸出回收。
以美國為例,美國采用原地爆破浸出銅的礦山就有20多個(gè)。例如:內(nèi)華達(dá)州的邁克礦,亞利桑那州的佐尼亞銅礦日產(chǎn)銅均在2.2t以上,蒙大那州的巴特礦和銅皇后分礦日產(chǎn)銅金屬為10.9~14.97t,美國溶浸銅產(chǎn)量占總產(chǎn)量的20%以上,黃金產(chǎn)量超過30%,鈾產(chǎn)量絕大部分也來自溶浸采礦。
(三)深井開采技術(shù)
隨著資源量的不斷減少,目前采礦的深度越來越深,采深到1000m以下,帶來了許多在淺部采礦沒遇到的困難和問題,如地壓增大,巖溫增高,同時(shí),提升、排水、支護(hù)、通風(fēng)等方面的困難也隨著增大。
深井礦山常見問題:
1)提升能力。開采深度增大,首先碰到的就是礦井的提升能力問題,目前的提升機(jī)一次提升最大高度已超過2000m,如加拿大某一次提升的最深礦井已深達(dá)2172m,南非某金礦的一條豎井己深達(dá)2310.4m。目前,提升設(shè)備能力已完全能滿足大型深井礦山的要求。
2)巖溫和通風(fēng)降溫。礦山開采深度增大,巖溫也隨之增高,如日本豐羽銅鋅礦在-600m水平(大約距地表1200m左右)巖層溫度已超過100℃,但世界許多國家規(guī)定井下溫度不能超過28℃。深井礦山普遍采用加大井下通風(fēng)風(fēng)量和對井下空氣進(jìn)行冷卻降溫,即采用風(fēng)冷和水冷2種方式,二者中選用其一還是二者兼之,除了設(shè)法降低氣溫的同時(shí),也要重視減少井下機(jī)械設(shè)備的散熱量、井下柴油設(shè)備的散熱和井下制冷設(shè)備本身的散熱問題。
3)地壓管理和采礦方法。一般深井礦山都要建立一套完整的地壓測量和監(jiān)控系統(tǒng),它直接關(guān)系到采礦生產(chǎn)能否順利進(jìn)行和生產(chǎn)成本的高低。巖爆是深井采礦中碰到的突出問題,為了預(yù)測巖爆,許多礦山都在井下安裝了微震監(jiān)控裝置,例如美國日照銀礦就在2254m水平安裝了微震監(jiān)控裝置,進(jìn)行24h監(jiān)控。
4)自燃自爆。深井開采還會還到由于礦石溫度開高,造成硫化礦石自燃和在裝填炸藥時(shí)自爆的現(xiàn)象,也要引起足夠的重視。
我國現(xiàn)階段的非煤礦山的開采深度一般都不超過700~800m,但近年已有一些埋藏深度達(dá)1000m左右的礦床正在開發(fā),銅陵有色金屬公司所屬的冬瓜山銅礦床、金川二礦區(qū)就包含于其中。
(四)礦山環(huán)保工作
在國外尤其是發(fā)達(dá)國家,對礦山環(huán)境都采用綜合治理的措施。對礦山排出的廢水、廢氣、廢渣及粉塵、噪聲等均有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),許多低品位的礦山,因環(huán)保治理費(fèi)用太大,而無法建設(shè)和投產(chǎn)。
目前,國外還強(qiáng)調(diào)建立無廢料礦山和清潔礦山,德國魯爾工業(yè)區(qū)瓦爾斯姆煤礦就是成功的例子,用洗煤廠的煤泥和煤發(fā)電燃燒后的煤灰和破碎后的井下廢石加入水泥經(jīng)活化攪拌,用PM泵輸送到井下充填空區(qū),礦山不向外排任何固體廢料。
(五)充填采礦技術(shù)
根據(jù)情況不同,采用不同的充填料:
1)區(qū)域性支護(hù)。需采用優(yōu)質(zhì)的剛性充填料,減少彈性體積閉合和產(chǎn)生巖爆的危害。
2)巖層控制。對充填料質(zhì)量要求不嚴(yán)格,但要求大范充填,且充填后不應(yīng)收縮。
3)多礦脈采礦。對充填料的要求是較低的應(yīng)力狀態(tài)下,充填料應(yīng)是剛性的,以便使巖層變形位移保持最小。
4)環(huán)境控利。為保證封閉住上盤以免風(fēng)流通過采空區(qū),要求充填料不收縮,進(jìn)行大面積充填
5)減少廢石提升。在井下制備和破碎廢石做充填料,從而提高效益。
目前充填要考慮的問題:
1)要集中力量形成實(shí)用而可靠的系統(tǒng)。要研究和開發(fā)有效的充填技術(shù),使充填作業(yè)和采礦作業(yè)循環(huán)有效結(jié)合。要重視充填系統(tǒng)的管理工作。
2)研究可使現(xiàn)有系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù),研究構(gòu)成優(yōu)質(zhì)充填料的粒級分布,研究在水力旋流器和破碎方面已有所改進(jìn)的充填料制備工藝流程,研究用于優(yōu)化充填料的輸送技術(shù)如壓力損失、磨損、腐蝕以優(yōu)化充填系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。
3)加強(qiáng)對充填料的制備、輸送、充放和受載變形過程的定量認(rèn)識,為安全、穩(wěn)定、高效的采礦奠定基礎(chǔ)。目前國際上用的充填工藝有:水砂充填、干式充填、高水固體充填、膠結(jié)充填。膠結(jié)充填又分為:分段尾砂水力充填(高濃度自溜輸送)、其他充填料水力充填(高濃度自溜輸送)、全尾砂膏體自溜充填及全尾砂膏體泵送充填。目前國際上推薦的是全尾砂膏體泵送充填。
目前,加拿大已有12座礦山應(yīng)用高濃度膏體充填,南非和澳大利亞也有新建的膏體充填系統(tǒng)投產(chǎn)。新的充填工藝將可以更好地滿足保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境、提高效益、保證礦山發(fā)展的要求。充填采礦在21世紀(jì)的礦業(yè)發(fā)展中將有更加廣泛的前景。
(六)大洋多金屬核采礦
多金屬結(jié)核賦存于3000~5000m左右深的海底.要開采就必須要有可行的采礦方法。因此,世界各國均把發(fā)展可靠的采礦方法放在優(yōu)先位置,并對此進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,有的甚至還進(jìn)行了深海中間采礦試驗(yàn)。從20世紀(jì)60年代末至今,國際上已開發(fā)和試驗(yàn)了的大洋采礦方法主要分為連續(xù)鏈斗(CLB)采礦方法、海底遙控車采礦方法及流體提升采礦方法3類。
1)連續(xù)鏈斗(CLB)采礦方法。該方法是日本人于1967年提出的。該方法較簡單,主要由采礦船、拖纜、索斗和牽引船組成。按一定間隔,把索斗系于拖纜上并放人海底,拖纜在牽引船的搬運(yùn)下帶著索斗做下行、鏟取和上行動作,這種無級繩式循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)就構(gòu)成了連續(xù)采集環(huán)路。CLB的主要特點(diǎn)是能適應(yīng)水深的變化保持正常作業(yè)。但CLB法的產(chǎn)量只能達(dá)100t/d.遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)開采的要求。因此,CLB采礦法于70年代末被放棄。
2)海底遙控車采礦方法。該方法主要是由法國人提出的。海底遙控車為無人駕駛潛水采礦車,主要由集礦機(jī)構(gòu)、自行推進(jìn)、浮力控制和壓載4大系統(tǒng)組成。在海面母船的監(jiān)控下,采礦車按照指令潛入海底采集結(jié)核,裝滿結(jié)核后浮出水面并到母船接受倉卸下結(jié)核,海面母船通常可控制數(shù)臺采礦車同時(shí)作業(yè)。該方法采礦系統(tǒng)投資大,產(chǎn)品價(jià)值不高,在幾十年內(nèi)沒有經(jīng)濟(jì)效益情況下,法國大洋結(jié)核研究開發(fā)協(xié)會已于1983年停止研究,但這種采礦車的采運(yùn)原理被視為有前途的采集技術(shù)。
3)流體提升采礦方法。目前國際上較為認(rèn)可的是流體提升式采礦方法,且最具有工業(yè)應(yīng)用前景。該方法是當(dāng)采礦船到達(dá)采區(qū)后,將集礦機(jī)和提升管接好并逐步放人海船集礦機(jī)用于采集海底沉積物中的結(jié)核并進(jìn)行初步處理,以水力或氣力提升方式使管內(nèi)的水以足夠的速度向上運(yùn)動,將結(jié)核輸送到海面采礦船上。
隨著21世紀(jì)人類開發(fā)利用海洋的到來,大洋采礦技術(shù)顯得尤為重要?,F(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展為大洋資源開發(fā)鋪設(shè)了橋梁,它的形成和發(fā)展將對世界海洋經(jīng)濟(jì)、文化及人類海洋意識產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。
關(guān)于國外礦山的采礦技術(shù)發(fā)展趨勢除了前述的6個(gè)方面以外。還有自然崩落采礦技術(shù)日趨完善,應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大,另外在鑿巖爆破方面也有大量的新技術(shù)涌現(xiàn),礦山巖石力學(xué)與工程已經(jīng)作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。在礦山的建設(shè)和生產(chǎn)中發(fā)揮越來越大的作用。