我国金属矿山采选技术进展及今后5年技术预.ppt

我国金属矿山采矿技术进展及今后五年技术预测,二一三年八月二十日,目 录,二、我国金属矿开采存在技术难点,一、我国金属矿采矿技术研究进展,三、我国金属矿采矿技术发展趋势,近年来，随着钢铁工业发展，铁矿石需求持续增长，原有矿山不断提高开发规模，新的矿山不断建设，开采工艺技术水平不断提高。特别是以前认为不能开采的矿体纷纷上马开采，包括厚大第四系（含流沙层）下矿床、深井矿床、采空区环境中的残留矿体、矿（岩）松软破碎矿体等难采矿体。对此，采矿工程研究工作者开展了一系列研究，金属矿采矿技术取得了重大进展。,一、我国金属矿采矿技术最新研究进展,针对我国60%以上大型露天矿山正在或即将转入地下开采及存在的技术难题，开展了一系列露天转地下开采基础和应用研究，“十一五”国家科技计划也将露天转地下开采列入了科技支撑计划，进行了大量的基础和应用研究；在此基础上，开展了理论凝练，提出在设计阶段统筹考虑矿体露天开采、露天转地下开采、地下开采，提出了考虑资源利用、经济效益、占用土地、环境破坏、安全等因素提出了三阶段开采理论。,1、露天地下联合开采取得理论上的突破,提出了露天转地下开采模式、露天转地下开采经济界限理论、露天地下相互协调安全高效采矿工艺技术、基于微震监测的露天转地下开采岩层变形影响预测预报及决策系统等。项目在石人沟铁矿、杏山铁矿试验应用，在太钢峨口铁矿、攀钢兰尖铁矿露天转地下技术方案论证中进行了应用，为我国露天转地下开采和露天地下联合开采提供了理论基础和工程示范。,1、露天地下联合开采取得理论上的突破,复杂难采矿体开采包括松软破碎矿体、复杂富水矿床、深井矿床、缓倾斜薄矿体等，影响因素众多，矿床开采后将会出现大面积冒顶、涌水、岩爆等问题，开采难度极大。须要寻求一条多学科交叉融合的非传统采矿技术。针对地下矿山复杂难采矿体开采难题，提出开采环境再造理论：以矿床赋存环境做建筑环境,通过一定的技术手段,改造矿体赋存的地质环境,改善矿床开采的技术条件,以满足安全高效采矿的需要。,2、地下矿山复杂难采矿开采技术达国际先进水平,“采矿环境再造”这一科学命题的提出,深刻揭示了采矿科学的本质属性,从根本上打破了传统采矿方法之间的界限,有利于促进采矿技术的进步和发展。按照开采环境再造理论，试验研究实施了人工底柱、卸压开采、微震监测等控制技术。在“十一五”期间针对矿（岩）松软破碎矿体、复杂富水矿床、深部矿体、缓倾斜薄矿体，在山东高阳铁矿、马钢白象山铁矿等研究实施了保持安全开采的控制技术，实现了复杂难采矿体的安全高效开采。,2、地下矿山复杂难采矿开采技术达国际先进水平,3、大规模高强度采矿技术得到发展,随着现代矿山开采理念的更新，矿山开采技术也取得发展，基于（1）开采对象转向低品位矿矿床，低品位矿床需要通过规模效益来回收投资和获得更大盈利；（2）企业投资经营理念向着经济效益最大化，尽早收回投资；（3）缩短生产周期，减少环保、安全等企业负担等方面的需要，矿山企业在开采过程中，采用大规模高强度开采技术，提高采矿强度，缩短矿山开发年限。,在露天矿山，采用陡帮开采技术，均衡剥岩量，扩大工作面范围，强化开采运输工艺，提高开采强度，下降深度达到每年20-30m以上，同时边坡暴露时间大大缩短。中西矿业Weld Range铁矿在设计中，采用10m台阶开采，常规电铲，80-250t卡车运输，实现每年下降速度22.73m，26.86m。地下开采矿山采用大结构参数、大型装备以及嗣后充填等采矿技术，规模1000万t以上矿山越来越多。,3、大规模高强度采矿技术得到发展,基于选矿多碎少磨原理，从采矿爆破、运输、破碎、磨矿环节综合分析过程能耗与物资消耗、生产效率等指标，建立了理论模型和计算公式，在德兴铜矿等矿山试验效果显著。从采矿爆破工序考虑采选联合节能有很多优势，一是破碎率提高，大块率减少，可提高电铲效率、减少铲齿消耗、降低二次爆破成本；二是根底减少，可使路面易于维护，路面平整度等提高，减少轮胎消耗；三是矿石粗破量减少，节约能耗。,4、采选过程联合节能技术得到发展,5、露天矿岩土工程灾变控制技术取得突破,在边坡稳定性研究方面，进一步完善了考虑边坡安全与资源回收等多方面因素的关联边坡工程的多目标优化模型和边坡灾变控制决策体系。由现场研究发现了新的由层理面与节理面控制的顺层边坡岩体滑劈破坏模式和由断层与层理面控制的三维组合楔体滑坡模式，并创建了相应完整的分析模型与理论公式，丰富了边坡破坏理论。,5、露天矿岩土工程灾变控制技术取得突破,在排土场稳定性研究与控制研究方面，针对排土场时空变化特性，建立了散体及地基强度与载荷变化的时空动态模型，创建了排土场安全排土的时空顺序控制工艺；针对排土场泥石流灾变特点，发明了水工土石坝心墙反滤层的施工装置、梭形群坝与格栅坝组合拦挡等多项工程控制新技术，有效地防治了排土场灾变。,5、露天矿岩土工程灾变控制技术取得突破,在露天矿岩土工程灾害监控方面，针对岩土工程位移时间序列非均匀性、非线性等特点，建立了基于“支持向量机”位移时间序列动态预测模型，该模型采用最新的监测数据不断对模型进行修正和预测,实现了位移动态预测，提高了预测的可靠性；针对露天矿岩土工程失稳过程伴随着能量转换和熵变的特点，建立了岩土工程系统破坏的熵突变准则，通过突变方程的突变特征值来评估露天矿岩土工程的稳定性，为露天矿岩土工程系统灾变评判提供了新的理论依据。,5、露天矿岩土工程灾变控制技术取得突破,研发了岩土工程灾变监控预警系统，实现了灾变监控、预测、预警的数字化、可视化与智能化，并在广东云浮硫铁矿、陕西金堆城钼矿、新桥硫铁矿等十多座露天矿山成功应用。,6、其他采矿技术,近年来，在矿井快速建设，充填设备与工艺，矿山采空区探测与治理，水害防治，通风节能技术，井下设备遥控，信息化建设，设备大型化，无尘毒爆破等方面也取得了很多突破。地下矿山围绕六大系统建设，在救生舱、应急水仓、人员通信、职业病防治等方面都有所突破。,目 录,二、我国金属矿采矿技术难点分析,一、我国金属矿采矿技术研究进展,三、我国金属矿采矿技术发展趋势,二、我国金属矿开采技术难点分析,分布广泛又相对集中,中、小型矿床多，超大型矿床少,伴(共)生组分多,嵌布粒度细,贫矿多，富矿少,矿床类型多，成矿条件复杂,铁矿资源的基本特点,国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中指出，矿产资源是经济和社会可持续发展的重要物质基础。我国矿产等资源严重紧缺；资源综合利用率低，矿山资源综合利用率远低于世界先进水平；资源勘探地质条件复杂，难度不断加大。急需大力加强资源勘探、开发利用技术研究，提高资源利用率。重点研究深层和复杂矿体采矿技术及无废开采综合技术，开发高效自动化选冶新工艺和大型装备，发展低品位与复杂难处理资源高效利用技术、矿产资源综合利用技术。,二、我国金属矿开采技术难点分析,我国的冶金矿产资源大多数以倾斜、急倾斜矿床形式赋存，有相当数量的矿体延伸5001000m，极深露天矿深部的设计矿量还占相当大的比重。对全国18个大型露天铁矿不完全统计，大型极深露天铁矿矿石资源保有量约30多亿吨。经过长期大规模开采，许多大型露天矿山逐渐进入极深部开采阶段，开采深度高达500800m，形成了400-600米的高陡深凹露天边坡。,二、我国金属矿开采技术难点分析,极深露天矿存在的主要问题：产能下降。现有工艺技术和装备不能满足极深露天矿开采的要求；安全问题。高陡边坡围岩破坏极易诱发边坡失稳、岩崩等事故，已成为我国未来极深露天开采技术中的一大瓶颈问题。污染问题严重。穿孔、爆破、铲装、汽运等工艺环节产生的有害气体和粉尘，扩散缓慢，污染严重。,二、我国金属矿开采技术难点 分析,随着浅部资源的逐渐消耗和枯竭，我国已开始向地下深部获取资源。据不完全统计，有3/5的矿山因资源枯竭而接近尾声或已闭坑，其余2/5的矿山将陆续转入深部开采。近些年来国内开采深度600m800m的铁矿山有辽宁弓长岭铁矿、山东张家洼铁矿、湖北程潮铁矿、安徽罗河铁矿、龙桥铁矿、云南大红山铁矿等；其中辽宁弓长岭铁矿新建箕斗提升竖井井深1022m，程潮铁矿新主井井深1135m。此外，在近期新建的矿山中，大部分设计开采深度均在600m800m，如河北中关铁矿、马钢张庄铁矿、杨庄铁矿等；辽宁本溪思山岭铁矿、山东济宁铁矿更是超过1000m。,二、我国金属矿开采技术难点分析,随着开采深度的不断增加，地质条件复杂，地应力增大，涌水量加大，地温升高，带来了深部地压、提升能力、作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题。最显著的变化是显现“高应力、高井温、高孔隙水压、主副井深”的“三高一深”特性。如何实现千万吨级开采强度，以及在黑色冶金矿床埋藏深、岩温高、岩爆倾向大的条件下，如何实现安全、经济、高效、清洁生产，在环保标准日趋严格的现在，有许多关键技术有待开展深入系统研究。,二、我国金属矿开采技术难点分析,我国冶金矿山具有能耗消耗量大的特点，是我国重点耗能行业。每年的能源消耗合计达281.3亿千克标准煤，能源消耗巨大。若实现国家提出的单位GDP能耗降低20的目标，冶金矿山每年可节能56.3亿千克标准煤，经济效益巨大，其产生的社会效益将十分显著。,二、我国金属矿开采技术难点分析,目 录,二、我国金属矿开采技术难点分析,一、我国金属矿采矿技术研究进展,三、我国金属矿采矿技术发展趋势,1、我国金属矿采矿发展趋势与对策,采矿智能化开采规模大型化、生产连续化装备大型化深井开采,技术发展方向,我国金属矿采矿发展趋势,1、我国金属矿采矿发展趋势与对策,（1）千万吨级深井矿床开采关键技术研究（2）极深露天矿集约化高效开采、集运与装备研究（3）区域集中开采技术（4）遥控开采设备及技术（5）矿山尾砂连续化充填大产能关键工艺和装备的研制（6）切岩采矿机及切岩采矿技术,未来5年重点研究的方向及展望,（1）千万吨级深井矿床开采关键技术研究,针对特大型深井矿山地质环境特性及现有采矿方法存在的产能小、无法满足千万吨级深井矿山规模要求的不足，建立大型地下矿山岩层控制及灾害监测预警技术，得出初步的地震活动区和采场围岩内的地震活动的空间变化和时间变化规律，研发出一种新型大采场大产能的采矿方法，并有效控制大型地下矿山高温环境和排风井大量粉尘带来的危害。,1）深井矿山地质灾害监控预警技术研究2）深井矿山高应力矿岩的岩爆研究3）千万吨深井矿床采矿方法与回采技术研究4）千万吨级深井高温控制与综合利用技术研究5）深部提升运输技术研究,研究内容,（1）千万吨级深井矿床开采关键技术研究,（2）极深露天矿集约化高效开采、集运与装备研究,针对大型极深露天矿开采的特点，研究千万吨级安全高效露天矿超高台阶开采和大型化设备成套配置技术，开发研制高效连续化开采运输装备系统与智能控制体系，解决极深露天矿开采的移动式转载站和匀能爆破特殊技术问题，建立边坡地压应力场和开采环境防抑尘监测与智能控制系统，形成具有自主知识产权的大型极深露天矿安全高效开采系列技术与装备，为我国矿产资源高效开发提供科学技术支持。,1）极深露天矿超高台阶开采结构参数与强效设备配套技术研究2）极深露天矿无超深高药柱匀能疏化台阶爆破新技术及装备研究3）极深露天矿高效集运连续化装备配置与智能控制技术研究4）极深露天矿边坡防灾变处置技术研究5）极深露天矿开采粉尘与有毒有害气体抑制技术研究,研究内容,（2）极深露天矿集约化高效开采、集运与装备研究,（3）区域集中开采技术,目前我国某些矿山的矿山生产技术水平低，矿业秩序混乱，争抢资源现象严重，生态环境日益劣化。长期沿用自成体系的小矿开采模式，采矿方法、技术装备落后，管理粗放，资源破坏严重，矿区发展处于不可持续状态。矿产资源是矿业生存之基，未来的矿山开采趋势是规模化开发利用矿区资源，从全局出发，整合相对分散的中、小型矿体，在开拓、运输、通风及生产辅助系统上统一规划、设计，开展深部与外围勘探，简约重组矿山、选厂和生产系统，创新采矿技术，建设集约化的矿山，实现资源集约化开发。,（4）遥控开采设备及技术,遥控采矿可大大地增强地下采矿的安全性，提高生产率和改善工作条件。目前无人开采技术在某些国外先进矿山已进行了研究，而远近距离遥控开采技术应用相当普遍，如美国塞浦路斯公司利用遥控装载机处理危险地段的边坡问题；一些国外发达矿山现有的遥控采矿设备和技术研究项目包括：从日常采矿作业诸如凿岩、炮孔装药和爆破作业的机械化与自动化到通过数据通信从世界的另一端对复杂的地下采矿设备进行遥控与故障处理。我国在该领域的研究起步较晚与国外相比仍有很大差距，遥控采矿是我国未来5年重点研究方向。,（5）矿山尾砂连续化充填大产能关键工艺和装备的研制,针对我国紧缺的铁矿资源，通过自主创新和技术集成，重点攻克大产能连续化充填开采关键技术与装备研究的共性关键技术难题。以行业和地方的重大工程为依托，建立起大产能连续化充填开采关键技术与装备研究的示范工程。显著提高铁矿资源回采率，改善矿区周边生态环境，消除尾矿库安全隐患，有效缓解紧缺资源的供需矛盾。,1）影响充填能力因素分析及多因素试验2）连续充填体强度特证及与大规模开采的衔接技术研究3）大产能充填系统研究与关键装置研制4）大产能连续充填自动控制技术研究,研究内容,（5）矿山尾砂连续化充填大产能关键工艺和装备的研制,（6）切岩采矿机及切岩采矿技术,实现岩石切割连续开采已不是梦想，在国外已经研制成功并使用。采用机械切割矿岩的连续采矿，具有如下优越性：1）形成切割空间不需施爆，可明显提高矿岩工程的稳固性；2）用机械切割可准确地开采目标矿石，使矿石的贫化率降低；3）用连续切割方法采矿，落矿的块度小，适于带式运输机连续输送，运输系统可以大大简化；4）采用机械连续切割矿岩，使采掘过程各工序（如切割、落矿、装载、运搬）在同一空间内平行连续进行，机械化程度高，就是一种高效的采掘方式。,（6）切岩采矿机及切岩采矿技术,但是，用连续采矿机实现连续采矿由于金属矿岩坚硬，采矿机的切割头寿命相对较短、费用太高。科罗拉多矿业学院研制出的82mm小圆盘刀具在各种坚硬的磨蚀性岩层中所做的试验，已证明能够切割硬岩，而且力的需用量低，钻头寿命令人满意。这项新技术已可用于全断面移动式巷道掘进机、连续式采矿机和一种新开发的鼓式采矿机。我国应开始这方面的实验研究。,谢 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