行業(yè)新聞

建國以來，我國金屬礦山露天采礦技術(shù)取得很大的進展，隨著發(fā)展，我國在露天礦陡幫開采、高臺階開采、穿爆技術(shù)方面發(fā)展迅速并具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，基本是跟隨國際研究趨勢，甚至部分技術(shù)達到了國際領(lǐng)先。在露天礦山運輸系統(tǒng)、設(shè)備大型化、自動化方面已經(jīng)接近國際先進水平，在數(shù)字礦山、開采監(jiān)控手段現(xiàn)代化以及礦山現(xiàn)代管理等方面較大。

遷困難、費用高的缺點，大型移動破碎機組的研發(fā)取得了快速發(fā)展。國外大型露天礦諸如澳大利亞的紐曼山鐵礦、加拿大的蘭德瓦利銅礦、美國的西雅里塔銅鉬礦等的間斷—連續(xù)開采工藝也多采用可移式破碎站。我國鞍鋼齊大山鐵礦于1997年在國內(nèi)首次建成了采場內(nèi)礦、巖可移式破碎膠帶運輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)自投產(chǎn)后一直運轉(zhuǎn)正常，標(biāo)志著我國深凹露天礦間斷—連續(xù)開采工藝達到了世界先進水平。

【1.4 大型深凹露天礦陡坡鐵路運輸系統(tǒng)】

露天礦山進入深凹開采階段后，采用30‰以下緩坡度鐵路運輸和緩工作幫開采方式，效率較低。隨著開采深度增加，運輸線路增長，運輸成本急劇上升，已成為制約礦山可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。為此，我國在“十五”科技攻關(guān)期間，成功開發(fā)出大型深凹露天礦陡坡鐵路運輸系統(tǒng)，在我國首次實現(xiàn)了深凹露天礦陡坡鐵路運輸開采，有效解決了陡坡鐵路爬行、機車牽引力不足、網(wǎng)路安全供電的技術(shù)難題，成功打破了大型深凹露天礦陡坡鐵路運輸?shù)摹捌款i”。該成果應(yīng)用到攀鋼集團朱家包包鐵礦，延深鐵路運輸深度45m，多采鐵礦石3000萬噸，減少剝采比0.42噸/噸，鐵運比提高20.72%，延長礦山服務(wù)年限15年，開采成本降低25.33%，直接經(jīng)濟效益7.23億元。成果推廣到本溪鋼鐵集團公司歪頭山露天鐵礦，延深鐵路運輸深度72m，節(jié)省投資1.5億元，采礦成本降低30.43%，直接經(jīng)濟效益5.6億元。

【1.5 大型深凹露天礦安全高效開采技術(shù)】

大型深凹露天礦安全高效開采技術(shù)是“十五”科技攻關(guān)成果。該成果針對深凹露天礦邊坡的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)調(diào)度信息化管理方面開展了研究，在國內(nèi)外首次采用基于現(xiàn)代三維數(shù)值模擬與三維極限平衡分析相結(jié)合的方法對露天邊坡穩(wěn)定性進行分析優(yōu)化，為深凹露天礦邊坡設(shè)計提供了科學(xué)的方法;開發(fā)出基于GPS定位的實時自動化生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)和管理平臺，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程中的人員和設(shè)備的定位、跟蹤及調(diào)度，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的全過程控制，并使其始終處于優(yōu)化和高效運行之中，生產(chǎn)效率大幅度提高。

【1.6 采場無(微)公害爆破技術(shù)】

采場無(微)公害爆破技術(shù)針對礦山爆破的三大主要公害(爆破塵毒、爆破振動和爆破飛石)，自主設(shè)計并建立了爆破塵毒收集及測試分析系統(tǒng)，首次研制出新型高效毒氣吸收劑，并確定了合理的微塵毒裝藥結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了礦山爆破無(低)公害化。同時發(fā)明出一種水力增壓裝藥結(jié)構(gòu)及合理編排起爆時序和時差、采取緩振軟塞墊層的綜合減振爆破工藝技術(shù)，大大降低了粉塵和爆破振動，并明顯改善了爆破效果;首次研制了飛石柔性防護網(wǎng)系統(tǒng)，爆破飛石拋擲距離降低50%，飛石塊度可控制在100mm以內(nèi)，形成了礦山爆破公害控制成套技術(shù)。技術(shù)整體上處于國際先進水平。

【1.7 露天轉(zhuǎn)地下開采平穩(wěn)過渡關(guān)鍵技術(shù)】

“露天轉(zhuǎn)地下開采平穩(wěn)過渡關(guān)鍵技術(shù)”是國家“十一五”科技攻關(guān)課題，該課題針對露天礦何時向地下礦過渡、礦山開拓系統(tǒng)和露天地下產(chǎn)能怎么平穩(wěn)銜接、在高陡邊坡下如何實現(xiàn)地下高效采礦、露天轉(zhuǎn)地下采場如何防突水、如何建立采礦擾動引起的露天邊坡滑坡和地下圍巖崩塌的預(yù)警機制等露天轉(zhuǎn)地下開采過程中采礦與安全的關(guān)鍵技術(shù)難點展開了研究，并取得了如下的成果:創(chuàng)建了露天轉(zhuǎn)地下開采界線動態(tài)關(guān)系函數(shù)，發(fā)明了露天轉(zhuǎn)地下開采平穩(wěn)過渡合理時機的確定方法;為保證露天轉(zhuǎn)地下崩落法采礦安全，發(fā)明了露天轉(zhuǎn)地下崩落法覆蓋層厚度計算公式，首次提出了礦巖復(fù)合覆蓋層形成工藝技術(shù)，攻克了露天轉(zhuǎn)地下崩落采礦法安全技術(shù)難題;基于提高露天轉(zhuǎn)地下井下二步驟回采效能，發(fā)明了雙底部結(jié)構(gòu)及其工藝技術(shù)，實現(xiàn)了安全高效采礦;針對露天采場匯水瞬間量大且集中的特點，創(chuàng)造性地提出了建造應(yīng)急中段防范突水災(zāi)害的新思路，發(fā)明了應(yīng)急水倉建設(shè)方法，提高了露天轉(zhuǎn)地下開采的防突水災(zāi)害能力;在國內(nèi)首次建立了國內(nèi)30通道微震監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)，構(gòu)建了露天轉(zhuǎn)地下開采過程安全監(jiān)控和災(zāi)害預(yù)警體系，開發(fā)出圍巖損傷劣化評價和巖體質(zhì)量軟件分析、微震監(jiān)測數(shù)據(jù)和三維應(yīng)力場數(shù)據(jù)交融、礦山應(yīng)力場背景的預(yù)警預(yù)報可視數(shù)字化場景、監(jiān)測數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)遠程傳輸與專家會診和礦井人員定位及應(yīng)急救援的全新功能，可靠預(yù)防了礦山災(zāi)害。

【1.8 特大型露天安全高效開采技術(shù)】

該課題是國家“十二五”科技攻關(guān)課題，針對我國以及我國在海外擁有的特大型露天鐵礦山礦床賦存特點，從高效、經(jīng)濟、安全的角度，開發(fā)出急傾斜露天礦床剝離洪峰控制動態(tài)優(yōu)化技術(shù)、基于經(jīng)濟動態(tài)評估和采剝總量均衡的生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化技術(shù)、特大露天礦開采多因素干擾下的礦石損失貧化控制自適應(yīng)技術(shù)、特大型露天礦新水平多區(qū)段開拓技術(shù)，突破了特大型露天礦山高效、低成本開采關(guān)鍵技術(shù)難點，建立了特大型露天礦山開采技術(shù)經(jīng)濟體系，技術(shù)整體處于國際領(lǐng)先水平。

我國金屬礦山露天采礦技術(shù)己取得顯著成就，在露天礦陡幫開采、高臺階開采、穿爆技術(shù)方面發(fā)展迅速并具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，基本是跟隨國際研究趨勢，甚至部分技術(shù)達到了國際領(lǐng)先。但在露天礦山運輸系統(tǒng)、設(shè)備大型化、自動化方面已經(jīng)接近國際先進水平，在數(shù)字礦山、開采監(jiān)控手段現(xiàn)代化以及礦山現(xiàn)代管理等方面差距較大。

【開采工藝連續(xù)化，運輸方式多樣化、高效化】

陡幫開采方面，我國陡幫開采的工作幫坡角在40°左右，而露天采礦技術(shù)較先進的美國、加拿大、俄羅斯工作邊坡角已達45°左右。和國外一樣，我國大部分礦山的間斷—連續(xù)開采工藝實現(xiàn)了采場內(nèi)可移動式礦巖破碎—膠帶運輸;陡坡鐵路可使鐵路運輸延深至露天礦更深的階段，運輸能力提高25%，運輸成本降低20%，我國已實現(xiàn)了陡坡鐵路限坡45‰～50‰。高臺階采礦方面，我國在南芬鐵礦實現(xiàn)了18m的高臺階生產(chǎn)，降低了單位開采成本;在露天開采工藝方面，我國大部分都達到了國際先進水平。

【開采設(shè)備大型化】

鉆機方面，我國金屬露天礦山的穿孔設(shè)備包括牙輪鉆和潛孔鉆，大型礦山主要采用牙輪鉆，鉆孔直徑以250mm、310mm為主，中小型露天礦山主要采用潛孔鉆，鉆孔直徑多數(shù)為200mm;國外穿孔設(shè)備基本采用牙輪鉆，鉆孔直徑大多為311～381mm、445mm、559mm。鏟裝方面，國外以電動鏟設(shè)備占絕對優(yōu)勢(約占48%)，但液壓電鏟的應(yīng)用在不斷擴大(約占26%)，斗容以21m3、38m3、43m3為主;國內(nèi)主要以電鏟為主，目前太原重工已研制出WK－75型礦用電鏟，斗容達到75m3，為世界最大級別的挖掘機。汽車運輸方面，目前國外大型礦山使用的電動輪汽車，其載質(zhì)量大多為240噸、320噸、150噸，最大可達到363噸，我國大型露天礦用汽車載質(zhì)量大多數(shù)為120噸、170噸。2015年11月，航天重工自主研制了H噸3363兩軸電動輪礦用自卸車，載質(zhì)量達到363噸，標(biāo)志著國產(chǎn)露天礦用汽車裝備邁入世界先進水平行列。

【爆破技術(shù)】

國外露天礦廣泛采用大區(qū)多排微差爆破技術(shù)，以增加每次爆破的礦巖量，減少爆破次數(shù)，提高設(shè)備利用率，改善爆破質(zhì)量，這已是一般通用的形式。新型炸藥以及爆破器材不斷問世對提高爆破精度、改善爆破質(zhì)量、加強爆破安全等都有重大的影響。

【生產(chǎn)管理自動化】

國外金屬露天礦在生產(chǎn)管理自動化、計算機在線控制和設(shè)計應(yīng)用等方面，開發(fā)出多款軟件平臺，如Gemcom公司的surpac、mineshed、whi噸噸le，Micromine公司的micromine、fieldmarshal、gbis等已取得顯著成就。這些軟件平臺可以進行露天礦境界優(yōu)化、設(shè)計，生產(chǎn)進度計劃編制，露天礦開發(fā)戰(zhàn)略性規(guī)劃，生產(chǎn)模擬分析，評價開拓運輸系統(tǒng)與選擇裝運設(shè)備，編制汽車調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)采裝運設(shè)備維修計劃管理，計劃備品配件存儲和供應(yīng)控制，模擬主要生產(chǎn)過程和優(yōu)化工作參數(shù)，進行財務(wù)分析等。我國近年來也自主研發(fā)了相關(guān)軟件平臺，如中南大學(xué)數(shù)字礦山研究中心自主研發(fā)的dimine軟件、北京3DMINE礦業(yè)軟件公司研發(fā)的3Dmine軟件，但總體自動化管理程度不高，需要經(jīng)一步加強。

【露天轉(zhuǎn)地下開采工藝】

國外露天轉(zhuǎn)地下礦山，大多采用露天采場內(nèi)外聯(lián)合開拓系統(tǒng)銜接方式，在露天采場深部不設(shè)運輸系統(tǒng)，統(tǒng)一利用地下巷道運輸，共同使用井下破碎站和提升系統(tǒng)，這樣減少了露天剝離和地下開采的基建投資，如瑞典基魯納礦、芬蘭皮哈薩爾米礦;而我國不少露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山大多采用的是露天采場外開拓，較少考慮露天與地下開采工藝系統(tǒng)的結(jié)合和相互利用問題，造成了地下井巷工程量大，投資高，基建時間長的問題。“十一五”科技攻關(guān)期間，國內(nèi)有許多科研機構(gòu)針對國內(nèi)露天轉(zhuǎn)地下開采的技術(shù)要求及今后的發(fā)展趨勢，進行了大量的研究，并取得了重要進展。如中鋼集團馬鞍山礦山研究院開發(fā)出的露天轉(zhuǎn)地下開采平穩(wěn)過渡技術(shù)在河北石人溝、馬鋼姑山等露天礦山進行了設(shè)計研究，取得了很好的應(yīng)用效果，為國內(nèi)露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山提供了理論依據(jù)和實際經(jīng)驗。

今后一個時期，露天礦山開采技術(shù)發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾方面。

【開采工藝向連續(xù)化、集約化發(fā)展】

傳統(tǒng)的露天開采是礦巖爆破后，在工作面用鏟裝設(shè)備裝載到運輸工具(汽車或鐵路)，然后運輸?shù)侥康牡?。幾十年來，露天開采技術(shù)不斷發(fā)展，開采裝備日趨大型化，國內(nèi)露天礦山的挖掘設(shè)備斗容達到15m3以上，大型運輸設(shè)備—電動輪汽車載重噸位達到154噸以上，極大提高了礦山產(chǎn)能，但是，隨著石油等主要原材料價格的不斷上漲和CPI物價指數(shù)的高攀，礦山開采成本直線上升;隨著露天礦山深凹開采條件日益惡化，礦山運輸距離增加，運輸效率降低，運輸能耗加大，礦場內(nèi)環(huán)境污染加劇等諸多問題制約著我國露天開采技術(shù)的發(fā)展。因此，需要從露天采礦工藝源頭探尋新型采礦技術(shù)方法與配套裝備，解決礦山高成本、高污染、高能耗問題。大型露天礦集約化、連續(xù)化開采技術(shù)將轉(zhuǎn)變礦山運輸理念，擯棄移動式運輸工具傳統(tǒng)觀念，發(fā)展露天開采傳輸式物流新觀念，創(chuàng)新露天開采技術(shù)理論，實踐建立露天采場工作面礦石裝載—破碎—輸送的集中化開采系統(tǒng)。這將是一個全面提高礦山開采技術(shù)水平，實現(xiàn)高效、環(huán)保、節(jié)能目標(biāo)的新型露天采礦方法，是未來大型露天礦山技術(shù)發(fā)展的趨勢。

【裝備水平向大型化、智能化發(fā)展】

回顧采礦歷史，露天采礦的發(fā)展主要就是通過采礦設(shè)備的進步而實現(xiàn)的，在過去的20多年里，采礦設(shè)備大型化的趨勢十分明顯，特別是沒有作業(yè)空間限制的露天礦設(shè)備，工作質(zhì)量達數(shù)百上千噸乃至數(shù)千噸的設(shè)備種類繁多。采礦裝備水平的快速發(fā)展，極大地改變了采礦方法和工藝，推動了采礦技術(shù)的發(fā)展。國外大型露天礦最高年產(chǎn)礦石量已達到4000萬噸～5000萬噸，普遍采用10m3以上斗容的電鏟和載重170噸以上的卡車，最大電鏟斗容達到43m3，卡車載重已達240噸，爆破炮孔直徑目前已普遍向400～440mm發(fā)展，每次爆破規(guī)模保持在60萬噸～100萬噸;臺階高度普遍達到15m以上，個別達到20m。而我國最大的露天礦(單一采場)年產(chǎn)僅為800萬噸～1200萬噸鐵礦石，電鏟斗容多數(shù)為4～10m3，卡車載重大多在25～75噸。實踐證明，應(yīng)用大型裝備實現(xiàn)大規(guī)模的礦山生產(chǎn)，必然會給企業(yè)帶來高的效益。

【大型極深部露天礦山開采技術(shù)將得到發(fā)展】

目前，我國已有部分露天礦山進入極深部開采階段，取得了一定經(jīng)驗，也存在一定問題:①進行極深露天開采時，開采成本增加、運距增加，運輸條件惡化，生產(chǎn)產(chǎn)量進入衰減期;②露天礦進入極深部開采時為解決高陡邊坡穩(wěn)定性和深層水對邊坡影響問題，投資巨大;③對進入極深露天礦開采的礦山，由于采場爆破等有害氣體的擴散緩慢，造成開采效率下降和環(huán)境污染問題。未來10年內(nèi)，國內(nèi)大部分露天礦山都將陸續(xù)進入深部、極深部開采階段，解決好極深部露天礦開采的特殊技術(shù)問題，以較小的投資、較短的時間、安全地實現(xiàn)礦山穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，對實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要理論價值和實用意義，是我國金屬采掘業(yè)發(fā)展面臨的迫切需要解決的綜合性技術(shù)問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【露天數(shù)字化礦山技術(shù)將改變礦山傳統(tǒng)開采技術(shù)和工藝，實現(xiàn)礦山作業(yè)的自動控制和科學(xué)管理自動化】

我國露天數(shù)字化礦山技術(shù)在“十一五”及“十二五”國家科技計劃項目的支持下，已取得了一定成就，但總體而言，我國礦山采礦生產(chǎn)的信息化和智能化水平與國外礦業(yè)發(fā)達國家相比仍然存在巨大差距，我國礦山的技術(shù)裝備水平、勞動生產(chǎn)效率和安全保障能力遠低于國外先進水平，亟需進一步發(fā)展自主的智能開采技術(shù)與裝備，并促進其產(chǎn)業(yè)化。其中，包括礦山虛擬現(xiàn)實平臺、礦山開采過程智能化管控平臺、智能開采軟件、礦山生產(chǎn)智能化系統(tǒng)、礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、礦山開采過程智能化實時監(jiān)測與控制技術(shù)、智能開采裝備及其智能操控技術(shù)、智能開采標(biāo)準(zhǔn)體系、采礦環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)等。數(shù)字化礦山技術(shù)將從根本上提高我國礦山的本質(zhì)安全性，增強我國礦業(yè)行業(yè)的核心競爭能力，使我國從礦業(yè)大國真正走向礦業(yè)強國，同時，將有力促進智能礦山儀器與裝備這一新興產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展。

【重視環(huán)境保護的研究和成果的應(yīng)用，是未來10年建設(shè)現(xiàn)代化露天礦山不可缺少的】

21世紀(jì)是以環(huán)境保護為前提的工業(yè)發(fā)展的新時期。露天礦是一個破壞生態(tài)環(huán)境的行業(yè)，為實現(xiàn)環(huán)境友好型的礦山企業(yè)發(fā)展前景，必須對礦山的開采中和開采后的地質(zhì)環(huán)境進行綜合治理，土地復(fù)墾。

據(jù)某礦統(tǒng)計，由于大氣嚴重污染而被迫停產(chǎn)時間達10%～12%，即年累計1個月以上。為了改善作業(yè)環(huán)境，礦山應(yīng)用了固定式、移動式除塵裝置及自動控制系統(tǒng)，以及各種有效的單機抑塵防護措施和綜合防塵方法，有效地控制了毒塵危害。我國露天礦的通風(fēng)防塵，隨著深凹露天礦的出現(xiàn)，已經(jīng)引起重視，露天礦鉆機防塵、爆破降塵，路面防塵已取得了良好效果。

國外一些礦業(yè)發(fā)達國家十分注重土地復(fù)墾技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用。前蘇聯(lián)列別金采選聯(lián)合公司露天礦占用最肥沃的黑土地，投產(chǎn)以來已剝離巖石和土10億m3，破壞的土地超過4000hm2，9個排土場、尾礦庫、露天采場、工業(yè)場地、水庫和其他建筑物總計占地1萬hm2，其中55%為可耕地，在國家有關(guān)部門指導(dǎo)下，吸收科技力量共同治理，進行復(fù)田或種樹，投產(chǎn)以來累計復(fù)墾面積也達到1萬hm2，成績顯著。我國露天礦山排土場是礦山土地復(fù)墾的最主要對象。例如:大冶鐵礦解放后近40年共采出鐵礦石8000萬噸，采剝總量達3.9億噸，同時由于采掘挖損、壓占、塌陷廢棄共占用土地達1121hm2(16815畝)。經(jīng)過幾年的研究開發(fā)和綜合治理使硬巖排土場的復(fù)墾已成為現(xiàn)實，但速度較慢?？梢钥闯?，我國與國外相比還有一定差距，當(dāng)務(wù)之急是如何將國內(nèi)外已有的先進環(huán)保技術(shù)與裝備工程化，在礦山推廣應(yīng)用，盡快改善礦山環(huán)保存在的種種問題。

【無(低)廢開采技術(shù)將得到發(fā)展】

在采礦過程中，礦山不僅獲得了所需要的有用物質(zhì)，同時也產(chǎn)生大量的廢棄物和形成災(zāi)害，如廢石、尾礦在地表的堆置，地表塌陷和邊坡破壞等。廢石、尾礦堆置在地表，不僅占用大量寶貴的土地，而且產(chǎn)生嚴重的大氣與水體污染，同時也為形成泥石流、滑坡和尾礦壩垮塌事故提供了條件，地表塌陷、邊坡滑塌給人們的生命和財產(chǎn)造成了巨大損失。因此，國外近20年來對減廢開采技術(shù)進行了大量研究。實現(xiàn)無廢開采的途徑，一是采用產(chǎn)生廢棄物少的采礦方法和工藝技術(shù)，二是將采礦產(chǎn)生的廢棄物再返回到露天坑，即露天礦內(nèi)排。

要實現(xiàn)無廢采礦，不僅要在觀念上充分認識其重要性，而且更要在采礦工程布置、開采工藝技術(shù)、集運裝備技術(shù)等方面進行系統(tǒng)的研究。

同世界技術(shù)先進國家相比，我國金屬礦山行業(yè)的發(fā)展長期面臨著資源、能源緊缺和生態(tài)環(huán)境惡化的多重壓力，粗放型經(jīng)濟增長的模式?jīng)]有發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。我國是鐵礦石資源人均占有量較低的國家，且貧礦多，富礦少，淺部易采鐵礦床開采殆盡，大量深部貧鐵礦床與復(fù)雜難采礦床投入開采。目前，我國露天采礦工藝整體處于國際先進水平，但采礦裝備整體技術(shù)的適應(yīng)性同國際先進水平相比還有較大差距，采選一體化節(jié)能降耗研究薄弱，致使礦山產(chǎn)能低，經(jīng)濟效益差。因此，加強采礦專業(yè)科學(xué)基礎(chǔ)研究，依靠科技進步提高采礦技術(shù)與裝備水平，低成本高效率開發(fā)利用有限資源，降低鐵礦石對外依賴度，成為冶金礦山求生存、謀發(fā)展的現(xiàn)實需要和保障我國鋼鐵行業(yè)安全運行亟待解決的重大問題。露天采礦方向重大科學(xué)問題和技術(shù)難題歸結(jié)為采礦裝備、采礦自動控制及信息管理技術(shù)問題:我國大型礦山裝備仍以引進、消化吸收再創(chuàng)新為主，新設(shè)備的自主研發(fā)、大型化與系統(tǒng)集成能力差，產(chǎn)業(yè)化制造力量弱。我國露天采礦在鑿、爆、轉(zhuǎn)、運整個生產(chǎn)過程自動控制及信息管理方面與發(fā)達國家仍有明顯的差距。

來源：洲際礦山

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