1 过去10年成就的回顾

通过国家“七五”和“八五”科技攻关, 过去10年我国采矿工业的科技水平得到了迅速提高, 各方面的成就令人瞩目。

1.1 露天开采方面

(1) 1000万t级大型露天矿山的成套设备研制取得了重要进展, 主要设备国内均可生产; 2000万t级大型露天矿山的成套设备, 也正在研制和开发中。

(2) 高台阶陡帮开采工艺研究取得了成功, 试验矿山的台阶高度从12~14m提高到15~20m, 工作帮坡角从8°~15°提高到20°~30°。

(3) 矿山运输正在从间断式运输(铁路运输、汽车运输或汽车-铁路联合运输等)向间断-连续式运输方向转变。

(4) 矿用炸药性能的提高、爆破优化设计等方面也有较大发展。

(5) 在露天矿边坡稳定、排土场稳定的理论研究和工程实践上, 有了新的进展。

(6) 露天矿环境保护、土地复垦与绿化等工作得到了高度重视。

1.2 地下开采方面

(1) 联合开拓技术得到广泛应用, 一批新建和扩建的大型地采矿山采用了斜坡道与井筒联合开拓方式, 极大地提高了矿山的生产能力。

(2) 一些高强度采矿方法, 如自然崩落法、VCR采矿法、机械化分段充填法等, 得到了较大发展。

(3) 胶结充填新技术, 如高浓度充填、膏体充填、高水固化充填、块(碎)石胶结充填等, 有了不少的工程应用实例。

(4) 地下开采岩石力学研究, 如矿山大面积稳定、采矿场稳定、岩爆防治、软岩支护、地应力测量、数值计算方法等, 有了进一步的发展。

1.3 其他方面

矿产技术经济学、溶浸采矿方法、海洋采矿技术与设备、新型破岩技术与设备(如高压水射流)等方面的研究, 也有了长足的进展。

2 未来10年采矿高新技术的发展

从国内外采矿科技水平的现状看, 采矿高新技术可分为两类:

(1) 成熟技术的推广应用。这类技术有的国外已成熟而国内尚未成功使用的, 如露天矿山设备的大型化、地下矿山提升运输设备的自动化等, 需要国内采矿工业界采取引进、消化、吸收以及国产化的技术进步路线; 还有一些是国内也已成熟但未全面推广应用的技术, 如露天矿高台阶开采等, 需要采取推广与提高的技术进步路线。

(2) 前沿技术的研究与开发。这类技术无论从国内还是国外来说, 都还处于科研阶段或工业试验阶段, 需要投入大量的人力、物力去研究和完善。

2.1 露天开采^[1]

我国的金属矿物80%以上是露天采出的。为使我国露采矿山的面貌发生巨变, 在未来10年中应重视下述高新技术的应用和研究:

(1) 矿用设备除继续向大型化发展外, 应着重向综合自动化及提高工作可靠性方面发展。以钻机为例, 可考虑在操作室安装计算机控制系统和荧屏显示系统, 由计算机统一控制设备故障诊断、自动定位、自动换钻杆、炮孔自动量测、与调度台通讯等系统, 而荧屏显示则有利于工人操作。

(2) 分期过渡开采技术。是指在露天矿最终开采境界内拟定一个或几个中间开采境界。随开采作业的进展, 逐渐扩大。分期间隔国外一般为3~6年, 我国为5~20年。其优点是节省基建费用、早见矿、先采富矿、以矿养矿、由小到大; 其适用条件是矿床埋藏深、储量大、开采时间超过30年, 或上部矿量少、下部矿量多, 或先期开采规模小、后期开采规模大, 或矿床勘探程度浅, 后期勘探范围扩大等。

露天矿分期过渡开采成败与否, 关键在于扩帮工艺。较先进的扩帮工艺有倾斜分条开采(削帮开采)、组合式台阶开采等, 如图 1所示。

(3) 间断-连续运输技术。国外已广泛使用，我国部分大型露天矿也开始试用。其布置方式有4种：汽车-胶带运输机-铁路运输；汽车-胶带运输机运输；胶带运输机运输；汽车-重力-胶带运输机运输。这种运输技术的关键是要在露天矿坑内设置大型的移动式或半移动式破碎机。此外，要采用一些新型的输送能力大的胶带，如夹芯式、皱纹盒、管式的物料输送胶带。

(4) 排土新工艺。露天矿排土场推积髙度大时会产生稳定性问题，且在雨季易产生泥石流。此外，一些矿山的部分剥离废石中含一定品位的金属，拟在日后浸出，故要分开堆放。倾斜分层排土或分层选择性排土新工艺如图 2所示。为节省占地面积，还可考虑在尾矿库设置排土场，其工艺是在尾矿库的下层, 按分区段前进式堆置尾矿(各区段用逐级加高的坝基隔开), 直至逐段堆到坝面标高水平时, 在已堆好的尾矿面的上层, 滞后一两个区段按前进式分台阶排土复垦, 如图 3所示。

(5) 生产管理与调度系统。建立全矿集中统一的生产指挥、管理、调度系统，对提高矿山的生产能力和生产效率关系极大。大中型露天矿应考虑建立有线与无线相结合、计算机集中控制的生产管理与调度系统。

2.2 地下开采

目前地采矿山占有色金属矿山总数的89%左右，在较长时间内将继续占据重要地位。因此在未来10年内, 地采矿山应着重开发和应用的高新技术主要有:

(1) 计算机应用。目前地采矿山的计算机应用主要是进行矿山稳定性和采场稳定性分析, 而较少用于采矿工程设计方面。在国外, 以地质统计学为基础、以计算机辅助图形设计(CAD)为手段, 采用计算机绘制地质图、预测品位分布及圈定矿体、布置采矿工程等, 可大幅度提高设计效率和设计质量。矿体及工程布置图可绘制成三维图形, 并可在三维图形中所需要的位置上任意切剖面绘制二维工程平面图。

(2)“地下露天矿”。国外采矿界提出的“地下露天矿”(Underground Open-pit Mining)是一个综合性概念, 是指地下高强度采矿和连续回采, 其生产能力、生产效率以及经济效益等均可与露天开采相比。可见, “地下露天矿”是高效率采矿方法和成套大型机械设备作业的综合结果。图 4所示是一种高强度回采、连续出矿的采矿方法。

(3) 组合式采矿方法。是将空扬采矿法、崩落采矿法和充填采矿法进行有机结合, 充分发挥各类采矿方法的优点, 增加采矿强度, 降低开采成本并提高劳动生产率。图 5所示的是崩落采矿法与充填采矿法相结合的组合式采矿方法实例。

2.3 尾矿资源综合利用

据不完全统计, 目前金属矿山积存的尾矿在40亿t以上, 并以每年排放2.1亿t的速度增加。尾矿的排放要占用大量土地, 要耗费巨资建立尾矿库和运营管理; 尾矿极细, 易扬尘污染大气环境, 尾矿中的有害成分产生大量酸性水污染水源和土壤, 破坏生态平衡; 尾矿坝的超高、超量堆放等所引起的安全问题时有发生。总之, 尾矿所引起的各种问题日趋严重。

事实上, 尾矿是一种二次资源, 世界上工业发达国家已把建立无废料矿山作为矿业开发的目标, 把尾矿综合利用程度作为一个国家科技水平和经济发达程度的标志之一。

对于尾矿资源的综合利用, 我国起步较晚, 总体水平不高。在目前的科技水平条件下, 尾矿资源综合利用的方向是:

(1) 尾矿再次分选, 回收金属元素或非金属元素。

(2) 尾矿用于制造建筑材料(水泥、玻璃、地砖、陶磁), 建筑用砂, 耐火材料, 复合磁化肥料等。

(3) 尾矿用于充填处理采空区, 复垦土地等。

2.4 矿山CIMS的研究与开发

CIMS意指计算机集成生产(制造)系统, 其基本思想是把经营决策、产品设计、生产准备和管理、加工制造、质量保障、销售发运和用户服务等各个环节有机地集成为一个整体, 使企业的各项活动协调一致, 把企业的整体功能调节到最佳状态, 以有效地参与市场竞争。CIMS是集先进的系统管理思想和生产技术而成的人机系统。

典型的CIMS由4个功能系统和2个支持系统构成。4个功能系统是管理信息系统(MIS)、工程设计集成系统(EDIS)、自动化生产系统(AMS)、全面质量管理系统(TQCS); 2个支持系统是计算机网络系统(NET)和数据库系统(DBS)。

3 结语

在欧美等经济发达国家, 矿业等重工业部门其规模在不断萎缩, 并逐步向第三世界或发展中国家转移; 在我国, 由于计划经济体制向社会主义市场经济体制过渡, 以及由于一些矿山人员过多、负担过重、效益低下等, 使得目前一些矿山面临严重的经济形势。事实上, 我国是一个发展中的大国, 矿产资源构成工业原材料的90%以上, 采矿业对国民经济的重要性不言而喻。因此, 我国的采矿工业不能象西方发达国家那样采取萎缩政策, 而应继续得到发展, 需要得到政府部门的扶持。

同时, 采矿工业本身需要采用现代科学技术的理论和方法, 不断提高科技水平, 用高新技术改造采矿业, 使其较快地从劳动密集型产业向技术密集型产业过渡。

随着浅部资源的不断开发, 地下开采的比重将会增加, 一些露天矿山将会很快转为地下开采。但地下开采的经济效果有待极大地提高, 新的开拓及开采方法有待进一步发展。如何提高资源利用率和生产效率, 做到安全、文明生产, 也需要着重加以研究。