・矿业工程・中国金属采矿业发展现状张　强 李夕兵(北京矿冶研究总院　北京　100044)　(中南工业大学　长沙　410083)摘　要　概述了我国有色、钢铁矿藏资源的特点,分析了我国现有矿业的开采方法、开采设备及矿业理论研究发展现状,也简要介绍了我国二十一世纪的海洋采矿发展前景。

关键词　中国采矿　资源特点　开采研究　现状1　我国金属矿藏资源现状及前景预测矿产资源是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础,是生产力构成的主要因素之一。

据统计,世界95%的能源以及80%的工业原料来自矿物原料。

矿产资源是一个国家经济起飞的首要条件以及经济实力的重要标志。

在世界已发现的200余种矿产中,我国就发现了约160多种,矿产资源储量位于世界第三位,其中20种重要矿产的探明储量居世界前列,但人均占有量位于世界第80位。

在主要的矿产资源中,只有锑超过世界人均占有量、超过世界人均水平50%的有铁和锡,其它均低于世界人均值的1 5。

其资源特点是分布不均,贫矿多富矿少。

铜在我国自给率为60%左右。

我国是世界上重要的铜进口国。

主要受铜资源制约,我国铜矿山发展缓慢。

预计十几年以后大部分矿山将陆续闭坑,供需矛盾更为突出,进口量将有加大趋势。

我国铜资源特点是,大型铜矿少,中小型铜矿多。

全世界探明金属储量超过500万t的巨型铜矿54座,而我国只有江西德兴铜矿和西藏玉龙铜矿两座。

我国德兴铜矿正在开发,全部建成后预计年产铜14万t。

玉龙铜矿由于外部建设条件较差,至今尚未开发利用。

我国铝的生产量增长较快,进口铝明显减少,还出口一部份。

我国铝土矿资源虽然丰富,但质量不理想, 98%的铝土矿属于高铝硅低铁的难溶矿石,溶出性能差,只能采用流程长、工艺复杂、能耗高的方法进行处理。

其次氧化铝厂建设投资大,周期长,生产成本高,而且达产期长。

虽然冶炼铝能耗较高,建设投资较大,经济效益不很理想,但丰富的铝资源为铝工业发展提供了坚实的基础。

铅锌是我国的优势资源,其品位特点为锌高铅低,符合市场需要。

近年来,产量激增除满足了国内外市场外,还开始进入国际市场。

目前我国钢铁已达到1亿t的生产能力,国产铁矿石的自给率为75%左右。

由于各种原因,我国铁矿平均每年消失300万t矿量,到2000年,我国铁矿石的自给率将下降为65%。

其新增钢铁产量所需铁矿石将主要依靠进口来解决。

2　我国矿业发展现状2.1　露天开采技术、设备现状在世界固体矿物年开采量中,露天占75%以上,而且还在逐渐增大。

我国1993年产量在露天开采中占96%;有色金属矿石产量中露天开采中占50%;化工原料约占70%;建材近100%和煤占4%。

随着市场经济的矿石价格竞争,低成本的大型露天开采不失为一种有效的矿石开采方式。

而在强化露天开采和提高劳动生产率这一过程中,其主要手段是采用高效、大型的露天设备。

我国已研制成功千万吨级露天采矿成套设备,大型矿山斗容4m3～13m3电铲配用载重量30t～256t以下的汽车为主,但辅助设备规格小、数量少。

穿孔设备为牙轮钻,采用直径为125mm～350mm钻头穿孔。

钻机的改进主要集中在提高设备可靠性,穿孔过程自动化,以及缩短安卸钻杆和穿孔定点辅助作业时间等方面。

由于汽车运费上涨和矿岩运输量的增大,出现了汽车—破碎机—胶带运输机这种间断连续的运输工艺。

由于铁路运输费用低廉,能耗较少,而可靠性又较高,因此到21世纪初单一铁路运输或汽车—铁路联合运输,其合理深度可达360m左右。

在爆破技术上,露天矿已趋向于采用大区多排微差爆破技术,以增加每次爆破的矿岩量,减少爆破量,提高设备利用率,改善爆破质量。

露天生产工艺,是随着所采用的设备和爆破工艺而变化。

其主要工艺有:间断—连续运输工艺、陡帮开47W est2Ch ina Exp lo rati on EngineeringV o l.11№4Ju ly.1999采工艺和排土新工艺。

2.2　露天地下联合开采我国金属矿床具有规模小和埋藏深的特点,大部分露天矿均需要通过地下开采深部矿体。

进入21世纪后,一方面因露天矿逐步转入地下开采,需要通过露天地下联合开采以形成相对稳定的产量规模;另一方面则因深凹露天矿开采条件越来越差,剥采比大,采矿综合成本增加,需要采用露天地下联合采矿技术以改善矿山经营效益。

因此,越来越多的矿山将进行露天地下联合开采。

露天地下同时开采包括露天地下同时开采同一矿体和露天地下联合回采两大类。

露天地下同时开采同一矿体,其回采工艺相对独立。

但地下采矿方法受到较多限制,一般要求地下采矿方法采用充填采矿法,故目前主要在有色金属或价值高的矿床应用。

露天地下联合回采是在联合开采的基础上进一步从回采工艺上实现联合,形成一种新型的露天地下联合采矿方法,将露天采矿工艺和地下采矿工艺有机地结合起来达到大规模联合采矿的目的。

单一采场的联合采矿在国内外少数矿山已有应用,其目的主要是为了解决露天坑底水平隔离层的回采问题。

以减少剥离量、扩大采矿规模和实现内部排土场目的出发的大规模联合采矿技术的研究工作在国内还刚刚起步。

露天地下同时开采能充分发挥联合开采的优势,使矿山产量规模相对稳定、可实现配矿、露天与地下工程可相互利用形成统一的开拓系统、通过井下出矿可大幅度减少剥离量、可形成内部排土场等,上述优势使其具有更大的技术潜力。

2.3　地下开采技术设备现状扩大产量规模的主要途径是实现机械化大规模采矿。

而井下无轨机械化采矿是提高地下矿山采矿效率的主要途径。

我国地下金属矿自20世纪70年代以来也引进500余台井下无轨铲运机及其它无轨配套设备,且在此基础上自行研制开发了一些设备,均在生产中发挥了作用。

因此以铲运机为中心的井下无轨配套设备应是21世纪初国内地下金属矿山的主要发展方向。

对我国来讲,应进一步搞好下列几个问题:无轨设备大型式;铲运机斗容由2m3增大到4m3～6m3;辅助车辆载重量则由2t～3t增加到5t～8t。

凿岩设备液压化;采用液压凿岩机和台车替代气动凿岩设备,以提高凿岩精度,并提高凿岩速度50%～100%,降低噪声10dB～15dB,节约能源2 3～3 4。

辅助设备多功能化由一台通用底盘更换作业机构后完成运料、装药、支护、起重和检修多种辅助作业,以充分发挥无轨设计机动灵活、一机多能的作用,提高设备利用率和配套能力。

提高采矿效率固然与高效率采矿设备密切相关,但大规模高效率的采矿方法将不仅为高效采矿设备创造应用条件,同时也是提高矿山生产能力的主要技术途径。

近十多年来,国内已研究应用了多种大规模高效率地下采矿方法,如自然崩落法、深孔采矿法和中深孔采矿法等。

21世纪初则不但要进一步完善现有高效率采矿方法,实现大规模开采,而且还将研究深孔连续崩落法等大规模高效采矿新工艺。

由于浅地表矿石储量逐步减少,地下开采势必向深部发展,国内金属矿山开采深度在不断地增加,其深度已达到700m～1000m。

开采深度增加普遍会遇到地压大、岩温高和水文地质条件复杂等特殊困难,常规采矿技术往往难以解决。

而我国金属矿山刚刚进入深井开采阶段,在深井开采方面的技术经验均相当缺乏,在深井开采技术方面的研究工作做得较少,仅在岩层控制理论和岩爆机理等方面进行了探索性研究,而工艺与设备的应用研究几乎还是空白。

但进入21世纪,我国深井开采矿山将逐步增多,则需要全方位加强深井开采技术研究。

2.4　溶浸采矿我国金属矿床贫矿多、富矿少。

根据对136个铜矿床(占全国总储量的90%统计,含铜品位大于1%的仅占21.6%,而小于0.5%的占26.8%。

而随着20年来采矿工业的发展,富矿资源消耗较快,使得贫矿资源比例逐步上升。

贫矿资源将是21世纪我国采矿工业的一个重要开采对象,因而势必相应地发展贫矿资源开采技术。

而溶浸采矿、特别是原地溶浸采矿能有效地回收低品位矿石资源,因此必须大力发展溶浸采矿技术。

但目前我国无论是堆浸规模还是溶浸采矿技术的工业应用方面,均距国际先进水平有较大差距。

进入21世纪,我国应扩大堆浸规模,更重要的则是研究开发原地溶浸的关键技术,以促进原地溶浸采矿的推广应用。

3　海洋采矿在我国的使用前景随着工业的日益发展,势必引起金属量的需求量大量增加,以致陆地上的资源日益减少。

因此海洋矿产资源,已逐步为很多国家所瞩目。

早在1872～1876年间英国的“挑战号”作环球考察时,就发现了深海底多金属结核矿。

直到20世纪60年代初,美国的M ero教授对海底锰结核资源进行评价后,海底锰结核资源才作为一种能开发的资源被人们所重视。

鉴于我国陆地上锰、铜、钴等金属资源的实际57第11卷　第4期1999年7月 西部探矿工程　(岩土钻掘矿业工程)情况,及由比利时、加拿大、联邦德国、意大利、日本、荷兰、英国和美国等八个国家所组成的西方四个国际财团,正瓜分着世界海底矿产资源,因此,我国必须加速海洋资源的调查、研究开发工作,以便我国早日进入太平洋开采锰结核的时期。

3.1　海洋资源(多金属结核)的概况锰结核分布在3500m～3600m的深海。

整个海底多金属结核蕴藏量达3万亿t。

其中具有工业开采价值的储量达700亿t。

金属含量为:锰25%、镍1.3%、钴0.22%、铜1%。

而且结核还在以每年1000万t～1500万t的速度不断增大。

主要分布于太平洋,其次是印度洋和大西洋,其中北太平洋最为富集。

我国在20世纪70年代中期,即组织许多单位对深海矿物资源进行调查,并把该资源的调查、研究与开发列入国家计划。

国家海洋局和地质矿产部组织力量在太平洋进行多年的调查,圈定出30万km2,具有开采价值的申请矿区。

1991年3月,联合海底管理局筹委会正式批准了中国矿区申请。

3.2　我国海洋资源开发现状为加强大洋锰结核资源的调查工作,1990年成立了由国家海洋局等14个部门组成的中国大洋协会,是我国海洋资源开发得以顺利发展的根本保证。

国外已由基础研究、小比例模型设备研制与实验室试验阶段,发展到小比例计算装置的海上试验,和实际规模原型的研制与示性经验阶段。

而我国的深海多金属结核开采技术研究处在前一个阶段,大体相当于发达国家70年代初、中期水平。

3.3　我国海洋资源开发前景西方发达国家已做了大量的创造性工作,基于可借鉴的国外先进技术和经验以及发展了的与深海有关的各项高新技术,我们完全可以在较短的时间,尽快赶上世界水平。

目前各种深海采矿系统的基本原理与方案已基本定型,有关多金属结核采出与提升方面的基本原理正在建立,深海采矿的主次方向已成为设备研制的问题。

在进一步深入开展基础研究的同时,现有的理论已能满足开始设备研究的需要。

基于我国的研究成果,当前我国深海多金属结核物开采技术试验的研究的主要精力应放在水力采矿系统,特别是泵提升系统。

为满足研究的需要,还必须建造一个技术先进的海洋实验室。

由于深海采矿是一个复杂的课题,需多个部门互相配合、联合攻关来研制新材料、新设备,才能保证深海采矿的顺利进行。