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2、,探討金屬礦業(yè)工程的未來,古德生,2006年11月19日,前言,在人類發(fā)展的長河中，礦業(yè)始終貫穿于整個(gè)文明史。沒有礦業(yè)就沒有國家工業(yè)化，就沒有國防，就沒有當(dāng)今世界。,未來源于礦業(yè)。,采礦科技工作者，不但要推進(jìn)礦業(yè)科技的進(jìn)步，還要站在高處透視礦業(yè)的未來，引領(lǐng)礦業(yè)學(xué)科的未來。,下面就”金屬礦業(yè)工程的未來”談七個(gè)問題：,1,2,一、發(fā)展金屬礦業(yè) 保障國家經(jīng)濟(jì)安全和國防安全,二、提高裝備水平 推動(dòng)金屬礦山現(xiàn)代化的建設(shè),三、創(chuàng)新采礦技術(shù) 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、高效開采,四、實(shí)施綠色開發(fā) 促進(jìn)資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,五、發(fā)展巖石力學(xué) 引導(dǎo)采礦工程從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué),六、創(chuàng)造遙控采礦 構(gòu)建現(xiàn)代金屬礦山的發(fā)展模式,七

3、、拓寬科學(xué)視野 重構(gòu)采礦工程學(xué)科的知識(shí)體系,金屬礦業(yè)工程未來的七個(gè)議題：,3,一、發(fā)展金屬礦業(yè),保障國家經(jīng)濟(jì)安全和國防安全,一發(fā)展金屬礦業(yè) 保障國家經(jīng)濟(jì)安全和國防安全,1,金屬礦業(yè)支撐著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,礦業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，金屬礦業(yè)支撐著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。見下表：,年度,1990,1995,2000,2002,2005,人均GDP,美元,200,581,820,1090,1703,鋼產(chǎn)量，萬噸,6535,9636,12850,22234,34936,10種有色金屬產(chǎn)量,萬噸,239,496,783,1260,1635,沒有金屬產(chǎn)量的同步增長，就沒有國民經(jīng)濟(jì)的,可持續(xù)發(fā)展。,5,隨著人

4、均GDP的增長，人均金屬礦產(chǎn)消耗量呈“S”形曲線變化。,我國正處于工業(yè)化中期階段，今后20-30年是我國資源消耗的高峰期。,人均金屬礦產(chǎn)消耗量與人均GDP的關(guān)系，如下圖所示,。,6,據(jù)預(yù)測(cè)：,我國的鋼、銅、鋁、鋅四種金屬,達(dá)到“S”形曲線的峰值時(shí)間，以及金屬消費(fèi)量，見下表：,中國主要金屬消費(fèi)需求預(yù)測(cè)表,金屬,2000年消費(fèi)量,“,S,”,型曲線達(dá)峰值時(shí)間,峰值年消費(fèi)量,鋼，億噸,1.42,20122013,2.542.60,銅，萬噸,188,20192023,681532,鋁，萬噸,330,20222028,13011629,鋅，萬噸,123,20122013,231221,7,2礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略

5、是國家全球戰(zhàn)略的重要組成部分,全球礦產(chǎn)資源配置的總體格局,目前，占世界人口不到1/4的發(fā)達(dá)國家，消耗著全球3/4的礦產(chǎn)資源，而占全世界人口多達(dá)3/4 的廣大發(fā)展中國家，占全球礦產(chǎn)消費(fèi)比例卻不到1/4。,在新世紀(jì)，礦產(chǎn)資源的爭(zhēng)奪進(jìn)一步加劇,世界有4300 家礦業(yè)公司（不包括煤和石油）在100 多個(gè)國家進(jìn)行勘查開發(fā)，其中加拿大公司占37%，美國公司占17%，澳大利亞的公司占9.5%。,美、加、澳三國的礦業(yè)公司數(shù)目幾乎占全球的2/3。,對(duì)礦產(chǎn)資源的爭(zhēng)奪，一直是國際關(guān)系緊張和武裝沖突的根源。,8,第二次世界大戰(zhàn)后，美國依托超級(jí)大國地位，利用其經(jīng)、軍事和科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上開展全方位的“

6、資源外交”。美國前國務(wù)卿黑格就說過,：,“冷戰(zhàn)實(shí)質(zhì)上是一場(chǎng)資源戰(zhàn)”。,世界上沒有一個(gè)國家的礦產(chǎn)資源能夠自給自足，實(shí)施全球資源戰(zhàn)略是發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)，我國也不例外。,我國已將全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略、作為國家全球戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。,我們的方針是：“平等互利，共同發(fā)展”。,9,3遠(yuǎn)景資源開發(fā)是礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略,國家從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，對(duì)遠(yuǎn)景資源投于極大的關(guān)注。海洋、極地礦床儲(chǔ)量豐富，已為全球所矚目。,陸地礦床,我國礦產(chǎn)資源短缺，礦產(chǎn)資源總量約占世界總量的12%。,礦床開采正逐步轉(zhuǎn)向五類礦床,貧礦床、軟破礦床、深部礦床、水下礦床和高寒地區(qū)礦床。,要求的科技水平越來越高。,海洋礦床,21世紀(jì)，圍繞

7、海洋底部礦產(chǎn)資源的國際競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。1993年我國已在太平洋海底圈定了一塊75萬平方公里的“戰(zhàn)略金屬資源基地”，對(duì)該區(qū)域有專屬勘探權(quán)，并享有開采的優(yōu)先權(quán),。,海深50006000米，無氧、高壓、腐蝕，海底地形復(fù)雜，人員難以進(jìn)入，開發(fā)難度極大,。,10,極地礦床,南極是地球上最后一座寶庫。,大陸總面積14107萬平方公里，全境為冰川所覆蓋，最高海拔5140米，氣溫零下5557。,有厚100米的、露頭延伸120公里的鐵礦，品位3538，夠全世界用上200年；,有世界上最大的煤田、石油和豐富得無法統(tǒng)計(jì)的錳塊礦物。但水深500-3000米，如開采南極礦床，可能導(dǎo)致300萬立方米的冰塊融化，使地球海平

8、面上升50米以上。,征服南極是世紀(jì)議題。,為了國家的可持續(xù)發(fā)展和長期繁榮，國家正在加大海洋、極地礦床開發(fā)的投資力度，努力做好特殊礦床開發(fā)的科學(xué)研究與技術(shù)籌備。,11,二、提高裝備水平,推動(dòng)金屬礦山現(xiàn)代化的建設(shè),二、提高裝備水平 推動(dòng)金屬礦山現(xiàn)代化的建設(shè),采礦技術(shù)的變革依賴于采礦裝備的創(chuàng)新，沒有采礦裝備的發(fā)展，就不可能有采礦技術(shù)的進(jìn)步。,近20年來，地下采礦裝備在實(shí)現(xiàn)無軌化和液壓化的基礎(chǔ)上，正在向大型化、智能化方向發(fā)展。,13,（1）,國外露天礦的裝備水平,礦用汽車：,己發(fā)展到300噸級(jí)，236和280噸的汽車已投入使用，無人駕駛汽車已用于露天礦；,挖掘機(jī),：,斗容達(dá)40立方米,超大型的已達(dá)83

9、立方米；,牙輪鉆機(jī),：,穿孔直徑一般為310380，而直徑559毫米的牙輪鉆機(jī)已投入生產(chǎn)；,全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)：,已廣泛用于鉆機(jī)、挖掘機(jī)及礦用汽車等移動(dòng)設(shè)備的定位、監(jiān)控與運(yùn)營。,1、國外礦山裝備已逐步實(shí)現(xiàn)大型化和智能化,14,（2）地下礦的裝備水平,鏟運(yùn)機(jī)：,載重25噸的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)已下井運(yùn)營；遙 控鏟運(yùn)機(jī)又逐步微型化（斗容2立方米，載重2噸）（我國只研制開發(fā)了0.76、1、2、3立方米）；,井下汽車：,120噸七軸大型卡車（瑞典）已開始取代45和65噸卡車（我國只有8-15噸）；,鑿巖臺(tái)車:,車自動(dòng)遙控臺(tái)車,正在取代原有臺(tái),;,輔助設(shè)備：,廣泛采用錨噴車、裝藥車、撬毛護(hù)頂車、材料車、運(yùn)人車等無軌

10、輔助車輛；,遙控設(shè)備：,近年已有遙控鏟運(yùn)機(jī)、遙控鑿巖臺(tái)車和無人駕駛汽車在地下礦山試運(yùn)行；已開發(fā)了鑿巖機(jī)器人、裝載機(jī)器人。,15,礦山裝備決定著礦山的現(xiàn)代化水平。我國礦山裝備總體落后，絕大多數(shù)礦山仍處于六、七十年代的水平。,礦山裝備落后，必然是生產(chǎn)規(guī)模小、安全條件差、經(jīng)營管理粗放。,2國外地下礦山規(guī)?；_采的實(shí)例,智利的埃爾特尼恩特銅礦,采用連續(xù)落礦的盤區(qū)崩落采礦法，年產(chǎn)礦石3500萬噸。,16,瑞典基魯納鐵礦,采用高分段無底柱崩落采礦法，年產(chǎn)量超過2000萬噸。,俄羅斯塔什塔科爾鐵礦,采用沿走向推進(jìn)一步驟回采的階段強(qiáng)制崩落法，每一回采步距落礦20萬噸，年產(chǎn)量超過300萬噸,。,菲律賓菲勒吉斯采

11、礦公司礦山,屬低品位礦石，銅品位0.30%，金0.6克/噸,原用自然崩落法,后改為強(qiáng)制崩落法,日產(chǎn)規(guī)模為26000噸；這是一個(gè)通過規(guī)?；_采、使低品位礦床變?yōu)橛欣蓤D的范例。,17,三創(chuàng)新采礦技術(shù),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、高效開采,三創(chuàng)新采礦技術(shù) 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、高效開采,采礦技術(shù)的創(chuàng)新凸顯在以下三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：,1關(guān)于高效率采礦,（1）采礦裝備的現(xiàn)代化，推動(dòng)采礦工藝技術(shù)的變革,采礦方法朝大參數(shù)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方向發(fā)展,采礦方法正在朝高階段(120200米)、大采場(chǎng)（礦段）、一步驟回采、采準(zhǔn)切割合一的方向發(fā)展。,采礦工藝向連續(xù)化規(guī)?；较虬l(fā)展,為解決落礦高效率與出礦低效率的矛盾，采礦工藝逐步從間歇式工藝，向鏟

12、運(yùn)機(jī)、破碎機(jī)膠帶運(yùn)輸機(jī)配套的間斷連續(xù)工藝過渡；,19,設(shè)計(jì)的理念也在變化,產(chǎn)量不再完全受服務(wù)年限制約。而是把礦床開采看成是對(duì)土地的臨時(shí)占用，力求速戰(zhàn)速?zèng)Q,采后盡快恢復(fù)生態(tài)環(huán)境；,（2）復(fù)雜難采礦體的開采過程中，采礦技術(shù)的創(chuàng)新,礦巖誘導(dǎo)崩落礦技術(shù),采礦環(huán)境再造技術(shù),礦巖誘導(dǎo)崩落礦技術(shù),廢石充填注漿技術(shù),當(dāng)量藥包深孔爆破技術(shù),不同礦巖環(huán)境下的空區(qū)測(cè)技術(shù),還有：,空區(qū)安全預(yù)警技術(shù)，強(qiáng)制與誘導(dǎo)耦合落礦技術(shù)，膏體自流充填技術(shù)；中硬礦巖非爆機(jī)械采礦技術(shù)；以及各種非傳統(tǒng)采礦技術(shù)等等。,20,2、關(guān)于深開采,開采深度大于800-1000米時(shí)，一般界定為深井開采,。,深井是個(gè)特殊的開采環(huán)境高應(yīng)力,高井溫,高井深

13、。,為了深井安全、經(jīng)濟(jì)、高效開采，有許多,熱門研究課題：,間斷-連續(xù)工藝問題；,深井高應(yīng)力誘導(dǎo)破碎連續(xù)采礦礦問題,非常規(guī)采礦方法問題；,深井原地破碎溶浸采礦的問題,。,深井降溫問題；,建設(shè)井下選廠(粗選廠)問題；,深井水力提升問題；,上行開采問題；,深井原地破碎溶浸采礦的問題,。,21,3、關(guān)于連續(xù)采礦,目前，出現(xiàn)有兩類連續(xù)采礦模式：,第一類：“單一采礦機(jī)的連續(xù)采礦”,借助機(jī)械切割破巖的連續(xù)采礦，如采掘鉀鹽礦的多轉(zhuǎn)輪采礦機(jī)。但因受切割頭壽命及費(fèi)用，以及礦床地質(zhì)條件限制，投入工業(yè)應(yīng)用尚需時(shí)日。,第二類：“采裝運(yùn)機(jī)組與一步驟回采方法配套的連續(xù)采礦”。,這是基于爆破破巖的連續(xù)采礦。,以礦段為回采單元

14、，采用一步驟回采的采礦方法，回采過程中落礦、出礦、運(yùn)礦作業(yè)在不同空間平行連續(xù)進(jìn)行，采、裝、運(yùn)設(shè)備互相銜接，采礦作業(yè)在階段上連續(xù)推進(jìn)。故稱之“連續(xù)采礦”。,22,實(shí)現(xiàn)連續(xù)采礦是個(gè)重大變革-,回采工作面連續(xù)推進(jìn)，有利于井下采礦作業(yè)的合理集中，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度采礦；,可從根本上解決礦山帶來多中段作業(yè)、資源大量損失的問題；,階段連續(xù)回采時(shí)，強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充，圍巖暴露時(shí)間短，有利于采場(chǎng)地壓控制；,它將推動(dòng)地下金屬礦山作業(yè)機(jī)械化，生產(chǎn)集中化和管理科學(xué)化的進(jìn)程，促進(jìn)礦山現(xiàn)代化。,連續(xù)采礦代表著采礦工藝的變革方向,是采礦技術(shù)發(fā)展的必然。,23,四實(shí)施綠色開發(fā),促進(jìn)資源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,四.實(shí)施綠色開發(fā) 促進(jìn)資源

15、.經(jīng)濟(jì).生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,所謂礦區(qū)綠色開發(fā),就是把礦區(qū)資源與環(huán)境作為一個(gè)整體，與環(huán)境協(xié)調(diào)一致地開發(fā)礦區(qū)的礦產(chǎn)、土地、森林與水資源等異類資源。,1、粗放式的增長方式已經(jīng)難以維繼,例：,2004年，我國實(shí)現(xiàn)GDP 9.5%的增長，而物質(zhì)消耗,占全球鋼材27%、原煤31%、水泥50%以上、；全年排放廢石、尾砂、廢渣以10億噸的速度增長（堆存量已達(dá)180億噸以上）；礦山年排放廢水30億噸，處理率僅4.23%，大量排入江河，污染十分嚴(yán)重。,25,2、實(shí)施礦區(qū)資源綠色開發(fā),建立礦區(qū)環(huán)境生態(tài)評(píng)價(jià)體系,要研究礦區(qū)的環(huán)境生態(tài)容量評(píng)價(jià)方法，建立評(píng)價(jià)程序、標(biāo)準(zhǔn)和考核指標(biāo)體系。,實(shí)現(xiàn)固體廢料產(chǎn)出最小化和資源化,采用合理的

16、開拓系統(tǒng)和采礦方法,從源頭上控制廢石產(chǎn)出率，建設(shè)井下選廠等，實(shí)現(xiàn)廢料不出坑；把廢料資源化列為礦山生產(chǎn)活動(dòng)的重點(diǎn)工程。,重視資源綜合利用,我國冶金礦山的共伴生資源綜合利用率約20%,有色金屬為30-35%。嚴(yán)重污染環(huán)境。,26,3、在企業(yè)推行兩項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃,IS0 14000標(biāo)準(zhǔn),國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推出IS0 14000“環(huán)境管理系列標(biāo)準(zhǔn)”(1996年)。澳大利亞制定的環(huán)境管理系列有200多個(gè)案例，包括礦山計(jì)劃管理、土地復(fù)墾,生態(tài)修復(fù),尾砂產(chǎn)出最小化,廢物管理,廢水管理等,等.,清潔生產(chǎn)計(jì)劃,它是推行IS0 14000標(biāo)準(zhǔn)的重要舉措,先后在我國,巴西,印度等9個(gè)國家,建立了包括：采礦,造紙,食品等10個(gè)清潔生產(chǎn)工作,小組。它已成為產(chǎn)業(yè)界可持續(xù)發(fā)展的重要手段。,27,4、按循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則改造提升礦業(yè),把礦業(yè)納入循環(huán)經(jīng)濟(jì),我國經(jīng)濟(jì)一直快速增長，資源消耗不堪重負(fù)，必須扭轉(zhuǎn)礦產(chǎn)資源,“大開采、低利用、高排放”,的局面，把礦業(yè)逐步納入循環(huán)經(jīng)濟(jì)。,礦業(yè)納入循環(huán)經(jīng)濟(jì)有五種模式,企業(yè)內(nèi)部循環(huán)型；,企業(yè)自身延伸型；,企業(yè)資源交換型；,產(chǎn)業(yè)橫向耦合型；,區(qū)域資源整合型。,28,五發(fā)展巖石力學(xué),引導(dǎo)采礦工程從經(jīng)驗(yàn)走向