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聚焦我国金属矿业未来发展三大主题

—— 绿色开发 深部开采 智能采矿

近年来，我国矿业虽然在生产工艺、机械装备、资源回收、综合利用、数字矿山、矿业信息化等方面取得了长足进步，但是在9000多座金属矿山中，真正能代表国家金属矿业水平、达到或接近世界先进水平的现代化矿山还为数不多；相当数量的中型矿山，其装备技术仍处于上世纪70年代水平；大量的小型矿山，其机械化水平低、管理粗放、环境安全等问题依然突出。

当前，我国金属矿业承受较大压力，其中主要面临以下四个方面的问题：第一，国家的工业化、城市化对金属的需求量仍持续大幅攀升。第二，资源形势严峻，大宗矿产的对外依存度已高达50%以上。第三，由矿产、土地、水体、森林构成的矿区环境系统严重恶化。第四，矿业科技水平特别是采掘装备与信息化水平相对落后。因此，笔者认为，我们必须站在世界矿业科技前沿的高度，去审视我国金属矿业的发展状况，否则就会失去发展动力，甚至失去发展先机。为了加速金属矿业现代化，大幅提升金属矿业的国际竞争力，笔者对未来金属矿业提出以下三大发展主题：绿色开发、深部开采、智能采矿。这三大主题也将引领金属矿业未来的发展方向。

绿色开发遵循矿业可持续发展模式

现代矿业的发展是把双刃剑，在为人类提供大量工业原料的同时，也给人类的生存环境带来了严重破坏。因此，矿业工作者必须认真负起社会，彻底否定“大开采、低利用、高排放”的传统矿业发展模式，坚定地走矿区“绿色开发”的道路。

何谓矿区“绿色开发”？即把矿区的资源与环境作为一个整体，在充分回收、有效利用矿产资源的同时，协调地开发、利用和保护矿区的土地、水体、森林等各类资源，实现资源—经济—环境三者统一协调的开发过程，也是可持续发展理念在矿业中的延伸。

矿区“绿色开发”要靠科技创新来提供有力支撑。其科技创新内涵主要有：其一，矿区资源的绿色开发设我国合成树脂消费量达8700多万吨计。矿区环境保护与生态修复应由过去的“先破坏、后修复”的被动模式，转变为贯穿于矿区开发全过程的动态的、超前的主动发展模式。为此，传统的矿山设计应该转变为矿区资源绿色开发设计（包括矿床开采设计、矿区生态环境设计和矿山闭坑规划设计），使矿山在生产、流通和消费过程中，能更好地推行减量化、资源化和再利用。其二，固体废料产出最小化和资源化。当前，我国金属矿山的废石、尾砂、废渣等固体废物堆存量已达180多亿吨，每年的采掘矿岩总量还以超过10亿吨的速度在增长。因此，大力开发和推行废石、尾砂回填采空区的工艺技术，推行尾砂、废石延伸产品的规模化加工利用，还有相当大的发展空间。要从源头上控制废石产出率，采用合理的采矿方法，降低矿石损失贫水芋化率，强化露天边坡的管理与控制，减少废石剥离量等，努力去实现废石产出最小化。其三，矿产资源的充分开发与回收。当前，我国露天矿的采矿回收率为80%~90%，而地下矿只有50%~60%。我国金属矿床主要采用地下开采方式，并大量采用传统的两步骤回采模式，所留矿柱的矿量高达35%~45%，由于矿柱不能及时回收并受到破坏，造成资源大量损失。因此，要大力创新采矿技术来遏制这一情况。其四，矿产资源有价元素的综合利用。我国金属矿业生产工艺复杂、流程长、采选回收率低，废石和尾矿中大量有价元素的利用率也很低。因此，要加大技术创新力度，其中包括复杂难处理矿的高效选别技术、废石和尾矿中有价元素提取技术、选矿检测与过程自动控制技术以及高效、节能和大型化选矿设备研制等。其五，矿区水资源的保护、利用与水害防治。由于矿区水资源的保护与利用直接影响人类的健康、安全和生态环境。因此，要加强汞、镉、铅、铬、砷等污染水体的防治技术、区域、流域的水污染防治综合技术、废水处理与污水回用技术等技术创新的研发力度。其六，矿区生态环境形变的丈量经过形变丈量装置来丈量建设与复垦。当前，矿区生态环境建设严重滞后，矿山废弃土地的复垦率只有12% 发达国家高达70%~80%。废弃物中残存大量硫化物氧化所产生的酸性水，夹带大量的重金属离子，严重污染水系和土地。因此，必须采取超前防治措施，对矿区生态系统的组成、结构和功能进行积极的调控、恢复和重建，同步开展生态环境修复，以实现整体协调、共生协调和发展协调。

深部开采开拓金属矿业的前沿领域

业内一般界定为：当金属矿山开采深度达到800米~1000米时，视为矿山转入了深部开采。据不完全统计，国外金属矿开采深度超过1000米的矿山有80多座，其中数量最多的是南非。而我国过去没有大规模进行深部资源勘探，主要以开采600米以上矿床为主。近5年来，由于深部找矿工程的实施，有160多个矿山在深部找到了价值超过1万多亿元的矿产资源。由此可见，我国深部资源潜力较大，深部开采是矿业发展的必然选择。

深部开采是我国涉足较晚的领域，深部开采环境与浅部不同，突出表现为“三高”，即高应力、高井温、高井深。这导致采矿过程出现各种深井灾害，带来许多技术难题。为此，未来采矿科研工作，要逐步转向深部开采，这是金属矿业的前沿研究领域。未来深部开采的科研工作主要凸显以下三个方面：其一，拓宽深部开采的科研思路。“三高”环境是致灾因素，笔者认为，能否将其转化为可以利用的因素，从而去破解一些更大的科学技术问题呢？比如，高应力是否有利于坚硬矿岩的致裂破碎，从而提高矿石破碎质量？可否用来创造一种高应力诱导致裂的破岩新技术和诱导致裂破碎的连续采矿法呢？高井温是否有利于深部贫矿原地破碎溶浸采矿？是否可用热管技术导出深井高温进行发电呢？高井深是否可以作为新的动力源，用于开发水动力采矿设备？是否可利用高压水头实现深井矿物的水力提升或深井高压注浆、水力充填呢？其二，关于深井开采的重要科学问题。近年来，我国深部开采取得了一些科研成果，也积累了一定经验。但是，在矿床埋藏深、岩温高、岩爆倾向大、品位低、开二形卷柏采强度大的条件下，如何实现安全、经济、高效、清洁生产？许多科学问题还有待深入研究。例如，深部开采岩体力学行为与成灾机理、深井高应力矿岩诱导致裂的研究、深部采动围岩二次稳定控制理论、深井开采中高温环境控制研究以及深井原创性采矿模式研究等。其三，关于深部开采的重大工程技术问题。深部开采是一个特殊的作业环境，面临安全、工效、成本、资源回收等新的挑战。我国先后开展了《千米深井矿山300万吨级强化开采综合技术实验后材料破坏情况》、《矿井深部开采安全保障技术及装备开发》和《千米深井地压与高温灾害监控技术与装备》等科技攻关；为了使深部采矿技术走向前沿，我们需要开展许多工程技术问题的研究，如：深井高应力矿岩诱导致裂落矿连续采矿技术，深井高应力环境下的采矿系统与工程结构，深井高浓度浆体和膏体输送与充填技术，研制以深井高压水头为动力的矿山设备，深井选矿、排废与细粒精矿水力理升技术短柱茶，深井上行无（少）废开采技术，深井远程遥控和自动化采矿示范工程等。

智能采矿走向金属矿业的未来目标

在矿床开采中，以开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输络化和经营管理信息化为特质，以实现安全、高效、经济、环保为目标的采矿工艺过程，称为智能采矿。未来矿山的智能采矿是21世纪矿业发展的重要方向和前瞻性目标。

我国在智能采矿领域已经取得长足进步。“十一五”期间，国家开展了《地下采矿设备高精度定位和无人操纵铲运机的模型技术研究》、《数字化采矿关键技术与软件开发》等重点攻关项目；“十二五”又启动了《地下金属矿智能开采技术》863项目等。

但是，实现智能采矿是一个复杂的、高技术的系统工程，面临许多科技难题。在我国，当前最突出的有两大问题：第一，井下大型采掘设备的制造水平低，缺少成熟的、智能化的凿岩钻车、铲运机和长果车前矿用汽车等现代装备，以及井下精确定位导航技术。另外，现有矿山的信息化、自动化水平相对较低。第二，在采矿生产管控一体化综合信息平台开发方面相对滞后。这导致在资源评价与管理、开采优化设计和生产计划编制等生产技术方面，开采环境监测与安全预警等安全管理方面，以及可视化与智能决策等生产过程管控方面，技术手段落后，信息难以共享，不能为科学决策与管理提供有效的技术支撑。

在推进智能采矿的过程中，矿山数字化是基础，它为矿山资源评价、开采设计、生产过程控制与调度自动化、生产安全和管理决策等提供新的技术平台，这需要多目标的科学技术创新；它所涉及的领域非常广泛，因此，需要包括数字、地质学、岩体力学、现代采矿学、信息与系统工程、机器人与自动控制理论、现代工程管理等多学科交叉，要有自动化、信息化、智能化等高技术的强力支撑。

智能采矿已经成为世界矿业共同关注和优先发展的技术前沿，它的实现将给矿业带来深远影响：实现采矿作业室内化，使大批矿工远离井下工作面；实现生产过程遥控化，可全面提高井下的技术装备水平；实现矿床开采规模化，有利于推进集中强化开采；实现技术队伍知识化，使传统矿业将向知识型产业过渡；推动矿业的全面升级，将带动机械制造与信息技术等产业链的延伸和发展。

智能采矿是研究成果不断积累、集成的过程，也是各类矿山结合实际应用相关成果、逐步提升采矿水平的过程，虽有很长的路要走，但时不我待，在世界矿业的竞争中，我们要稳步推进金属采矿的智能化。

来源：中国冶金报

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