·424 工程科学学报，第41卷，第4期 我国正在新建的思山岭铁矿、大台沟铁矿、马城 境无影响的无废采选生产.在地下建选矿厂需要开 铁矿等大规模深部地下金属矿山，其开采规模将达 拓大的酮室来放置选矿设备，对深部开采来说，地下 到1.5~3×10'ta-1,在我国史无前例，在世界上也 酮室、巷道在开拓过程中要面临高应力、高井温、高 是少见的.目前我国只有开采深度800m以上、开 井深的“三高”的难题，一方面要对现有的地下开拓 采规模小于7×10t·a地下金属矿山的开采经验， 技术进行改进，另一方面要改变现有的选矿设备结 对于超大开采规模的深井矿山，为了保证开采的安 构，使其占地面积更小、高度更低，适应地下硐室的 全和开采的效益，开采模式和开采工艺必须有重大 空间要求. 变革，研究膏体胶结充填的大面积连续充填技术和 3.6深井遥控自动化、智能化无人采矿技术 工艺，才能满足1.5~3×10'ta1开采规模的要求. 早在上世纪80年代初，瑞典、加拿大、芬兰等西 3.5适应深部采矿的选矿新工艺、新技术 方国家即开始遥控自动化开采作业的研究和现场应 进入深部开采以后，开拓、提升、运输成本的大 用.我国在这方面的研究起步较晚.直到“十一五” 幅增加和矿石品位的下降，严重影响采矿的经济效 期间，才有国家级的研究项目出现，如“十一五” 益.为了维持矿山的正常生产，尽管选矿工艺主要 “863”项目《井下（无人工作面）采矿遥控关键技术 受矿石本身性质的影响比较大，受矿石开采深度的 与装备的开发》、“十二五”“863”项目《地下金属矿 影响较小，但是从采选一体化的思路出发，采选结 智能开采技术》.本世纪以来，随着信息、通讯、数字 合，从选矿的角度，研究、开发能够降低深部开采成 化和自动化技术的快速发展，机械装备己经与这些 本的选矿新工艺、新技术，将极大地降低矿石提升的 技术深度融合，深刻地影响和改变着传统采矿工艺 能耗和成本，实现采选环节的循环利用，有利于深部 和开采模式.基于信息化、自动化、智能化发展起来 开采矿山的节能降耗和提质增效. 的遥控智能化无人采矿技术是应对高地压和恶劣环 原位浸出工艺.原位浸出是集采、选、治一体的 境条件最行之有效的方法，为深部安全高效开采创 技术，在矿体预设位置破碎、钻孔后，将浸矿溶液通 造了条件.当前，在建设“无人矿山”方面，国内外均 过钻孔或从爆堆深部注入矿山中，浸出的矿物富集 处于初级阶段.在此阶段，自动化、智能化采矿设备 液由集液通道抽送至地表回收处理.该工艺对处理 的研发和传统采矿工艺的变革仍然是无人采矿技术 开采难度大品位低的矿石效果显著，省去采矿开挖、 的核心.发展无人采矿技术，需要在很多方面进行 提升、运输作业，通过浸矿液直接回收金属，大幅减 研究探索，例如深井高温高地应力环境下无人采矿 少采矿作业和提升的工作量阅.相比传统工艺，原 设备的可靠性、维护、故障处理；新一代采矿工艺流 位浸出的生产成本可以节约三成，对深部适合矿产 程；采矿设计方案等。目前，我国多数矿山采矿技术 的开采具有重要应用价值.目前的主要问题在于能 基础和经济实力都有很大差距，特别是先进采矿装 够应用该工艺回收的金属品种只有轴、铜和金，数量 备依赖国外进口，这是制约我国矿山采矿科技进步 太少，还需大力研究适合更多金属矿种的技术. 的关键因素.为此我国需要加大科技投入，科研设 基于超导磁选的有色金属高效预富集工艺.有 计单位需要加大大型自动化采矿装备的研发力度， 色金属矿山品位低、选矿比高.如果能在地下进行 尽早实现关键设备的国产化，为推进我国采矿行业 预富集作业，则可以节省大量的提升能耗和费用. 自动化智能化创造条件 由于有色金属选矿大多采用浮选的方法，工艺流程 非常复杂，多段的粗选、精选和扫选工艺流程只能在 4结论 地上选厂完成.因此，必须研究相对简化的工艺流 当前我国正处在工业化、城镇化快速发展的关 程，才能在地下对矿石进行预富集，利用超导磁选技 键时期，对矿产资源的需求日益增加.随着浅部资 术对深部开采的有色金属资源进行预富集是最有研 源的日益枯竭，我国金属矿己进入向深部开采全面 究前景的方法 推进的阶段.本文作者通过对国内外金属矿深部开 选厂建在井下.目前深部开采的矿山选矿主工 采现状的调研，归纳总结了深部开采主要工程技术 艺流程仍然在地上完成，若将选矿厂建在井下，直接 难题，提出了解决深部开采难题的发展战略.以下 向地面输送精矿，包括干式精矿提升或矿浆直接输 是作者的几点浅见： 送，对降低矿石提升成本，减少废石返回量起到关键 (1)深部开采已成为我国金属矿产资源开发利 的作用，同时能够减少废石与尾矿的提升，将其用于 用所面临的重要问题，5000m开采深度将会是我国 井下原地充填，可以提高经济效益并实现对生态环 金属矿深部开采中长期战略研究目标.工程科学学报，第 41 卷，第 4 期 我国正在新建的思山岭铁矿、大台沟铁矿、马城 铁矿等大规模深部地下金属矿山，其开采规模将达 到 1. 5 ～ 3 × 107 t·a － 1，在我国史无前例，在世界上也 是少见的． 目前我国只有开采深度 800 m 以上、开 采规模小于 7 × 106 t·a － 1地下金属矿山的开采经验， 对于超大开采规模的深井矿山，为了保证开采的安 全和开采的效益，开采模式和开采工艺必须有重大 变革，研究膏体胶结充填的大面积连续充填技术和 工艺，才能满足 1. 5 ～ 3 × 107 t·a － 1开采规模的要求． 3. 5 适应深部采矿的选矿新工艺、新技术 进入深部开采以后，开拓、提升、运输成本的大 幅增加和矿石品位的下降，严重影响采矿的经济效 益． 为了维持矿山的正常生产，尽管选矿工艺主要 受矿石本身性质的影响比较大，受矿石开采深度的 影响较小，但是从采选一体化的思路出发，采选结 合，从选矿的角度，研究、开发能够降低深部开采成 本的选矿新工艺、新技术，将极大地降低矿石提升的 能耗和成本，实现采选环节的循环利用，有利于深部 开采矿山的节能降耗和提质增效． 原位浸出工艺． 原位浸出是集采、选、冶一体的 技术，在矿体预设位置破碎、钻孔后，将浸矿溶液通 过钻孔或从爆堆深部注入矿山中，浸出的矿物富集 液由集液通道抽送至地表回收处理． 该工艺对处理 开采难度大品位低的矿石效果显著，省去采矿开挖、 提升、运输作业，通过浸矿液直接回收金属，大幅减 少采矿作业和提升的工作量［43］． 相比传统工艺，原 位浸出的生产成本可以节约三成，对深部适合矿产 的开采具有重要应用价值． 目前的主要问题在于能 够应用该工艺回收的金属品种只有铀、铜和金，数量 太少，还需大力研究适合更多金属矿种的技术． 基于超导磁选的有色金属高效预富集工艺． 有 色金属矿山品位低、选矿比高． 如果能在地下进行 预富集作业，则可以节省大量的提升能耗和费用． 由于有色金属选矿大多采用浮选的方法，工艺流程 非常复杂，多段的粗选、精选和扫选工艺流程只能在 地上选厂完成． 因此，必须研究相对简化的工艺流 程，才能在地下对矿石进行预富集，利用超导磁选技 术对深部开采的有色金属资源进行预富集是最有研 究前景的方法． 选厂建在井下． 目前深部开采的矿山选矿主工 艺流程仍然在地上完成，若将选矿厂建在井下，直接 向地面输送精矿，包括干式精矿提升或矿浆直接输 送，对降低矿石提升成本，减少废石返回量起到关键 的作用，同时能够减少废石与尾矿的提升，将其用于 井下原地充填，可以提高经济效益并实现对生态环 境无影响的无废采选生产． 在地下建选矿厂需要开 拓大的硐室来放置选矿设备，对深部开采来说，地下 硐室、巷道在开拓过程中要面临高应力、高井温、高 井深的“三高”的难题，一方面要对现有的地下开拓 技术进行改进，另一方面要改变现有的选矿设备结 构，使其占地面积更小、高度更低，适应地下硐室的 空间要求． 3. 6 深井遥控自动化、智能化无人采矿技术 早在上世纪 80 年代初，瑞典、加拿大、芬兰等西 方国家即开始遥控自动化开采作业的研究和现场应 用． 我国在这方面的研究起步较晚． 直到“十一五” 期间，才有国家级的研究项目出现，如: “十一五” “863”项目《井下( 无人工作面) 采矿遥控关键技术 与装备的开发》、“十二五”“863”项目《地下金属矿 智能开采技术》． 本世纪以来，随着信息、通讯、数字 化和自动化技术的快速发展，机械装备已经与这些 技术深度融合，深刻地影响和改变着传统采矿工艺 和开采模式． 基于信息化、自动化、智能化发展起来 的遥控智能化无人采矿技术是应对高地压和恶劣环 境条件最行之有效的方法，为深部安全高效开采创 造了条件． 当前，在建设“无人矿山”方面，国内外均 处于初级阶段． 在此阶段，自动化、智能化采矿设备 的研发和传统采矿工艺的变革仍然是无人采矿技术 的核心． 发展无人采矿技术，需要在很多方面进行 研究探索，例如深井高温高地应力环境下无人采矿 设备的可靠性、维护、故障处理; 新一代采矿工艺流 程; 采矿设计方案等． 目前，我国多数矿山采矿技术 基础和经济实力都有很大差距，特别是先进采矿装 备依赖国外进口，这是制约我国矿山采矿科技进步 的关键因素． 为此我国需要加大科技投入，科研设 计单位需要加大大型自动化采矿装备的研发力度， 尽早实现关键设备的国产化，为推进我国采矿行业 自动化智能化创造条件． 4 结论 当前我国正处在工业化、城镇化快速发展的关 键时期，对矿产资源的需求日益增加． 随着浅部资 源的日益枯竭，我国金属矿已进入向深部开采全面 推进的阶段． 本文作者通过对国内外金属矿深部开 采现状的调研，归纳总结了深部开采主要工程技术 难题，提出了解决深部开采难题的发展战略． 以下 是作者的几点浅见: ( 1) 深部开采已成为我国金属矿产资源开发利 用所面临的重要问题，5000 m 开采深度将会是我国 金属矿深部开采中长期战略研究目标． · 424 ·