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采矿毕业外文翻译

毕业设计

英语资料翻译

2013年3月4日～6月28日

地下金属矿采矿科学技术的发展趋势

古德生

（中南大学）

摘要:

21世纪,世界将进入全球化的知识经济时代。

知识经济将对矿业科技的发展发挥重要作用。

文中详细论述了地下金属矿采矿科学技术的发展趋势,即高效率采矿,无废害采矿,连续采矿,深部采矿,无人采矿。

关键词:

知识经济；地下金属矿山；采矿科学技术；发展趋势

1引言

世界进入工业经济时代已有200多年的历史。

21世纪,世界将进入全球化的知识经济时代。

何谓知识经济?

20世纪80年代以来，许多学者对信息技术革命所产生的巨大影响,进行了大量研究和预测,他们从不同的角度去思考和概括，先后提出了“后工业经济”、“高技术经济”、“信息经济”、“数字经济”、“网络经济”等新概念,直到1996年“经济与发展组织”将这种新型经济称之为“以知识为基础的经济”,从此,知识经济的概念被越来越多的人所接受。

所谓知识经济是建立在知识和信息的生产、传播与应用基础上的经济。

它的基本内涵是:

以智力资源为依托、以高技术产业为支柱、以知识创新为动力、以创造教育为本源的一种新的经济形态。

21世纪，我们的矿业将处于什么地位呢?

人类不可能脱离物质需要而生存，即使在知识经济时代,矿业仍然是人类不可缺少的物质来源。

根据有关资料,1997年，采矿工业为全世界提供了210亿t原材料,总产值高达2万亿美元,占全世界总产值28.2万亿美元的7.1%。

因此，采矿工业过去是、现在是、将来仍然是全球经济持续发展的基础。

近十多年来，现代高新技术的发展，给世界矿业带来了机遇,如矿山设备大型化、智能化,以及计算机技术和信息技术，全球卫星定位系统，生物溶浸技术等等在矿业领域的应用,已成为矿业科技发展的源泉和动力。

21世纪的矿业目标———广泛吸收各学科的高新技术,开拓先进的、非传统的采矿技术，创造更高效率、更低成本、最少环境污染和较好安全条件的采矿模式,为人类提供巨大的物质财富，以满足不断增长的世界人口对生活质量的需求,促进社会经济的持续发展。

为了实现上述目标，金属矿采矿科学技术的发展,应特别关注以下5个领域:

高效率采矿；无废害采矿；连续采矿；深部采矿；无人采矿。

2高效率采矿

近20年来,地下采矿技术发展很快,采矿装备在实现无轨化和液压化的基础上，正在向大型化、智能化方向发展。

露天矿用汽车。

目前，无论是液力机械传动的、还是交流驱动的电动轮汽车，都已发展到了300t级以上。

如T282型交流驱动电动轮汽车和797型液力机械传动卡车,其有效载重已达到327t。

单斗挖掘机。

无论是机械的还是液压的,斗容已超过40m3。

已有多种型号，如495B\351M、4100TS等型号的单斗挖掘机。

电铲的斗容不断加大,超大型的已达83m3。

穿孔牙轮钻机。

穿孔直径还多用310～380mm,而钻孔直径559mm的钻机,已投入生产。

地下铲运机。

如载重5t的Toro501E型电动铲运机,现已发展为载重25t的Toro2500E型电动铲运机。

井下汽车。

瑞典已开始用120t的7轴大型卡车,取代45t和65t卡车。

井下钻机。

也向大型化发展,配有水力潜孔冲击式凿岩机的SimbaW型自动遥控台车,正取代原有台车;钻凿大直径深孔的QL4型潜孔钻机，已经问世,其凿岩效率提高25%～35%。

随着微电子技术的飞速发展，近几年来，地下矿山已有遥控铲运机和凿岩机；无人驾驶汽车在试运行。

国外还开发出了凿岩机器人、装载机器人和采煤机器人等矿山设备。

矿山设备正逐步实现遥控化、智能化。

由于矿山设备逐步大型化和智能化,地下矿山的3种高效率采矿法———大直径深孔落矿空场采矿法,机械化充填采矿法及大量崩落采矿法将朝着:

高阶段（120～200m）,大采场（矿段）,一步骤回采,采准、切割合二为一的方向发展。

它们在大规模开采和集中强化开采中将发挥重要作用。

随着大量落矿采矿技术的发展,落矿高效率与出矿低效率的矛盾越来越突出，为了提高出矿效率，装载机—移动式破碎机—胶带运输机和连续装载机—胶带运输机运矿配套的间断-连续采矿系统,将逐步得到应用和发展。

随着开采深度增大，深井开采的矿山越来越多,提高采矿强度,实现深井高效率采矿的问题，将引起人们更多的重视,以下6个方面的工程技术会有很大的发展。

（1）为了有效地控制地压,减少矿柱损失,提高矿石回收率,一步骤连续采矿会得到广泛应用。

（2）为了提高出矿效率和矿山自动化水平，间断-连续采矿工艺系统,将逐步得到很大发展。

（3）为了减少深井的废石提升量，把选厂（粗选厂）移至井下,是一个重要发展方向。

（4）为了解决深井提升的困难，降低深井的提升成本,减少井巷工程，深井水力提升将是一个重要的发展方向。

（5）针对深井高应力的特殊条件,非常规的、适应深井开采特殊条件的新的采矿方法,将是一个重要的研究课题。

（6）为了将废石充填到深井下部，有效地缩短井下工作线长度,并减小顶板压力采用上行开采问题将引起人们更多关注。

3无废害采矿（清洁采矿）

可持续发展是划时代的全新发展观，是20世纪人类观念的根本性变革之一。

1987年联合国环境与发展委员会将可持续发展观念提了出来,以后又实施了清洁生产计划（1989）和ISO14000环境管理系列标准（1996）。

这两项行动计划,对矿业可持续发展进程产生了积极的推进作用。

1989年联合国环境规划署开始在全球推行清洁生产计划，先后在我国、巴西、印度等9个国家，建立起国家清洁生产中心，成立了包括采矿工业、制浆造纸、食品工艺、金属表面处理、纺织工业、教育与培训等10个清洁生产工作小组，建立了国际清洁生产信息中心和数据库。

目前清洁生产已成为产业界可持续发展的重要战略举措。

对矿业而言，ISO14000环境管理系列标准，仍是一个新的概念,澳大利环保局在制订矿业最佳环境管理计划,其中案例研究涉及空气、噪声与振动管理、生态组成、矿山计划与管理、土地复垦与生态修复、尾砂产出最少化、废物管理与处置、废水管理等重要环境问题,共有200多个案例。

无废害采矿是21世纪矿业可持续发展的重要课题之一。

所谓无废害采矿,就是最大限度地减少废料的产出、排放,提高资源综合利用率,减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的工艺技术。

实现无废害采矿的主要途径有如下4方面。

（1）提高资源综合利用程度。

提高选冶技术水平,不断提高资源的利用率,以减少污染,并延缓资源耗竭速度,维持矿业的可持续发展。

（2）实现废料产出最小化。

如采用合理的开拓系统和采切比小的采矿方法，从源头上控制废石产出率;采用上行开采顺序、建设井下选厂，将废石、尾砂回填采空区。

（3）推动废料资源化。

加强综合回收，使不具开发价值的“个性物”变成矿产资源,提高废料资源化的水平,包括制作建筑材料和矿区复垦、造地等。

（4）研究高技术的特殊采矿方法。

如研究高压水胀裂矿岩采矿法、镶嵌金刚石刃具的钢绳切割采矿法,开采弱黏结性矿物的深孔水力采矿法和原地破碎溶浸采矿法等。

原地溶浸采矿是理想的无废害采矿（清洁采矿）方法,它分为钻孔溶浸法和原地爆破破碎溶浸法2类,前者是将浸出液通过钻孔注入地下矿体中，有选择性地浸出有价组分,再将溶液抽出送车间回收有价金属。

后者是将矿块爆破破碎后,在上部中段喷洒溶浸液,下部中段收集富液。

我国于1970年在铀矿开采中开始试验钻孔溶浸法研究，1991年正式工业性应用。

近年,也开始试验原地爆破破碎溶浸法。

原地溶浸采矿只适用于具有一定地质、水文条件的矿床,如果矿化不均,矿层各部位的渗透性不同、或部分有用成分难以浸出，都会影响开采的经济指标。

因此,目前常用的是地面堆浸法。

溶浸采矿可处理的金属有:

铜、铀、金、银、锰、铂、铅、锌、镍，铬、钴、铁、汞、银、砷、铱等20多种,但主要是铜、铀、金、银。

地面堆浸方法,已成为从低品位矿石提取金属的有效方法,已发展到很大规模和很高的机械化程度,它不仅可以处理氧化矿、低品位铜矿（包括表外矿、废石、浮选尾矿）,而且可以处理硫化铜矿和铜精矿。

采用溶浸技术,从矿石到电铜只有浸出—萃取—电积3个工序，它与传统的火法炼铜工艺相比，其生产成本和投资费用均降低三分之一。

1999年世界上采用溶浸技术生产的铜已达到220万t，占世界矿铜产量的15%以上,其中智利达到120万t，美国70万t。

世界最大浸出萃取电积工厂是智利埃尔阿夫拉,它的年产量达26.5万t。

我国于1997年在德兴铜矿建成细菌堆浸废石年产2000t的电积铜厂,紫金山金矿的地面堆浸规模也很大,在金矿系统乃至全国都有较大影响。

但是，我国与外国相比差距仍然很大:

生产规模相对的小，设备还很简陋；对不同类型矿物、缺乏浸出技术和工业应用经验；缺乏在高海拔和寒冷地区推广浸出—萃取—电积技术的经验；缺乏优良萃取剂；自动控制技术水平低。

回收低品位矿石，是21世纪矿业发展的重要方向,发展生物冶金技术和原地溶浸技术,对品位低、埋藏深、难采矿体的开采利用具有特别重要意义。

4连续采矿

世界矿业界不少专家，从长远目标出发，极力推崇以连续切割设备来取代传统采矿工艺的非爆破开采。

一些外国公司投入巨资开发硬岩连续切割机,并有移动式采矿机，采掘钾盐矿的多转轮采矿机，磨蚀性射流凿岩的钻进型采矿机等等问世。

采用机械切割矿岩的优越性在于:

①切割空间不需施爆而明显提高其稳固性；②机械切割能准确地开采目标矿石,可使矿石贫化率降到最低；③连续切割的矿石块度,适于带式运输机连续运输,可实现切割、落矿、装载、运输工艺平行连续进行的连续采矿。

但连续采矿机的可行性受到两方面的挑战:

①采矿机作业受金属矿床形态多变及复杂地质条件的限制；②切割头寿命及费用。

因此，硬岩采矿机要投入工业应用尚需时日，但人们对其前景仍然看好，因为它为实现无人矿井迈出决定性的一步,同时从它可用于水利、铁道、公路工程来说,也是一个重大突破。

这是澳洲、西欧、北欧仍继续投入巨资开发研究的重要原因。

由于用硬岩切割机实现连续采矿尚需时日，因此,基于爆破落矿技术的连续采矿，在国内外也在进行试验。

具有代表性的技术思路是:

以矿段为回采单

元,矿段间不留间柱；采切、回采、充填三大工序,分别在相邻三个矿段中平行进行，互相衔接，采矿工作连续推进。

由于连续采矿是以回采矿段间不留间柱为主要特征,故又称“无间柱连续采矿”。

传统的开采方法存在许多弊端,其要害就是留有大量间柱。

实现无间柱连续采矿,是地下金属矿开采技术的一个重大变革，其表现在:

①回采工作面连续推进,有利于井下采矿作业的合理集中，实现高强度采矿；②可从根本上解决长期以来因留大量矿柱给矿山带来多中段作业、资源大量损失的问题；③阶段连续回采时,强采、强出、强充,围岩暴露时间短,有利于采场地压控制,对于围岩稳固性稍差，特别是地压较大的深部矿床开采，将是一种有效的开采方式；④连续回采将推动地下金属矿山作业机械化，工艺连续化,生产集中化和管理科学化的进程，促进矿山现代化。

连续采矿代表着采矿工艺的变革方向,是采矿技术发展的必然,它的实现关键在于高效的连续装载与连续运输设备,及与其相适应的连续作业系统。

5深部采矿

谈到深部开采,需要界定“深部”的含义。

矿山是否进入深部开采,有专家提议以岩爆发生频率明显增加来界定,也有提议以岩石应力达到某一高度值来界定,更多的人认为:

上述两种方法有较大的模糊性,主张进入深部开采的界线约定为大于800～1000m。

目前，我国大型金属露天矿已所剩无几，有的已开采到临界深度，面临关闭或转入深部开采状态；在约占矿山总数90%的地下金属矿山中,20世纪50年代建成的矿山3/5因储量枯竭而接近尾声或已闭坑,其余2/5的矿山正逐步向深部开采过渡。

红透山铜矿开采深度达900～1100m，冬瓜山铜矿开拓深度达1100m，弓长岭铁矿开拓深度达1000m，湘西金矿开采深度超过850m,夹皮沟金矿达1200m,此外寿王坟铜矿、凡口铅锌矿、金川镍矿、乳山金矿、高峰锡矿等许多矿山,都将步入深部开采。

据不完全统计,国外开采深度超千米的金属矿山有80多座,其中最多的是南非。

南非绝大多数金矿的开采水平大都在1000m以下，其中AngloGold有限公司的西部深水平金矿的采矿深度达3700m；WestDriefovten金矿，矿体一直延伸至6000m以下。

印度的科拉尔金矿区，已有三座金矿采深超2400m。

另外,俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚的一批金属矿山采深亦超过1000m。

因此，深部开采已成为我国乃至世界矿业界特别关注的问题。

深井开采存在高应力、高温和高井深的特殊开采环境。

在深井开采中由于高应力导致的岩爆、冒顶等灾害；由于高井温的恶劣工作环境，工人的生理条件难以承受；由于深井导致矿石提升、排水困难,以及人们心理承受力脆弱所导致的伤亡事故等。

80年代以来,深部开采的事故频频发生，最严重的是南非。

据南非的采矿工程师协会统计，从1984～1993年有金矿矿工3275人在地下采矿事故中丧生;1994～1998年,金矿有126130矿工严重受伤，有1634矿工死亡。

导致金矿伤亡严重主要原因是:

在2000m以下采矿，未能研究和采用与高应力环境相适应的、有利于控制岩爆与岩石冒落的采矿方法、工艺及采矿系统所造成的。

许多国家对深井开采的技术问题,开展了大量研究。

我国在“九五”期间，将《千米深井矿山300万t级强化开采综合技术研究》列为国家攻关课题，进行了“深井硬岩连续开采技术”“岩爆机理与预测、预报技术”“深井降温技术”等专题研究；“十五”国家攻关课题中,深井开采技术研究再次立项；国家自然科学基金重大项目《深部高应力下资源开采与地下工程》

（基础研究）明年即将启动。

我国从岩爆发生机制到预测预报等方面、已做了大量前期性工作，一些控制岩爆的工艺技术和深井降温技术的原则和方法,也应用到了冬瓜山铜矿的设计中。

深井开采中，最早引起人们关注的是岩爆问题,最早出现深井岩爆现象的是在1900年的印度Kolar金矿,我国最早出现深井岩爆的是1933年在抚顺胜利矿，到目前为止我国已有20多个矿井有过发生岩爆的记录。

几年来，深井岩爆研究成为国内的热门课题，发表了不少文章,世界各国对高应力下的岩爆问题的文章、网站，更是浩如烟海。

但纵观这些研究，不难发现:

人们在几十年的研究中,总是把“高应力、高井温、高井深”这三个因素,只看作是不利的灾害性因素,因此研究焦点主要集中在如何控制这类灾害,如岩爆机理与预测、热害抑制与缓解、提升系统优化改进等。

由于已有研究都只是单一地对三个不利因素进行研究,没有同深井采矿方法与采矿系统的根本性变革结合起来,因此难以解决深井开采中的灾害性问题和深井开采中的工程实际问题。

事实上，在强调三因素产生灾害的同时，主动联想到采矿工艺技术的变革，就可以发现，三个灾害性因素也有可以诱变为有利因素的一面:

高应力的存在是否可能更有利于坚硬矿岩致裂破碎,有利于块度控制呢?

深井高温对原地破碎溶浸采矿来说,是否有利于加速矿物与溶浸液间的相互作用,有利于提高溶浸效果呢?

高井深客观存在的高水头,是否有利于井下动力源的更新和高水压设备的开发与应用呢?

高井深是否使人们更加坚定地走废石不出坑的无废开采与连续强化开采之路呢?

高井深是否有利于推动矿井水力提升的发展呢?

回答是肯定的。

深井开采中客观存在的灾害性因素,迫使我们进行采矿技术的革新，而采矿技术的变革，又有可能将灾害性因素诱变成有利因素。

因此,在条件许可的情况下,深井开采最理想的发展模式是:

探索高应力诱导破碎为基础的、一步骤强化连续采矿和原地破碎溶浸采矿之路。

这也许是最可行的变革途径。

但要实现深井采矿工艺与系统的根本性变革,必须深入研究5个基础性的科学问题:

①深井高应力矿岩的岩爆控制问题；②深井高应力矿岩的碎裂诱变问题；③深井开采中高温环境控制问题；④深井采矿模式与采矿系统优化问题；⑤深部低品位矿床无废害开采问题。

这5个基础性的科学问题,已列入国家自然科学基金重大项目,预计在3～5a内会有一批重要成果。

6无人采矿

21世纪的矿山,需要引入一种全新的采矿观念,构建一种全新的数字化与智能化的矿山模式,或者说高度现代化的无人采矿模式。

人类社会一代比一代更加数字化，数控采矿环境,最终实现矿业信息化，这已经成为从20世纪90年代开始的矿业最高追求。

要实现矿山数字化,必须具备下列条件。

（1）建立快速、准确、自动化的信息采集与处理系统。

包括产品价格、设备运行、作业环境、材料消耗、生产统计、技术经济指标、储量变化及资金占有等等。

（2）建立有效的生产经营管理信息系统（包括生产计划、车间生产、统计调度、生产监控、地测管理、物资管理、财务管理、人事劳资、文秘档案等等）,形成企业局域网络,并入国际互联网络。

有了局域网就能使矿山生产经营管理与决策产生质的飞跃；有了局域网的支持,技术人员就可在屏幕上直接进行方案设计,各级管理人员,就可在屏幕前运筹帷幄、传递信息,实现“无纸办公”。

这将大大提高企业的生产经营管理效能。

（3）建立一个具有足够容量,能传递声频、数据和视频信息的双向信息和通讯网络。

使企业置于国际大环境中。

这样的企业将由封闭式管理向开放式管理过渡,成为与国内、外信息市场接轨的现代化矿山。

国际镍公司已开发一种能支持机器人的、集过程设计和监控于一体的信息系统,其主要软件提供数据库、绘图、三维模型、设备控制和矿山网络管理。

这些软件能与测量、遥测、矿山评估、爆破设计等软件和工具通讯,能与经营信息系统（如财务核算系统和库存管理系统）进行通讯。

矿山数字化是矿山智能化的基础。

矿山智能化主要指的是智能采矿，即采矿决策过程高度可靠、准确。

要实现矿山智能化，要有3个条件:

①采矿设备智能化,各种遥控的机器人；②能动态地获取采矿工艺技术的关键数据与资料,包括地质条件、品位、岩层状况、人员与设备的位置、采矿工序等等,有充足的资料后,才能更加科学地对采矿进行规划、设计与控制;③有高度现代化的采矿调度系统。

智能化采矿设备（机器人）与现代化采矿调度系统的集成,就是遥控机器人采矿,即无人采矿。

就露天矿来说,如何有效地、动态地监测、调度和管理设备,并协调好人员与设备、设备与设备、设备与生产的关系，是露天矿实现无人采矿目标的重要内容。

美国模块公司为了上述目标,已成功地开发出一个大范围的采矿调度系统。

它是采用最新计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统（GPS）技术,进行露天矿生产的计算机实时控制与管理的系统。

其核心是使用全球卫星定位系统,工业应用非常成功。

地下矿山的无人采矿已有许多研究,但它的难度比露天矿要大得多,由于GPS难以用与地下，开发实用的通讯系统便成为一个关键。

加拿大国际镍公司

研制了一种、基于有线电视和无线电发射技术相结合的地下通讯系统,并在斯托比（Stogie）矿投入试用,这种功能很强的宽带网络与矿山各中段的无线电单元相结合,可传输多频道的视频信号，操作每台设备。

该矿除了固定设备已实现自动化外，铲运机、凿岩台车、井下汽车均已实现了无人驾驶,工人在地面遥控这些设备。

中央控制系统安装有:

数据库系统、模拟系统和规划设计软件,它直接向采矿设备发送工作指令。

设备基本上是自主运行,整个井下工作面基本上不需工作人员。

矿山数字化与智能化,构架了未来矿山的模式。

它是一个高度现代化的矿山,矿业将发生革命性的变化。

到那时,采矿方法将不是现在的采矿方法,采矿工艺将不再是现在的工艺,从事生产的不再是现在的矿工,而是由地质、机械、电气、计算机、数学等各个领域的工程师组成的专家组。

采矿学也将成为由更多学科交叉形成的一门崭新的学科。

无人采矿已不再是遥不可及的事,芬兰也正在执行智能化矿山计划。

知识经济正向我们走来,我们应以新的观念、新的姿态去迎接21世纪知识经济对矿业的历史性挑战。

Thedevelopmenttendencyofminingscienceandtechnologyofundergroundmetalmine

GuDesheng

（Central-SouthUniversity）

Abstract:

In21stcentenary,theworldwillgetintotheeraofglobalknowledgeeconomy.Theknowledgeeconomywillplayimportantroleinthedevelopmentofminingscienceandtechnology.Thispaperpointsoutthatthedevelopmenttendencyoftheminingoperationinundergroundmetalminewillbehighefficientmining,wastefreeandharmlessmining,longlastingmining,deepminingandunmannedmining.

Keywords:

knowledgeeconomy;undergroundmetalmine;miningscienceandtechnology;developmenttendency;

1Introduction

Therehas200yearsofhistorysincetheworldintoindustrialeconomy.The21stcentury,theworldwillentertheglobalknowledgeeconomyera.

Whatistheknowledgeeconomy?

Sincethe1980s,manyscholarshavedonemanyresearchesandpredictingtothegreatinfluencebytheinformationtechnologyrevolution.theyviewedfromdifferentthinkingandgeneralizationsuccessivelyputforwardsomenewconcept,suchas“post-industrialeconomy”,“hightechnologyeconomy”,”informationeconomy”and”digitaleconomy”,”networkeconomy”andsoon.Untilthe1996,theEconomicandDevelopmentOrganizationcalledthisneweconomyas“knowledge-basedeconomy”.Sincethen,theconceptofknowledgeeconomybymoreandmorepeopleaccepted.

Theso-calledknowledgeeconomicalisonthebasisoftheeconomywhichknowledgeandinformationproduction,disseminationandapplied.Itsbasicconnotationisaneweconomicformthatbasedontheintelligenceresources,withhightechnologyindustryasthepillarandknowledgeinnovationasadrivingforces,tocreateeducationfountainhead.

The21stcentury,wewillbeinwhatpos