目前我國(guó)露天礦采出的鐵礦石占90%，有色金屬礦石約占50%。地下開(kāi)采在我國(guó)金屬礦山占有很重要的地位，特別是在有色金屬和黃金系統(tǒng) 90% 以上礦山均采用地下開(kāi)采。我國(guó)金屬礦產(chǎn)資源貧礦多，富礦少，小礦多，大型、特大型礦少，礦產(chǎn)資源缺口嚴(yán)重，如果金屬礦開(kāi)采技術(shù)得不到迅速發(fā)展，將會(huì)嚴(yán)重制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。因此，礦山采礦技術(shù)的研究就顯得尤其重要，該文從露天開(kāi)采、地下開(kāi)采、環(huán)境控制等方面對(duì)我國(guó)金屬礦山技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，探討了金屬礦山采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1 露天開(kāi)采[1]
20世紀(jì)50年代以來(lái)，露天開(kāi)采在采掘工業(yè)中一直占有主導(dǎo)地位。2000年全世界露天采礦總量達(dá)280億t，占采出礦石總量的80%以上，目前，我國(guó)鐵礦石產(chǎn)量的90%是用露天開(kāi)采的。
1.1 露天陡幫開(kāi)采
上世紀(jì) 60 年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出了陡幫開(kāi)采理論。自 70 年代以來(lái)， 我國(guó)金屬礦山開(kāi)始進(jìn)行陡幫開(kāi)采工藝的試驗(yàn)研究。陡幫開(kāi)采初期剝離量小、基建工程量少、建設(shè)周期短，因此，“八五”期間， 陡幫開(kāi)采被列入國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，并在南芬露天礦開(kāi)展了大規(guī)模的工業(yè)試驗(yàn)，為我國(guó)大中型露天礦的技術(shù)改造和新建、擴(kuò)建提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)金堆城、紫金山、眼前山等礦山都采用陡幫開(kāi)采。
1.2 間斷一連續(xù)開(kāi)采
間斷一連續(xù)開(kāi)采工藝是在工作面用電鏟裝載礦石，經(jīng)汽車(chē)運(yùn)輸和破碎機(jī)破碎后，用膠帶運(yùn)輸機(jī) 將礦石運(yùn)出采場(chǎng)。這種工藝有利于發(fā)揮汽車(chē)和膠帶機(jī)的優(yōu)點(diǎn)， 適合于深凹露天礦開(kāi)采。自20世紀(jì)80 年代開(kāi)始，我國(guó)先后在大孤山、東鞍山等鐵礦和德興銅礦應(yīng)用該開(kāi)采工藝。1997 年齊大山鐵礦通過(guò)引進(jìn)，建成了采場(chǎng)內(nèi)可移動(dòng)式礦巖破碎 － 膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，標(biāo)志著我國(guó)深凹露天礦開(kāi)采工藝進(jìn)入了世界先進(jìn)水平。
1.3 高臺(tái)階采礦
隨著露天開(kāi)采設(shè)備大型化，國(guó)外一些礦山研究并采用高臺(tái)階開(kāi)采工藝。我國(guó)對(duì)高臺(tái)階開(kāi)采技術(shù)的研究起步較晚，采用高臺(tái)階開(kāi)采的露天礦不多，臺(tái)階高度最大也只有14～15 m。近幾年來(lái)我國(guó)大型露天鐵礦裝備水平有了很大提高，采用 10 m3 以上的大型挖掘設(shè)備逐漸增多，為高臺(tái)階開(kāi)采新工藝的實(shí)施提供了有利的技術(shù)保證。
1.4 露天采礦裝備
我國(guó)露天礦山從裝備水平看，大致可分為 3 種類(lèi)型: ①小型礦山裝備單一、型小，不配套，一些工序至今仍采用手工體力勞動(dòng); ②中型及個(gè)別大型礦山機(jī)械化程度較高，但設(shè)備陳舊落后，效率不高; ③少數(shù)大型礦山采用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的現(xiàn)代裝備，如牙輪鉆機(jī)、電動(dòng)輪汽車(chē)、大斗容挖掘機(jī)、大功率推土機(jī)等，配套組成高效率生產(chǎn)作業(yè)線。
1.5 穿爆技術(shù)
我國(guó)露天礦目前主要采用潛鉆和牙輪鉆鉆鑿炮孔進(jìn)行爆破。應(yīng)用擠壓爆破、微差爆破、孔內(nèi)微差爆破、大爆區(qū)微差爆破等技術(shù)，解決了難爆礦巖的破碎塊度問(wèn)題和爆破減振問(wèn)題。
1.6 露天地下聯(lián)合開(kāi)采、露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采技術(shù)
我國(guó)正在進(jìn)行露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的礦山或露天與地下聯(lián)合開(kāi)采的礦山， 如廣西的大新錳礦、河北的建龍鐵礦、福建的連城錳礦、河南的銀洞坡金礦、安徽的新橋硫鐵礦、銅山銅礦和鳳凰山銅礦、吉林板石溝鐵礦等。取得了大量成功經(jīng)驗(yàn)。
2 地下開(kāi)采
近年來(lái)，我國(guó)地下金屬礦山采礦技術(shù)研究亦有較大發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
2.1 無(wú)廢開(kāi)采技術(shù)[2]
所謂無(wú)廢害采礦，就是最大限度地減少?gòu)U料的產(chǎn)出、排放，提高資源綜合利用率，減輕或杜絕礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的負(fù)面影響的工藝技術(shù)。采礦無(wú)廢料工藝技術(shù)在前蘇聯(lián)、德國(guó)、加拿大、美國(guó)等國(guó)家均得以應(yīng)用。例如前蘇聯(lián)亞美尼亞黃金生產(chǎn)聯(lián)合公司在井下硐室中建設(shè)選礦站，原礦直接運(yùn)到井下選礦站的礦倉(cāng)貯存候選，選礦廠的尾礦經(jīng)脫水和借助化學(xué)材料混合后直接用管道輸送到采空區(qū)充填，一步驟礦房的充填體為膠結(jié)充填， 二步驟礦房的充填料不固結(jié)。節(jié)約了大量的礦石運(yùn)輸費(fèi)用和尾礦返回到井下采空區(qū)的充填費(fèi)用，凈化了地表的環(huán)境。德國(guó)格隆德礦的膏體泵送全尾礦充填技術(shù)，加拿大的多姆金礦經(jīng)高效脫水后的高濃度尾礦充填技術(shù)均是采礦無(wú)廢料生產(chǎn)工藝的成功應(yīng)用實(shí)例。國(guó)內(nèi)冶金礦山做得比較好的礦山是馬鋼姑山鐵礦和新疆雅滿蘇鐵礦。姑山鐵礦一方面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性研究， 盡量提高邊坡角， 盡可能少地采出廢石量， 另一方面將采出的廢石代替粘土，燒制建筑用磚，采出的片石作為建筑石料， 選礦尾礦按不同粒級(jí)，用作各種建筑石料， 基本做到了少?gòu)U或無(wú)廢。雅滿蘇鐵礦方面充分回收礦石的各種有用組分，另一方面， 將最終尾礦經(jīng)分級(jí)脫水處理后，燒制成水泥，充分利用了所有資源，處理了全部采出的固體廢料，實(shí)現(xiàn)了礦山的無(wú)廢開(kāi)采。
2.2 大規(guī)模采礦技術(shù)
大規(guī)模采礦技術(shù)的核心是大直徑深孔崩礦技術(shù)。VCR 法、分段崩落法以及階段崩落法、分段空?qǐng)龇?、階段空?qǐng)龇捌渌煤蟪涮罘ǘ紝儆诖笠?guī)模開(kāi)采方法。我國(guó)20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始使用分段崩落法，80 年代分段崩落法已成為金屬礦山的主要采礦方法，無(wú)底柱分段崩落法得到廣泛應(yīng)用。
2.3 金屬礦連續(xù)開(kāi)采技術(shù)
金屬礦連續(xù)開(kāi)采是以間斷—連續(xù)崩礦為基礎(chǔ)，以連續(xù)出礦、運(yùn)礦設(shè)備為主體的連續(xù)開(kāi)采作業(yè)線。我國(guó)在“七五”“八五”“九五”期間， 在銅陵研究探索區(qū)域連續(xù)大量采礦工藝技術(shù)，提出以礦段為回采單元的連續(xù)大量采礦工藝模式，即“無(wú)間柱連續(xù)大量采礦”技術(shù)。地下金屬礦山連續(xù)開(kāi)采主要包括: 礦房的連續(xù)回采、礦體( 床) 的連續(xù)開(kāi)采、礦石的連續(xù)運(yùn)送及全工藝過(guò)程的連續(xù)化。即回采過(guò)程中落礦、出礦、礦石運(yùn)搬工藝的連續(xù)作業(yè)化; 井下礦石的轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸、提升等環(huán)節(jié)礦石的連續(xù)化; 掘進(jìn)、落礦、出礦、運(yùn)搬、運(yùn)輸?shù)热に囘^(guò)程的連續(xù)化。
3 采礦環(huán)境控制[3]
保證采礦作業(yè)有一個(gè)安全、適宜的環(huán)境，是采礦環(huán)境控制工程的研究目標(biāo)，目前己經(jīng)成為現(xiàn)代化礦山不可缺少的一個(gè)組成部分。
3.1 巖體支護(hù)與加固
現(xiàn)代支護(hù)理論認(rèn)為圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)視作統(tǒng)一的復(fù)合承載體，在這個(gè)共同支護(hù)體系中圍巖是承載的主體，支護(hù)作為加固和穩(wěn)定圍巖的手段。基于這種理論觀點(diǎn)，以錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)為代表的現(xiàn)代支護(hù)技術(shù)得到迅速發(fā)展。目前錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)、長(zhǎng)錨索加固等技術(shù)己成為我國(guó)金屬礦山圍巖加固最基本、最主要的支護(hù)技術(shù)。錫鐵山鉛鋅礦和凡口鉛鋅礦采用這一支護(hù)技術(shù)成功擴(kuò)大了分段空?qǐng)龇ê痛罂撞傻V法的采場(chǎng)規(guī)模。金川鎳礦、符山鐵礦和豐山銅礦采用這一技術(shù)成功地在高地壓區(qū)和松軟巖層中開(kāi)挖掘進(jìn)了大斷面巷道。我國(guó)自上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始進(jìn)行邊坡加固研究工作，總結(jié)出加固邊坡的 5 種主要方法: ①抗滑樁加固;②擋土墻加固; ③錨桿、錨索加固; ④注漿加固; ⑤各方法相結(jié)合的綜合治理方法等。白銀露天礦于 70 年代中期采用抗滑樁加固坡腳、錨桿加固坡面的綜合治理措施處理滑坡體獲得成功; 石錄銅礦 80 年代采用半掩埋式抗滑樁加固了長(zhǎng)為 120 m，垂高高度 16 m 的滑體; 90 年代會(huì)東鉛鋅礦采用 6 座高強(qiáng)抗滑樁和 196根 34 ～36 m 的預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)錨索組成的抗滑樁、長(zhǎng)錨索、錨桿聯(lián)合加固方式，成功地加固了山坡露天礦高邊坡上的35萬(wàn)m不穩(wěn)定巖體。
3.2 巖移監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)
我國(guó)于上世紀(jì) 60 年代開(kāi)始自行研制監(jiān)測(cè)儀器，如用于地下金屬礦山井巷變形監(jiān)測(cè)的 SLL280型收斂計(jì)、CBS22 型和 WRN23 型多點(diǎn)位移計(jì)等，以及用于巖層移動(dòng)監(jiān)測(cè)方面的鉆孔超聲成像、鉆孔電視和鉆孔潛望鏡等。80 年代以來(lái)， 由于遙控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在巖移監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，使巖移監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的階段。特別是 90 年代隨著集成電子技術(shù)的發(fā)展， 礦用監(jiān)測(cè)儀器向便攜式小型化、智能化、高精度、多功能、多層次方面發(fā)展， 例如全站型測(cè)量?jī)x、聲發(fā)射儀。尤其是近年發(fā)展起來(lái)的“3S”技術(shù)， 將使金屬礦山( 特別是大型露天礦邊坡) 的巖移監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)遙控全天候監(jiān)測(cè)。
3.3 礦山防治水
金屬礦山防治水是上世紀(jì)50年代以后逐漸發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性學(xué)科，其研究對(duì)象為礦床水文地質(zhì)條件和防治水技術(shù)方法。50～60年代，我國(guó)借鑒前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，主要開(kāi)展了礦床水文地質(zhì)分類(lèi)和礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法研究，防治措施以單一的疏干排水為主。70年代，長(zhǎng)沙礦山研究院在水口山鉛鋅礦進(jìn)行了大型截流帷幕試驗(yàn)，采用長(zhǎng)560m、深250m的大型注漿帷幕堵水，其堵水率為 55% ，達(dá)到減少礦坑涌水量和控制地面塌陷的雙重效果。此后，先后在張馬屯鐵礦、黑旺鐵礦、冬瓜山銅礦和銅綠山銅礦應(yīng)用，使一些巖溶大水礦床得以安全開(kāi)采。與此同時(shí)，物探技術(shù)開(kāi)始較廣泛地應(yīng)用于掘進(jìn)工作面前方含水構(gòu)造的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，井下局部注漿堵水開(kāi)始大量應(yīng)用。進(jìn)入 80 年代后，同位素示蹤試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于礦區(qū)水文地質(zhì)條件的研究，并在三山島金礦取得了良好的效果。目前，我國(guó)的礦山防治水技術(shù)已開(kāi)創(chuàng)了一條防治并舉、疏堵結(jié)合的綜合防治道路。
3.4 礦井通風(fēng)
我國(guó)金屬礦山在上世紀(jì)50年代以前基本是自然通風(fēng)，工作面氣候條件十分惡劣。自50年代在華銅銅礦建立第一個(gè)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，開(kāi)始由自然通風(fēng)向機(jī)械通風(fēng)的技術(shù)改造。60～70年代開(kāi)始探索有效的通風(fēng)方式，并在礦山建立了比較完善的通風(fēng)系統(tǒng)。80 年代推廣節(jié)能風(fēng)機(jī)， 取代了能耗高的老式風(fēng)機(jī); 同時(shí)推廣多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)， 并使通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，功耗最小。90 年代后期， 凡口鉛鋅礦為通風(fēng)機(jī)配備了高壓變頻裝置，節(jié)省電耗40%。目前，電子計(jì)算機(jī)在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算和管理中的應(yīng)用，使金屬礦山通風(fēng)正向現(xiàn)代化邁進(jìn)。
