“以安全高效環保開采技術破解金屬采礦難題，力爭早日建成‘無人礦山’?！痹诮沼砷L沙有色冶金設計研究院有限公司和易捷海通（北京）科技有限公司聯合舉辦的2016全國有色金屬采選冶實用技術與裝備大會上，北京科技大學教授、中國工程院院士蔡美峰表示。

??? 蔡美峰是國際著名巖土工程專家，在巖石力學與工程、采礦工程優化和安全高效開采技術的研究與應用等方面取得了突出成績。他針對地應力對采礦工程的極端重要性和地應力測量難度大、地應力資料缺乏并嚴重制約采礦工程技術水平提高的狀況，建立了符合工程巖體特性的地應力測量分析理論，發明了一種高精度的地應力測量方法和裝置，完成了15個礦山和地下工程的地應力現場。針對金屬礦床的形成過程和開采穩定性均受地應力控制的特點，提出了以地應力為切入點，根據礦山的實際工程地質和開采技術條件，通過科學的定量計算和分析，選擇最合理的采礦方法，確定最佳的開采總體布置、采場結構參數、開采順序和支護加固措施的金屬礦采礦優化理論，并在實際工程中得到成功應用。

　　記者：我國金屬礦山現狀如何？為什么必須要開拓新的采礦模式？

　　蔡美峰：我國金屬礦產資源總量較豐富，但人均占有量遠低于世界平均水平，并且資源品位、質量和賦存條件較差。為此，我國60%以上的鐵精礦、70%以上的銅精礦和50%左右的鋁土礦需要從國外進口。主要金屬礦產資源如此高的國外依存度，對我國國民經濟發展構成了潛在的嚴重威脅。為了保證我國國民經濟安全和可持續發展，必須廣泛吸收各學科的高新技術，開拓先進的、非傳統的采礦技術，創造更高效率、更低成本、最少環境污染和更加安全的采礦模式，努力提高金屬礦產品產量和生產效率。

　　未來，安全、高效的采礦工程科技將在深部開采、連續化高效開采、信息化、自動化、智能化等方面取得重大突破。

　　記者：隨著礦山開采年限的增加，深部開采將成為金屬礦山的一個常態，我國金屬礦山開采面臨哪些問題？

　　蔡美峰：隨著淺部資源逐步減少和枯竭，礦產資源開采正向深部逐步發展。南非、加拿大、印度、俄羅斯等是世界上金屬礦深井最大的國家，南非絕大多數金礦的開采都在2000米以下，其中姆波尼格金礦采深達到4359米，礦體埋深更是超過7500米。

　　我國金屬礦開采正處于向深部全面推進的階段。上世紀末，我國千米深井金屬礦數量很少，但十幾年來，一批礦山開采深度達到或超過1000米。其中，遼寧紅透山銅礦達到1300米，吉林夾皮溝金礦達到1400米，河南靈寶釜鑫金礦達到1600米。近期，在三山島金礦西嶺礦區1600米~2000米深處，探明一個金金屬儲量達400噸的大型金礦床，為我國在膠東半島深部類似礦集區找到更大規模金礦床指明了方向。

　　進入深部開采后，高應力作用下的巖爆、地壓控制和支護技術，通風、降溫、提升技術等都是需要研究的前沿課題。地應力值隨開采深度增加而增加，深部高應力可能導致破壞性的地壓活動，包括巖爆、冒頂、塌方、突水等由采礦開挖引起的動力災害。巖性惡化，淺部的硬巖到深部變成軟巖，彈性體變成潛塑性體，給支護和采礦安全造成很大的壓力，嚴重影響采礦效率和效益。巖層溫度隨深度以3攝氏度/100米的速率增加，深井的高溫環境條件嚴重影響工人的勞動生產率，而為了有效降溫，又必將大大增加采礦成本。隨著開采深度的增加，礦石和各種物料的提升高度顯著增加，從而大大增加提升成本，并對安全生產構成威脅。

　　巖爆的預測、預報是世界性難題。我們在巖爆誘發機理及其預測理論和技術研究方面已取得重大突破，通過開采動力學與地震學的緊密結合，基于開采擾動能量分析，已經能夠實現對開采誘發巖爆的趨勢做出理論的預測。當前主要問題是，巖爆的監測和預報還缺少成熟的技術，準確的巖爆短期和臨震預報還做不到。在這方面，同樣要依據巖爆誘發的機理，盡早開發出智能化可視化的巖爆精準探測與預報技術及設備。

　　同時，深井開采中的高溫環境與控制、深井提升技術、深部充填技術等也取得了一定進展，但仍需進一步加強研究。

　　記者：連續化高效率采礦是金屬礦山今后的開采方向，在這方面我國有什么進展？

　　蔡美峰：連續化高效采礦主要包括機械連續切割掘進、采礦技術和無間柱連續采礦技術。

　　從長遠目標出發，采用機械掘進、機械鑿巖的方法，以連續切割設備取代傳統爆破采礦工藝進行開采，是一個重要方向。采用機械切割的優越性在于：切割空間不需要爆破而明顯提高其穩定性；擴大開采境界，不受爆破安全境界的限制；連續作業，不受爆破干擾，要求作業場地??；能準確開采目標礦石，根據礦層和礦石不同品級實行分割分運，使礦石貧化率降到最低；連續切割的礦石塊度，適于帶式運輸機連續運輸，可實現切割落礦、轉載、運輸等工藝平行連續進行，從而為實現連續開采創造條件；不需粗碎，切割機在切削礦石時就已將礦石破碎。但實施該技術需要解決的兩個關鍵前沿性問題是，采礦機作業受金屬礦床形態多變及復雜地質條件的限制，切割頭的壽命及費用。

　　由于采用機械切割機實行連續掘進、采礦還需要較長研究過程，基于爆破落礦技術的連續采礦工藝和技術，將是近期研究的重點。具有代表性的就是無間柱連續采礦技術。這種連續采礦是以礦段為回采單元，礦段間不留礦柱，采礦工作面在階段上連續推進，可從根本上解決長期以來因礦柱回采滯后給生產帶來的一系列被動，致使國家資源大量損失、礦山經濟效益受到嚴重影響的問題；回采時工作面的連續推進，有利于實現井下采礦作業的合理集中，為提高采礦強度和井下工人勞動生產率創造條件；階段連續回采時，強采、強出、強充，圍巖暴露時間較短，有利于控制采場地壓，對于圍巖穩固性較差、地壓較大的深部礦床開采，將是一種有效的開采方式；階段連續回采將推動地下金屬礦山作業機械化、工藝連續化、生產集中化和管理科學化的進程，促進礦業現代化發展。

　　記者：信息化、自動化、智能化是未來采礦技術的發展方向，在金屬礦山，這“三化”該如何實現？

　　蔡美峰：進入21世紀以來，信息、定位、通信和自動化技術的迅速發展和應用，深刻影響和改變著傳統采礦業沿襲百年的生產工藝和管理模式，信息化、自動化、智能化已成為采礦技術的發展方向。而這“三化”是現代工程科技的三大核心技術。信息化是自動化的前提，自動化是智能化的前提，而數字化則是信息化的前提，只有實現礦山生產和管理的高度自動化和智能化，才能最大限度地提高采礦效率，保證安全開采。早在上世紀80年代，瑞典的基魯納鐵礦就開始使用全盤遙控的無軌采礦設備，現在采場鑿巖和裝運已實現遙控自動化作業。加拿大已經制定出一個擬在2050年實現的遠景規劃，即在其北部的邊遠地區建成一個無人礦井，從薩得伯里通過衛星遙控操縱礦山的所有設備。

　　地下采礦自動化的關鍵技術包括先進傳感及檢測監控技術、采礦設備遙控及智能化技術、井下無軌導航及控制關鍵技術、高速數字通信網絡技術和地下自動采礦新工藝等。

　　為了極大地提高采礦效率，保證開采安全，發展高度自動化的遙控智能化采礦技術，建設無人采礦是最佳的選擇和目標。目前，國內外仍處于建設無人礦山的初級階段。在這一階段，無人采礦的核心技術仍然是傳統采礦工藝和生產組織管理的自動化和智能化。新一代高級無人采礦技術必將涉及采礦工藝及生產過程自身的變革，采礦設計和井下設備性能與可靠性等問題都需要進一步探索，井下無人設備維護、事故處理等都需進一步研究。信息及通信技術的進步，必將推動無人采礦從現行的基于傳統采礦工藝的自動化采礦和遙控采礦，向以先進傳感器及檢測監控系統、智能采礦設備、高速數字通信網絡、新型采礦工藝等集成化為主要技術特征的高級無人礦山發展。

　　西方發達國家早在上世紀80年代就開始實施井下工作面的無人采礦，而目前我國不少礦山連全盤機械化作業都做不到。為了極大地提高采礦效率、保證采礦安全，加速我國自動化智能采礦技術與設備的研究與推廣應用任重而道遠。近幾年來，以首鋼杏山鐵礦為代表的一批礦山，在全面推進數字化礦山建設的同時，礦山生產的自動化和遙控智能化作業的水平也有了長足的進步。目前，杏山鐵礦已經實現破碎、裝卸、運輸、提升、排水、通風、供電系統全過程自動化控制，實現了皮帶無人看守、地下運輸電機車地面遙控無人駕駛、中深孔鑿巖臺車遙控自動化作業等，向遙控智能化無人采礦的遠大目標邁出了重要一步。

　　記者：在“十三五”期間，我國金屬礦山將圍繞哪些國家重大專項開展技術攻關？

　　蔡美峰：進入21世紀以來，我國采礦工程科技取得很大突破與進展，目前在許多方面已經達到或接近世界領先水平。在當前全球經濟疲軟、中國經濟結構深度調整的形勢下，全球和中國礦業進入了新一輪相對蕭條的時期。開拓先進的、非傳統的采礦新理論、新技術，是振興我國金屬采礦業的必由之路。

　　我國是發展中國家，目前尚處于工業化和城鎮化的發展階段。因此，對金屬礦產資源和金屬礦產品的需求還會持續一定時期?！笆濉睍r期，國家已將“深部礦產資源開采”研究的5個項目列入“深地資源勘查開采”國家研發技術重點專項。其中，“深部巖體力學與開采理論”和“深部礦建井與提升技術”兩個項目已于今年啟動；其他包括“金屬礦安全高效開采”和“無人采礦前沿技術”研究內容的三個項目將在明年啟動。

　　我們必須要集中優勢力量，搞好國家重點專項研究，力爭“十三五”期間在開拓先進的采礦新理論、新技術、新裝備方面取得重大突破。

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