21世紀(jì)現(xiàn)代化前瞻性采礦新技術(shù),中國礦業(yè)聯(lián)合會高級資政中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會顧問焦玉書（教授高工）2013年12月17日,目錄,工業(yè)革命,第一次工業(yè)革命,第二次工業(yè)革命,第三次工業(yè)革命,以英國紡織機(jī)裓化為標(biāo)志，使19世紀(jì)發(fā)生了天翻地覆地變化,以福特汽車公司大規(guī)模生產(chǎn)流水線誕生為標(biāo)志，為20世紀(jì)人們創(chuàng)造了新世界,現(xiàn)在我們正在面臨第三次工業(yè)革命的到來，第三次工業(yè)革命是指以數(shù)字化制造及新型材料應(yīng)用為代表的一個嶄淅的時代,前言,今天我想以21世紀(jì)現(xiàn)代化前瞻性采礦新技術(shù)為題發(fā)言，目的在于動員礦業(yè)界同仁們，特別是青年朋友們發(fā)奮圖強(qiáng)，努力把礦業(yè)推向高峰，為第三次革命的到來做貢獻(xiàn),1.智能采礦,采礦智能化（古德生院士）,開采環(huán)境數(shù)字化,采選裝備智能化、生產(chǎn)過程遙控化工藝,信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、經(jīng)濟(jì)管理信息化,以安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo),采礦選礦智能化，是21世紀(jì)礦業(yè)發(fā)展前瞻性目標(biāo)，它將給礦業(yè)帶來根本性變革,1.智能采礦,實現(xiàn)智能采礦的基本任務(wù),創(chuàng)建采礦生產(chǎn)管控一體化的綜合信息平臺。采用信息技術(shù)實現(xiàn)資源科學(xué)評價與管理、優(yōu)化開采設(shè)計與生產(chǎn)計劃、保障安全環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警等,研發(fā)大型化智能化的遙控與自動定位采礦設(shè)備。特別要加大投入,加強(qiáng)礦山智能化采礦設(shè)備的研制.沒有先進(jìn)裝備,就不可能有先進(jìn)工藝,創(chuàng)新與智能設(shè)備效能相適應(yīng)的高效采礦技術(shù)。三類采礦法：階段自然崩落法、階段礦房連續(xù)回采嗣后充填采礦法和開采環(huán)境再造階段落礦采礦法,采礦生產(chǎn)管控一體化信息平臺,信息技術(shù),智能技術(shù),數(shù)字化礦山,智能采礦,礦業(yè)未來追求目標(biāo),智能采礦創(chuàng)新過程,智能采礦基礎(chǔ)平臺,與智能設(shè)備相適應(yīng)的采礦技術(shù),遠(yuǎn)控遙控自動定位采礦設(shè)備,1.智能采礦,智能采礦的基本框架,1.智能采礦,智能采礦的基本內(nèi)涵,礦床模型與礦床開采設(shè)計數(shù)字礦山軟件;金屬礦山采掘、裝載、運(yùn)輸?shù)戎悄茉O(shè)備;適應(yīng)智能設(shè)備作業(yè)的高效采礦工藝技術(shù);礦井?dāng)?shù)據(jù)采集、通訊與視頻的傳輸網(wǎng)絡(luò);礦山移動設(shè)備遙控與生產(chǎn)過程智能控制;礦山系統(tǒng)智能監(jiān)測與作業(yè)運(yùn)行集中遙控;礦山生產(chǎn)計劃組織與經(jīng)營管理信息系統(tǒng)。,智能采礦是個漸進(jìn)的發(fā)展過程,在這過程中,其科技內(nèi)涵將不斷豐富、擴(kuò)展和延伸,1.智能采礦,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,SINO鐵礦位于澳大利亞西澳洲,用露天開采,境界內(nèi)圈定資源量30億噸，礦石類型為磁鐵礦，平均品位MFe23%，SINO鐵礦是世界上規(guī)模最大的現(xiàn)代化礦山工程,SINO鐵礦工程包括：（1）露天礦8400萬噸原礦/a；（2）選礦廠2400萬噸精礦/a；（3）球團(tuán)廠600萬噸球團(tuán)/a；（4）450兆瓦電站；（5）510億升海水淡化廠；（6）25Km30英寸礦漿管道；（7）港口設(shè)施,1.智能采礦,西澳SINO鐵礦生產(chǎn)鏈?zhǔn)疽鈭D,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,1.智能采礦,西澳SINO鐵礦工程布置圖,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,1.智能采礦,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,（1）露天采場：長5500m，寬3000m，深400m。（2）開拓方式：汽車可移式破碎站膠帶機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸開拓。（3）采礦方法：穿孔應(yīng)用SKF-15型潛孔鉆，孔徑203mm；爆破段高12m,孔深13.514m，孔距56m，多孔粒狀銨油炸藥爆破；裝載應(yīng)用45mRH400型挖掘機(jī)（年生產(chǎn)能力38004200萬t/a）和34mRH340型挖掘機(jī)（年生產(chǎn)能力22002400萬t/a）；運(yùn)輸應(yīng)用MT6300交流電動輪汽車（載重360t）和MT4400型交流電動輪汽車（載重225t）。,SINO露天開采新工藝新設(shè)備,1.智能采礦,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,交流電動輪性能大大優(yōu)于直流電動輪汽車,1.智能采礦,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,RH400型挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,1.智能采礦,智能采礦的實例中信泰富SINO露天鐵礦,無人駕駛汽車,露天采場使用無人駕駛汽車,目的在于節(jié)省人力成本,同時提高安全性和生產(chǎn)效率，無人駕駛的汽車自主駕駛，由計算機(jī)根據(jù)程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制，目前世界上有日本小松和美國卡特彼勒兩大公司研究成功無人汽車,1.智能采礦,小松的無人駕駛930E車隊在澳大利亞力拓公司成功運(yùn)營，無人汽車走行了45萬公里，完成14.5萬個循環(huán)，完成4500萬噸運(yùn)量，將來在HopDown鐵礦更大范圍使用，無人汽車控制中心在相距1500公里外的西澳洲首都佩斯市（Perth）,現(xiàn)在向無人汽車裝載用的電鏟是有人駕駛的，將來電鏟（挖掘機(jī)推土機(jī)）等設(shè)備也可實施在視距內(nèi)遙控，（無人汽車是視距外遙控），力拓集團(tuán)肯尼科特銅業(yè)正使用遙控推土機(jī)清理賓漢姆銅礦大滑坡產(chǎn)生的巨大堆積體,1.智能采礦,力拓公司露天采場使用無人汽車,Automatedtrucksimprovehealth,safetyandproductivityRioTintoisrollingoutafleetof150automatedtrucksatourPilbaraironoreoperations,theworldsfirstmajordeploymentofanautonomoustruckfleet.Sincethetwo-yeartrialbegan,theautonomoustruckshaveoperatedeveryday,24hoursaday,andhavemovedmorethan42milliontonnesofmaterialinapproximately145,000cycles.Theyhavetravelledmorethan450,000kilometres.WecontrolthetrucksfromourOperationsCentreinPerth,1,500kilometresaway.Thetrucksfollowpre-definedcourses,andGPSsystemsnavigateautonomouslyfromloadingunitstodumplocations.Thetrucks(theKomatsuAutonomousHaulageSystem)areakeypartofourMineoftheFutureprogramme,whichcreatesminingtechnologiesforgreaterefficiency,lowerproductioncosts,andimprovedhealth,safetyandenvironmentalperformance.AfterfivemonthsofautonomousoperationatYandicoogina,thebenefitsofAutonomousHaulageSystem(AHS)continuetobeseeninthesitesstrongproductionresults,whichareconsistentlyimprovingeachmonth.TheMineoftheFutureteamwillbeimplementingAHSacrossanumberofsitesinthefuture,beginningwithNammuldiBelowWaterTableinQ1ofnextyear.NineteenautonomoushaultruckswillbedeployedatHopeDowns4during2013/2014,withthefirstKomatsu830E-ATtruckscheduledtobedeliveredin,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,中國湖南華菱鋼鐵集團(tuán)有限公司（簡稱華菱公司）投資11.85億澳元折合人民幣53.325億元，收購澳大利亞FortescueMetalsGroupCtd（簡稱FMG），總股份16.48%的股權(quán)。每年得到1000萬噸成品礦。澳大利亞FMG公司現(xiàn)為澳大利亞居RIOTINTO，BHPB之后第3大鐵礦公司，年產(chǎn)礦石近億噸。,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,FMG公司所屬鐵礦區(qū)地處奇切斯特（Chichester）山脈，F(xiàn)MG所屬Cloudbreak鐵礦和ChristmasCreek鐵礦距西澳海德蘭港（Hedland）約260km。為輸出鐵礦石，F(xiàn)MG公司已專門修建了鐵礦專用線，并修建了艾利特港（HerbElliot），同時修建了飛機(jī)場。,礦山交通位置,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,礦床地質(zhì),FMG鐵礦床賦存在西澳皮爾巴拉地區(qū)，系哈默斯利盆地含鐵建造（BIF）。FMG所屬Cloudbreak和ChristmasCreek鐵礦都屬于高品位的氧化含鐵建造（BIF）（BandedIronformations）。礦石類型Cloudbreak和ChristmasCreek鐵礦的礦石均屬氧化型礦石。礦石中鐵礦物主要為假象赤鐵礦、微片狀赤鐵礦、針鐵礦（即褐鐵礦）和赭狀針鐵礦。礦石儲量和資源量：ChritmasCreek鐵礦和Cloudbreak鐵礦礦石儲量的計算結(jié)果列于表4，表5則為不同品級礦石的儲量。,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,采礦新工藝新設(shè)備,Cloudbreak和ChristamsCreek鐵礦為緩傾斜礦層，傾角25，礦層厚310m，礦巖松軟，按礦床賦存條件和產(chǎn)狀，適用于露天開采，同時剝離適用內(nèi)排土方式。采礦采用條帶開采，礦床劃分為若干采區(qū)，采區(qū)長300m，寬200m，形成一條長達(dá)4KM的條帶，采礦起始點先剝離。最初開始的第一條帶采區(qū)用傳統(tǒng)的礦運(yùn)方式開采，剝離廢石用斗輪鏟，廢石裝入汽車運(yùn)到露天礦外的廢石場。礦石用表面采礦機(jī)回采，將礦石裝入汽車運(yùn)到與選廠以及場外基礎(chǔ)設(shè)施相連的地面運(yùn)輸系統(tǒng)。礦層內(nèi)廢石亦用表面采礦機(jī)回采，廢石裝入汽車運(yùn)到露天礦廢石場。,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,第一條帶的覆蓋層剝離完后，開始第二條帶的開采作業(yè)，第二條帶用斗輪鏟采掘廢石，廢石通過移動式堆料運(yùn)輸機(jī)，排放到第一條帶采礦后形成的采空區(qū)，即實施內(nèi)排土，以此順序進(jìn)行露天開采作業(yè),第二條帶采礦與第一條帶采礦作業(yè)相同,采掘設(shè)備主要是表面采礦機(jī)。該設(shè)備通常應(yīng)用于采煤，尤其適合于選擇性地開采水平或緩傾斜厚礦層,采礦新工藝新設(shè)備,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,礦山采礦狀況,可自由開采多個埋藏淺而寬的礦體礦體特征：（1）表層覆蓋層易挖掘，剝離成本低（2）礦床稍有起伏，波浪形-典型的傾角為25（3）礦床厚度320米（4）多個工作面同時開采有助于高產(chǎn)量和靈活配礦,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,表面采礦機(jī)產(chǎn)品原礦粒度分布均勻,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,表面采礦機(jī)在緊張工作,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,采礦生產(chǎn)現(xiàn)狀,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,FMG公司露天采場,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,礦石運(yùn)輸方式,運(yùn)輸系統(tǒng)將會沿著Cloudbreak和ChristmasCreek礦床的整個走向長度延伸。當(dāng)前在采場、采場至選礦廠以及從ChristmasCreek鐵礦到Cloudbreak鐵礦，礦石均采用卡車運(yùn)輸。采場卡車的載重量為100噸-200噸,地面聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)是用1400mm寬的膠帶機(jī)將礦石從Cloudbreak礦和Christmeacreek礦采區(qū)運(yùn)輸?shù)轿挥贑loudBreak的破碎和篩分車間。膠帶機(jī)的設(shè)計能力為6500t/h,速度為5.86.4m/s,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,FMG公司礦山裝礦站,1.智能采礦,澳大利亞FMG公司,連接港口的鐵路,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,（1）礦體為較堅硬的赤鐵石英巖和磁鐵石英巖，礦體完整性及穩(wěn)定性較好,（2）大臺溝鐵礦礦體埋藏很深，礦體控制最深處為2010.02m（標(biāo)高-1787m），在-1800m標(biāo)高以上資源量可達(dá)49.57億t，其中-1250m以上為12.64億t。平均品位Tfe：33.21%,（3）礦山規(guī)模：在-1250m階段礦山總設(shè)計規(guī)模為6000萬t/a，并分兩步進(jìn)行建設(shè)，一期建設(shè)規(guī)模為3000萬t/a，二期規(guī)模為6000萬t/a,（4）采礦方法：無底柱分段崩落法,（5）開拓系統(tǒng)：豎井開拓方案,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,礦體賦存形態(tài),1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,大臺溝鐵礦開拓系統(tǒng)立體圖,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,采用瑞典智能采礦方法,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,1.智能采礦,大臺溝鐵礦-井下采礦,2.深井開采,現(xiàn)在隨著礦山工業(yè)發(fā)展，部分礦山轉(zhuǎn)入深井開采，還有一些新礦山礦體埋深礦在1000m以下，本身就是面臨深井開采，井深達(dá)到多少米就算深井，沒有界定，俗稱千米豎井就算深井開采了,我國千米地下礦開采深度,據(jù)稱世界上超千米深的礦山有100多座，最深的達(dá)4000m,2.深井開采,采礦方法,（1）充填法，如南非southDeep金礦和WestDricfoven金礦,（2）空場法崩落法，如烏克蘭克里沃洛格礦區(qū)和美國圣曼紐爾（sanNanuel)銅礦,深井開采主要技術(shù)難題，一是巖爆的預(yù)防和控制，一是井下環(huán)境控制，降溫，對這些問題，我國礦山企業(yè)、科研單位和高等院校都已立項開展專題研究,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,井深2000米時的成本,在-2000米水平延伸主井成本為7萬美元/米、平巷掘進(jìn)成本為0.15萬美元/米，礦石開采成本為15美元/噸,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,2.深井開采,美國亨得深鉬礦-地質(zhì),2.深井開采,美國亨得深鉬礦-采礦,2.深井開采,美國亨得深鉬礦-采礦,2.深井開采,美國亨得深鉬礦-采礦,2.深井開采,美國亨得深鉬礦-采礦主體設(shè)備,平巷掘進(jìn)行深孔鑿巖設(shè)備均采用Atlas公司的產(chǎn)品，鏟運(yùn),設(shè)備采用CatR1700G型16t鏟運(yùn)機(jī)和72t側(cè)卸式卡車,2.深井開采,美國亨得深鉬礦-應(yīng)對通風(fēng)、排水、地溫及巖爆問題的措施,2.深井開采,南非和諧金礦,礦山靠近南非豪登省和西北省，礦山年產(chǎn)量100萬t,2012年處理量119.7萬t,黃金產(chǎn)量5633kg,平均品位4.71克/t,營業(yè)收入29900萬美元，利潤11400萬美元經(jīng)營成本1046美元/噸,2.深井開采,南非和諧金礦,提升系統(tǒng)和井下運(yùn)輸,Kusasalethu金礦設(shè)計二段豎井提升系統(tǒng)，第一段豎井深度為68水平（深度為2074m），第二段盲豎井深度為64-102水平（深度為1159m）。豎井直徑為9m。井筒裝備四個罐籠、兩個箕斗，互為平衡。其中兩個罐籠可承載12人，罐道梁為二根剛性罐道梁，鋼絲繩直徑為32mm；另外兩個罐籠可承載35人，罐道為三根剛性罐道，鋼絲繩直徑為42mm；箕斗配有4根鋼絲繩，直徑為53mm，并有兩根剛性罐道。卷筒直徑為4.5m。罐籠運(yùn)輸速度為13m/s，箕斗提升速度為15m/s。設(shè)計鋼絲繩安全系數(shù)為5。鋼絲繩在應(yīng)用之前，先采用10%的預(yù)張力。單根鋼絲繩卷筒為纏繞式（卷筒允許纏繞層數(shù)為4層），便于潤滑、鍍鋅防腐。井下運(yùn)輸一般采用710t的蓄電池電機(jī)車，配2-3m3的側(cè)卸式礦車。主平巷斷面形狀為矩形，斷面尺寸為45m2，管纜全吊掛在巷道上部,2.深井開采,南非和諧金礦,開拓（采準(zhǔn)）巷道支護(hù),開拓巷道支護(hù)形式主要有錨網(wǎng)支護(hù)、長錨索支護(hù)。巷道進(jìn)行全斷面支護(hù)，采用水泥藥卷錨桿，錨桿直徑16mm，長2.5m，梅花形排列，網(wǎng)度1.21.5m左右。金屬網(wǎng)為鍍鋅鋼絲，編織成網(wǎng)狀，網(wǎng)孔尺寸為60mm60mm；在金屬網(wǎng)外采用鋼索（筋）連接各錨桿形成網(wǎng)狀。由于巷道地壓較大，現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)采用此類支護(hù)部分地段，巷道壁巖層已全部開裂脫落，拆除后重新進(jìn)行支護(hù)。在地壓較大的地段，采用錨網(wǎng)+長錨索支護(hù)，長錨索直徑約18mm,長5m,2.深井開采,南非和諧金礦,通風(fēng)與降溫,采場工作面溫度在不采取通風(fēng)降溫措施的情況下可達(dá)5060。根據(jù)南非有關(guān)法律規(guī)定，工作點溫度不得超過30，礦山設(shè)計將工作面溫度控制在28以下，以此可大大提高工人的作業(yè)效率,2.深井開采,南非和諧金礦,該礦通風(fēng)降溫系統(tǒng)主要利用礦井主通風(fēng)系統(tǒng)，對入井空氣進(jìn)行預(yù)冷，通過制冷機(jī)熱交換器壓入式風(fēng)機(jī)將進(jìn)入井下的空氣冷卻至4。局部降溫主要是工作面的降溫，采用水風(fēng)冷方式，供水系統(tǒng)為一密閉循環(huán)系統(tǒng)，自井下返回的熱水首先在地表采用散熱塔進(jìn)行預(yù)冷，而后通過制冷機(jī)將水冷卻至4送入井下，再通過局扇輸送至采場工作面，以達(dá)到降溫通風(fēng)目標(biāo),通風(fēng)與降溫,2.深井開采,南非和諧金礦,通風(fēng)與降溫,3.現(xiàn)金流采礦,現(xiàn)金流（CashFlowMining)采礦，意思就是采礦必須賺錢,當(dāng)前，世界各國地下礦多是采用豎井提升，而其主運(yùn)輸水平則多用電機(jī)車運(yùn)輸。這種垂直與水平雙向開拓系統(tǒng)的主要優(yōu)點是自動化程度高，每噸礦石運(yùn)輸成本低，特別是深井采礦更是如此。但其缺點是基建工程量大，建設(shè)周期長，投資多，出礦晚。如在瑞典，一座550m,豎井提升系統(tǒng)，估計施工期要5年，加上初期的金剛石鉆探和地質(zhì)研究工作，總計要7年時間。今后在機(jī)械化自動化采礦設(shè)備大發(fā)展的情況下，如改用斜坡道開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，則經(jīng)濟(jì)上見效快。因此21世紀(jì)，可能會出現(xiàn)斜坡道代替豎井的趨勢，對此瑞典基律納電氣有限公司的林德斯托姆稱之為：現(xiàn)金流采礦“（CashFlowMining）,其開拓系統(tǒng)見下圖,3.現(xiàn)金流采礦,3.現(xiàn)金流采礦,【實例】一座新礦山，礦體厚18m,長680m,傾角60，年產(chǎn)礦石100萬t,廢石20萬和，礦巖體重2.8t/m3。采礦年下降30m第一方案用豎井開拓，地下設(shè)破碎站，豎井直徑6.5m,整個施工期為82個月，總投資1.093億克朗。第二方案用斜坡道開拓，地上設(shè)破碎站，斜坡道用基律納電動汽車運(yùn)輸。整個施工期為39個月，總投資3940萬克朗。比較結(jié)果表明：采用斜坡道開拓系統(tǒng)，施工期短，可提前4年投產(chǎn)；投資少，可節(jié)約投資60%,4.水力提升,傳統(tǒng)的地下礦提升方式，多用箕斗，罐籠或膠帶輸送機(jī)這一機(jī)械提升方式，如今國外一些學(xué)者專家則提出了用水力提升的新概念。,德國普魯薩格（Preussag)金屬公司從1984年開始水力運(yùn)輸與提升礦石的研究與開發(fā)工作。它將巷道內(nèi)高濃度漿體水平運(yùn)輸技術(shù)與傳統(tǒng)的低濃度漿體豎井垂直提升技術(shù)結(jié)合起來，在井下采掘工作面附近將礦石粉碎并調(diào)成高濃度漿體，水平泵送到豎井，在井下用高壓泵將高濃度礦漿直接而連續(xù)地注入水流中稀釋。稀釋后的礦漿經(jīng)豎井垂直管道輸送到地表。礦石經(jīng)脫水后，送往選礦廠。試驗結(jié)果和經(jīng)濟(jì)計算表明，水力提升礦石與機(jī)械提升相比，運(yùn)輸費(fèi)用較低；如在新建礦山應(yīng)用，還可減少井巷工程的投資。,4.水力提升,瑞典呂勒歐（Lulea)大學(xué)教授A,塞爾格倫1987年在第13屆世界采礦大會上也提出了水力提升礦石的設(shè)想。即礦石在地下進(jìn)破碎和磨礦，然后用泵場揚(yáng)送到地面選礦廠，取代傳統(tǒng)的機(jī)械提升系統(tǒng)和坑內(nèi)排水系統(tǒng)。其基本設(shè)想如下圖所示，從圖中可知，地下礦的水力提升系統(tǒng)包括采礦作業(yè)和選礦加工作業(yè)兩部分，即采出的礦石必須在井下先進(jìn)行破碎和磨礦，然后把礦漿泵送提升到地表。,水力提升的主要優(yōu)點是，不需要開鑿新的豎井就可增加提升能力，而用傳統(tǒng)的機(jī)械方法增加提升能力，則不僅投資大，而且時間長。至于提升礦石的費(fèi)用，水力提升也比機(jī)械提升低廉。,4.水力提升,4.水力提升,呂勒歐大學(xué)曾以兩種不同類型的礦山為例，對水力提升和機(jī)械提升的費(fèi)用進(jìn)行過對比研究?！镜谝焕考俣ㄊ且蛔戤a(chǎn)40萬t的淺生小型硫化礦，目前主運(yùn)輸水平在地表以下300m,礦井用斜坡道延深150m,即礦井總深度為450m,如圖所示。水力提升系統(tǒng)的泵送費(fèi)用（包括投資、能耗和維修費(fèi)），使用隔膜泵時為1.18克朗/t,如使用離心泵時則為1.1克朗/t;若考慮人員工資，礦漿貯存，攪拌裝置和管道等費(fèi)用（估計為2克朗/t)，則水力提升總費(fèi)用為3.13.2克朗/t。如采用傳統(tǒng)的機(jī)械提升方式時，由汽車（或膠帶機(jī)）運(yùn)到300m主水平的費(fèi)用估計為56克朗/t,機(jī)械提升到地表的電費(fèi)約0.5克朗/t,即機(jī)械提升的總費(fèi)用為5.56.5克朗/t.因此，水力提升費(fèi)用比機(jī)械提升費(fèi)用幾乎降低一半。,4.水力提升,【第二例】假定是一座年產(chǎn)1900萬t的大型鐵礦，礦井深度為800m。如采用水力提升時，礦漿的泵送費(fèi)用（包括投資）、能耗和維修費(fèi)）為1.52克朗/t;人員工資、攪拌槽、巖硐和控制裝置等費(fèi)用估計為0.9克朗/t;井下磨礦的費(fèi)用估計為1.2克朗/t；即水力提升的總費(fèi)用為3.6克朗/t。根據(jù)有關(guān)資料，大型地下礦用傳統(tǒng)機(jī)械提升礦石和排水的費(fèi)用為3.53.7克朗/t。因此，在大型深礦井中，水力提升的總費(fèi)用也僅僅相當(dāng)于傳統(tǒng)的機(jī)械提升費(fèi)用。,5.深海采礦,大約120年前，在深海發(fā)現(xiàn)了錳結(jié)核，但未引起人們的注意。第二次世界大戰(zhàn)后，人們憂慮礦物資源消耗增大，怕導(dǎo)致資源短缺，甚至某些資源完全枯竭。有鑒于此，采礦工業(yè)部門開始勘探海底潛在的資源。先是在紅海發(fā)現(xiàn)了金屬礦泥，后在太平洋、印度洋發(fā)現(xiàn)了錳結(jié)核，它除含錳外，還含有銅、鎳和鈷。近年來，美國，加拿大、日本、法國、意大利、英國、比利時、荷蘭、原蘇聯(lián)和印度等國先后開展了海底采礦的試驗研究。,目前最引人矚目的錳結(jié)核貯存在太平洋夏威夷和墨西哥之間的克拉里昂一克里帕頓區(qū)（Clarion-ClippertonZone)。此區(qū)水深42005500m,錳結(jié)核覆蓋量525kg/m2;金屬含量：錳25%30%；銅1%1.5%；鎳1.3%1.7%；鈷0.2%0.3%。錳結(jié)核總儲量為300億t。,5.深海采礦,我們知道：地球表面，海水覆蓋面占一半以上，因此有人提出地球這個名稱應(yīng)改為海球。在深海海底是地圈與水圈之間的界面，這個界面是半液化沉積層（Semiliquidlayer),其厚度變化在510cm之間，平均占沉積物的15%，它的剪切強(qiáng)度為200400Pa,下部沉積層剪切強(qiáng)度為210kPa。錳結(jié)核在半液化層中生成，在半液化層中間和由半液化層固結(jié)生成的處于下部，由深海海水水解生成的處于上部，結(jié)核稀疏地共生在該沉積層中。半液化層含有80%100%的海底生物。了解錳結(jié)核形成的狀態(tài)，對研究海底采礦是非常重要的。,5.深海采礦,1978年大洋采礦公司在夏威夷5000m深的太平洋海底進(jìn)行了開采試驗，成功地將錳結(jié)核連續(xù)地從海底提升到改裝的塞德克445號石油勘探船上，錳結(jié)核經(jīng)管道被泵提升到船載容器中，小時泵送量20t,共采1000t。采集的錳結(jié)核送到加拿大一家加工廠冶煉，并證明金屬可以回收，開發(fā)錳結(jié)核是可行的。1979年大洋采礦公司又在紅海進(jìn)行了開采海底金屬泥的試驗。,5.深海采礦,一般的海底采礦流程如下圖所示，這是法國海洋開發(fā)研究所設(shè)計的。,試驗條件：容積固體液體比例為12%，提升能力為500t/h。,5.深海采礦,這種海底采礦系統(tǒng)包括：,有一個集礦機(jī)，長18m,寬51m,高5m,重330t,水下重量為78t,依靠履帶沿海底移動，其速度為0.65m/s。集礦機(jī)通過6個吸入裝置采集結(jié)核，這些吸入裝置每次可采集12m寬，通過撓性管分選和泵送結(jié)核。設(shè)計能力為600t/h,有一條內(nèi)徑382mm、長600m的撓性管將集礦機(jī)與剛性提升管連接起來，呈可伸縮拱狀，可使集礦機(jī)偏離浮動平臺，避開障礙物,有一條鋼管，長4800m,由內(nèi)徑382mm、長27m管段組成，由位于水面下9001200m之間的4臺軸流泵進(jìn)行泵送，每臺泵的輸送壓力為240kPa,每臺泵重27t、高15m、直徑1.1m容積固體液體比例為12%，提升能力為500t/h,5.深海采礦,有一個半潛式“雙體船”平臺，這個平臺長110m、寬70m、高40m、吃水深22m。它將控制集礦提升作業(yè)，以及集礦機(jī)的移動和動態(tài)定位和牽引，結(jié)核的分選和運(yùn)輸。它在運(yùn)輸中的排水量為28600t,在倉后作業(yè)時的排水量為41600t.半潛式“雙體船”平臺中的錳結(jié)核，通過300m長的撓性管轉(zhuǎn)運(yùn)到運(yùn)礦船上，運(yùn)礦船計劃載重為6萬t,這種海底采礦系統(tǒng)包括：,5.深海采礦,據(jù)法國初步計算（按1988年價格），上述海底采礦工藝系統(tǒng)總投資為9.5億美元，每年回收150萬t(千重）錳結(jié)核。每年生產(chǎn)費(fèi)用總計2.41億美元，其中：采礦5490萬美元，運(yùn)輸3320萬美元，冶煉15290萬美元。,錳結(jié)核區(qū)域是國際海底管理局籌備委會劃給法國的先驅(qū)開采區(qū)。距檀香山3000km,面積75000km2,平均水深4800m,結(jié)核礦埋藏于表面沉積物中，沉積物中松散的軟泥，抗剪強(qiáng)度5kPa,采集的錳結(jié)核由運(yùn)礦船經(jīng)巴拿馬運(yùn)河運(yùn)到法國。,5.深海采礦,據(jù)預(yù)測，20052010年的金屬價格；硅錳鐵合金中的錳為0.65美元/Kg;鎳為8美元/kg;銅為2.1美元/kg;鈷為15美元/kg。據(jù)此計算，開采海底錳結(jié)核的稅前內(nèi)部投資收益率將為15.5%，這是工業(yè)部門可以接受的。,海底采礦是21世紀(jì)采礦的新課題，我國已經(jīng)列入研究項目。由國家海洋局牽頭，各有關(guān)部門研究人員參加，預(yù)計不久的將來會取得實際的成果。,6.月球采礦（mininginspace),2003年10月15日9時，宇航員楊利偉乘坐中國“神舟5號”航天飛船升空，在飛行21小時之后，于6月16日6時38分在內(nèi)蒙古平穩(wěn)安全著陸，從而使我國繼前蘇聯(lián)和美國之后成為第三個能獨(dú)立開展載入飛行的國家，舉國歡呼，引世人關(guān)注。,“神舟5號”發(fā)射成功之后，我國相繼于2005年10月12日9時“神舟6號”飛船成功發(fā)射。2008年9月25日21時“神舟7號”飛船成功發(fā)射，翟志剛、劉伯明和景海鵬三名宇航員實現(xiàn)了出艙活動。2011年11月1日5時“神舟8號”飛船成功發(fā)射，與之前發(fā)射的“天宮一號”空間交會對接，雖是無人飛行，但有形體假人隨之上天。,6.月球采礦（mininginspace),2012年6月16日18時37分“神舟9號”飛船升空，6月18日劉旺、景海鵬與劉洋三名宇航員完成“神舟9號”飛船與“天宮一號”自動對接，6月24日又完成手控交會對接和空間試驗任務(wù)，6月29日勝利返回地面，這標(biāo)志著中國航天技術(shù)進(jìn)一步成熟，我國計劃2020年將建成自己的太空家園。,我們在歡慶我國航天事來取得巨大成功之際，礦業(yè)界的同仁應(yīng)該設(shè)想和研究到月球上去采礦的課題了。月球上有著豐富的資源，這些資源按照聯(lián)合國憲章原則，歸屬世界人民所共有。當(dāng)然，誰先登上月球，誰就占有了資源，就有權(quán)優(yōu)先開發(fā)。,6.月球采礦（mininginspace),月球上賦存有宇宙燃料3H，估計有100萬噸。日本人曾經(jīng)測算過，1t3H與重氫核取變反應(yīng)產(chǎn)生的能量為61017J，如果有6t3H就可以滿足日本一年的電耗。,我國的能源特別是石油資源短缺。現(xiàn)在我國每年進(jìn)口石油20000萬噸，今后我國將成為世界第一大石油進(jìn)口國。我國人口占世界總量的21%，但石油資源卻只占世界總量的2.3%；消費(fèi)量占6%，目