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深部金属矿开采关键理论技术进展与展望

姚雄刚

云南锡业集团(控股)有限责任公司老厂分公司

摘要: 随着地表金属矿资源逐渐枯竭,深部金属矿成为矿业发展的新热点。本文总结深部金属矿开采领域的关键理论与技术的最新进展,对未来发展进行展望。
关键词: 深部金属矿;开采技术;岩体力学;绿色开采;智能开采
DOI:10.12721/ccn.2023.157334
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前言:随着人类对金属矿资源需求的不断增长,传统地表矿产资源已经逐渐枯竭,使得深部金属矿的开采成为矿业领域的热点研究之一。深部金属矿的开采面临着诸多技术挑战,需要在岩体力学、建井提升技术、绿色开采和智能开采等方面取得突破。

一、金属矿深部开采关键理论与技术

(一)深部岩体力学理论

深部岩体力学理论是深部金属矿开采的基础理论之一,研究深埋岩体在高温高压环境下的力学行为和变形规律。深部岩体力学理论的研究对象包括岩石的强度、变形特性、断裂机理等,在深部金属矿开采过程中,岩体的力学特性直接影响着采矿工程的安全性和效率。随着采矿深度的增加,深部岩体受到的地压力和温度等环境因素也随之增大,这使得岩体的力学行为变得更加复杂。深部岩体力学理论的研究旨在解决深部金属矿开采中岩体破裂、变形等问题,从而提出相应的支护和加固措施,确保采矿作业的安全进行。此外,深部岩体力学理论也为矿山工程设计提供理论依据,包括井筒和巷道的合理设计以及支护结构的选取[1]。通过深入研究深部岩体力学,可以为深部金属矿的高效、安全开采提供科学的理论基础和技术支持。

(二)深部金属矿建井提升技术

深部金属矿建井提升技术是深部开采过程中至关重要的环节。随着采矿深度的增加,传统的地表开采方式已经无法满足需求,因此需要通过建设井筒来实现深部金属矿的提升,这涉及一系列高难度的技术问题。首先,建井技术需要考虑到深部地层的特殊性,如高地压、高温等环境因素对井筒结构的影响,设计合适的井筒结构以及选用耐高温、高强度材料是关键。其次,提升技术是指通过井筒将矿石从深部提升到地面,这需要涉及提升设备的设计和运行[2]。对于深部金属矿,提升过程中需要考虑到高温环境和可能存在的岩石块状物对提升设备的影响,因此提升设备的耐磨、耐高温等性能要求极高。最后,深部建井提升技术也需要考虑到井筒的稳定性和安全性,避免因地质条件不利或施工工艺不当导致的井筒坍塌或事故。

(三)深部金属矿绿色开采

深部金属矿绿色开采是在深度开采过程中,通过采用环保、可持续的技术和策略,最大程度地减少对环境的影响,同时提高资源利用效率的一种开采方式。首先,绿色开采涉及矿山资源的合理利用。通过科学的勘探和评估,确定矿藏规模和分布,避免过度开采和资源浪费,保护生态环境[3]。其次,绿色开采强调减少对周围生态环境的干扰,通过合理设计和布局矿山设施,采用环保技术,减少土壤侵蚀、水源污染等负面影响。再次,绿色开采也包括矿产资源的循环利用和再生利用,通过开发矿石精炼技术、废弃矿石再利用等方式,最大程度地减少资源浪费。最后,绿色开采需要注重社会责任,与当地社区共同发展,保障当地居民的权益,促进地方经济的可持续发展。

(四)深部金属矿智能开采

深部金属矿智能开采是利用先进的信息技术和自动化技术,在深部矿山开采过程中实现高效、安全、智能化的作业方式。首先,智能开采涵盖自动化设备的广泛应用。通过引入自动导航、传感器技术等,实现对采矿设备的远程监控和智能化操作,提高作业效率和安全性。其次,智能开采强调数据的实时监测和分析。通过采集矿山作业过程中的各类数据,如岩石变形情况、设备运行状态等,利用大数据技术进行分析,为作业决策提供科学依据。再次,智能开采还包括人机协作的优化。通过人员培训和技术支持,使得操作人员能够熟练运用智能设备,实现人机协同,提高作业效率。最后,智能开采技术也有助于提升矿山安全管理水平。通过实时监测设备运行状态和环境参数,及时发现并解决潜在的安全隐患,保障工人的生命安全。

二、金属矿深部开采展望

随着矿产资源的逐渐枯竭,深部金属矿开采将成为未来矿业发展的重要方向。以下是对深部金属矿开采未来发展的展望:首先,深部岩体力学理论将进一步深化。随着科技手段的不断提升,对深部岩体的力学行为、变形规律等方面的研究将得到更加准确和全面的认识,这将为深部金属矿的合理开采提供更为科学的依据。其次,建井提升技术将实现更高效率。未来,随着工程技术的不断创新,建井和提升设备将会变得更加先进,同时施工工艺也将得到优化,从而实现更快速、安全、经济的井建设和矿石提升过程。再次,绿色开采将成为矿业发展的必然趋势。环保意识的增强将促使矿业企业在开采过程中更加注重生态环境保护,将会采用更环保的采矿技术和材料,积极推动矿业产业的可持续发展。最后,智能开采技术将逐步普及和深化。随着人工智能、大数据等技术的发展,智能化将会在深部金属矿开采中得到更广泛的应用,通过实时监测、自动化作业等手段,提高开采效率和安全性。通过对关键理论与技术的不断突破和创新,将实现深部金属矿开采的可持续发展,为矿业行业的发展注入新的活力。

结论:深部金属矿的开采是矿业领域的重要发展方向,涉及岩体力学、建井提升技术、绿色开采和智能开采等多个关键理论与技术领域。通过不断的研究与创新,期待在这些领域取得新的突破,为深部金属矿开采提供更可靠的理论和技术支持。 

参考文献:

[1]张晓泓.基于绿色开采的深部金属矿开采模式与技术体系研究[J].世界有色金属,2022(07):133-135.

[2]李炎峰,刘志祥,闵晨笛.金属矿深部采场结构参数的模糊层次分析综合评判优化[J].矿冶工程,2022,42(01):24-29.

[3]赵源,赵国彦,裴佃飞等.地下金属矿绿色开采模式的内涵、特征与类型分析[J].中国有色金属学报,2021,31(12):3700-3712.