下载文档原格式
露天金矿的合理开采工艺【摘要】本文主要围绕着露天金矿的开采问题展开了分析，讨论了露天金矿合理开采的具体的工艺流程，分析了露天金矿开采的一些合理有效的工艺，以期可以提高露天金矿的开采水平。
【关键词】露天金矿；合理开采；工艺一、前言对于露天金矿而言，如何开采关乎开采的质量和效果，所以，做好开采工作非常重要。
开采工作的效果和工艺流程有关系，所以，首先要确保开采工艺的合理性。
二、我国金矿资源分布及特点国内金矿资源分布广泛，除却个别的省(区、市)，各省均有金矿资源产出。
我国金矿资源地区分布不均衡，基本呈现东部金矿储存面积广、种类多样。
我国大陆三个巨型深断裂体系决定了岩金矿的分布形势，其中，伴(共)生金主要产于长江中下游有色金属区域。
大致分布形势表现为，东部金矿储量／资源量占到31.6%，中部金矿储量／资源量大致是3O.7%，西部金矿储量／资源量为37.7%。
1、资源分布广泛除上海外，各省(区、市)均探明存在金矿，储量一般都比较集中。
我国有1000多个县(旗)已经探明有金矿资源，且我国的东部和中部地区金矿储量较多，其中山东、河南、陕西、河北四省的储量就占到了岩金储量的46%以上。
2、以岩金矿为主，伴生金较多岩金(占到探明金矿的63.2％)，山东储量／资源量最多，储量达593.61t，接近岩金总储量的1／4，居全国第1位，接着依次是甘肃、河南、云南、陕西、贵州、河北、江西；砂金(占探明金矿的11.8％)，黑龙江最为丰富，占27.7%，紧接的就是四川、陕西、甘肃。
伴生在铜、铅、锌等有色金属矿山中的伴生金所占比重约为25％。
许多伴生金矿床规模相当大，例如江西德兴239t，城门山70t，银山59t，甘肃金川75t，黑龙江多宝山73t等等。
其中大部分与铜矿床相伴生，占伴生金储量的78％。
3、大规模金矿床少，中小型较多岩金超大规模矿床只占到总数的2％、大规模矿床占到10％、中型占17％、小型高达71％。
就矿床品位来看，富矿比例少，中等品位居多，贫富两极分化严重。
课后习题集1露天开采的基本概念（1）什么叫露天开采？什么样的矿床适合用露天开采? 露天开采和地下开采相有什么优缺点？（2）简述我国露天开采发展现状及前景。
（3）什么叫露天矿、露天采场？划分山坡露天矿和凹陷露天矿的依据是什么？（4）解释封闭圈、台阶、采掘带、采区的概念。
（5）画图表示台阶及其构成要素。
（6）简述工作帮和非工作帮的概念。
（7）简述安全平台、运输平台、清扫平台的概念及其在露天开采中所起的作用。
（8）什么叫剥采比？（9）简述露天矿的建设程序？（10）露天矿的开采步聚有哪些？2矿岩松碎工作（1）矿岩松碎的方法有哪些？简述各种方法的适用条件。
（2）简述露天矿的主要穿孔设备，针对不同生产规模的矿山，怎么进行设备选型及数量计算？（3）露天开采中常使用的爆破作业方法有哪几种？在露天矿的生产过程中各起什么作用？（4）简述露天矿深孔爆破参数有哪些？（5）简述微差爆破和挤压爆破的优点及技术要点。
（6）简述露天矿靠近边坡的爆破工作常用的方法与技术要点。
（7）简述矿床露天开采对爆破工作的基本要求。
3采装工作（1）简述单斗挖掘机的工作参数。
（2）单斗挖掘机采掘带宽度如何确定？（3）单斗挖掘机如何选择和计算？4露天矿运输（1）简述露天矿运输的基本特点。
（2）简述露天矿常用的运输方式及各种运输方式的适用条件。
（3）简述各种运输方式的特点。
5排岩工作（1）选择废石场应遵循哪些原则？（2）简述目前露天矿常用的排岩工艺与各自的特点。
（3）露天矿为什么要对土地进行复垦？土地复垦的基本步骤和要求是什么？6露天开采境界（1）什么叫露天开采境界？影响露天开采境界的因素有哪些？（2）露天开采境界组成要素有哪些？（3）什么是剥采比？常用的剥采比有哪些形式？（4）如何用产品成本比较法确定经济合理剥采比？（5）确定经济合理剥采比有哪些方法？适用条件如何？（6）何为长露天矿？如何确定长露天矿境界剥采比？（7）何为短露天矿？如何计算短露天矿境界剥采比？（8）简述确定露天矿开采境界的方法和步骤。
露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的应用现状与发展趋势露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术是一种新兴的技术，它可以有效地修复矿山高陡岩质边坡的生态环境，提高矿山的生态效益。
目前，该技术已经在国内外得到广泛应用，并取得了一定的成效。
本文将从应用现状和发展趋势两个方面来探讨该技术的发展现状和未来发展趋势。
一、应用现状1. 国内应用现状目前，我国的矿山生态环境问题日益突出，矿山高陡岩质边坡的生态修复已经成为了矿山生态环境治理的重要内容。
在这方面，我国已经取得了一定的成效。
例如，在云南省的一个矿山中，采用了露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术，通过植被恢复和水土保持等措施，成功地修复了该矿山的生态环境，提高了矿山的生态效益。
2. 国际应用现状除了国内，国际上也有许多矿山采用了露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术。
例如，在加拿大的一个铜矿山中，采用了该技术，通过植被恢复和水土保持等措施，成功地修复了该矿山的生态环境，提高了矿山的生态效益。
二、发展趋势1. 技术发展趋势随着科技的不断进步，露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术也在不断发展。
未来，该技术将更加注重环保和可持续发展，采用更加先进的技术手段，提高矿山的生态效益。
2. 市场发展趋势随着人们对环保和可持续发展的重视，矿山生态环境治理的需求也越来越大。
未来，随着市场的不断扩大，露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的市场前景也将越来越广阔。
3. 政策发展趋势随着政府对环保和可持续发展的重视，未来政策将会更加支持矿山生态环境治理。
政府将会加大对露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术的支持力度，推动该技术的发展。
总之，露天矿山高陡岩质边坡生态修复技术是一种非常重要的技术，它可以有效地修复矿山高陡岩质边坡的生态环境，提高矿山的生态效益。
未来，该技术将会得到更加广泛的应用和发展。
采矿工程M ining engineering露天矿山开采技术进展及发展趋势研究曹 贺（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 满洲里 ０２１４００）摘 要：我国是能源消耗大国，矿石资源丰富，但开发储存量有限。
随着社会经济的发展与科学技术的进步，现代化露天开采技术得到广泛应用，有效提高开采效率，促进我国矿产业的发展。
本文简述露天矿山开采概况和应用得采矿技术，结合露天采矿技术的发展现状，提出适应时代发展的露天采矿技术的发展趋势。
关键词：金属矿山；露天开采；技术进展中图分类号：ＴＤ８５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２４－００５８－２Progress and development trend of open pit mining technologyCAO He（Ｃｈｉｎａ Ｇｏｌｄ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｍａｎｚｈｏｕｌｉ ０２１４００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｃｈｉｎａ ｉｓ ａ ｂｉｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｃｏｕｎｔｒｙ， ｒｉｃｈ ｉｎ ｏｒｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉａｌ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｍｏｄｅｒｎ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ＇ｓ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅｓ．Keywords: ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅ； ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ； ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｇｒｅｓｓ露天开采是人类开采矿物最早的方式，我国矿石资源丰富，早在3000年前就开始凿井开采铜矿。
浅谈我国露天采矿现状及新技术应用发展趋势摘要：随着经济快速发展，对矿产资源需求不断提高，矿产开发需不断推广和应用新技术和装备，便于提高采矿效率，降低投入、提高施工安全、增加效益。
现阶段采矿技术虽取得了瞩目成绩，但依然存在制约，需持续吸收先进采矿技术。
关键词：露天采掘技术；发展现状；爆破技术；无人驾驶1.我国露天采矿现状及背景1.1 露天采矿现状我国作为世界能源消费大国，但由于储量有限，随着经济发展程度和技术水平的不断提高，工业原料需求不断上升，导致矿产资源开采量的持续增加。
传统矿山资源开采难度不断增加，需要不断增加新采矿技术手段的投入，通过增加新的技术装备来提升采矿效率和质量，但必须控制或降低采矿成本、同时要提高采矿施工安全系数、同时满足经济效益好的要求。
据统计，目前国内规模的矿山共有1970多座，矿山开发建设中分为露天开发和井工，主要以地下开采为主；近年来，海洋开采技术也开始从试验，甚至已在一些领域取得了一定的技术成果，陆续出现成熟的采矿技术和设备。
1.2 研究目的和意义依托世界矿山开采技术的不断创新，通过现代化露天开采新技术和装备的不断普及和广泛应用，我国的矿山装备技术在一些领域也达到世界领先水平，这样不仅有效地提高了开采效率，还促进了我国矿产产业的发展。
另外，国内的金属矿山在逐步实现机械化、自动化、信息化、数字化等现代高科技技术的过程中，我国在采矿技术方面也在不断同步提高与创新，由于露天采矿技术有很多种类，所以大多会根据矿山条件来选择后期开采技术。
2.我国露天采矿主要工艺手段随着露天矿山开发的过程中结合行业先进技术和不断的实践积累，出现了不少技术成果，例如陡边坡开采、高阶采矿、间断或连续开采、大型深坑露天矿陡坡铁路或汽车运输系统、无公害爆破、露天转地下开采平稳过渡关健技术、无人驾驶等相关技术，大幅增强我国露天采矿技术整体实力和提高矿山开采生产效率[1]。
2.1现阶段我国露天采矿的主要手段2.1.1 陡边坡开采技术随着新的开采技术在露天矿产开采中的广泛应用，同时也对安全施工不断增加新的要求，例如要对地质条件比较特殊的施工区域进行开采，会明显制约开采效率[2]。
立志当早，存高远岩金矿露天开采—露天采场第四系地层高喷注浆技术堵水的应用高压喷射注浆技术在国内是近几年研究推广应用于软地层防渗的先进技术，它具有堵水效果好（板墙体渗透系数仅10－5～10－7cm/s）、成本低、适应性强、施工速度快和操作简便等特点。
仓上金矿利用该技术成功地解决了困扰露天剥离和采矿生产进行的第四系地层治水和流砂海泥的剥离两大难题，获得了显著的经济效益。
一、矿床地质概况矿体及其附近区域属断裂破碎带中间部位，岩性为断层泥，上下盘中部分碎裂岩呈10～30m 宽的带状、岩石硬度低、裂隙发育，破碎松散，稳固性很差，易产生冒顶塌方现象。
覆盖于矿体之上的第四系厚度约10m 左右，松散软弱，工程地质条件很差，其下为风化层，岩石硬度低，风化强烈，稳固性差，易产生肖坡现象。
矿体赋存于断裂的下盘，全部埋藏于当地侵蚀基准面之下断裂破碎带的隔水层隔水性良好，分布连续。
断裂带的下盘含脉状裂隙小，是矿床的直接充水水源。
上下盘含水层的裂隙较发育，但规模较小，多为压扭性，导水性富水性均较差。
浅层第四系的富水性较好，厚度较薄，分布在矿床之上及附近，是矿坑的直接充水岩层。
因此，解决第四系地层治水，是仓上金矿露天开采正常进行的技太关键。
二、高压喷射注浆技太及其应用采用高压喷射注浆技术是解决软地层防渗问题的有效方法之一。
该工艺主要作用原理是：采用三介质高压喷射注浆，在喷射管提升过程中将高压水和压缩空气同时喷射，冲切搅拌地层，同时将浆液注入冲切搅拌地层，形成混合凝结体。
在高压射流周围形成的强大卷吸作用下，送至管底的水泥浆沿喷射方向卷入冲切地带搅拌，充填裹袱，升扬置换，改进冲切地层的组成成分，形成防渗砂浆凝结体，其外侧还可形成浆液凝固层。
在射束的外侧和末端，虽不能冲切地层，但对周围地层产生挤压力，使浆。
第32卷第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀超㊀硬㊀材㊀料㊀工㊀程V o l.32 2020年10月S U P E R HA R D MA T E R I A LE N G I N E E R I N G O c t.2020ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ我国大理石矿山洞采技术现状及发展趋势郭灿廷1,周新连1,周志成2,蔡巍巍2,郭庆祥2,郑子亮2,陈㊀松2(1.桂林特邦机械制造有限公司,广西桂林㊀541004;2.桂林特邦新材料有限公司,广西桂林㊀541004)摘㊀要:介绍了洞采钻切一体机的设计思路和洞采工艺路线,针对国内多种洞采的方法和工艺进行研究对比,确定洞采钻切一体机的开采技术是一种先进㊁高效㊁绿色的矿山开采模式,其特点是全液压㊁低复杂度㊁自组织㊁低功耗㊁高效率,主要适合用于优质石材的开采㊂关键词:石材洞采技术;低功耗;高效率;洞采钻切一体机;超硬材料工具中图分类号:T Q164㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1673-1433(2020)05-0044-05C u r r e n t S t a t u s a n dD e v e l o p m e n t T r e n d o fC a v eM i n i n g T e c h n o l o g y i nC h i n aG U O C a n t i n g1,Z HO U X i n g l i a n1,Z HO UZ h i c h e n2,C A IW e i w e i2,G U O Q i n x i a n g2,Z h e n g Z i l i a n g2,C h e nS o n g2(1.G u i l i nT e b o n M c h i n e r y C o.L t d,G u i l i n,G u a n g x i541004,C h i n a;2.G u i l i nT e b o nS u p e r h a r d M a t e r i a lC o.L t d,G u i l i n,G u a n g x i541004,C h i n a)A b s t r a c t:T h ed e s i g n i d e aa n dt h e p r o c e s so fm i n i n g c a v ew e r e i n t r o d u c e d.T h ed o m e s t i cm e t h o d s a n d p r o c e s s e s o f t h e m i n i n g c a v ew e r e s t u d i e da n dc o m p a r e d.T h e i n t e g r a t e d t e c h-n o l o g y o f m i n i n g c a v e w i t h t h e d r i l l i n g a n d c u t t i n g m a c h i n e,w h i c h w a s c h a r a c t e r i z e d b y f u l l-h y d r a u l i c p r e s s u r e,l o w c o m p l e x i t y,s e l f-o r g a n i z a t i o n,l o w p o w e rc o n s u m p t i o n,a n dh i g he f f i c i e n c y,w a s p r o v e d t o b e a d v a n c e d,e f f i c i e n t,a n d g r e e nm i n i n g m o d e,a n dm a i n l y s u i t-a b l e f o rm i n i n g h i g h-q u a l i t y s t o n e.K e y w o r d s:s t o n e c a v em i n i n g t e c h n o l o g y;l o w p o w e r c o n s u m p t i o n;h i g he f f i c i e n c y;d r i l l i n ga n d c u t t i n g m a c h i n e f o r c a v em i n g i n g;s u p e r h a r dm a t e r i a l t o o l s1㊀前言在欧洲石材矿山,洞采已经很常见,洞采技术具有投资少,见效快的特点㊂可以沿矿体的高品质的矿脉生产,采出高档荒料,而且不破坏植被,实现环保开采的优势㊂而我国有几千座露天开采的石材矿山,因为长期粗放式经营㊁家庭作坊式的混乱开采和加工,导致环境污染㊁生态破坏㊁安全隐患等问题日益严重㊂近几年,福建㊁山东等省为了贯彻节约资源和保护环境的基本国策,切实把能源资源保障好,把环境污染治理好,把生态环境建设好,为人民群众创造良好生产生活环境,相继出台了一系列非常严厉的石材开采政策[1]㊂特别是从2018年开始,随着我国环保政策越加严苛,全国各地陆续关停了大量露天石材矿山,这将进一步迫使石材矿山使用洞采技术㊂近年以来,我国部分省市在石材矿山使用洞采技术,取得了一些收稿日期:2020-08-16作者简介:郭灿廷(1983-),男,助理工程师,河北工程大学机械制造及其自动化专业毕业,主要从事矿山㊁石材开采㊁切割机械㊁钻机的技术开发及项目管理工作㊂E-m a i l:362045968@q q.c o m㊂引文格式:郭灿廷,周新连,周志成,等.我国大理石矿山洞采技术现状及发展趋势[J].超硬材料工程,2020,32(5):44-48.实质性的进展,主要有甘肃金润玉石业有限公司㊁云南维西汉白玉矿,北京市汇源大理石厂㊁湖南郴州临武县大理石矿和山东栖霞璞石矿业公司㊂但鉴于洞采设备及工艺的不完善,效率普遍偏低,造成开采成本的增加,因此目前洞采一般适用于附加值较高的石材开采㊂面对市场刚性需求的增加,新的适用于洞采施工的设备开发意义越来越重要,以下将对洞采设备的开发现状及发展趋势做具体的阐述㊂党的十八大提出 推进绿色发展㊁循环发展㊁低碳发展和 建设美丽中国 的主张㊂近年来,石材露天开采矿山关停整顿的政策一个接一个下达,全国各大石材产区都在进行大刀阔斧的整治,全国到处一片关停声㊂石材作为一种装饰材料广泛应用于室内外装饰㊁幕墙装饰和公共设施建设,也是建筑㊁道路㊁桥梁等建设的重要原料之一,这些,都并未因石材矿山关停而减少㊂一方面石材需求没有减少,另一方面石材供给大幅减少,导致石材原材料价格大幅上涨,那些拥有自主矿山,或拥有稳定矿山资源的石材厂家也在急于寻找新的矿山开采技术㊂石材矿山的出路在何方?石材矿山的出路在绿色矿山建设,绿色矿山是今后矿山建设的标配,绝不是种树种草这么简单,而是涵盖矿山开采㊁安全㊁生产㊁管理㊁环保㊁资源利用㊁企业文化等全产业链深层次的 绿色 ㊂由于政策的影响,很多石材企业处于关停或濒临关停的状态,其根本原因就是露天开采存在的对环境的严重影响,硐室开采设备及技术的开发已经是迫在眉睫㊂2㊀我国大理石矿山洞采技术现状2.1㊀洞采带锯锯切法生产工艺在大理石洞采矿山的应用(1)甘肃金润玉石业有限公司大理石洞采甘肃金润玉石业有限公司,由于矿区地处植被茂密林区,为了保护植被,减少露天剥离面积,着力打造了绿色环保矿山㊂2012年邀请意大利专家多次论证,投资98万欧元引进意大利B e n e t t iM a c c h i n e石材洞采技术,使用洞采带臂锯和金刚石串珠锯开采设备相结合的生产工艺,将原露天开采改为地下洞采[2]㊂(2)云南维西县汉白玉矿大理石洞采云南维西县汉白玉矿位于维西县澜沧江畔,由于国家政策的限制,从一开始就采用洞采技术,引进的是国产中筑链臂锯2台,一台切割水平面㊂一台切割垂直面,总采购价格为180万元[6],绳锯机一台45k W,用于背切,由于矿山地质构造的原因,该矿山开工两年来,始终未形成规模开采能力㊂国产链臂锯在这个矿山暴露出极大的问题,故障率高,维修成本和使用成本居高不下,经常由于关键部件的损坏而长期停工㊂2019年,该矿又投资350万元购买了意大利链臂锯继续生产㊂(3)湖南郴州临武大理石矿山位于湖南郴州临武县斗水坪的大理石矿山是在原铅锌矿矿洞中开采大理石,该矿区是目前国内最大的洞采作业区,洞采设备及技术的应用都比较典型,其中一个开采区采用国产中筑最新推出的一体式链臂锯,可以切割水平及垂直面,采购价格为230万元,整个开采量在所有的采区中最高,但最大的问题还是设备可靠性差,维修率高,运行成本高,据该矿主反映,从购买到使用3个月以来,能够正常开工的时间只有1个月,而且用于冷却刀头的乳化液的消耗量相当惊人,每天的消耗价值都在2000元以上㊂2.2㊀全金刚石串珠锯锯切法生产工艺在大理石洞采矿山的应用(1)云南维西汉白玉矿山二号矿口洞口开拓作业使用金刚石串珠锯与钻机相结合的串珠锯锯切工艺进行大理石洞采㊂主要使用液压钻机㊁金刚石串珠锯和导绳轮柱进行施工㊂(2)山东栖霞璞石矿业公司大理石洞采山东栖霞璞石矿业公司,使用北京穿山龙洞采技术有限责任公司的洞采技术,即金刚石串珠锯与多功能潜孔钻机相结合的金刚石串珠锯锯切法工艺进行大理石洞采[3]㊂主要是使用多功能潜孔钻机㊁金刚石串珠锯和导绳轮柱进行施工,具体开采形状如图1㊂图1㊀金刚石串珠锯锯切法小断面法巷道施工图F i g.1㊀C o n s t r u c t i o nd r a w i n g o f s m a l l s e c t i o n r o a d w a yw i t hd i a m o n db e a d s a w54第32卷㊀第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀郭灿廷等:我国大理石矿山洞采技术现状及发展趋势2.3㊀我国现有洞采技术的对比(见表1)表1㊀洞采技术对比T a b l e1㊀C o m p a r i s o no f t u n n e lm i n i n g t e c h n o l o g y㊀㊀㊀项目序号㊀㊀㊀开采类别优点不足1链臂锯开采法设备自动化程度高设备可靠性差,维修率高,运行成本高2绳锯锯切法设备小巧灵活㊁操作简便,可随意调整锯切石材尺寸的大小产能相当低,工人劳动强度大3钻切机开采法设备集成化程度高,效率高对工人的操作技能要求较高2.4㊀洞采工艺过程图2㊀洞采开采过程示意图F i g.2㊀T h e s c h e m a t i c d i a g r a mo f t u n n e lm i n i n gp r o c e s s(1)使用钻切机把②石料从①岩体中左右分离出来(2)采用背面钻孔穿绳锯切割等工艺,把③优质石料从①岩体中分离出来3㊀我国大理石矿山洞采技术发展趋势3.1㊀技术发展趋势及意义发展和推广石材洞采技术具有下列目的和意义:(1)保护生态和自然环境根据 机制活㊁产业优㊁百姓富㊁生态美 建设的新蓝图,实施洞采将有效地使林业㊁植被㊁水土保持和谐发展,使自然生态保持天空蓝㊁大地绿㊁水源清的美貌,避免了青山挂白,还原了大地的原貌;减少了剥离和修复的要求㊂(2)充分开发和提高资源利用率石材是不可再生资源,发展石材业依赖于资源㊂以环境的代价换取资源的时代已经过去了㊂通过洞采可以充分地发掘和利用资源,使废弃矿山和名贵珍稀紧缺的石材资源起死回生,同时也可避开一些风景区㊁禁采区对露天开采的制约.既可有效地利用资源,又可在不影响地形㊁地貌的条件下,一举两得地发展经济和保护生态[4]㊂(3)提高矿山开采的安全度石材矿山地质结构一般较完整,石质坚实,洞采技术可以大大提高开采的生产安全,避免露天开采的气候和边坡㊁滚石㊁排液等影响,又可以避免地质灾害等种种不利因索,机械化的洞采开采技术也减轻了工人的劳动强度,有效地提高了生产的安全性㊂(4)不受矿山所在地的气候条件影响当石材矿山位于严寒㊁多雨地区,每年生产作业时间最短的可能只有半年时,选择洞采方式,即便是高寒的北方全年都可开采作业,不受气候变化条件的影响㊂(5)降低矿山的开采成本选择洞采是在地质资料清楚的基础上,根据山石结构选择洞口位置,如果岩石结构好,在洞口10m之内就可以一边开拓平巷作业一边采矿,与露采相比减少了大量的剥离等前期投人,提高了成材率,延长了矿山寿命,增加了作业周期㊂3.2㊀市场发展方向及规模:石材洞采技术,能够在质量相对较好㊁成材率相对较高的矿体中进行选择性开采取石,可以实现择优开采㊂还可以避免大量剥离风化层对环境造成的破坏和污染,最大限度地保护森林资源和植被,减少对植被和草原的破坏㊂而且可以避免因气候因素对矿山开采作业带来的影响,使矿山从破坏性开采走上绿色开采之路,是符合国家环保及产业发展政策,利国利民的可广泛推广的开采技术,只要能够保证我们开发的设备及工艺做到高效㊁低成本,可以预见其广阔的市场前景,可在广泛的区域及地区市场开发,可以进行有效推广㊂钻切一体机技术跨材料㊁机械设计㊁设备制造㊁智能控制㊁矿山开采等多学科领域,是一门多学科㊁跨领域且高度集成的新兴技术,国内洞采技术还处于起步㊁测试阶段㊂石材洞采取代露天开采是不可逆转的64超硬材料工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年10月趋势,其技术研究出现了方兴未艾的局面,国外石材业发达国家己多采用石材洞采开采技术,并形成了全套洞采开采装备及工艺;国内企业也开始积极开展具有中国特色的洞采装备及工艺研究㊂这项研究的推广应用有如下社会效益㊂(1)洞采对周边环境破坏远小于露采我国的几千座露天开采矿山,在追求产量的年代,忽视环境保护,使得开矿所到之处,树木伐光㊁河水断流㊁草场变戈壁,对周边环境产生巨大的破坏,而洞采不会破坏周边的植被,对周边环境破坏远小于露采㊂(2)石材洞采可极大提高石材的荒料率石材行业 十三五 发展规划提出:将大理石的荒料成才率由20%(2015年水平)提到25%(2020年水平),花岗石的荒料成才率由30%(2015年水平)提到40%(2020年水平)㊂目前对一些高角度逆插于高山中的矿层(如四川宝兴的 宝兴白 矿山),覆盖厚㊁山路陡,有人不惜采取大爆破的方法,将矿体炸碎,乱石滚到山下,可用的石材不及5%,需要大量的地方存放废石[5]㊂若采用洞采方法进行石材矿山开采,因洞采是沿着石材矿脉的方向进行开采,且只取出有用的石料,石材荒料成材率会非常高,远超石材行业 十三五 发展规划提出石材荒料率的要求㊂(3)降低石材综合开采成本石材矿山开采成本趋势在下降(见表2),石材洞采除直接开采成本高于露采外,其他成本都低于露采,洞采石材综合开采成本低于露采㊂表2㊀石材矿山露采与洞采效益分析T a b l e2㊀B e n e f i t a n a l y s i s o f o p e nm i n i n g a n d c a v em i n i n g i n s t o n em i n e项目林地费征地费修路费环保费植被破坏水保费水源破坏炸药及管理费生产安全风险成才率与当地矛盾采空区利用直接开采成本综合开采成本露采多多多多多多多多多低多无低高洞采少少少少少少少少少高少有高低㊀㊀(4)带动全国石材行业的发展广西㊁山东㊁云南和四川是全国石材的主产地,因受国家环保政策的影响,部份露天矿山处于关停状态,若引入新的安全㊁环保石材矿山洞采开采方法,将大力推进石材行业的发展㊂(5)推动全国超硬材料工具行业发展全国从事超硬材料工具生产的企业百余家,洞采项目开发成功后相关技术可在企业得到推广应用,配套的金刚石绳锯及钻头在这些企业生产,能提高超硬材料工具产业的核心竞争力,使超硬材料工具产业成为全国新的经济增长点,预计可新增产值10多亿元[6]㊂(6)为社会培养高端人才队伍产学结合㊁企校合作 是未来发展趋势,能促进企业与院校成为技术人才培养的 双主体 ,发挥企业和学校各自优势,实现双赢㊂长期实行企校合作,能为社会输送大量人才㊂随着金刚石行业规模以及相关产业扩大,将增设更多与之相关的工业园区,给高校学生提供更多的实习区域,能加强理论与实践相结合,提高人才科技素质,加快推进教育现代化,改革人才培养机制,培育造就高端人才队伍㊂综上所述,这项研究的推广与应用将实现国内石材矿山开采技术满足绿色环保清洁加工的发展要求,推动国内石材矿山开采的转型升级,带动机械加工行业和金刚石工具行业的发展,其社会效益十分明显㊂3.3㊀市场前景新型的石材硐室开采设备及技术的研究与开发,具有符合国家环保及产业发展政策,促进地方经济发展的重大意义㊂能够在质量相对较好㊁成材率相对较高的矿体中进行选择性开采取石,可以实现择优开采㊂还可以避免大量剥离风化层对环境造成的破坏和污染,最大限度的保护森林资源和植被,减少对植被和草原的破坏㊂而且能够避免因气候因素对矿山开采作业带来的影响,使矿山从破坏性开采走上绿色高效的开采之路,是利国利民的可广泛推广的开采技术,只要能够保证开发的设备及工艺能够做到高效㊁低成本,可以预见其广阔的市场前景㊂按石材行业 十三五 发展规划,到2020年,石材总产量达15亿平方米,石板厚度平均按25mm计,需3750万立方米完好石料,考虑部分石料有缺陷,实际所采方料至少需4000万立方米,若实现30%的石材方料采用洞采,洞采的荒料就能达1200万立方米,每台设备每年开采量按10000立方米计算,需1200台洞采设备,每台按50万元,市场容量就达6亿元㊂近期可在以下区域市场进行有效推广:湖南郴州地区(临武县㊁桂阳县)白云岩大理石的大范围洞采矿区;四川雅安宝兴县汉白玉产地由于其地质地貌,洞采技术已经是当地一直在采用的开采方式;云南怒江㊁澜74第32卷㊀第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀郭灿廷等:我国大理石矿山洞采技术现状及发展趋势沧江沿岸玉化大理岩的开采;新疆和田㊁喀什㊁库尔勒地区玉矿的开采;还有由于国家政策的限制㊁或者采区资源枯竭需要硐室开采的矿山㊂此外,洞采一体机的成功推广还能带动约5亿元的金刚石绳锯及钻头推广㊂参考文献:[1]㊀桂林特种新材料有限公司.金刚石绳锯的应用现状及未来发展[J].石材设备开发,2012,12:18-21.[2]㊀傅远伟.国内洞采石材新进展[J].石材,2015(11):20-24.[3]㊀巩辉.全绳锯洞采石材系统简介[J].石材,2017(4):35-38.[4]㊀廖原时.石材矿山的地下开采工艺技术(二)[J].石材,2017(7):3-9.[5]㊀张进生.石材矿山开采技术[M].北京:化学工业出版社,2007,100-105.[6]㊀郑超.我国金刚石绳锯和线锯工具快速发展[J].超硬材料工程,2019,31(4):49-53.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ中国科学技术大学在金刚石量子模拟研究领域取得新进展中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰㊁王亚等人与理论合作者北京大学刘雄军等合作,在金刚石氮-空位(N V)色心体系的量子模拟实验研究方面取得新进展㊂他们利用量子淬火动力学在实验上模拟了凝聚态体系中尚未观测到的三维手性拓扑绝缘体,并第一次对体内和表面的拓扑物理进行了全面的实验研究㊂该研究成果以Q U A N T U MS I M U L A T I O N F O RT H R E E-D I M E N S I O N A LC H I R A LT O P O L O G I-C A L I N S U L A T O R为题,发表在近期的‘物理评论快报“上[P H Y S.R E V.L E T T.125,020504(2020)]㊂凝聚态体系中拓扑物相的发现革新了对量子物质基本相认识,相关研究成为凝聚态物理的主流研究方向㊂拓扑材料的基本特性是在体内具有非平凡拓扑,边界则出现和体拓扑相对应的边界态㊂在过去的十多年里,人们在寻找新奇拓扑物质方面取得了大量突破,发现了诸多新的拓扑相,如量子霍尔效应㊁对称保护的拓扑绝缘体㊁拓扑半金属㊁拓扑超导体等㊂尽管如此,在理论预言的众多拓扑相中,目前仍只有很小的一部分在凝聚态实验中被观察到㊂量子模拟作为一种前沿的技术,可以超越真实体系所受的限制,为探索和研究各种奇异的量子物相提供了一种强有力的手段㊂诸多拓扑物理在各种量子模拟器上成功实现,包括二维H A L D A N E模型㊁自旋轨道耦合下的量子反常霍尔效应最小模型㊁一维手性拓扑相和三维半金属等㊂通常量子模拟器上只能模拟拓扑体态或者边界态,但无法做到同时模拟体内和边界,进而准确研究体-边对应㊂最近北京大学刘雄军教授组提出了平衡态拓扑物相的动力学表征理论[S C I E N C E B U L L.63,1385 (2018)],可以在动量空间得到普适的体-面(能带反转面)对应,类同于拓扑相在实空间的体-边对应,为基于量子模拟研究拓扑物性提供了理论基础㊂随后,中科大杜江峰院士和王亚教授等利用金刚石氮-空位缺陷自旋体系首先在二维拓扑体系上实验观测到了该动力学体-边对应关系[P H Y S.R E V.A100,052338(2019)]㊂在本工作中,他们进一步将上述方法扩展到三维手性拓扑绝缘体这一尚未在凝聚态体系中观测到的拓扑相中㊂他们在金刚石N V色心量子模拟器上,精确调控三维手性拓扑绝缘体在动量空间中的哈密顿量,利用量子态的动力学演化来表征哈密顿量,从而实现拓扑物相的动力学表征㊂实验结果不仅进一步支持了理论方法在向高维拓扑体系拓展的适用性,也观察到了对称性对拓扑相的保护㊁拓扑荷图像㊁以及衍生拓扑转变等一系列物理现象,加深了动力学拓扑物相研究的理解,为更广泛的拓扑物相的研究打下了基础㊂㊀(科教头条) 84超硬材料工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年10月。
