矿业未来三主题

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绿色开发、深部开采、智能采矿,将成为我国金属矿业未来发展的三大主题.

近年来,我国矿业虽然在生产工艺、机械装备、资源回收、综合利用、数字矿山、矿业信息化等方面取得了长足进步,但是在9000多座金属矿山中,真正能代表国家金属矿业水平、达到或接近世界先进水平的现代化矿山还为数不多.

相当数量的中型矿山,其装备技术仍处于上世纪70年代水平；大量的小型矿山,其机械化水平低、管理粗放、环境安全等问题依然突出.

当前,我国金属矿业承受较大压力,其中主要面临以下四个方面的问题：第一,国家的工业化、城市化对金属的需求量仍持续大幅攀升.第二,资源形势严峻,大宗矿产的对外依存度已高达50%以上.第三,由矿产、土地、水体、森林构成的矿区环境系统严重恶化.第四,矿业科技水平特别是采掘装备与信息化水平相对落后.

因此,我们必须站在世界矿业科技前沿的高度,去审视我国金属矿业的发展状况,否则就会失去发展动力,甚至失去发展先机.

为了加速金属矿业现代化,大力提升金属矿业的国际竞争力,对未来金属矿业提出以下三大发展主题：绿色开发、深部开采、智能采矿.这三大主题也将引领金属矿业未来的发展方向.

绿色开发

现代矿业的发展是把双刃剑,在为人类提供大量工业原料的同时,也给人类的生存环境带来了严重破坏.

矿业工作者必须走矿区“绿色开发”的道路.

何谓矿区“绿色开发”?即把矿区的资源与环境作为一个整体,在充分回收、有效利用矿产资源的同时,协调地开发、利用和保护矿区的土地、水体、森林等各类资源.实现资源—经济—环境三者统一协调的开发过程,也是可持续发展理念在矿业中的延伸.

当然,矿区“绿色开发”要靠科技创新来提供有力支撑.矿区环境保护与生态修复应由过去的“先破坏、后修复”的被动模式,转变为贯穿于矿区开发全过程的动态的、超前的主动发展模式.

为此,传统的矿山设计应该转变为矿区资源绿色开发设计（包括矿床开采设计、矿区生态环境设计和矿山闭坑规划设计）,使矿山在生产、流通和消费过程中,能更好地推行减量化、资源化和再利用.

当前,我国金属矿山的废石、尾砂、废渣等固体废物堆存量已达180多亿吨,每年的采掘矿岩总量还以超过10亿吨的速度在增长.

因此,大力开发和推行废石、尾砂回填采空区的工艺技术,推行尾砂、废石延伸产品的规模化加工利用,还有相当大的发展空间.要从源头上控制废石产出率,采用合理的采矿方法,降低矿石损失贫化率,强化露天边坡的管理与控制,减少废石剥离量等,努力去实现废石产出最小化.

同时,我国金属矿业生产工艺复杂、流程长、采选回收率低,废石和尾矿中大量有价元素的利用率也很低.因此,要加大技术创新力度：其中包括复杂难处理矿的高效选别技术、废石和尾矿中有价元素提取技术、选矿在线检测与过程自动控制技术以及高效、节能和大型化选矿设备研制等.

此外,由于矿区水资源的保护与利用直接影响人类的健康、安全和生态环境,因此,要加大汞、镉、铅、铬、砷等污染水体的防治技术和区域、流域的水污染防治综合技术以及废水处理与污水回用技术等技术创新的研发力度.

目前矿区生态环境建设严重滞后,矿山废弃土地的复垦率只有12%（发达国家高达70%～80%）.废弃物中残存大量硫化物氧化所产生的酸性水,夹带大量的重金属离子,严重污染水系和土地.

所以我们要采取超前防治措施,对矿区生态系统的组成、结构和功能进行积极的调控、恢复和重建,同步开展生态环境修复,去实现整体协调、共生协调和发展协调.

深部开采

业内一般界定为：当金属矿山开采深度达到800米～1000米时,视为矿山转入了深部开采.据不完全统计,国外金属矿开采深度超过1000米的矿山有80多座,其中数量最多的是南非.而我国过去没有大规模进行深部资源勘探,主要以开采600米以上矿床为主.

近5年来,由于深部找矿工程的实施,有160多个矿山在深部找到了价值超过1万多亿元的矿产资源.由此可见,我国深部资源潜力较大,深部开采是矿业发展的必然选择.

由于深部开采是我国涉足较晚的领域,其开采环境与浅部不同,突出表现为“三高”,即高应力、高井温、高井深.这也导致采矿过程出现各种深井灾害问题.为此,未来深部开采的科研工作将主要围绕以下三方面展开.

首先,要拓宽深部开采的科研思路.虽然“三高”面临许多技术难题,成为致灾因素.但是笔者认为,能否将其转化为可以利用的因素,从而去一些更大的科学技术问题呢?当然,这一系列问题能否得到解决,都取决于我们能否打开思路.

其次,我们要重视深井开采的重要科学问题.近年来,我国深部开采取得了一些科研成果,也积累了一定经验.但是,在矿床埋藏深、岩温高、岩爆倾向大、品位低、开采强度大的条件下,如何实现安全、经济、高效、清洁生产?许多科学问题还有待深入研究.

再次,我们还要重点关注深部开采的重大工程技术问题.深部开采是一个特殊的作业环境,面临安全、工效、成本、资源回收等新的挑战.而采矿科技工作也要逐步向深部开采转移,引导深部采矿技术走向前沿.

智能开采

在我国,虽然深井采矿工程技术研究已经逐步开展,如“九五”开展了《千米深井矿山300万吨级强化开采综合技术》攻关；“十一五”开展了《矿井深部开采安全保障技术及装备开发》,《千米深井地压与高温灾害监控技术与装备》研究等；在岩爆监控、预测等方面做了大量研究,一些成果在生产实践中得到了应用.但是,仍有一些新的工程技术难题等待我们去攻克.

比如目前热门的智能采矿领域,就值得业内大力发展.

智能采矿是21世纪矿业发展的重要方向和前瞻性目标.在矿床开采中,以开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质,以实现安全、高效、经济、环保为目标的采矿工艺过程,称为智能采矿.

我国在智能采矿领域已经取得长足进步.“十一五”期间,国家开展了《地下采矿设备高精度定位和无人操纵铲运机的模型技术研究》、《数字化采矿关键技术与软件开发》等与智能采矿相关的重点攻关项目；“十二五”又启动了《地下金属矿智能开采技术》863项目等.

但是,实现智能采矿是一个复杂的系统工程,面临许多科技难题.在我国,当前最突出的是两大问题.

首先,井下大型采掘设备的制造水平低,缺少成熟的、智能化的凿岩钻车、铲运机和矿用汽车等现代装备,以及井下精确定位导航技术；另外,现有矿山的信息化、自动化水平相对较低.

其次,在采矿生产管控一体化综合信息平台开发方面相对滞后.这导致在资源评价与管理、开采优化设计和生产计划编制等生产技术方面,开采环境监测与安全预警等安全管理方面,以及可视化与智能决策等生产过程管控方面,技术手段落后,信息难以共享,不能为科学决策与管理提供有效的技术支撑.

为此,要实现智能采矿,需要包括数字、地质学、岩体力学、现代采矿学、信息与系统工程、机器人与自动控制理论、现代工程管理等多学科交叉,以及相关工业部门的密切合作.

同时,“智能采矿”也将实现采矿作业室内化、生产过程遥控化、矿床开采规模化、技术队伍知识化,并最终实现我国矿业的跨越式发展.