—— 綠色開發 深部開采 智能采礦
近年來，我國礦業雖然在生產工藝、機械裝備、資源回收、綜合利用、數字礦山、礦業信息化等方面取得了長足進步，但是在9000多座金屬礦山中，真正能代表國家金屬礦業水平、達到或接近世界先進水平的現代化礦山還為數不多；相當數量的中型礦山，其裝備技術仍處于上世紀70年代水平；大量的小型礦山，其機械化水平低、管理粗放、環境安全等問題依然突出。
當前，我國金屬礦業承受較大壓力，其中主要面臨以下四個方面的問題：第一，國家的工業化、城市化對金屬的需求量仍持續大幅攀升。第二，資源形勢嚴峻，大宗礦產的對外依存度已高達50%以上。第三，由礦產、土地、水體、森林構成的礦區環境系統嚴重惡化。第四，礦業科技水平特別是采掘裝備與信息化水平相對落后。因此，筆者認為，我們必須站在世界礦業科技前沿的高度，去審視我國金屬礦業的發展狀況，否則就會失去發展動力，甚至失去發展先機。為了加速金屬礦業現代化，大幅提升金屬礦業的國際競爭力，筆者對未來金屬礦業提出以下三大發展主題：綠色開發、深部開采、智能采礦。這三大主題也將引領金屬礦業未來的發展方向。
綠色開發遵循礦業可持續發展模式
現代礦業的發展是把雙刃劍，在為人類提供大量工業原料的同時，也給人類的生存環境帶來了嚴重破壞。因此，礦業工作者必須認真負起社會責任，徹底否定“大開采、低利用、高排放”的傳統礦業發展模式，堅定地走礦區“綠色開發”的道路。
何謂礦區“綠色開發”？即把礦區的資源與環境作為一個整體，在充分回收、有效利用礦產資源的同時，協調地開發、利用和保護礦區的土地、水體、森林等各類資源，實現資源—經濟—環境三者統一協調的開發過程，也是可持續發展理念在礦業中的延伸。
礦區“綠色開發”要靠科技創新來提供有力支撐。其科技創新內涵主要有：其一，礦區資源的綠色開發設計。礦區環境保護與生態修復應由過去的“先破壞、后修復”的被動模式，轉變為貫穿于礦區開發全過程的動態的、超前的主動發展模式。為此，傳統的礦山設計應該轉變為礦區資源綠色開發設計（包括礦床開采設計、礦區生態環境設計和礦山閉坑規劃設計），使礦山在生產、流通和消費過程中，能更好地推行減量化、資源化和再利用。其二，固體廢料產出最小化和資源化。當前，我國金屬礦山的廢石、尾砂、廢渣等固體廢物堆存量已達180多億噸，每年的采掘礦巖總量還以超過10億噸的速度在增長。因此，大力開發和推行廢石、尾砂回填采空區的工藝技術，推行尾砂、廢石延伸產品的規模化加工利用，還有相當大的發展空間。要從源頭上控制廢石產出率，采用合理的采礦方法，降低礦石損失貧化率，強化露天邊坡的管理與控制，減少廢石剝離量等，努力去實現廢石產出最小化。其三，礦產資源的充分開發與回收。當前，我國露天礦的采礦回收率為80%~90%，而地下礦只有50%~60%。我國金屬礦床主要采用地下開采方式，并大量采用傳統的兩步驟回采模式，所留礦柱的礦量高達35%~45%，由于礦柱不能及時回收并受到破壞，造成資源大量損失。因此，要大力創新采礦技術來遏制這一情況。其四，礦產資源有價元素的綜合利用。我國金屬礦業生產工藝復雜、流程長、采選回收率低，廢石和尾礦中大量有價元素的利用率也很低。因此，要加大技術創新力度，其中包括復雜難處理礦的高效選別技術、廢石和尾礦中有價元素提取技術、選礦在線檢測與過程自動控制技術以及高效、節能和大型化選礦設備研制等。其五，礦區水資源的保護、利用與水害防治。由于礦區水資源的保護與利用直接影響人類的健康、安全和生態環境。因此，要加強汞、鎘、鉛、鉻、砷等污染水體的防治技術、區域、流域的水污染防治綜合技術、廢水處理與污水回用技術等技術創新的研發力度。其六，礦區生態環境建設與復墾。當前，礦區生態環境建設嚴重滯后，礦山廢棄土地的復墾率只有12% 發達國家高達70%~80%。廢棄物中殘存大量硫化物氧化所產生的酸性水，夾帶大量的重金屬離子，嚴重污染水系和土地。因此，必須采取超前防治措施，對礦區生態系統的組成、結構和功能進行積極的調控、恢復和重建，同步開展生態環境修復，以實現整體協調、共生協調和發展協調。
深部開采開拓金屬礦業的前沿領域
業內一般界定為：當金屬礦山開采深度達到800米~1000米時，視為礦山轉入了深部開采。據不完全統計，國外金屬礦開采深度超過1000米的礦山有80多座，其中數量最多的是南非。而我國過去沒有大規模進行深部資源勘探，主要以開采600米以上礦床為主。近5年來，由于深部找礦工程的實施，有160多個礦山在深部找到了價值超過1萬多億元的礦產資源。由此可見，我國深部資源潛力較大，深部開采是礦業發展的必然選擇。
深部開采是我國涉足較晚的領域，深部開采環境與淺部不同，突出表現為“三高”，即高應力、高井溫、高井深。這導致采礦過程出現各種深井災害，帶來許多技術難題。為此，未來采礦科研工作，要逐步轉向深部開采，這是金屬礦業的前沿研究領域。未來深部開采的科研工作主要凸顯以下三個方面：其一，拓寬深部開采的科研思路。“三高”環境是致災因素，筆者認為，能否將其轉化為可以利用的因素，從而去破解一些更大的科學技術問題呢？比如，高應力是否有利于堅硬礦巖的致裂破碎，從而提高礦石破碎質量？可否用來創造一種高應力誘導致裂的破巖新技術和誘導致裂破碎的連續采礦法呢？高井溫是否有利于深部貧礦原地破碎溶浸采礦？是否可用熱管技術導出深井高溫進行發電呢？高井深是否可以作為新的動力源，用于開發水動力采礦設備？是否可利用高壓水頭實現深井礦物的水力提升或深井高壓注漿、水力充填呢？其二，關于深井開采的重要科學問題。近年來，我國深部開采取得了一些科研成果，也積累了一定經驗。但是，在礦床埋藏深、巖溫高、巖爆傾向大、品位低、開采強度大的條件下，如何實現安全、經濟、高效、清潔生產？許多科學問題還有待深入研究。例如，深部開采巖體力學行為與成災機理、深井高應力礦巖誘導致裂的研究、深部采動圍巖二次穩定控制理論、深井開采中高溫環境控制研究以及深井原創性采礦模式研究等。其三，關于深部開采的重大工程技術問題。深部開采是一個特殊的作業環境，面臨安全、工效、成本、資源回收等新的挑戰。我國先后開展了《千米深井礦山300萬噸級強化開采綜合技術》、《礦井深部開采安全保障技術及裝備開發》和《千米深井地壓與高溫災害監控技術與裝備》等科技攻關；為了使深部采礦技術走向前沿，我們需要開展許多工程技術問題的研究，如：深井高應力礦巖誘導致裂落礦連續采礦技術，深井高應力環境下的采礦系統與工程結構，深井高濃度漿體和膏體輸送與充填技術，研制以深井高壓水頭為動力的礦山設備，深井選礦、排廢與細粒精礦水力理升技術，深井上行無（少）廢開采技術，深井遠程遙控和自動化采礦示范工程等。
智能采礦走向金屬礦業的未來目標
在礦床開采中，以開采環境數字化、采掘裝備智能化、生產過程遙控化、信息傳輸網絡化和經營管理信息化為特質，以實現安全、高效、經濟、環保為目標的采礦工藝過程，稱為智能采礦。未來礦山的智能采礦是21世紀礦業發展的重要方向和前瞻性目標。
我國在智能采礦領域已經取得長足進步。“十一五”期間，國家開展了《地下采礦設備高精度定位和無人操縱鏟運機的模型技術研究》、《數字化采礦關鍵技術與軟件開發》等重點攻關項目；“十二五”又啟動了《地下金屬礦智能開采技術》863項目等。
但是，實現智能采礦是一個復雜的、高技術的系統工程，面臨許多科技難題。在我國，當前最突出的有兩大問題：第一，井下大型采掘設備的制造水平低，缺少成熟的、智能化的鑿巖鉆車、鏟運機和礦用汽車等現代裝備，以及井下精確定位導航技術。另外，現有礦山的信息化、自動化水平相對較低。第二，在采礦生產管控一體化綜合信息平臺開發方面相對滯后。這導致在資源評價與管理、開采優化設計和生產計劃編制等生產技術方面，開采環境監測與安全預警等安全管理方面，以及可視化與智能決策等生產過程管控方面，技術手段落后，信息難以共享，不能為科學決策與管理提供有效的技術支撐。
在推進智能采礦的過程中，礦山數字化是基礎，它為礦山資源評價、開采設計、生產過程控制與調度自動化、生產安全和管理決策等提供新的技術平臺，這需要多目標的科學技術創新；它所涉及的領域非常廣泛，因此，需要包括數字、地質學、巖體力學、現代采礦學、信息與系統工程、機器人與自動控制理論、現代工程管理等多學科交叉，要有自動化、信息化、智能化等高技術的強力支撐。
智能采礦已經成為世界礦業共同關注和優先發展的技術前沿，它的實現將給礦業帶來深遠影響：實現采礦作業室內化，使大批礦工遠離井下工作面；實現生產過程遙控化，可全面提高井下的技術裝備水平；實現礦床開采規模化，有利于推進集中強化開采；實現技術隊伍知識化，使傳統礦業將向知識型產業過渡；推動礦業的全面升級，將帶動機械制造與信息技術等產業鏈的延伸和發展。
智能采礦是研究成果不斷積累、集成的過程，也是各類礦山結合實際應用相關成果、逐步提升采礦水平的過程，雖有很長的路要走，但時不我待，在世界礦業的競爭中，我們要穩步推進金屬采礦的智能化。
來源：中國冶金報
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