矿山概论

belinda · 发表于 2011-9-28 13:54

　　矿山规模（也称生产能力）通常用年产量或日产量表示。年产量即矿山每年生产的矿石数量。按产量的大小，分为大型、中型、小型3种类型。矿山规模的大小，要与矿山经济合理的服务年限相适应，只有这样，才能节省基建费用，降低成本。在矿山生产过程中，采掘作业既是消耗人力、物力最多，占用资金最多，又是降低采矿成本潜力最大的生产环节。降低采掘成本的主要途径是提高劳动生产率及产品质量，降低物资消耗。
编辑本段数字矿山
　　加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和自动切割采矿；芬兰采矿工业也于1992年宣布了自己的智能采矿技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题；瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grountecknik 2000”战略计划。中国矿业大学等单位也相继开展了采矿机器人（MR）、矿山地理信息系统（MGIS）[1、2]、三维地学模拟（3DGM）[3]、矿山虚拟现实（MVR）[3]、矿山GPS定位等方面的技术开发与应用研究。　　1997年7月，澳大利亚联邦科工组织（CSIRO）制定了一项关于煤炭勘探与开采的三年研究计划，投入3100万澳元，围绕资源评估、采矿工艺革新、矿井瓦斯控制与利用、自动化、安全和材料精细控制等六个方面、按18个专门项目进行研究。其中地质评估与急救响应是最具特色的两项。1）地质评估：开发了一个基于3D块体模型的软件来评估矿井或采区的地层环境（沉积环境）；并且通过一个交互式3D（和4D）软件包来对多种异质数据（微震监测数据、中子伽玛采样数据等）进行3D可视化；以及通过有限元/有限差分（FE/FD）模型来逼真地模拟开采后的岩体变形。2）急救响应：开发了一个人身安全定位与监测系统，该系统由控制装置、监测设备、网络灯标和矿工异频雷达收发机组成，具有无线通讯能力，即使在发生瓦斯爆炸等井下灾害之后仍能报告井下矿工的位置和安全状况；并开发了一个名叫Numbat的遥控无人驾驶急救车，用于爆炸之后对伤员进行紧急抢救。　　随着实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，国际上一些大型露天矿山（包括我国的平朔、霍林河矿区）已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。此外，专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。
编辑本段遥控采矿
　　国际著名矿山企业——加拿大国际镍公司（Inco）从20世纪90年代初开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作。Inco公司给遥控采矿下的定义是[5]：“利用目前最先进的技术，包括地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统，去操纵采矿设备与采矿系统。”遥控采矿工艺包括自动凿岩、自动装药与爆破、自动装岩、自动转运、自动卸岩和自动支护等，其技术基础是高速地下通讯系统和高精度地下定位、定向系统（要求达到mm级）。　　现在，Inco公司已研制出样机系统，并在加拿大安太略省的萨德泊里盆地的几家地下镍矿试用。实现了从地面对地下矿山进行控制，甚至可以从400Km以外的首都多伦多对地下镍矿的采、掘、运活动进行远距离控制。遥控采矿的核心部件是Inco公司开发的一个能在地下获取定位数据的名叫HORTA的装置。将该装置安装在地下观测车上，当观测车在地下或矿体内部巷道中漫游时，HORTA就会利用其激光陀螺仪和激光扫描仪在水平和垂直面上扫描矿山巷道的断面，进而产生巷道的三维结构图。Inco公司还计划将HORTA完善后，将其安装在钻机上。届时，安装了HORTA装置的钻机将自动驶往目标巷道，自动完成开凿作业，然后再自动驶往下一巷道。　　目前，Inco公司在Stobie矿和Greighton矿分别有6台和8台遥控采矿设备投入运行[5]。1999年6月，Inco公司在地面的一幢大楼内设立了一个中央控制站，对该公司所属的多个矿山、多个矿体的开采活动进行集中自动控制。由此，地下矿山的采、掘、运均实现了无人作业，即无人采矿（hands-off mining），仅当设备出现故障时，维修人员才会到达采掘现场。
编辑本段监控系统
　　综合管理系统主要包括6个子系统组成，其中其基本含义如下：　　1 安全监控监听子系统：主要完成井下井上等监控地点的图像和声音信号的采集；　　2 报警输入输出子系统：主要完成井下瓦斯传感器、风速传感器、温度传感器、应急传感器等的报警输入信号，并完成主控室报警并自动按照预先设置的控制方式动作的报警系统；　　3 监控记录与回放子系统：主要将图像信号、声音信号、报警信号进行长时间的记录与回放，其存储的时间可在 24小时------数月之间进行选择，支持其他控制中心通过用户名称和密码的认证调用井下的内容，并做到事故发生后马上可以查出各监视地点在最近的活动历史，为救援和确定井下情况作重要参考依据；　　4 布线防护子系统：采用星型分布式结构，一个信号可通过多条路线路由出井，电源信号也在内部，有效保证了事故发生后全部线缆被炸断而无法继续监控的后果，除重大事件外，一般情况下均可保证数点正常工作！　　5 电源供电子系统：传统的监控方式一般均采用就近供电方式，造成事故发生后即使完好的设备也由于全部断电而无法工作，本套系统最大的特点在于可以线缆供电，最大状态下保证系统的连续工作能力； 6 安全广播子系统：在本系统中引入安全广播的概念，使得在紧急情况下井上指挥中心可以指挥井下人员的动作，或者告诫人员的违规行为。
编辑本段矿山救护
　　在矿山建设和生产过程中，由于自然条件复杂、作业环境较差，加之人们对矿山灾害客观规律的认识还不够全面、深入，有时麻痹大意和违章作业、违章指挥，这就造成发生某些灾害的可能。为了迅速有效地处理矿井突发事故，保护职工生命安全，减少国家资源和财产损失，必须根据两大《规程》(煤矿安全规程、煤矿救护规程)的要求，做好救护工作。同时，还要教育职工，在发生事故时如何积极进行自救和互救。　　矿山救护队是处理矿井火灾、瓦斯、煤尘、水、顶板等灾害的专业性队伍，是职业性、技术性组织，严格实行军事化管理。实践证明，矿山救护队在预防和处理矿山灾害事故中发挥了重要作用。
编辑本段采矿方法
　　根据矿石回采过程中采场管理方法不同，非煤井工矿山采矿方法可分为四大类：　　（1）空场采矿法，特点是在回采过程中，采空区主要依靠暂留或永久残留的矿柱来支撑，采空区始终是空着的，一般在矿石与围岩很稳固时采用。　　（2）崩落采矿法，特点是随着矿石采出，有计划地用崩落矿体的覆盖岩层和上下盘岩石来充填采空区，以控制采区地压。一般在矿体围岩不稳固，地表允许陷落的条件下采用。　　（3）留矿采矿法，特点是在回采过程中，采空区内暂时存留部分采下来的矿石，借以配合矿柱支撑采空区，并保持留有足够的回采空间。一般在矿石较稳固，且不易氧化、粘结和自燃，矿体围岩中等稳固的条件下采用。　　（4）充填采矿法，特点是在回采时，采空区依靠充填其内的充填物来支撑。这种方法能有效地维护采空区，对围岩的稳固性要求不高，但生产成本较高。主要用于开采矿石价值高，充填材料充足，地表不允许陷落和地质条件特别复杂的条件。