文 興

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

基律納鐵礦是瑞典國有控股的國際化的高科技礦業(yè)集團LKAB公司旗下的一座地下礦山，礦山位于瑞典國北部，深入北極圈內200 km，是世界上緯度最高的礦產(chǎn)基地之一。礦區(qū)自然氣候環(huán)境惡劣，極晝和極夜現(xiàn)象明顯，全年中有一大半時間被大雪覆蓋，嚴寒難耐。

基律納鐵礦設計原礦年生產(chǎn)能力為2200萬t，采用高分段無底柱崩落采礦法采礦，豎井斜坡道聯(lián)合開拓，是世界上最大的地下礦山之一[1]，全礦共有4100多名員工，其中有600余名員工為外籍?；杉{鐵礦開采歷史始于1910年，早期采用露天開采，1965年由露天轉入地下開采，早期的露天開采在地表形成了深約230 m的大采坑。目前礦山的開采深度為1045 m，1045 m水平也是礦山的主要運輸水平，按照礦山生產(chǎn)安排，計劃在2018年前完成系統(tǒng)改造和產(chǎn)能提升，屆時將實現(xiàn)3500～4000萬t的生產(chǎn)能力。

1 現(xiàn)代采礦技術發(fā)展趨勢

在人類社會發(fā)展的長河中，采礦始終貫穿于整個歷史過程。采礦技術的發(fā)展軌跡為手工采礦、機械化采礦、自動化機械化采礦、智能化遙控化采礦，即無人采礦。所謂智能化遙控化采礦，就是在礦山數(shù)字化的環(huán)境下，智能化采礦設備與現(xiàn)代化采礦調度系統(tǒng)的集成[2]。隨著微電子技術和衛(wèi)星通訊技術的飛速發(fā)展，采礦設備的自動化和智能化的進程明顯加快，無人駕駛的程式化控制和集中控制的采礦設備，正進入工業(yè)應用階段，它為無人采礦的變革，提供了重要技術條件。據(jù)不完全統(tǒng)計，正在開展地下礦山智能化遙控采礦試驗和技術應用的國家有：南非、澳大利亞、瑞典、芬蘭、加拿大、智利等10多個國家。

21世紀依賴科技的發(fā)展，礦業(yè)已引入了一種全新理念，就是構建一種新的無人采礦模式，實現(xiàn)資源與開采環(huán)境數(shù)字化、技術裝備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化、信息傳輸網(wǎng)絡化、生產(chǎn)管理與決策科學化。

2 基律納鐵礦智能高效采礦技術

基律納鐵礦的主礦體呈一倒立的楔塊狀，走向長4 km，平均厚度80 m，平均埋深2 km。勘探發(fā)現(xiàn)礦石的品位隨著埋深越來越高，最高達70%。

2.1 礦床開拓方法

基律納鐵礦采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓，礦山有3條豎井，用于通風、礦石和廢石的提升，豎井安裝了斗容為75 t箕斗提升礦石，人員、設備和材料主要用無軌設備從斜坡道運送。

主提升豎井位于礦體的下盤，到目前為止，采掘面和主運輸系統(tǒng)已經(jīng)下移了6次，歷史開采先后形成的主運輸水平有275,320,420,540 m和775 m水平，目前的主要運輸水平在1045 m水平。主斜坡道位于礦體北部的下盤，坑口在工業(yè)場地附近，標高為+230 m，在進口段為單車道、雙巷，延伸至420 m水平時合并成為一條雙車道的單巷斜坡道，直線折返形式向下延深與各生產(chǎn)水平、輔助水平聯(lián)結。斜坡道的坡度為1∶1 0，雙車道斷面尺寸為8 m×5 m，巷道局部采用噴錨網(wǎng)支護，路面均進行了硬化處理。

2.2 采礦方法

1965年，基律納鐵礦由露天轉入地下開采后，一直采用特大規(guī)模無底柱分段崩落法開采并沿用至今，分段高一般為50～55 m，采礦方法見圖1。

圖1 分段崩落法采礦方法

井下開采從采準巷道掘進、采場鉆孔、爆破、采場裝載出礦、運輸、卸礦至礦倉、膠帶輸送至箕斗、豎井提升、礦石成品運輸?shù)拈_采工藝流程見圖2。

目前，礦山正在開拓1365 m主運輸水平，預計到2018年可部分投產(chǎn)。1365 m水平的設計生產(chǎn)能力為10萬t/d，約合3500萬t/a。

圖2 開采工藝流程

基律納鐵礦多年的安全高效開采得益于分段崩落法的成功應用，這種采礦方法的優(yōu)點主要有：

(1) 有利于大規(guī)模、機械化、高強度開采；

(2) 井下作業(yè)場所比較安全；

(3) 采礦工藝靈活，開采工作面易靈活調整，可多個作業(yè)面同時回采；

(4) 回采工藝簡單，生產(chǎn)設備和開采工序可實現(xiàn)標準化。

缺點和不足主要為礦石貧化較大，以及采場底部出礦時，多在獨頭的巷道中作業(yè)，通風難度較大。

2.3 鉆孔裝藥與爆破

巷道掘進采用鑿巖臺車，臺車裝有三維電子測定儀，可實現(xiàn)鉆孔精確定位。巷道掘進采用深孔掏槽，孔深一般為7.5 m，孔徑64 mm。采場鑿巖采用瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的Simba W469型遙控鑿巖臺車，孔徑115 mm，最大孔深55 m，該臺車采用激光系統(tǒng)進行準確定位，無人駕駛，可24 h連續(xù)循環(huán)作業(yè)。

采場大直徑(115 mm )深孔(40～50 m)裝藥使用山特維克公司的裝藥臺車，炸藥為抗水性好、粘度高的乳化炸藥，可以預裝藥，不受孔內積水影響，返藥量少。爆破網(wǎng)絡為人工連接，一般采用分段導爆管雷管、導爆管和導爆索網(wǎng)絡。

2.4 礦石遠程裝載和運輸與提升

目前，基律納鐵礦采場鑿巖、裝運和提升都已實現(xiàn)智能化和自動化作業(yè)，鑿巖臺車和鏟運機都已實現(xiàn)無人駕駛。礦石裝載采用阿特拉斯公司生產(chǎn)的Toro2500E型遙控鏟運機，斗容25 t，單臺效率為500 t/h，周平均出礦量約3.0～3.5萬t。這種鏟運機無廢氣排放、粉塵少、低噪音、使用壽命長，便于集中維修[3]。

井下運輸系統(tǒng)有膠帶運輸和有軌自動運輸兩種類型，膠帶運輸主要負責井下破碎站至提升箕斗段運輸，有軌自動運輸一般由8列礦車組成，礦車為連續(xù)裝、卸載的自動化底卸車，每列礦車的容積為17 m3。

膠帶輸送機自動將礦石從破碎站運送到計量裝置中，豎井箕斗在指定位置停穩(wěn)后，礦石自動裝入箕斗，工作人員按下手柄提升機隨即起動，將箕斗提升至地表卸載站后，箕斗底門自動打開，完成卸礦。裝載和卸載過程為遠程控制[4]。

2010年，為了提高產(chǎn)量，提高設備的可靠性和效率，礦山對提升系統(tǒng)進行了大規(guī)模改造，對用于停車和緊急制動的液壓盤式制動器進行了檢修，安裝了新型傳感器。通過技術改造，提升系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化[5]。

3 遙控砼噴射技術支護加固技術

巷道支護采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護。噴射混凝土厚度一般為3～10 mm，由遙控混凝土噴射機完成(見圖3)，錨桿和鋼筋網(wǎng)安裝使用錨桿臺車(見圖4)。大量智能遙控機械設備的投入使用，大大減少了支護工作量和成本，提高了支護效果。

圖3 遙控混凝土噴射機

圖4 錨桿和鋼筋網(wǎng)安裝

4 考察體會

曾幾何時，采礦業(yè)被認為是最臟、最苦、最累的工作，人們想象中礦工的樣子大概是滿身的泥污，在充滿污濁空氣的巷道中使用氣腿式鑿巖機，鉆孔、爆破，甚至人力裝載出礦。這也是國內不少礦山開采的真實狀況。

在基律納鐵礦，所有采礦人的夢想都已成為現(xiàn)實——礦山已基本實現(xiàn)“無人智能采礦”，僅依靠遠程計算機集控系統(tǒng)，工人和管理人員就可實現(xiàn)在計算機集中控制中心執(zhí)行現(xiàn)場操作。礦山開采規(guī)模之大、生產(chǎn)效率和自動化程度之高甚至讓人難以置信。這一切都得益于大型機械設備、智能遙控系統(tǒng)的投入使用，以及現(xiàn)代化的管理體系。采礦裝備是制約采礦方法、采礦工藝進步的主要因素，高度自動化和智能化的采礦裝備是確保安全高效開采的關鍵?；杉{鐵礦已經(jīng)實現(xiàn)設備大型化和自動化，在井下作業(yè)面除了看到檢修工人在檢修外，幾乎看不到其他工人，自動化程度非常高。

現(xiàn)代采礦技術與20世紀90年代相比，已經(jīng)不可同日而語。我們應站在世紀的高度，去探索和開發(fā)新的技術，高效開發(fā)利用有限的礦產(chǎn)資源，任重道遠!

參考文獻：

[1]汪 建.瑞典基律納鐵礦考察報告[J].礦業(yè)工程,2011, 2(9):57-61.

[2]謝 理,焦玉書，等.今日瑞典基律納鐵礦[J].中國礦業(yè), 2003, 12(4): 46-51.

[3]汪紹元,王 杰，等. 我國金屬礦山采礦裝備現(xiàn)狀與趨勢[J].現(xiàn)代礦業(yè), 2010(3): 16-18.

[4]M 伍夫.礦山自動化的發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 世界采礦設備,1999(5): 40-44.

[5]吳和平，等.井下無人采礦技術裝備導航與控制關鍵技術 [J].有色金屬, 2007, 59 (6):12-16.