1、金属采矿科学技术发展展望金属采矿科学技术发展展望 纲要纲要 1 深地开采技术深地开采技术 2 3 4 智能采矿技术智能采矿技术 深空采矿技术深空采矿技术 深海采矿技术深海采矿技术 5 结束语结束语 1 深地开采技术 1 深地开采技术 随着全球经济的高速推进，浅部矿产资源逐渐枯竭，深部矿床将成为今后的主要开采对象；随着全球经济的高速推进，浅部矿产资源逐渐枯竭，深部矿床将成为今后的主要开采对象；南非等国家早在上世纪80年代就已进入深部开采，据不完全统计，目前全球进入深部开采的金属矿山已120多座；南非等国家早在上世纪80年代就已进入深部开采，据不完全统计，目前全球进入深部开采的金属矿山已120多座

2、；这些深井开采矿山主要分布在加拿大、南非等矿业发达国家，这些深井开采矿山主要分布在加拿大、南非等矿业发达国家，以金矿、铜矿等有色矿山 为主；以金矿、铜矿等有色矿山 为主；南非的卡里顿维尔金矿 （Carlrtonville）竖井深达到 了4164米，开采深度达到 3800米。南非的卡里顿维尔金矿 （Carlrtonville）竖井深达到 了4164米，开采深度达到 3800米。1 深地开采技术 1 深地开采技术 本世纪初，我国金属地下矿山开采深度超过1000米的很少。目本世纪初，我国金属地下矿山开采深度超过1000米的很少。目前已有16座矿山开采深度超过1000米，其中最深的达到1600米；前已

3、有16座矿山开采深度超过1000米，其中最深的达到1600米；未来10年内，我国1/3以上的地下金属矿山开采深度将达到或超未来10年内，我国1/3以上的地下金属矿山开采深度将达到或超过1000米，部分矿山将达到2000 过1000米，部分矿山将达到2000 -3000米。-3000米。深部开采将是我国矿产资源开深部开采将是我国矿产资源开发面临的主要问题，必须把5000米发面临的主要问题，必须把5000米开采深度作为深部开采研究的战略目标。开采深度作为深部开采研究的战略目标。1 深地开采技术 1 深地开采技术 深部开采的难题主要有：（1）高应力 深部开采的难题主要有：（1）高应力 （2）高井温

4、（2）高井温 （3）高井深 （3）高井深 （40-80Mpa）诱发岩爆，导致冒顶，支护困难，危及作业安全。（40-80Mpa）诱发岩爆，导致冒顶，支护困难，危及作业安全。（30-60）导致矿石自燃，炸药自爆，工作环境恶化，突破人的生理极限。（30-60）导致矿石自燃，炸药自爆，工作环境恶化，突破人的生理极限。（1000-5000米）导致提升、通风、排水、充填困难，效率降低，费用提高，现有技术甚至不可行。（1000-5000米）导致提升、通风、排水、充填困难，效率降低，费用提高，现有技术甚至不可行。1 深地开采技术 1 深地开采技术 上世纪80年代，加拿大开展了为期10年的深井研究计划，研究内容

5、包括：微震监测、岩爆预报、岩爆潜在区的支护体系以及岩爆危险评估等；上世纪80年代，加拿大开展了为期10年的深井研究计划，研究内容包括：微震监测、岩爆预报、岩爆潜在区的支护体系以及岩爆危险评估等；南非于1998年启动了一个深井研究计划，旨在解决3000-5000米深的南非于1998年启动了一个深井研究计划，旨在解决3000-5000米深的金矿的安全、经济开采问题，耗资1380万美元。取得了金矿的安全、经济开采问题，耗资1380万美元。取得了水压支柱、水压支柱、水力钻机、井下制冷降温、快速连续采矿、井下选厂水力钻机、井下制冷降温、快速连续采矿、井下选厂等一系列创新成果。等一系列创新成果。我国从“九

6、五”开始不断进行深井开采领域的技术研究，在岩爆发生机制、预测、监控等方面做了大量的研究工作；我国从“九五”开始不断进行深井开采领域的技术研究，在岩爆发生机制、预测、监控等方面做了大量的研究工作；“十三五”期间，科技部在“深地资源勘查开采”重点专项中，围“十三五”期间，科技部在“深地资源勘查开采”重点专项中，围绕深井开采问题，设置了一系列的研究项目。绕深井开采问题，设置了一系列的研究项目。纲要纲要 1 深地开采技术深地开采技术 2 3 4 智能采矿技术智能采矿技术 深空采矿技术深空采矿技术 深海采矿技术深海采矿技术 5 结束语结束语 2 智能采矿技术 2 智能采矿技术 矿山作业环境恶劣是社会所公

7、认的，随着开采深度的增加，这种状矿山作业环境恶劣是社会所公认的，随着开采深度的增加，这种状况更加凸显；况更加凸显；人类文明的进步，要求彻底改善工人的劳动条件，树立矿山和矿工新形象；人类文明的进步，要求彻底改善工人的劳动条件，树立矿山和矿工新形象；物联网、人工智能等技术的快速发展，大数据、云计算技术的出现，为矿山信息化、数字化注入了新的活力；物联网、人工智能等技术的快速发展，大数据、云计算技术的出现，为矿山信息化、数字化注入了新的活力；因此，建设 因此，建设智能矿山智能矿山，实现矿山的无人或少人化作业，是从根本上，实现矿山的无人或少人化作业，是从根本上改变矿工劳动条件，实现矿山本质安全的唯一途径

8、。改变矿工劳动条件，实现矿山本质安全的唯一途径。智能采矿是矿山技术变革、技术创新的一种必然，是两化融合、互联网+矿业理念的具体体现。智能采矿是矿山技术变革、技术创新的一种必然，是两化融合、互联网+矿业理念的具体体现。2 智能采矿技术 2 智能采矿技术 国际上，一些矿业发达国家，从上世纪90年代开始智能矿山技术的研发，取得了丰硕的成果；国际上，一些矿业发达国家，从上世纪90年代开始智能矿山技术的研发，取得了丰硕的成果；1992年，芬兰提出了智能矿山技术研究计划（IM）；1992年，芬兰提出了智能矿山技术研究计划（IM）；1997年，在以上研究的基础上，进一步提出了智能矿山实施研发技术计划（IMI

9、），并开始在奥托昆普公司凯米铬矿进行试验；1997年，在以上研究的基础上，进一步提出了智能矿山实施研发技术计划（IMI），并开始在奥托昆普公司凯米铬矿进行试验；1993年，加拿大开始实施采矿自动化项目（MAP）五年计划。1993年，加拿大开始实施采矿自动化项目（MAP）五年计划。在国内，科技部从“十一五”开始，通过“863”计划项目，支持矿山数字化、智能化方面的研究；在国内，科技部从“十一五”开始，通过“863”计划项目，支持矿山数字化、智能化方面的研究；“十三五”，科技部目前立项支持的项目：国家重点研发技划“地下金属矿规模化无人采矿关键技术研发与示范”。“十三五”，科技部目前立项支持的项目：

10、国家重点研发技划“地下金属矿规模化无人采矿关键技术研发与示范”。2 智能采矿技术 2 智能采矿技术 在地下开采矿山，智能化的基本内涵为：在地下开采矿山，智能化的基本内涵为：（1）回采作业自动化 凿岩（掘进台车、中深孔台车）、爆破（装药车）、支护（撬毛台车、喷浆台车、锚杆台车）、出矿（铲运机、卡车）（1）回采作业自动化 凿岩（掘进台车、中深孔台车）、爆破（装药车）、支护（撬毛台车、喷浆台车、锚杆台车）、出矿（铲运机、卡车）（2）矿石流管理智能化 （2）矿石流管理智能化 溜井监测、无轨运输、有轨运输、竖井提升、胶带运输 （3）固定设备无人值守 通风、排水、供风、供电、供水、充填等 （4）地质资源管

11、理智能化 溜井监测、无轨运输、有轨运输、竖井提升、胶带运输 （3）固定设备无人值守 通风、排水、供风、供电、供水、充填等 （4）地质资源管理智能化 资源储量计算、评估、管理，开采设计、规划与计划 资源储量计算、评估、管理，开采设计、规划与计划 （5）生产管理智能化 作业计划、生产调度、质量控制、生产验收、成本控制。（5）生产管理智能化 作业计划、生产调度、质量控制、生产验收、成本控制。2 智能采矿技术 2 智能采矿技术 对于露天矿山，利用卫星导航系统，指挥调度穿孔、爆破、装载、运输、排土设备的运转，技术已经非常成熟；对于露天矿山，利用卫星导航系统，指挥调度穿孔、爆破、装载、运输、排土设备的运转

12、，技术已经非常成熟；钻机、电产、卡车的智能化，主要是车辆的自主运行，成为露天矿山智能钻机、电产、卡车的智能化，主要是车辆的自主运行，成为露天矿山智能化研究的重点。化研究的重点。一些设备制造公司和国际知名矿业公司联合，开展了一系列的研究工作并一些设备制造公司和国际知名矿业公司联合，开展了一系列的研究工作并取得成效。取得成效。（1）视距内遥控车辆；（2）远程遥控车辆；（3）无人操作自动化车辆。（1）视距内遥控车辆；（2）远程遥控车辆；（3）无人操作自动化车辆。2 智能采矿技术 2 智能采矿技术 智能采矿技术研究进展相对比较缓慢：（1）技术难度 （2）成本 （3）开采条件 智能采矿技术研究进展相对比

13、较缓慢：（1）技术难度 （2）成本 （3）开采条件 最近几年发展较快：最近几年发展较快：（1）开采深度增加 （2）人工成本增高 （3）安全压力 （4）社区、环保等因素 （1）开采深度增加 （2）人工成本增高 （3）安全压力 （4）社区、环保等因素 推动矿业大国向矿业强国过渡，同时带动信息、机械制造等产业推动矿业大国向矿业强国过渡，同时带动信息、机械制造等产业链的延伸和发展。链的延伸和发展。纲要纲要 1 深地开采技术深地开采技术 2 3 4 智能采矿技术智能采矿技术 深空采矿技术深空采矿技术 深海采矿技术深海采矿技术 5 结束语结束语 3 深海采矿技术 3 深海采矿技术 地球上海洋面积占70%以

14、上。深海蕴藏着丰富的油气、矿产、生物等战略资源；地球上海洋面积占70%以上。深海蕴藏着丰富的油气、矿产、生物等战略资源；陆地资源的过度开采，矿物的供不应求促使越来越多的公司考虑在海陆地资源的过度开采，矿物的供不应求促使越来越多的公司考虑在海底作业，即深海采矿；底作业，即深海采矿；联合国国际海底管理局（ISA）已经批准了20多份海底探索和采矿合同，涵盖数十万平方英里海域；联合国国际海底管理局（ISA）已经批准了20多份海底探索和采矿合同，涵盖数十万平方英里海域；中国在国际海底区域调查和研究工作始于上世纪70年代，目前已经在4个国际水域拥有采矿权。中国在国际海底区域调查和研究工作始于上世纪70年代

15、，目前已经在4个国际水域拥有采矿权。2018年3月，“海底矿产资源开发国际联合 2018年3月，“海底矿产资源开发国际联合 研究中心”被国家科技部批准认定，依托 研究中心”被国家科技部批准认定，依托 单位是长沙矿冶研究院和长沙矿山研究院。单位是长沙矿冶研究院和长沙矿山研究院。3 深海采矿技术 3 深海采矿技术 深海采矿是一项涉及诸多学科的高技术密集型产业，是一项极为复杂的系统工程；深海采矿是一项涉及诸多学科的高技术密集型产业，是一项极为复杂的系统工程；深海采矿涉及海洋资源的勘探、采矿、选矿与冶炼方面等一系列复深海采矿涉及海洋资源的勘探、采矿、选矿与冶炼方面等一系列复杂的技术问题。杂的技术问题。

16、深海采矿方法：（1）连续链斗采矿法 （2）流体采矿法 （3）穿梭采矿法 深海采矿方法：（1）连续链斗采矿法 （2）流体采矿法 （3）穿梭采矿法 一直以来，大家都认为到海底采矿太难 了。实际上，去几千米的水下采矿，可 一直以来，大家都认为到海底采矿太难 了。实际上，去几千米的水下采矿，可 能比到几千米的岩石下采矿更容易。能比到几千米的岩石下采矿更容易。3 深海采矿技术 3 深海采矿技术 加拿大鹦鹉螺矿业公司（Nautilus Minerals Ins.）近期组装了一个8米高的机器人，用于采集海底硫化物，并抽吸至海面，然后用驳船运送到港口。加拿大鹦鹉螺矿业公司（Nautilus Minerals

17、Ins.）近期组装了一个8米高的机器人，用于采集海底硫化物，并抽吸至海面，然后用驳船运送到港口。3 深海采矿技术 3 深海采矿技术 海底采矿动画海底采矿动画 3 深海采矿技术 3 深海采矿技术 海底采矿面临另一个严峻的问题就是对海洋环境的影响：（1）对海底产生的影响。当采矿器械进行矿物采集时，将会严重海底采矿面临另一个严峻的问题就是对海洋环境的影响：（1）对海底产生的影响。当采矿器械进行矿物采集时，将会严重的破坏海底表面，并产生巨大的涡流，对海底的动植物产生灭顶之的破坏海底表面，并产生巨大的涡流，对海底的动植物产生灭顶之灾。（2）对海水产生的影响。当将矿石从海底提升到水面装船时，不可避免的将大

18、量的泥浆带入到海洋表面：灾。（2）对海水产生的影响。当将矿石从海底提升到水面装船时，不可避免的将大量的泥浆带入到海洋表面：一些金属离子进入到海洋中造成污染；一些金属离子进入到海洋中造成污染；海水的透光性变差，直接影响到海洋植物的光合作用；海水的透光性变差，直接影响到海洋植物的光合作用；温度较低的底层海水被带到上层海面，也会使海水的温度发生变化。温度较低的底层海水被带到上层海面，也会使海水的温度发生变化。（3）对海岸产生的影响。（3）对海岸产生的影响。纲要纲要 1 深地开采技术深地开采技术 2 3 4 智能采矿技术智能采矿技术 深空采矿技术深空采矿技术 深海采矿技术深海采矿技术 5 结束语结束语

19、 4 深空采矿技术 4 深空采矿技术 太空采矿，即利用太空望远镜技术、太空卫星技术、载人航天技术、智能机器人技术等进行的深空资源的探测和开采。太空采矿，即利用太空望远镜技术、太空卫星技术、载人航天技术、智能机器人技术等进行的深空资源的探测和开采。2015年7月20日，一颗直径约为500米的小行星飞掠地球。小行星上含有大约1亿吨的白金，总价值高达5.4万亿美元。2015年7月20日，一颗直径约为500米的小行星飞掠地球。小行星上含有大约1亿吨的白金，总价值高达5.4万亿美元。2015年11月25日，美国总统奥巴马签署了美国商业太空发射竞争法，赋予了太空采矿的合法性，明晰了太空资源的私有2015年

20、11月25日，美国总统奥巴马签署了美国商业太空发射竞争法，赋予了太空采矿的合法性，明晰了太空资源的私有财产权。财产权。4 深空采矿技术 4 深空采矿技术 美国科罗拉多矿业学院，低调开设了一个新专业太空采矿专业。美国科罗拉多矿业学院，低调开设了一个新专业太空采矿专业。自从该学院2017年宣布招生以来，已经收到了来自世界各地的150多份简历；自从该学院2017年宣布招生以来，已经收到了来自世界各地的150多份简历；2018年秋季正式开学，2018年秋季正式开学，分为硕士课程和博士 分为硕士课程和博士 课程，将设1-2个分科，课程，将设1-2个分科，每科招收24名学生。每科招收24名学生。4 深空采

21、矿技术 4 深空采矿技术 小行星开采，设想有两种方法：一是就地开采，即登陆开采。人类登陆行星，在小行星上直接开采；小行星开采，设想有两种方法：一是就地开采，即登陆开采。人类登陆行星，在小行星上直接开采；另一种是运回地球附近开采。就是将小行星整个捕获，再借助太阳能推进器，将小行星拖拽至近月轨道，其后再进行开采。另一种是运回地球附近开采。就是将小行星整个捕获，再借助太阳能推进器，将小行星拖拽至近月轨道，其后再进行开采。4 深空采矿技术 4 深空采矿技术 美国科罗拉多矿业学院阿布德马德里教授认为：“太空资源的开采将在约15年后成为现实”。可分为3个阶段：（1）第一阶段的5年，精确定位，即太空勘探；（

22、2）第二阶段的5年，研究解决如何开采这些资源的问题，美国科罗拉多矿业学院阿布德马德里教授认为：“太空资源的开采将在约15年后成为现实”。可分为3个阶段：（1）第一阶段的5年，精确定位，即太空勘探；（2）第二阶段的5年，研究解决如何开采这些资源的问题，（3）最后的5年，将见证太空资源开采工作的开启以及资源的就地利 （3）最后的5年，将见证太空资源开采工作的开启以及资源的就地利用。用。纲要纲要 1 深地开采技术深地开采技术 2 3 4 智能采矿技术智能采矿技术 深空采矿技术深空采矿技术 深海采矿技术深海采矿技术 5 结束语结束语 5 结束语 5 结束语 深地采矿已经积累了一定的经验，但仍然存在大量

23、需要研究突破的技术难题；深地采矿已经积累了一定的经验，但仍然存在大量需要研究突破的技术难题；深海采矿技术及装备已在不少发达国家研制和试采，但还未开始商业性应用；深海采矿技术及装备已在不少发达国家研制和试采，但还未开始商业性应用；深空采矿充满了无限可能，但在具体采矿技术及设备方面，仍需要巨大的人、财、物投入；深空采矿充满了无限可能，但在具体采矿技术及设备方面，仍需要巨大的人、财、物投入；深地、深海、深空采矿都离不开人工智能技术，机器人的广泛深地、深海、深空采矿都离不开人工智能技术，机器人的广泛应用是“三深”采矿所必需的；应用是“三深”采矿所必需的；通过国内外矿业科技工作者的不断创新和探索，相信人类上天、通过国内外矿业科技工作者的不断创新和探索，相信人类上天、入地、下海开发资源必将成为现实。入地、下海开发资源必将成为现实。Thanks for your attention