基律纳铁矿智能采矿技术考察报告

文 兴

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；2.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

基律纳铁矿是瑞典国有控股的国际化的高科技矿业集团LKAB公司旗下的一座地下矿山，矿山位于瑞典国北部，深入北极圈内200 km，是世界上纬度最高的矿产基地之一。矿区自然气候环境恶劣，极昼和极夜现象明显，全年中有一大半时间被大雪覆盖，严寒难耐。

基律纳铁矿设计原矿年生产能力为2200万t，采用高分段无底柱崩落采矿法采矿，竖井斜坡道联合开拓，是世界上最大的地下矿山之一[1]，全矿共有4100多名员工，其中有600余名员工为外籍。基律纳铁矿开采历史始于1910年，早期采用露天开采，1965年由露天转入地下开采，早期的露天开采在地表形成了深约230 m的大采坑。目前矿山的开采深度为1045 m，1045 m水平也是矿山的主要运输水平，按照矿山生产安排，计划在2018年前完成系统改造和产能提升，届时将实现3500～4000万t的生产能力。

1 现代采矿技术发展趋势

在人类社会发展的长河中，采矿始终贯穿于整个历史过程。采矿技术的发展轨迹为手工采矿、机械化采矿、自动化机械化采矿、智能化遥控化采矿，即无人采矿。所谓智能化遥控化采矿，就是在矿山数字化的环境下，智能化采矿设备与现代化采矿调度系统的集成[2]。随着微电子技术和卫星通讯技术的飞速发展，采矿设备的自动化和智能化的进程明显加快，无人驾驶的程式化控制和集中控制的采矿设备，正进入工业应用阶段，它为无人采矿的变革，提供了重要技术条件。据不完全统计，正在开展地下矿山智能化遥控采矿试验和技术应用的国家有：南非、澳大利亚、瑞典、芬兰、加拿大、智利等10多个国家。

21世纪依赖科技的发展，矿业已引入了一种全新理念，就是构建一种新的无人采矿模式，实现资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。

2 基律纳铁矿智能高效采矿技术

基律纳铁矿的主矿体呈一倒立的楔块状，走向长4 km，平均厚度80 m，平均埋深2 km。勘探发现矿石的品位随着埋深越来越高，最高达70%。

2.1 矿床开拓方法

基律纳铁矿采用竖井+斜坡道联合开拓，矿山有3条竖井，用于通风、矿石和废石的提升，竖井安装了斗容为75 t箕斗提升矿石，人员、设备和材料主要用无轨设备从斜坡道运送。

主提升竖井位于矿体的下盘，到目前为止，采掘面和主运输系统已经下移了6次，历史开采先后形成的主运输水平有275,320,420,540 m和775 m水平，目前的主要运输水平在1045 m水平。主斜坡道位于矿体北部的下盘，坑口在工业场地附近，标高为+230 m，在进口段为单车道、双巷，延伸至420 m水平时合并成为一条双车道的单巷斜坡道，直线折返形式向下延深与各生产水平、辅助水平联结。斜坡道的坡度为1∶1 0，双车道断面尺寸为8 m×5 m，巷道局部采用喷锚网支护，路面均进行了硬化处理。

2.2 采矿方法

1965年，基律纳铁矿由露天转入地下开采后，一直采用特大规模无底柱分段崩落法开采并沿用至今，分段高一般为50～55 m，采矿方法见图1。

图1 分段崩落法采矿方法

井下开采从采准巷道掘进、采场钻孔、爆破、采场装载出矿、运输、卸矿至矿仓、胶带输送至箕斗、竖井提升、矿石成品运输的开采工艺流程见图2。

目前，矿山正在开拓1365 m主运输水平，预计到2018年可部分投产。1365 m水平的设计生产能力为10万t/d，约合3500万t/a。

图2 开采工艺流程

基律纳铁矿多年的安全高效开采得益于分段崩落法的成功应用，这种采矿方法的优点主要有：

(1) 有利于大规模、机械化、高强度开采；

(2) 井下作业场所比较安全；

(3) 采矿工艺灵活，开采工作面易灵活调整，可多个作业面同时回采；

(4) 回采工艺简单，生产设备和开采工序可实现标准化。

缺点和不足主要为矿石贫化较大，以及采场底部出矿时，多在独头的巷道中作业，通风难度较大。

2.3 钻孔装药与爆破

巷道掘进采用凿岩台车，台车装有三维电子测定仪，可实现钻孔精确定位。巷道掘进采用深孔掏槽，孔深一般为7.5 m，孔径64 mm。采场凿岩采用瑞典阿特拉斯公司生产的Simba W469型遥控凿岩台车，孔径115 mm，最大孔深55 m，该台车采用激光系统进行准确定位，无人驾驶，可24 h连续循环作业。

采场大直径(115 mm )深孔(40～50 m)装药使用山特维克公司的装药台车，炸药为抗水性好、粘度高的乳化炸药，可以预装药，不受孔内积水影响，返药量少。爆破网络为人工连接，一般采用分段导爆管雷管、导爆管和导爆索网络。

2.4 矿石远程装载和运输与提升

目前，基律纳铁矿采场凿岩、装运和提升都已实现智能化和自动化作业，凿岩台车和铲运机都已实现无人驾驶。矿石装载采用阿特拉斯公司生产的Toro2500E型遥控铲运机，斗容25 t，单台效率为500 t/h，周平均出矿量约3.0～3.5万t。这种铲运机无废气排放、粉尘少、低噪音、使用寿命长，便于集中维修[3]。

井下运输系统有胶带运输和有轨自动运输两种类型，胶带运输主要负责井下破碎站至提升箕斗段运输，有轨自动运输一般由8列矿车组成，矿车为连续装、卸载的自动化底卸车，每列矿车的容积为17 m3。

胶带输送机自动将矿石从破碎站运送到计量装置中，竖井箕斗在指定位置停稳后，矿石自动装入箕斗，工作人员按下手柄提升机随即起动，将箕斗提升至地表卸载站后，箕斗底门自动打开，完成卸矿。装载和卸载过程为远程控制[4]。

2010年，为了提高产量，提高设备的可靠性和效率，矿山对提升系统进行了大规模改造，对用于停车和紧急制动的液压盘式制动器进行了检修，安装了新型传感器。通过技术改造，提升系统实现了智能化[5]。

3 遥控砼喷射技术支护加固技术

巷道支护采用喷锚网联合支护。喷射混凝土厚度一般为3～10 mm，由遥控混凝土喷射机完成(见图3)，锚杆和钢筋网安装使用锚杆台车(见图4)。大量智能遥控机械设备的投入使用，大大减少了支护工作量和成本，提高了支护效果。

图3 遥控混凝土喷射机

图4 锚杆和钢筋网安装

4 考察体会

曾几何时，采矿业被认为是最脏、最苦、最累的工作，人们想象中矿工的样子大概是满身的泥污，在充满污浊空气的巷道中使用气腿式凿岩机，钻孔、爆破，甚至人力装载出矿。这也是国内不少矿山开采的真实状况。

在基律纳铁矿，所有采矿人的梦想都已成为现实——矿山已基本实现“无人智能采矿”，仅依靠远程计算机集控系统，工人和管理人员就可实现在计算机集中控制中心执行现场操作。矿山开采规模之大、生产效率和自动化程度之高甚至让人难以置信。这一切都得益于大型机械设备、智能遥控系统的投入使用，以及现代化的管理体系。采矿装备是制约采矿方法、采矿工艺进步的主要因素，高度自动化和智能化的采矿装备是确保安全高效开采的关键。基律纳铁矿已经实现设备大型化和自动化，在井下作业面除了看到检修工人在检修外，几乎看不到其他工人，自动化程度非常高。

现代采矿技术与20世纪90年代相比，已经不可同日而语。我们应站在世纪的高度，去探索和开发新的技术，高效开发利用有限的矿产资源，任重道远!

参考文献：

[1]汪 建.瑞典基律纳铁矿考察报告[J].矿业工程,2011, 2(9):57-61.

[2]谢 理,焦玉书，等.今日瑞典基律纳铁矿[J].中国矿业, 2003, 12(4): 46-51.

[3]汪绍元,王 杰，等. 我国金属矿山采矿装备现状与趋势[J].现代矿业, 2010(3): 16-18.

[4]M 伍夫.矿山自动化的发展现状 [J]. 世界采矿设备,1999(5): 40-44.

[5]吴和平，等.井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术 [J].有色金属, 2007, 59 (6):12-16.