特大型贫矿体自然崩落法安全高效开采关键技术与应用云南迪庆有色金属有限责任公司

图1 云南迪庆有色金属有限公司普朗铜矿矿区全景

我国金属矿产富矿少，贫矿多，金属矿产储量主要集中在大、中型矿床中，新增大型矿产资源多在生态脆弱的西部地区，其品位较低。大量贫矿资源因开采不经济而难以利用，致使我国铜资源对外依存度高，因此，安全高效低成本开采大型贫矿资源，对于保障我国资源安全具有重大意义。

为了解决特大型贫矿体在生态脆弱地区不宜露天开采且地下开采成本高的难题，依托中央支持云南涉藏地区实现跨越发展、长治久安的103个重点建设项目，以及云南省“双百”“三个一百”重点工程项目，成功研发了高海拔地区特大型贫矿体安全高效低成本大规模开采关键技术，实现了特大型贫矿体安全高效低成本开采。

项目依托国家政策支持，由云南迪庆有色金属有限责任公司联合国内科研、设计等4家单位和百名科研技术人员，历经12年的科研攻关与工程实践，攻克了自然崩落法开采工艺中的“矿岩可崩性与崩落块度预测”“可崩性及崩落块度与拉底速度、崩落速率、放矿速度匹配关键技术”“复杂动静循环载荷作用下的底部结构稳定性”“智能化放矿管理与自动化运输”等关键技术难题，填补了自然崩落法在高海拔复杂条件下安全高效低成本应用的空白，取得如下创新成果：

一是首次研发了特大型贫矿自然崩落法连续拉底-高效崩矿-均衡出矿-自动化运输的关键技术体系。开发了国内首套自然崩落法矿体可崩性评估系统、矿岩崩落块度预测软件和放矿优化控制与智能化管理系统，提出了大段高大面积连续开采技术，建立了穿脉出矿-沿脉环形自动化运输系统，实现了自然崩落法安全高效应用。

二是创建了超前应力迁移理论、分区分级支护理论，提出了两侧弧形同步推进拉底技术、聚矿槽一次爆破成型技术，研发了以立柱结构补强支护技术、拉压分区分级支护技术、固底控帮稳顶支护技术为核心的底部结构主动式集成支护体系，保证了底部结构全生命周期的安全。

三是建立了地表和井下矿岩崩落随拉底-崩落-出矿过程的地压三维动态分析及安全预警模型，创建了集高精度三维激光扫描、微震监测、应力位移监测与钻孔电视监测于一体的实时动态在线监测系统，首次形成了实时监测、综合管控天地一体化的分析与预警系统。

项目实施获授权专利32件（发明11件），软件著作权7项；发表学术论文83篇（EI、SCI收录30篇），发布行业标准1项，专著1部。中科合创科技成果评价中心于2022年5月11日组织以蔡美峰院士为主任的成果评价委员会对云南迪庆有色金属有限责任公司等单位完成的“特大型贫矿体自然崩落法安全高效开采关键技术与应用”项目进行了成果评价。评价委员会专家一致认定：项目整体技术水平达到国际领先水平。

项目成果在云南迪庆有色金属有限责任公司普朗铜矿全面应用，有力保障了普朗铜矿一期采选工程顺利建设和投产，目前生产系统运行稳定，投产2年实现达产，为企业带来了显著的经济效益、社会效益和环境效益。

图2 云南迪庆有色金属有限公司普朗铜矿选矿厂全景

图3 云南迪庆有色金属有限公司普朗铜矿选矿厂一角

普朗铜矿是我国独立自主研究、设计和建设开发的生产规模最大的自然崩落法矿山，设计生产规模为1250万t/a，是我国自主建成的第一座超千万吨级地下铜矿山。由于自然崩落法机械化、自动化程度高，作业集中，使得井下作业环境和作业安全大为改善，全员劳动生产率2.626万t/年·人，单位矿石采矿制造成本25.6元/t，真正实现矿山安全、高效、低成本生产。该项目技术成果在普朗铜矿的成功应用，为我国自然崩落法技术的创新和发展奠定了重要基础，提升了我国在自然崩落法领域的技术水平和国际地位，也将极大地提高我国金属非金属矿山工业的整体技术和管理水平，有力推动采矿工业的技术进步。

通过项目研究和成果应用，普朗铜矿自2018年2月投产以来，累计采出矿量4 194万吨，销售收入90亿元，利润总额30.40亿元，每年贡献迪庆州工业总产值的40%以上。该成果将高海拔地区的贫矿资源变成了有开采价值的资源，使当地资源优势转化为经济优势，带动了涉藏地区经济的发展，为涉藏地区提供了539人的就业岗位，并带动了交通、物流、高原产业等涉藏地区产业经济发展，有利于涉藏地区稳定，促进了民族和谐发展，对涉藏地区经济、就业、稳定、和谐等方面产生了积极影响。

云南迪庆有色金属有限责任公司立足“科技创新、科技强企”之路，积极打造数字化、智能化绿色矿山，不断突破铜矿开发技术空白，自然崩落采矿法等多项工艺和无人驾驶电机车等采选设备达到世界领先、国内一流水平。公司重视科技创新，将绿色智能化采矿作为发展的第一要务。大量的科技投入，使得公司于2019 年顺利通过国家高新技术企业认定，由此正式迈入国家高新技术企业行列。

事实上，普朗铜矿在建矿伊始，就聚焦科技创新，积极推进智能矿山建设。近年来，以建设国内一流绿色矿山为目标，重投入、强研发、壮筋骨，不断提升矿山的科技含量和核心竞争力。2019 年，公司研发投入达 7 025 万元，占营业收入的 3.41%；2020 年，研发投入高达 9 911万元，占营业收入的 3.98%。近年来，公司先后获得有色金属行业一等奖 3 项、二等奖1 项，获得安全生产协会安全科技进步奖一等奖 1 项。2015年，普朗铜矿被原云南省安全生产监督管理局确定为“机械化换人、自动化减人”专项行动试点示范单位。2019 年，普朗铜矿被中国电子技术标准化研究院评估为智能制造成熟度叁级企业。

由于地处高寒、高海拔且生态敏感地区，公司一直着力于绿色智能化采矿，在重视科技发展的同时十分注重环境保护、生态治理与修复。

图4 云南迪庆有色金属有限公司普朗铜矿磨浮车间

从一片人迹罕至的雪域高原，到成功投建一座现代化铜矿山，如今，普朗铜矿已成为云南“有色金属王国”桂冠上的又一颗“璀璨明珠”。不但创造了巨大的经济效益，还同步实现了区域生态环境良好、地质环境安全稳定、民族区域和谐繁荣，使当地资源变产值，创造出了矿山项目建设新典型。普朗铜矿，这只雪域高原上不断蜕变的“雄鹰”，正朝着更高更远更宽阔的天空展翅腾飞，朝着“安全、环保、绿色、科技、美丽”矿山昂首挺进。放眼未来，这座“风华正茂”的铜矿山必将谱写出中国铜工业发展史上的辉煌篇章，在建设中国最具竞争力一流铜矿山的征途上步履铿锵。