近年来,全球矿产资源需求量持续增加,特别是锂矿、钴矿等战略矿产需求激增。如何高效采矿又减少资源浪费呢?地下开采方法是不错的选择。然而,尽管地下开采的优势较多,但相比露天采矿,它仍然存在着一些弊端。本文将详细介绍地下开采的利与弊。
地下开采的优势
1.环境保护优势
地下开采通过三维空间作业模式,将人类活动对地表生态的干预降至最低。与同等产量的露天开采相比,地下产量对地表扰动面积仅为露天开采的1/15-1/20。
另外,地下开采封闭的作业环境形成了天然的隔音屏障,地下矿井边噪声在55分贝以下,较露天矿山降低60%。粉尘控制方面,矿井内安装自动喷雾系统,结合负压通风技术,控制PM2.5排放浓度。
2.资源保护优势
随着采矿技术水平的不断提升,目前,地下采矿利用三维激光扫描,结合数字建模的精准开采系统,资源回收率已达到90%以上。对于浅层资源枯竭矿区,深部接续开发可延长矿山寿命2-3倍。
3.安全保障优势
现代地下矿山采用微震监测系统与应力实时反馈机制,将地质灾害预警提前至72小时,事故发生率较二十世纪下降89%)。在岩层控制领域,柔性支护体系与预应力锚杆技术的结合,使巷道坍塌概率从12%降至0.7%。针对瓦斯突出风险,分布光纤传感网络,响应速度较传统系统提升200倍。深部开采环境控制系统将矿井深处温度控制在28℃,湿度控制在65%以下。
4.经济效益优势
地下开采可以实现长期稳定的矿石供应,有助于矿山的持续盈利。另外,地下开采通常适用于高品位矿石的开采,提高产品的市场竞争力。更深远的经济效益体现在全产业链拉动。
地下开采的劣势
1.成本高
地下开采的成本高主要体现在两个方面。一方面是建设成本高。地下开采需要建设复杂的井巷和通风、排水系统,初期投资较大。例如,单条千米级竖井建设成本可达8000万美元,巷道开拓费用更是露天剥离的3-5倍。
另一方面是运营成本高。地下开采的能耗几乎是露天开采的1.4倍,而人力成本的持续攀升,也是运营成本高的一个重要因素。除此之外,闭矿成本也不容忽视。
2.技术要求高
地下开采需要解决复杂的地质条件和开采技术问题,如地下水控制、通风、支护等。另外,地下开采存在瓦斯爆炸、塌方、透水等安全风险,需要严格的安全管理措施。
3.环境影响
地下水污染:地下开采可能会影响地下水系统的流动,导致水质变化或水资源枯竭。德国鲁尔矿区闭矿30年后,周边含水层铁离子浓度仍超标23倍,修复费用累计达17亿欧元。
通风和排水:地下开采需要大量的通风和排水,可能会对地下水环境造成一定影响。在秘鲁某金矿,地下排水导致周边湖泊水位年均下降1.2米。南非金矿每年通过通风井排放甲烷1400万吨,相当于640万辆汽车的年度碳排放。
4.劳动力密集
地下开采工作环境恶劣,劳动强度较大,对工人的身体和心理健康有一定影响。尽管自动化设备普及,地下矿仍保留着工业化时代的工作场景。刚果(金)手工钴矿工人日均负重达500公斤,预期寿命较国民平均水平低9.3岁。
尽管地下开采存在各种弊端,它仍然是其它采矿方式难以取代的。如今,随着新能源转型的进程不断加快,地下采矿已从资源获取手段升格为文明存续的保障机制。
结论
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