Con el desarrollo de la industria, la demanda de recursos minerales sigue aumentando. Actualmente, tanto los países desarrollados como los en desarrollo consideran la adquisición y el desarrollo de recursos como medidas estratégicas. Por lo tanto, han surgido en el desarrollo minero una gran cantidad de tecnologías y métodos de minería eficientes, seguros y de bajo costo, lo que requiere una adhesión estricta a las tecnologías avanzadas para desarrollar los recursos de manera efectiva.

(I) Inteligencia de las minas subterráneas

Actualmente, las minas subterráneas de todo el mundo buscan la eficiencia y la seguridad, lo que lleva a mejoras continuas en los niveles de mecanización y automatización.

Tomando como ejemplo la mina de mineral de hierro de Kiruna en Suecia. La mina de mineral de hierro de Kiruna es famosa por producir mineral de hierro de alta calidad (con un contenido de hierro superior al 70%) y actualmente es una de las minas de mineral de hierro más grandes del mundo. Su extracción de mineral de hierro tiene una historia de más de 70 años, y ahora ha pasado de la minería a cielo abierto a la minería subterránea. La inteligencia de la mina de mineral de hierro de Kiruna se beneficia principalmente de la inversión en grandes equipos mecánicos, sistemas inteligentes de control remoto y un sistema de gestión moderno. Los sistemas y equipos de minería altamente automatizados e inteligentes son clave para garantizar una minería segura y eficiente.

1) Desarrollo. La mina de mineral de hierro de Kiruna utiliza un desarrollo combinado de pozos + rampas. La mina tiene 3 pozos para ventilación y extracción de mineral y roca de desecho. El personal, los equipos y los materiales se transportan principalmente desde las rampas utilizando equipos sin vías. El pozo de extracción principal se encuentra en el muro de pie del cuerpo de mineral. Hasta ahora, la cara de la mina y el sistema principal de transporte se han desplazado hacia abajo 6 veces, y el nivel actual de transporte principal está a 1045 m.

2) Perforación, carga y voladura. La excavación de túneles utiliza perforadoras jumbo, equipadas con un dispositivo de medición electrónico 3D para un posicionamiento preciso de los barrenos. La perforación de tajos utiliza la perforadora jumbo teledirigida SimbaW469 producida por Atlas Copco de Suecia, con un diámetro de barreno de 150 mm y una profundidad máxima de barreno de 55 m. Esta jumbo utiliza un sistema láser para un posicionamiento preciso, no está tripulada y puede funcionar continuamente durante 24 horas. El volumen anual de mineral volado puede alcanzar los 3 millones de toneladas.

3) Carga, transporte y extracción de mineral a distancia. En la mina de mineral de hierro de Kiruna, la perforación de tajos, la carga y el transporte, y la extracción han logrado operaciones inteligentes y automatizadas. Tanto las perforadoras jumbo como las LHD han logrado la operación no tripulada. La carga de mineral utiliza la LHD teledirigida Toro2500E, con una eficiencia de unidad única de 500 t/h. El sistema de transporte subterráneo tiene dos tipos: transportador de banda y transporte automático por raíles. El transporte automático por raíles suele constar de 8 vagones de mineral, que son vagones de descarga inferior automatizados para una carga y descarga continuas. El transportador de banda transporta automáticamente el mineral desde la estación de trituración hasta el dispositivo de pesaje, completando la carga y descarga con el skip del pozo. Todo el proceso se controla a distancia.

4) Tecnología de proyección de hormigón y refuerzo de soporte teledirigida. El soporte de las vías de acceso adopta un soporte combinado de hormigón proyectado-pernos-malla, realizado por una máquina de proyección de hormigón teledirigida. Los pernos de roca y la malla de acero se instalan utilizando una perforadora jumbo de pernos.

(II) Aplicación cada vez más extendida de la tecnología de lixiviación

Actualmente, la tecnología de lixiviación se utiliza ampliamente en la recuperación de minerales de cobre, oro y uranio de bajo grado. Existen tres tipos principales de tecnología de lixiviación: lixiviación in situ, lixiviación en pilas y lixiviación por trituración in situ.

Países como Estados Unidos, Canadá y Australia utilizan principalmente la lixiviación en pilas y la lixiviación por voladura in situ para la recuperación de mineral de cobre de bajo grado (0,15%~0,45%), mineral de óxido de cobre (más del 2%) y mineral de uranio (0,02%~0,1%).

Tomando Estados Unidos como ejemplo, hay más de 20 minas en EE. UU. que utilizan la lixiviación por voladura in situ para el cobre. Por ejemplo, la mina Mike en Nevada y la mina de cobre Zonia en Arizona producen más de 2,2 toneladas de cobre por día. La mina Butte y la mina Copper Queen Branch en Montana producen 10,9 a 14,97 toneladas de cobre metálico por día. La lixiviación representa más del 20% de la producción total de cobre, más del 30% de la producción de oro y la gran mayoría de la producción de uranio en Estados Unidos.

(III) Tecnología de minería en minas profundas

A medida que los volúmenes de recursos disminuyen continuamente, las profundidades de minería son cada vez mayores, extendiéndose por debajo de los 1000 m. Esto trae muchas dificultades y problemas que no se encuentran en la minería superficial, como el aumento de la presión del terreno y la elevada temperatura de la roca. Al mismo tiempo, también aumentan los desafíos relacionados con la extracción, el desagüe, el soporte y la ventilación.

Problemas comunes en las minas profundas:

1) Capacidad de extracción. A medida que aumenta la profundidad de la minería, el primer desafío que se encuentra es la capacidad de extracción de la mina. Los actuales elevadores pueden levantar materiales hasta una altura máxima superior a los 2000 m. Por ejemplo, la mina de extracción única más profunda de Canadá ha alcanzado una profundidad de 2172 m, y un pozo en una mina de oro de Sudáfrica ha alcanzado los 2310,4 m. Actualmente, las capacidades de los equipos de extracción satisfacen plenamente los requisitos de las minas profundas a gran escala.

2) Temperatura de la roca y refrigeración por ventilación. A medida que aumenta la profundidad de la minería, también aumenta la temperatura de la roca. Por ejemplo, en la mina de cobre y zinc Toyoha en Japón, la temperatura de la roca en el nivel -600 m (aproximadamente 1200 m bajo la superficie) ha superado los 100 ℃, sin embargo, muchos países de todo el mundo estipulan que las temperaturas subterráneas no deben superar los 28 ℃. Las minas profundas suelen aumentar el volumen de aire de ventilación subterránea y refrigerar el aire subterráneo, utilizando tanto refrigeración por aire como refrigeración por agua. Independientemente de que se elija uno o ambos métodos, además de bajar la temperatura del aire, también es importante reducir la disipación de calor de los equipos mecánicos subterráneos, los equipos diésel subterráneos y los propios equipos de refrigeración.

3) Gestión de la presión del terreno y métodos de minería. Las minas profundas generalmente establecen un sistema completo de medición y monitoreo de la presión del terreno, que se relaciona directamente con el progreso sin problemas de la producción minera y el nivel de los costos de producción. Los estallidos de roca son problemas prominentes que se encuentran en la minería profunda. Para predecir los estallidos de roca, muchas minas instalan dispositivos de monitoreo microsísmico subterráneos. Por ejemplo, la mina Sunshine Silver en Estados Unidos instaló un dispositivo de monitoreo microsísmico en el nivel de 2254 m para el monitoreo las 24 horas.

4) Combustión espontánea y explosión espontánea. La minería profunda también puede encontrar fenómenos como la combustión espontánea de mineral de sulfuro debido a las altas temperaturas del mineral y las explosiones espontáneas durante la carga explosiva, lo que también requiere suficiente atención.

En la actualidad, la profundidad de minería de las minas no carboníferas en China generalmente no supera los 700 a 800 m. Sin embargo, en los últimos años, se están desarrollando algunos yacimientos con profundidades de enterramiento de alrededor de 1000 m, como el yacimiento de cobre Dongguashan de Tongling Nonferrous Metals Company y el área minera n.º 2 de Jinchuan.

(IV) Trabajo de protección ambiental de la mina

En el extranjero, especialmente en los países desarrollados, se adoptan medidas integrales para el tratamiento de los entornos mineros. Existen estrictos estándares técnicos para las aguas residuales mineras, los gases de desecho, las colas, el polvo, el ruido, etc. Muchas minas de bajo grado no pueden construirse y ponerse en producción debido al alto costo de la protección ambiental.

Actualmente, los países extranjeros también hacen hincapié en el establecimiento de minas sin residuos y minas limpias. La mina de carbón de Walsum, en la zona industrial del Ruhr, en Alemania, es un ejemplo exitoso. El lodo de carbón de la planta de lavado de carbón, las cenizas de carbón después de la generación de energía con carbón y la roca de desecho subterránea triturada se añaden al cemento, se activan y se agitan, y se transportan a la zona subterránea mediante una bomba PM para rellenar el vacío. La mina no descarga ningún residuo sólido al exterior.

(5) Tecnología de relleno minero

Se utilizan diferentes materiales de relleno según la situación:

1) Soporte regional. Deben utilizarse materiales de relleno rígidos de alta calidad para reducir los peligros del cierre de volumen elástico y las explosiones de roca.

2) Control de estratos. Los requisitos de calidad para los materiales de relleno no son estrictos, pero se requiere un relleno a gran escala, y el relleno no debe encogerse después del relleno.

3) Explotación de vetas múltiples. El requisito para los materiales de relleno es que, bajo un estado de tensión menor, el material de relleno debe ser rígido para minimizar la deformación y el desplazamiento de la capa de roca.

4) Control ambiental. Para garantizar que el muro colgante esté sellado para evitar el flujo de aire a través del goaf, se requiere que el material de relleno no se encoja y se realice un relleno de gran área.

5) Reducir el izado de roca de desecho. Preparar y triturar la roca de desecho bajo tierra como material de relleno para mejorar la eficiencia.

Problemas actuales a considerar para el relleno:

1) Es necesario concentrar los esfuerzos para formar un sistema práctico y fiable. Deben investigarse y desarrollarse tecnologías de relleno eficaces para combinar eficazmente las operaciones de relleno y las operaciones mineras. Debe valorarse la gestión del sistema de relleno.

2) Tecnologías de investigación que puedan optimizar los sistemas existentes, Investigar la distribución del tamaño de partícula de los materiales de relleno de alta calidad, investigar el proceso de preparación del material de relleno que se ha mejorado en los aspectos de los hidrociclones y la trituración, e investigar la tecnología de transporte utilizada para optimizar los materiales de relleno, como la pérdida de presión, el desgaste y la corrosión, para optimizar el diseño general del sistema de relleno.

3) Reforzar la comprensión cuantitativa de los procesos de preparación, transporte, relleno y carga y deformación de los materiales de relleno para sentar las bases de una minería segura, estable y eficiente. Actualmente, los procesos de relleno utilizados internacionalmente incluyen: relleno de agua y arena, relleno seco, relleno sólido con alto contenido de agua y relleno cementado. El relleno cementado se divide además en: relleno hidráulico segmentado de relaves (transporte autofluyente de alta concentración), relleno hidráulico de otros materiales de relleno (transporte autofluyente de alta concentración), relleno autofluyente de lechada de relaves completa y relleno de bombeo de lechada de relaves completa. Actualmente, se recomienda internacionalmente el relleno de bombeo de lechada de relaves completa.

En la actualidad, 12 minas de Canadá han aplicado el relleno de lechada de alta concentración, y también se han puesto en producción nuevos sistemas de relleno de lechada en Sudáfrica y Australia. La nueva tecnología de relleno satisfará mejor los requisitos de protección de recursos, protección ambiental, mejora de la eficiencia y garantía del desarrollo minero. La minería de relleno tendrá una perspectiva más amplia en el desarrollo de la industria minera en el siglo XXI.

(6) Explotación minera de nódulos polimetálicos de aguas profundas

Los nódulos polimetálicos se encuentran en el fondo marino a una profundidad de unos 3000-5000 m. La minería requiere métodos de minería viables. Por lo tanto, los países de todo el mundo han priorizado el desarrollo de métodos de minería fiables y han realizado extensas investigaciones experimentales, algunos incluso han realizado experimentos de minería intermedia en aguas profundas. Desde finales de la década de 1960, los métodos de minería oceánica desarrollados y probados internacionalmente se han dividido principalmente en tres categorías: método de minería de línea de cangilones continua (CLB), método de minería de vehículo operado a distancia (ROV) en el fondo marino y método de minería de elevación de fluidos.

1) Método de minería de línea de cangilones continua (CLB). Este método fue propuesto por los japoneses en 1967. Este método es relativamente simple, compuesto principalmente por un buque minero, un cable de remolque, un cangilón y un remolcador. A un cierto intervalo, el cangilón se ata al cable de remolque y se coloca en el fondo marino. Bajo el transporte del remolcador, el cable de remolque lleva el cangilón para realizar movimientos hacia abajo, de recogida y hacia arriba. Esta operación cíclica de tipo de cuerda continua constituye un bucle de recogida continua. La principal característica de CLB es que puede adaptarse a los cambios en la profundidad del agua y mantener el funcionamiento normal. Sin embargo, la producción del método CLB sólo puede alcanzar las 100 t/d, lo que está lejos de satisfacer los requisitos de la minería industrial. Por lo tanto, el método de minería CLB se abandonó a finales de la década de 1970.

2) Método de minería de vehículo operado a distancia (ROV) en el fondo marino. Este método fue propuesto principalmente por los franceses. El ROV del fondo marino es un vehículo minero submarino no tripulado, compuesto principalmente por cuatro sistemas principales: mecanismo de recogida de mineral, autopropulsión, control de flotabilidad y lastre. Bajo la supervisión del buque nodriza de superficie, el vehículo minero se sumerge en el fondo marino para recoger nódulos según las instrucciones. Una vez que los nódulos están llenos, flota hasta la superficie y va al buque nodriza para descargar los nódulos. El buque nodriza de superficie suele poder controlar varios vehículos mineros para que funcionen simultáneamente. Este método tiene una gran inversión en el sistema minero y un bajo valor de producto. Sin beneficios económicos durante décadas, la Asociación Francesa de Investigación y Desarrollo de Nódulos Oceánicos detuvo la investigación en 1983, pero el principio de minería y transporte de este vehículo minero se considera una tecnología de recogida prometedora.

3) Método de minería de elevación de fluidos. Actualmente, el método de minería de elevación de fluidos es más reconocido internacionalmente y tiene las perspectivas de aplicación industrial más prometedoras. Una vez que el buque minero llega a la zona de minería, el colector de mineral y el tubo de elevación se conectan y se colocan gradualmente en el mar. El colector de mineral se utiliza para recoger nódulos de los sedimentos del fondo marino y realizar un procesamiento preliminar. El agua de la tubería se mueve hacia arriba a una velocidad suficiente mediante elevación hidráulica o neumática, transportando los nódulos al buque minero de superficie.

Con la llegada del siglo XXI, los seres humanos desarrollarán y utilizarán el océano, y la tecnología minera de aguas profundas es particularmente importante. El desarrollo de las modernas tecnologías altas y nuevas ha tendido un puente para el desarrollo de los recursos de aguas profundas. Su formación y desarrollo tendrán un impacto positivo y profundo en la economía oceánica mundial, la cultura y la conciencia humana del océano.

Además de los seis aspectos mencionados anteriormente, la tendencia de desarrollo de la tecnología minera en las minas extranjeras también incluye la tecnología de minería por hundimiento natural cada vez más perfecta, y su aplicación se está expandiendo constantemente. Además, han surgido numerosas tecnologías nuevas en la perforación y voladura de rocas, y la mecánica e ingeniería de rocas mineras se ha convertido en una disciplina independiente. Desempeña un papel cada vez más importante en la construcción y producción de minas.