一、深地开采技术

深地采矿，即向地球深部进军，开展深部重要矿产资源勘查与高效利用，有学者研究认为，如果我国固体矿产勘查深度达到2000米，探明的资源储量可以在现有基础上翻一番。近期目标是2020年形成至2000米矿产资源开采。

深地采矿现状

为了加速金属矿业现代化，大力提升我国金属矿业的国际竞争力，“深部高效开采、绿色安全开发、智能化采矿”将成为我国地下金属矿采矿技术今后一个时期的三大主题。当前国外采深1000米以上的金属矿山112座。按数量排名，处于前几位的国家是：加拿大28座，南非27座，澳大利亚11座，美国7座，俄罗斯5座。我国已经超过澳大利亚，居世界第3位。但是，如果按照现在的发展速度，我国在较短时间内深井矿山数量就会居世界第一。在国外112座深井矿山中，采深超过3000米的有16座，其中12座位于南非，全部为金矿。我国16座深井矿山中，金矿8座，有色金属矿山7座。国内外情况基本相似，深井矿山中，黄金矿山数量最多。

深地采矿关键难题

深地采矿面临的关键难题：一是深部高应力问题。深部高应力可能导致破坏性的地压活动，包括岩爆、塌方、冒顶、突水等由采矿开挖引起的动力灾害。二是岩性恶化问题。浅部的硬岩到深部变成软岩，弹性体变成潜塑性体，这给支护和采矿安全造成很大负担，严重影响采矿效率和效益。三是深井高温环境问题。岩层温度随深部以1.7℃/100米~3.0℃/100米的梯度增加，严重影响工人的劳动生产效率。而为了进行有效降温，又必将大大增加采矿成本。同时，随着开采深度的增加，矿石和各种物料的提升高度显著增加，提升难度和提升成本大大增加，并对生产安全构成威胁。

深地采矿技术发展方向

深地采矿具体技术发展方向：深部岩体力学与开采理论、深部金属矿建井与提升关键技术、特大型地下矿开采关键技术及装备、地下金属矿山智能化开采技术与装备、崩落法转充填法开采关键技术、地下金属矿山智能化开采技术与装备、现代化矿山绿色开采技术。

深部岩体力学与开采理论主要研究内容包括金属矿山完整性开采安全理论体系研究、超大规模矿山重大灾害预控与充填安全保障技术研究、超深矿井重大灾害监测预报与防控技术研究、矿山采空区致灾机理及预警防控技术研究、基于物联网和云平台的金属矿安全风险预控技术研究、金属非金属矿山重大灾害情景构建与应急救援装备研究。

深部金属矿建井与提升关键技术主要研究内容包括深竖井建井工程风险分析理论与优化设计方法、金属矿深竖井高效掘进与成井关键技术及装备、金属矿深竖井井壁结构与围岩控制关键技术、深竖井大吨位高速提升装备与控制关键技术、大吨位轻量化提升容器与牵引关键技术。

特大型地下矿开采关键技术及装备主要研究内容包括大空间强扰动矿岩力学动态特性与地压管控技术研究、复杂水环境下大规模开采地下水防控关键技术研究、大参数采场超强开采关键技术与回采工艺研究、大规模高效能低成本充填关键技术与装备研究、特大型地下矿山作业环境调控技术研究。

地下金属矿山智能化开采技术与装备主要研究内容包括矿山虚拟现实平台研究、开采过程智能化管控平台研究、智能开采软件、矿山生产智能化系统、矿山物联网关键技术研究、井下通风智能化动态监控技术研究、智能开采装备及其智能操控技术研究、智能开采标准体系、采矿环境监测监控技术研究等。

现代化矿山绿色开采技术主要研究内容包括采空区治理技术体系研究、无废开采技术、全尾矿充填采矿技术、高浓度胶结充填技术、保水开采技术及装备、低扰度控制爆破技术、地表深陷及位移变化控制技术、电动采矿设备研究、尾矿综合利用技术、矿山生态环境恢复技术。

二、深海采矿技术

深海采矿，即向深海空间拓展，进行深海矿产资源开采；地球上海洋接近90%的面积是水深超过1000米的深海，深海蕴藏着丰富的油气、矿产、生物等战略资源。近期目标是到2020年，攻克海域天然气水合物试采关键技术和装备，实现商业化试采。

深海采矿现状及进展

据中国国土资源部的一份报告估计，海底蕴藏有880亿吨稀土、10亿吨钴、3万亿吨多金属结核矿。这些矿产在电子、医疗设备、纺织、有色金属、汽车和化学等领域具有广阔应用前景。

中国目前已经供应着世界上95%的稀土，而风力涡轮和太阳能电池板等环保科技产品的新需求，甚至可能超过了中国的陆上供应能力，因此海地稀土的开发利用无疑具有重要的战略意义。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。

目前，矿产资源的开发程度与人们未来的需求并不匹配，陆地资源早已被过度开采，矿物供不应求促使越来越多的公司考虑在海底作业。据悉，铜、镍、钴等金属在海底的贮藏非常丰富，而黄金和铂金的数量相对较少。

加拿大鹦鹉螺矿业公司将于2019年启动全球首个深海采矿作业——索尔瓦拉一期(Solwara 1)，届时，该公司将派遣多名遥控采矿机器人远征到太平洋西南部的俾斯麦海海底，希望在此找到富饶的铜和黄金等矿物。如果该公司成功，很可能会引发一场深海“淘金热”。

索尔瓦拉一期项目中的主切割机示意

20年前，大多数采矿公司都认为到海底采矿太难了。但现在有一些公司发现，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。目前，深海采矿作业最大的难题是如何克服陡峭且起伏的海床。由于上世纪七八十年代，国际上投入6亿多美元用于海底锰矿开采技术的研发，深海采矿技术得到了很大发展，可以采用基于成熟工业技术的巨大机器人协助采矿。

鹦鹉螺矿业公司近期宣布，已完成组装第一套由英国制造的采矿机械部件，用于海底采矿生产作业。这个8米高的机器人将用于采集海底硫化物，并抽吸至海面，然后用驳船运送到30英里外的拉包尔港。

深海采矿机器人

深海采矿方法

深海采矿方法是为在4000～6000米水深的大洋底开采锰结核矿床而设计的采矿方法。主要有连续链斗开采系统、流体开采系统和穿梭开采系统三种采矿法，已在不少发达国家研制和试采，但还未开始商业性应用。

续链斗采矿法，由机械驱动采矿，其原理与链斗采砂船相似，是通过绞车、滑轮等设置，使每隔25～50米系有铲戽斗的钢缆或尼龙索不断地在海底循环，依靠戽斗铲挖锰结核并将其提升回海面。作业时由单船或双船纵、横向移动，进行连续回采。这种方法采掘设备比较简单，调整作业区灵便，处理故障比较容易，且使用不受水深和海底地形限制，但可能发生缆绳缠结而影响作业。

流体采矿法，从采矿船上将一根提升管伸到海底沉积物的表面，管的末端连接集矿装置锰结核通过装在输送管上的高压离心泵或船上的空压机，利用水力或气举，沿管道被升举到船上，为了提高采矿效率，采集器可带配水力式高速喷水装置或机械式的耙滚装置，用以冲、松矿层。该采矿系统造价相对昂贵，但试采证明具有良好的应用前景。

穿梭采矿法，使用自带有推进装置和作业动力的遥控集矿器，由压载舱控制下沉、采集和上升。作业时下沉压载使集矿器下潜到海底，然后由螺旋浆推进器驱动沿海底采集并分离得锰结核。当矿石采集到一定数量时，自动弃掉压载舱内的压载，上浮出海面并驾驶回母船，此采矿法设备自控，作业安全、灵活机动，工作效率高，但造价昂贵，现仅在个别国家研制、试验。

中国唯一一个海底采矿的金矿

三山岛金矿成为全球首座安全高效开采海底金属资源的矿山，是全国惟一一个海底采矿的金矿。三山岛金矿是国家黄金工业“七五”期间重点建设项目，是中国100家最大有色金属矿采选业企业之一，也是目前全国机械化程度最高的地下开采黄金矿山。三山岛开采深度已经达到1050米，是我国目前仅有16座金属矿山深度超过1000米的矿山之一。三山岛金矿矿山采用主竖井、斜坡道联合开拓和点柱式机械化水平分层充填采矿方法，用于采矿、出矿、运输、提升、探矿的设备全部从国外引进。

三、深空采矿技术

深空采矿（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。

人类首个太空采矿立法诞生

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》，该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，意味着私企开采太空资源和进行商业用途在技术上成为可能的基础上，又获得了法律上的权利。虽然该法只是美国的法律，但其为太空采矿立法提供国际借鉴。

太空采矿专业开办

世界上采矿方面研究实力最强的机构之一——美国科罗拉多矿业学院，低调开设了一门新专业——太空采矿专业。在上世纪90年代，该学院便已开始从事“太空资源以及就地利用”方面的研究，但一直仅限于理论方面，现在终于付诸行动。

美国科罗拉多矿业学院

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，其中就有一份来自于中国。2018年秋季正式开学，分为硕士课程和博士课程，将设1-2个分科，每科招收24名学生。

太空采矿专业主要研究太空中所有可利用的资源，太空采矿不同地球采矿，涉及到的学科门类非常庞大，包含航空航天学、地质学、矿物学、采矿学、材料学、遥感学、机器人学等众多学科。

太空采矿或成全球最赚钱职业

过去一个世纪以来，为了满足人类不断扩张的“胃口”，地球的矿脉几已穷尽，人们也早已在寻找新的储备源，直到将目光转向了外星球。

太空采矿或将是下半个世纪最赚钱的行业之一。尽管据预测，不包括实际采矿和返回器材，小行星采矿初期投入就可能达数百万美元，但另一笔推算显示，太阳系中普普通通的一颗名为241 Germania的小行星，拥有的矿产资源总价就接近百万亿美元，超过了全世界的GDP总量（据世界银行2017年报告，2015年全球GDP总量为74万亿美元）；而太阳系内最有价值的5颗小行星中，最低的估价也超过万亿美元。目前美国国家航空航天局（NASA）跟踪着大约16700个近地天体。

对“太空经济”来说，这些小行星可能价值连城，其水、硅、镍、铁都是开发重点。水分解成氢和氧后，可以作为动力燃料填充飞行器，清洁且成本较低；硅可用于发展太阳能系统；镍和铁则是太空制造业的潜在资源。

未来探险者在月球上采矿的设想图

来源：金属矿山