全球最大矿山: 丘基卡马塔(Chuquicamata)铜矿由露天开采转入地下开采

1 引言

智利圣地亚哥以北1650公里处的丘基卡马塔铜矿(Chuquicamata Mine)是世界上最大的露天矿之一，长约4.3公里，宽3公里，深1.1公里(世界排名第二，第一是美国的Bingham Canyon铜矿)。该矿从1910年开始进行开采，矿石和废石用传送带或装载机输送，对于深部露天开采来说，显然这是一个既复杂又昂贵的过程。一方面处理废石费用增加，另一方面运输费用增加。因此10多年前开始进行规划和工程建设研究，试图从露天开采转入地下开采，参看Olavarría (2006), Paredes (2018), Flores (2019) 。2007年开始进行正式的可行性研究，2009年3月完成评估，2010年9月获得环境授权，2019年8月14日，经过十余年的研究和工程建设，这个世界上最大的露天铜矿经过100多年的生产后，铺平了从露天开采到地下开采的全面过渡的道路，开始逐步转入地下开采---崩落采矿法(Block Caving and Panel Caving)，2020年全面投产。地下开采将使生产更加高效和可持续，减少颗粒物排放和柴油消耗。从露天开采到地下开采的转变预计将使该矿的寿命至少延长到2060年，使得在矿石品位下降的情况下仍能保持该矿的生产率。到2060年停产时，地下开采深度将达到900米。

这个地下矿按照采矿业最高的安全标准设计，将成为世界上效率最高、技术最先进的矿山之一。该矿的铜矿石储量为10.28亿吨，预计到2026年左右年产32万吨精铜。该矿在整个使用寿命期间预计有700多公里的地下隧道和竖井网络，将由综合业务和管理中心控制，该中心位于矿区以南8公里处，在该中心工人们将远程指挥生产，通过破碎和皮带系统远程控制在作业面上运行的半自动装载机和倾倒铲车，直到它们到达处理站。

2013年的Chuquicamata矿区东坡

2 工程建设

整个工程建设的布置如下图所示。按照设计，地下开采的最底部距离目前的露天矿坑底部大约898米，距离地表超过两公里。主体基建工程包括两个竖井(直径11米，深度918米)，5条排风隧道，5条进风隧道，一条人行隧道和一条运输隧道。

该项目第一阶段(2012-2015)建造了四条隧道，其中两条用来通风，一条用于输送人员，一条用于运输矿石，四条隧道总长20公里。人行通道的断面宽8.7米×高5.9米，坡度为8%，最终长度7.6公里；运输通道的断面为9.3米x6.2米，坡度为15%，最终长度6.3公里。第二阶段(2016-2019)建设了100多公里的隧道和巷道，这些将用于生产、材料运输、通风水平和辅助设施，如破碎站。挖掘出的矿石和废石通过一条巨大的传送带运送到地面。此外，隧道还与倾斜70度直径2.5米的逃生井相连接。人行隧道的平均推进量为272米/月，爆破孔径48mm；运输巷道的平均推进量为245米/月，爆破孔径51mm，岩石锚杆孔径38mm。

通风巷道T11和T12是平行的，中间间隔38米，它们的横截面为10米×8米，向下梯度为13.8%，长度为4公里。他们将于其它三个横截面为7.75米×5.6米的附加通风道连接。

运输通道断面为9.3米x6.2米，坡度为15%

在安全方面，隧道每50米就有一个内置的闭路电视、一氧化碳探测器、消防系统和紧急对讲机，所有这些都集成到一个控制系统中。也有静态和动态的指示牌为进入矿井的人员提供相关信息。

3 采矿方法

Chuquicamata矿的总储量约为4.2亿吨，铜品位为0.71%，其中只有1700万吨将在未来40年内开采。预计日产量为14万吨，产能为4500万吨/年，每年可生产36.6万吨铜和1.8万吨精制铜。勘探结果显示，地下矿体的面积呈矩形形状，大约有60万平方米。矿体走向为东西向，垂直下降，因而整个矿体是一个巨大的立方体。显然，对于这样垂直的厚大矿体，使用崩落采矿法(Block Caving)开采是最佳的采矿方法。设计划分为4个中段，每个中段高度大约为200米到250米。

4 咨询公司的作用

对于这样大型复杂的工程，从可行性研究到工程、采购、施工和管理，咨询公司起了非常大的作用，许多国际公司参与其中，仅列举我相对熟悉的几个公司。例如Hatch进行了地下开采的可行性研究；SKM(现在被Jacobs收购)承担了地下采矿方法的选择；SRK进行了岩石力学咨询和设计；Itasca利用数值模拟进行了矿石破碎和放矿机理研究；SNC LAVALIN提供了EPCM服务。

5 参考文献

[1] Olavarra S, Adriasola P, Karzulovic A. (2006) Transition from open pit to underground mining at Chuquicamata, Antofagasta, Chile. In: Proceedings of the international symposium on stability of rock slopes in open pit mining and civil engineering. Cape Town: South Africa. Johannesburg: Institute of Mining and Metallurgy. p. 421-434.

[2] Flores G, Catalan A. (2019) A transition from a large open pit to a novel "macroblock variant" block caving geometry at Chuquicamata Mine, Codelco Chile. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 11(3), pp.549-561.

[3] Paredes. P, Leano, T & Jauriat, L. (2018) Chuquicamata underground mine design: the simplification of the ore handling system of Lift 1. In Y Potvin & J Jakubec (eds), Proceedings of the Fourth International Symposium on Block and Sublevel Caving, Australian Centre for Geomechanics, Perth, pp. 385-398.

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