崩落法紫金的下一个技术“征途”.pdf

请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 行 业 研 究 行 业 深 度 研 究 报 告 证券研究报告 industryId 有色 金属 investSuggestion 推荐 ( investS uggesti onChan ge 维持 ） 重点公司 重点公司 评级 紫金矿业 审慎增持 来源 ：兴业证券经济与金融研究院 relatedReport 相关报告 紫金矿业 ： 2020 业绩超预期 ， “三步走”战略描未来宏图 2021-01-31 铜价 ：迎来 商品 属性与金融 的 双击 2021-01-10 紫 金 矿业 ： 股权激励推行， 管 理层利益机制捋顺铜金量价齐升 业绩进入爆发期 2020-11-18 emailAuthor 分析师： 邱祖学 S0190515030003 王琪 S0190520120001 assAuthor 研究助理： 赖丹丹 于嘉懿 投资要点 summary 自然崩落法是 唯一能与露天开采经济效益 相 媲美的高效地下采矿方法。 其 生产能力大，便于组织管理，作业安全，开采成本低 。该采矿方法的工艺 已趋于成熟，被广泛地应用于厚大矿体的开采，特别是特厚大、低品位的 矿体， 采用 此 法 开采 ， 可获得 较好的经济效益。 随着工艺的成熟及 资源的 枯竭 ， 全球越来越多的矿山 应用自然崩落法 ， 未来 或 将 成为地下大规模 开 发 矿山的主流 采 矿 工艺 。 国外 应用情况 ： 自然崩落法 已有百 年历史，已在 全球 20 多 国 、超 50 座 矿 山上得到应用。 特 尼恩特铜矿 ： 全球 最大的地下开采铜矿， 该矿最早采用 留矿法和矿柱崩落法的联合法 采矿 ， 但 经济效益等原因， 崩落法 取代了早 先的采矿法 。 亨德森钼矿 ：该矿属于较难崩落的类型，但考虑到 ： 矿体水 平面积大，顶部覆盖岩层厚，在重力作用下， 扩大拉底面积 则 矿石能自行 崩落； 加大放矿漏斗尺寸，并用大型铲运机出矿，可以大大减少卡矿事故 ， 故 仍然选用 自然崩落法 。 国内 应用 情况 ： 我国自然崩落法采矿技术起步晚， 20 世纪 60 年 代 起 开始 运用， 目 前 金属矿山 中 仅 铜 矿 峪铜矿、普朗铜矿 取得 大规模 试验成 功 。 铜 矿峪铜矿： 国内首座自然崩落法开采矿山，使用自然崩落法后成功扭亏为 盈。 原采用有 底部结构 分段强 制崩落采矿法，年生产能 力 仅 80 万吨，采 矿成本 高企 ，亏损严重 ； 后 采用自然崩落法 进行技术改造， 2000 年 时 矿 山实际生产能力已达设计 量 400 万 t/a，扭亏为盈。 普朗铜矿 ： 国内 第二 座大规模成功应用 自然崩落法 的 矿山， 是 生产规模最大的自然崩落法矿 山，设计采矿规模为 1250 万吨 /年。 普朗铜矿 矿石品位低，品位和矿岩性 质分布比较均匀；矿体厚大，倾角近乎垂直，有足够的 崩落 面积；矿岩易 崩 落 ；矿石无 自燃 和粘 结性；地表容许塌陷，故采矿方法 选用自然崩落法 。 紫金矿业 的 “ 三步走 ” 远景规划 中 ， 崩落法提到了 战略高度 ， 旗下的 四个 大 型斑岩型铜矿拟应用自然崩落法开采 ，崩落法将是紫金在开矿领域 的下 一个 “ 征途 ” 。 技术创新一直是 紫金 成长 过程中 的 “ 核心竞争力 ” ， 采选冶 炼领域 的技术领先成就了紫金过去 的发展 ，未来 的技术突破或更多的 在采 矿领域 自然崩落法 。 公司现有 4 个大型斑岩型 未开发 铜矿 ， 斑 岩 铜矿 床的特点 是 储量大 ，品 位低，适 于规模 化 开采 ， 塞尔维亚紫金 JM 矿、 Timok 下带矿、 多宝山 铜山、紫金山罗卜岭，都具有自然崩落 法的 应用 潜力 ，使 得 采矿成 本大幅下降 ，比如 多宝山 铜 山矿 使用充填法的 采矿 成本为 91.37 元 /t， 而 使用 崩落法 成本 仅 为 63.09 元 /t， 采矿 成本 下降 31%。 未来随着 自然崩落法的研发与 应用 成熟 ，将为 2023-2025 年产量超预期打下基础， 同时采矿成本或进一步下降 ，公司发展或进入新的阶段 。 推荐 标的 ： 紫金矿业 。 风险提示 ： 金属价格大幅下跌， 疫情控制不达预 期 ，终端需求低于 预期 ， 全球 通 缩 预期加剧等 title 崩落法 ， 紫金的下一个 技术 “ 征途 ” createTime1 2021 年 2 月 8 日 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 2 - 行业深度研究报告 目 录 1、自 然崩落 法概况 . - 3 - 1.1、自然崩落法采矿原理 . - 3 - 1.2、自然崩落法适用条件 . - 5 - 2、自然崩落法的优势与必要性 . - 7 - 2.1、采矿工艺细分：固态矿物主要的开采方式是露天开采和地下开采 . - 7 - 2.2、各类采矿方法对比 . - 8 - 2.3、必要性： 自然崩落法是最接 近露天开采的地下采矿技术 . - 9 - 3、自然崩落法在矿山上的应用 . - 10 - 3.1、自然崩落法在国外矿山上的应用 . - 10 - 3.2、自然崩落法在国内矿山上的应用 . - 12 - 3.3、紫金矿业旗下或有四个矿山可运用自然崩落法采矿 . - 15 - 4、推荐标的 . - 21 - 4.1、紫金矿业： “三步走 ”战略描未来宏图，具备阿尔法的资源成长股 . - 21 - 5、风险提示 . - 22 - 图表 目录 图 1、自然崩落法工艺流程图 . - 3 - 图 2、自然崩落机理图 . - 4 - 图 3、 矿山开采方法一览 . - 8 - 图 4、 采用自然崩落法的矿山可用于大规模开采 . - 10 - 图 5、 特尼恩特铜矿典型矿块布置 . - 11 - 图 6、特尼恩特铜矿拉底巷道布置 . - 11 - 图 7、 亨德森矿采场布置 . - 12 - 图 8、铜矿峪铜矿实景 . - 14 - 图 9、铜矿峪铜矿地质剖面图 . - 14 - 图 10、铜矿峪铜矿 采场结构示意图 . - 14 - 图 11、普朗铜矿实景 . - 15 - 图 12、普朗铜矿采矿示意图 . - 15 - 图 13、 波尔位置情况 . - 16 - 图 14、 铜山铜矿与多宝山铜矿相邻 . - 17 - 图 15、 Timok 上下矿带分布 . - 19 - 图 16、 罗卜岭矿体形态及测量钻孔的空间位置 . - 21 - 图 17、 罗卜岭矿体分区开采示意图 . - 21 - 表 1、 自然崩落法的适用条件 . - 5 - 表 2、 各类采矿方法对比 . - 8 - 表 3、 国外部分自然崩落法矿山 . - 10 - 表 4、 国内部分 自然崩落法矿山 . - 13 - 表 5、 普朗铜矿资源明细 . - 15 - 表 6、 RTB Bor 旗下矿山情况 . - 16 - 表 7、 截至 2020 年 4 月， Jama-Tila Ros 矿拥有铜最低品位为 0.4% . - 17 - 表 8、 公司可转债募投项目情况 . - 18 - 表 9、铜山矿 采矿方法比较表 . - 18 - 表 10、 截至 2013 年，罗卜岭资源量情况 . - 20 - 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 3 - 行业深度研究报告 报告正文 1、自然崩落法概况 1.1、自然 崩落法 采矿原理 自然崩落法是一种大规模和低成本 的 地下 采矿方法，其生产能力大，便于组 织管理，作业 安全，开采成本低，是唯一能与露天开采经济效 益媲 美的高效地下 采矿方法。 该采矿方法的工艺已趋于成熟，被广泛地应用于厚大矿体的开采，特 别是 特厚大、低品位的矿体，只有采用这种方法 ，才 可 获得比较好的经济效益。 自然崩落法 是具备 高技术含 量 ，其原理为： 在易于自然崩落 的矿 体中，利用 矿体本身 所固有的节理裂 隙 分布特征 、 低强度特性，在 矿块 底部进行 一定面积的 拉底 形成矿石冒落的自由面，必要条件下辅以巷道 、深孔割帮，削弱矿块与周围 矿石及围岩 的联系等诱导工程，改变矿体内应力的分布状态，促 使 矿石按要求逐 渐产 生破坏、失稳并借助矿体重力场的 作用，自然崩落成适宜的矿石块度 ，达到 最终落矿的 目的。 自然 崩 落 法 生产工艺的核心是如何实现矿体的有效崩落。 图 1、自然崩落法工艺流程图 资料来源： 云南铜业：非公开发行股票募集资金 使用可行性分析报告 ， 兴业证 券经济 与金融 研究院整理 拉底工作是自然崩落法产生自然崩落的 必然 前提条件 ，而自然崩落是 动力学 过程，一般分为 4 个阶段。 拉底是指在出矿工程上部，整体岩体的下端，人工爆 破开挖出有效空间，待该空间的连续水平面积足够大 时 ， 引起岩 体发生崩落的系 统工程。自然崩落过程 是动 力学 过程，一般分为拉底至初始崩落阶段、初始崩落 至持续崩落 阶 段 、持续崩落至崩通地表阶段和崩通地表至开采结束阶段，其中前 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 4 - 行业深度研究报告 两个阶段对于自然崩落法的成功应用和实践最为关键。具体来看，矿块大面积拉 底后，失去支撑的矿石在重力和地压作用下， 出现裂隙破坏而自然崩落，过一 定 时间形成暂时稳定的平衡拱而 停止崩落。之后借助向上开掘的切帮巷 道， 破坏拱 的 稳 定性，使边界 内矿石自然崩落， 直至全阶段崩落完毕。 图 2、自然崩落机理图 资料来源： 地 下采 矿方法学 （ 中 南大学 ） ， 兴业证券经济 与金融 研究院 整理 自然崩落法开采涉及的关键技术 主要 包括 ：放矿 理论、 矿岩工程质量与块度 预测、崩落矿岩流动、放矿控制、放矿计划编制、放矿管理等。 放矿理论：主要研究放矿过程中崩落矿岩散体移动规律，包括三体 移动概率密度场与移动速度、散 体移动轨迹线、放出体形态与方 程 等。 矿岩工程质量评价和矿岩流动特性：工程质量评价主要包括矿 岩可 崩性评价 和块度预测。矿 块的可崩性预测从起初的经验性预测，发 展到后来的矿岩质量评价方法，以及近期的数 值和物理模拟方法。 矿岩流动研究的发展方 向是三维 视 化模拟，并 考虑矿岩属性， 其难 点在于不规则崩落块 体的几何表达及其在流动 中的相互作 用方式的 确定 。 放 矿生产计 划：是在 根据生产目标和约束条件进行放矿排产，以保 证高效、安全、持续地放矿。 放矿控制：从均匀放矿原则、出矿品位均衡原则、降低损失贫化原 则及放矿速度控制原则考虑。 放矿管 理：自 然崩落法矿山生产过程中 的一个重要环节，其内容 主 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 5 - 行业深度研究报告 要包括生产数据自动采集与传输、实时分析 ，井 下铲运机 自动计量， 设备 智能跟踪与定位等。 1.2、自然崩落法适用条件 自然崩落法的适 用条件为： 1）矿体必须厚大，具有足够大的开采规模； 2） 矿化 较 均匀，矿体内夹石含量不宜 多； 3）矿体是易于破碎 的岩体； 4）矿石无结 块 和自燃的危险； 5）矿体覆盖层要能随矿 石一道崩落，否则会因空 顶过高而突然 冒 落，引起强烈冲击波的危害； 6）覆盖岩石最好能破碎成较大的块度，而矿石破 碎的块度较小； 7）地表允许塌陷。前两项是矿体地质条件，是应用的 基本条件； 第三、四项是岩体物 理性质条件条件，是必要条件； 最后三项是自然崩落法的重 要影响因素 。 表 1、 自 然崩 落法的适用条件 适用条件 具 体 描述 矿体 地质 条件 1）矿体必须厚大，具有足够大的开采规 模 2）矿化较均匀，矿体内 夹石含量不宜多 岩体 物理 性质条件 1）矿体是易于破碎的岩 体 2）矿石无结块和自燃的危险 对矿体覆盖层的要求 1）覆盖 层能随矿 石一起崩落 2）覆盖岩石最好能破碎成较大的块度，而矿石破碎的块度较小 3）地表允许塌陷 资料来源：我国自然崩落法发展 现状与应用展望（袁海平、曹 平 ），国内外自然崩落采矿法技术现状（沈南山等）， 兴业证券经 济与 金融研究 院整理 自 然 崩落法是具有较大风险的采 矿方法，在地质资料、矿岩体数 据收集 、矿 岩崩落的连续 性、崩落块度、和 底部放矿结构研究方面均具有挑战 性 。 地质资料： 围岩和 矿体稳定性 （ 或可崩性 ） 准确 评价 ，矿体形态、 规模和大小以及矿 石品位的空间分布是进行合理采矿设计的 前提。 而采矿设计和分析是依据有 限的地质勘探资料。因此，地质数 据的 局限性和不准确性构成了自然崩落法采矿的风险。 矿岩体数据： 地质建模资料有限，必须采用信息外延理 论或插值技 术，将有限的信息外 延到整个 矿体，对实际矿体 （ 母体 ） 进行近似 模拟。因此，借助先进的 理论 和技术， 充分利用有限的 地质资料， 建立合理、可 靠的地质模型是自然崩落法成功的重要 前提。 矿岩崩落的连 续性： 崩落的连续性取决于，一是围岩和矿体的自稳 性 ，需要对影响矿岩 体稳定性因素进行详细调查、分析 与合理性评 价，由此对矿岩体的 自稳性或可崩性进行准确预测，为诱导和控制 矿岩自然崩落的工程 设计提供依据 ；二是采矿诱 导应力，要通过适 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 6 - 行业深度研究报告 当的采矿拉底、切槽等采矿工程，使矿岩产生张拉、压剪破坏的采 动诱发应力。 崩落块度： 矿石的块度决定放矿 漏斗尺寸和放出体形 态，直接关 系 到放矿间 距、设备选型和生产能力。例如，当出现过多的大块时， 不 仅处 理悬顶潜 藏安全隐患，而 且还会导致放矿点二 次频繁爆破， 影响底部结构的稳定性、 采矿生产的连续性以及采矿 生产规模。 底部放矿结构： 底部结构的地压控制和 稳 定性维护是自 然崩落法采 矿能否成功的最关键技术。 我国自然崩落法已在 理论研究和工程实践方 面取得了进展；但在实践经验、 生产管理、生产效率以及自动化 程度方面还具有 较大 提升空间。 现场实践经验： 国内部分矿山（例如，铜矿峪矿 、普朗铜矿 ）已积 累了一定的实践经验，可提供参考、借鉴，从 而改善其他矿山现场 实践经验不 足的问题。 生产技术管理： 如果自然崩落法中拉底、放矿和地压控制 的现 场管 理水 平太低，会严重 影响采矿效 果，需要制定出有效的系列化、标 准化 的生产技术管理措施。 生产效率： 自然崩落法生产效率低主要有矿石大块多的因素。大 块 多必然导致出矿 过程中的频繁爆破，增加了电耙道维 护工作量，降 低了 耙道的利用率，对均匀出矿带来不利的影响，因此降低 采场大 块产出率十分重要。 自动化程 度： 国内在采用现代声发射技术探测并计算沿节理面破碎 的原始块度，对地表崩落进行监测控制等方面研究不够；在用计算 机对放矿过程进行模拟 和用计算机进行放矿管理与放矿 控制方面， 与国外的技术水平还 有很大的差距。 从未来方向上来看 ，自 然崩落法 采矿将朝着更大 的矿 石生产规模、更高的采 掘段、更多地应 用在硬岩矿山、更加自动化和新的拉底战略 方向发展： 1）矿石 生产规模大，一个矿山的年产量 达 几百万吨， 甚至数千万吨； 2）采掘段的高度越 来越 大，从最初的 低段高发展到 300400m，甚至更大； 3）越来 越多的硬岩矿山 采用自然崩落法； 4）自动 化采矿是自然崩落法重要的发展方向； 5） 拉底顺序由 后拉底战略转变为前进式拉底和预拉底战略。 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 7 - 行业深度研究报告 2、自然崩落法的优势与必要性 2.1、采矿工艺细分：固态矿物主要 的开采方式是露天开采和地下开 采 露天开采： 基本方法有台阶式开采 和条 带剥离式 开采。 台阶式开 采 主要用于 开 采金属矿床以及其他硬岩矿 床 ；条带剥离式开采主要用于开采埋藏较浅的 煤炭。 露天开采方法近些年来没有发生根本 性的 变化 ， 而开采 工 艺上的改进主要体现在 陡工作帮和分期开采 ，以及不同 运输方式的应用上，例如铁路、汽车和间断 连 续运输 。 地下开采：基本方法包括崩落 采矿法 、空 场 采矿法 以及充填采矿法。 实际生 产中 ， 地下 开采 最常见的是 空场开采法 。 崩落采矿法为一步回采，随回采工作面的推进 ， 崩落围岩充满采空 区，达到管理和控 制地压的目的 ，根据垂直方 向上崩落单元的划分 ， 崩落采矿法有单层崩 落、分层崩落 、分 段崩落和 阶段崩落四 种基 本 形 式。 空场采矿法将矿块划分为矿房和矿柱 ， 分两步回采 ， 即先采矿房 后 采矿柱 ， 以 围 岩本身的强度及矿柱来支撑采空区的顶板。这种 方 法 应用广泛的有全面采矿法、房柱采矿法、留矿采 矿 法、分 段采矿 法 以及阶段矿床法。 充填采矿法是随着回采工作面的推进 ， 逐步用充填料充填采空区的 采矿方法。 按矿块结构和回采工作面推进方向 ， 充填采矿法可分为 : 单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法、进 路充填采矿法、分采 充填采矿法和空场嗣后充填法。 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 8 - 行业深度研究报告 图 3、 矿山开采方法 一览 数据来源： 采 矿学（王青等） ，兴 业证 券经济与金融研究院整理 2.2、各类采矿方法对 比 矿体不同的 特征适 用不同的采矿技术， 各采矿技术 也有各自的 优缺 点。 自然 崩落法具有采准工程量小，劳动生产率高，采矿成本低以及作业安全 的优点 ；但 是 缺点是生产技术与放矿管理要求严格，大块产出率高以及矿 石损失较大。 表 2、 各类采矿方法对比 采矿方法 适用条件 优缺点 单层崩落法 顶 板 岩石不稳固，厚度一般小于 3米的缓倾斜矿层 长壁单层崩落法采准和矿块结构简单但 是坑木消耗量 和支 护劳动 量 大，底板管理复 杂；但是短壁和进路单层崩落法工作面短小以及 回采灵活性大但是 劳动生产率和生产能 力 较低。 分 层 崩落法 矿石不稳固及中等稳固，急 倾斜、缓倾斜 中 厚 以上矿体 矿石损失率和贫化率低；但是矿块的生产能力和工作面工效低，木材消耗量大，采场通风差。 有底柱分段 崩落法 厚度大于 5 米的 急倾斜矿体或任 何倾角的厚和极厚矿体，矿体不 需 分采，不结块不自燃 适用范围广，生产能力较大，采矿与出矿的设备简单，通风较 好； 但是采 准切割工程 量大，施工机械化程 度低，矿石损失贫化 较大。 无底柱分段 崩落法 矿石 稳固 及中等稳 固， 急倾斜、 缓 倾斜极厚矿体 安全性好，采场结构简单，机械化程度高；但是回采巷道通风困 难， 采场结构与放矿 方 式不当时，矿 石损失贫 化较大。 阶段强制崩 落法 矿体厚大， 形 状 规整， 倾角陡，围 岩不够稳固，矿石价值不高，围岩 与分段崩落法相比，采准工程量小，劳动生产率高，采矿成 本低； 生产技 术与放矿管 理要求严格、大块产出率高及矿石损失较大。 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 9 - 行业深度研究报告 有品位 阶段自然崩 落法 裂隙、节理或构造发育的大型块状 矿床或厚度很大的倾斜或急倾斜 矿体，无结 块，无自燃 采准工程量小，劳 动生产率高，采矿 成本低以及作业安全；但是生 产技术与 放矿管理要求 严格 ，大块产 出率高以及矿石 损失较大 全面采矿法 薄及中厚矿体 (小于 5 至 7 米 )矿岩稳 固，缓倾 斜 (一般小 于 30 度 )。 对矿体形状倾角适应性较强 ，采切工作 ，回采工艺简 单 ，工程量小，通风条件好；但是采空区顶板暴露面积大，不够安全。 房柱采矿法 矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体 。 采 准 工作 量小 ，回采工艺简 单 ，通风条件好 ，便于实 现机械化 ，生产率高， 采场生产能力 大 ；但是矿柱矿石损失大 ，顶板安全性不高。 留矿采矿法 矿岩稳固 ，急倾斜薄 或极薄矿体 ，矿石无结块和自燃 性 。 结构和生产工艺简单 ，管理方便，利用矿石自重放 矿采准工作 量 小 ；但是矿 石损失贫化较大 ，安全性差，平整采场工作繁重 ，难于 实现机械化 ，积压大量矿石 ，影响资金周转。 分段采矿法 倾斜厚及中厚矿体 生产能力较大，效 率较高，安全 性 好 ，底部结构简单；但是采准 工程量较大 。 阶段采矿法 急倾斜厚及极厚矿体 生产能力大 ，效率高 ，采矿成本低 ，坑 木消耗 少 ，作业安全 ；但 是矿 柱损失贫化大 ，采切工作量大 。 单层充 填采 矿 法 缓倾斜薄矿体 当开采水平或缓倾斜薄矿体时，在顶板岩层不允许崩落的复杂条件 下， 单层充填法是唯一可用的采矿方 法，回采率高且贫化率低；但 是 采矿工 效较低，坑木消耗 量大。 上 向 分 层充 填 采 矿法 矿岩中等 稳固以上 ，一些需要充填 的任何产状的矿床 矿石损失贫化小，适 用范围大；但是充填 成 本 高，充填系 统复杂， 阶 段间矿柱回采困难。 下 向 分层充 填采 矿 法 很不稳固的矿石或者矿石和围岩 均很不稳固，矿石品位很高或很有 价值的有色金属或稀有金属矿体 在适用条件下，技 术经济 指标良 好； 但 是生 产效 率较低。 进路充填采 矿法 矿岩极不稳 固，矿石品 位高，经济 价值大的矿体 矿石回收率高、贫化率低；但是回采充填作业强度大、劳动 生产率 低，并要求充填接顶。 分采充填采 矿法 急倾斜极薄矿脉，矿块尺寸不大 对 开 采极薄的贵 重金 属矿脉， 在经济上仍比混 采的留矿法优越；但 是工艺复杂，效率低，劳 动强度大。 空场 嗣后 充 填法 矿岩一 般 比较稳固 适 用 机械化开采，采矿效率高，采场生产 能力中等到很 高 ， 安全， 通风好，矿石回收率高；但是需要大量的采 切工程，适应性较差， 当矿体倾角较缓的时候效率低且贫化增加。 资 料 来 源 ： 采矿学（ 王青等） ， 兴业 证券 经 济 与金融研究院整理 2.3、必要性：自然崩落法是最接近露天开采的地下采矿技术 因为适用大规模开采，自然崩 落法是最接近露天开采的地下 采 矿 技术，大规 模开采一般为地表大露天坑开采或 地下矿块 和盘区崩 落法 开采 、分段崩 落法开 采、深孔 爆破或分段空场法开采以及其他衍生出 来的井下开采方式。 随着开采技 术的发展以及机 械 化程度的提高 ，将有越来越 多 的矿山进入大规模开采 的行列。 按照澳 大利亚 自然崩落法专 家 ET Brown 关于大规模开采产量口径的定义，若一 个露天矿山的产量为 3 万吨 /天，或 1000 万 吨 /年，地下矿山的产量为 1 万吨 /天或 300 万吨 /年，那么这个 露天或地下矿山的开采均可以称为大规 模开采。而大规模 开采作为国际采矿业安全、经济开采煤、 铜、铁、金和钻石等重要矿产的 优先考 虑方式，有着越来越 显著的意义。 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 10 - 行业深度研究报告 图 4、 采 用 自然崩落法的矿山可用于大规模开采 数据来源： 采矿技术等 ，兴业 证 券 经 济与金融研究院整理 3、自然崩落法在矿山 上的 应用 3.1、自然崩落法在国外矿山上的应用 自然崩落法 采矿技术已 有百余年历史， 已在 20 多个国家 、 超过 50 座 矿山上 得到应用。 自然崩落法自 1895 年、在美国密歇根州 苏必利尔湖铁矿皮瓦贝克 铁矿 首次试验成功 以来，经过 100 余年不断发展，已在美国、加拿大、智利、印尼、 南非、菲律 宾等 20 多个国家的 50 多座矿 山得到了应用。 20 世纪 60 年 代以前， 自然崩 落法主要 用于开采松软 破碎 不 稳固的 矿体； 后来随着 较为系统的开采工艺 流 程及相关研究方法提出，以及矿山开采设备等 技术获得巨大进步 ， 自 然 崩落法 的应用范 围也拓展至硬岩中，并逐渐实现 了工 业化 。 自然崩落法是目前世界上唯 一可与 露天开采相媲 美的开采方式 。 表 3、 国外 部分 自然崩落法矿山 国 家 矿山名 矿山地质 地段尺寸 （英尺） 高度 （英尺） 底 部 结构形 式 出矿方式 放矿口间距 （平方英尺） 美 国 圣曼纽尔 Sanmanuel 侵染黄铜矿 ，矿体、围 岩裂 隙发育，不稳定 - 600 或 600 指状漏斗 格 筛 放矿 15*17.5 亨德森 Henderson 石英脉型辉钼矿 ，覆盖层 1220 米，矿石围岩 稳 固 - 122 堑沟 铲运机 40*40 克莱 马克 思 Climax 含浸染状辉钼矿 重新胶结 的裂隙间距从数 吋 到数尺 - 300 双侧对称 漏 斗 电耙出矿 (33(1/5)*34 赛特弗德 Thetfosd 火成岩网状脉矿岩，矿石粗 粒结构，易破 碎，复岩易于 崩落 160*160 400 或 10 漏斗电 耙出矿有底 柱 50 45 50 9.5 77.78 58.74 30.66 66 38 25.9 - 漏斗无轨出矿 有底 柱 72 38 60 12 107.31 85.86 22.69 70-90 14 8.5 1-10 单层端部无轨 出矿平底柱 70 14 36 7.8 106.74 83.24 22 84-90 30.2 7.9 - 单层无轨出矿 无底柱 80 30.2 74 12 104.39 79.2 24.07 铜矿 峪铜 矿 40-50 115 70-73 6 漏斗电耙出矿、 盘区全面连续 开采 有底柱 500 800 116 120 - - - - 镜铁 山铁 矿 70-90 20-40 10-20 10-15 双 层无轨出矿 无 底柱 50 30- 40 48 9-10 105.49 88.84 11.15 85-90 45 3-10 10-25 堑沟无轨出矿 无底柱 96 45 70 13-15 94 80 10 双层端部无轨 出矿平底柱 55 20 52 7-8 100 80 10 自重放矿矮底 柱、岩装机 出矿 有底柱 50 16-20 50 4-6 90 78 15-25 资料来源 ：国内外自然崩落法研究与应用现状 （艾敏） ， 兴业证券经济与金 融研究院整理 铜矿峪铜矿：国内首座自然崩落法开采矿山，使用自然崩落法后成功扭亏为 盈。 铜矿峪矿系大型斑岩铜矿床， 是中条山有色金属集团下属矿山，铜矿峪矿床 储量较大，矿区地质总储量达 3.2 亿吨，铜金属达 200 多万吨。矿床上部出露地 表，下部埋藏较深。全区平均地质品位仅 0.67，虽伴生有钼、钴、金 、银等有 益金属元素 ，但品位 仍 偏 低。 铜矿峪矿一期工程 于 1958 年 2 月 开始建 设， 1975 年正式投 产。 原 采用有底 部结 构分段强制 崩 落 采矿法，年生产能力只有 80 万吨 ， 采矿成本高，亏损严重 。 1984 年 铜矿峪矿采 用 自然崩落 法对铜矿峪 矿进行技术改造，初步设计的开采范围是 5#矿体 810930m 中段的 中西部，最大开采境界走向长 600m，水平厚 80240m，采高 40120m。设计日产量为 1.3 万吨，其中自然崩落法部分为 1.1 万吨， 边部矿体继续采用有底部结构分段崩落法开采，出矿方式采用电耙 出矿。 2000 年矿山实际生产能力 已达设计产量 400 万 t/a， 扭亏为 盈。 铜矿峪矿二期工程 于 2010 年 开 始拉底，从拉底至达到 600 万吨 /年 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 14 - 行业深度研究报告 设计规 模仅用了 3 年 时间， 现己达到 750 万吨 /年，目标 900 万吨 / 年。 图 8、 铜矿峪铜矿实景 图 9、 铜矿峪铜矿地质剖面图 资料来源： 中国恩菲 ， 兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源： 自然崩落法矿山底部结构失稳机理及防治措施研究（夏志远） ， 兴业证券经济与金融研究院整理 图 10、 铜矿峪铜矿 采 场结构示意图 数据来源： 自然崩落法矿山底 部结构失稳机理及防治措施研 究（夏 志远） ，兴业证券 经济与 金融研究院整理 普朗 铜矿：中国第二座大规模成功应 用 自然崩落法 的 矿山， 是 生 产 规模最大 的自然崩落 法矿山，设 计 采矿规模为 1250 万吨 /年。 该矿 总矿石量 14.49 亿吨 ， 铜矿品位低于 1%， 是一座储量大、单位矿石价值低的特大型贫矿床铜矿山。矿体 呈筒状，北西向展布，南部较宽，达 360m600m，北部变窄为 120m300m， 为 超大型斑岩铜矿。 普朗铜矿 有 以下 特征 ： 矿石品位 低，品位和矿岩性质分布比较 均匀； 矿体厚大， 倾角近乎垂直，有足够的崩落面积； 矿岩易崩落； 矿 石无 自燃 和粘结性； 地表容许塌陷 ，故 采 矿方法选 用自然崩落法 。 矿山采用先 进的中深孔 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 15 - 行业深度研究报告 凿岩台车 进行凿岩拉底、 14 吨电动铲运 机出矿、无人 驾 驶电机车 进 行中段运输、 大型旋回破碎机碎岩、长距离胶带输送机运矿，于 2017 年 3 月投产， 2020 年矿 山生产能力已突破 1000 万吨。 表 5、 普朗铜矿资源明细 矿产 名称 矿产组合 矿石量 （ 万吨 ） 金属量 品位 普朗采矿 权 铜矿 主 矿 产 27,951.13 1,437,570 吨 0.51% 金 矿 伴生矿 产 27,951.13 36,336 千克 0.1310-6 银矿 27,951.13 494,735 千克 1.7710-6 钼矿 27,951.13 55,902 千克 0.02% 普朗外围 探矿权 铜矿 主 矿 产 1,269.92 68,361 吨 0.54% 金矿 伴生矿 产 909.65 1,291 千克 0.1410-6 银矿 1,089.68 58,308 千克 5.3510-6 资 料来源： 云南铜业：非公开发行股票 募集资金使 用可行性分析报告 ，兴业证券经 济与金融研究 院整理 图 11、 普朗铜矿实景 图 12、 普朗铜矿采 矿示意图 资料来源： 中国恩菲 ， 兴业证券 经 济与金融研究院整 理 资料来源： 云南铜业 :非公开发行股 票募集资金使用可行性分析报告 ， 兴 业证券经济与金融研究院整理 3.3、 紫金矿业旗下或有四个矿山可 运 用自然崩落法 采矿 紫金矿业 旗下 四 个大型斑岩型铜矿 拟应用自然崩落法开采 ， 有望增厚公司利 润 。 自然崩落法节省了大量的凿岩爆破工作和费用， 生产能力 大 ， 且具备 便于组 织 管理 、作业安全、 开采成本低、易于实现自动化等优点 。 据 紫金矿业 公告披 露， 在 2021-2022 年 ，将争取多 个地 下斑岩铜矿大 规模 、 高效 、 低成本自然崩落法采 矿项目开工建设。 斑岩铜矿床的特点主要有： 储量大 ， 品 位 低 ， 适于规模开采 。 公司现 有 4 个大型斑岩型铜矿： 塞尔维亚 紫金 JM 矿、 Timok 下带矿、多宝山铜 山、 紫金山罗卜岭，都具有自然崩落法的应用 潜力 ， 随着自然崩落法的研发与应 用 ，将为 2023-2025 年产量超预期打下基础，同时采矿成本或进一步下降， 增厚 公司利润。 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 16 - 行业深度研究报告 塞尔维亚紫金 JM 矿 ： 斑岩矿 ， 地下 开采 、 资源储量 大 、品位较低 ，或可 使 用 自然崩 落 法 2018 年 9 月 17 日（紫金矿业与塞尔维亚共和 国在北京签订协议， 将投资 3.5 亿美元以获 得塞尔维亚铜 矿 开采及冶炼企业 RTB Bor 63%的股份 。 RTB Bor 及其旗下项 目基本集中 在 塞尔维亚波尔市（只 有 1 个矿山位于相邻的马伊丹佩克市）， 距离首都贝尔格莱德约 180km。 图 13、 波尔位置 情况 数 据来源： Research Gate，兴业证券经济与金融研究院整理 另外截至 2019 年底，波尔铜矿拥有铜资源量 1018 万吨，平均品位 0.4%。 RTB Bor 控制 4 个 低品位斑岩铜（金）矿山（ MS、 VK、 NC、 JM）和 1 个冶炼厂。 分矿山 来看， MS、 VK、 NC、 JM 中仅 JM 矿 山 为地下开采 ， 据 Research Gate 数据 ，截至 2020 年 4 月 ， Jama 矿 拥有铜最低品位为 0.3%，平均品位为 0.53%，品位较低，或可在 JM 使用自然崩落法采矿。 表 6、 RTB Bor 旗下矿山情况 矿山 工艺 备 注 Majdanpek（ MS） 传统露天开采 +浮选工艺 包括两个相邻的矿坑：南坑和北坑。 截至 2020 年上半年 MS 矿技改扩 建项目完成破碎及磨浮系统 基础工程 Veliki Krivelj（ VK） 传统露天开采 +浮选 工艺 主要包括两个大的斑岩 矿体（ C1 矿体 和 Primarno）。 C1 矿体已于2017 年 10 月闭坑，下一步将 开发 Primarno 矿体 New Cerovo（ NC） 露天采矿 NC 矿 250 万吨 /年技改项目于 2020 年 5 月份恢复生产 Jama（ JM） 地下采矿 +浮选工艺 截至 2020 年 上半年 ， JM 矿技改扩 建项目完 成可行性研究并启动井巷关键工程招投标工作 资料来源： 公司公告 ， 兴业证券经济与金融研究院整理 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 17 - 行业深度研究报告 表 7、 截至 2020 年 4 月 ， Jama-Tila Ros 矿拥有 铜 最低品位为 0.4% 矿体名称 类别 万 吨 Cu(%) Au(g/t) Ag(g/t) 铜的最低品位 （ %） Jama-Tila Ros B 389 0.76 0.13 0.94 0.4 Jama-P2A B+C1 851 0.71 0.33 1.06 0.4 Jama-Brezanic A 197 1.28 0.27 1.93 0.4 Jama-Borska reka A+B+C1+C2 100,783 0.53 0.16 1.69 0.3 合计 102,220 0.53 0.16 1.68 0.3 资料来源： Research Gate， 兴业证券经济与金融研究院整理 注：储量使用俄罗斯分类系 统， A、 B、 C1、 C2 储量的确定性逐渐下降，其中 B 为探明储量 多宝山 -铜山铜矿 ： 铜山矿适用于生产能力大、生产成本较低的无底柱分段崩 落法方案 截至 2012 年 数据 ，铜山铜矿矿区保有矿石量 5877.18 万吨，铜金属 量 32.98 万吨，平均品位 0.56%，钼金属量 8636.7 吨，平均品位 0.015%。 铜山矿 距多宝山铜矿东侧直线距离约 4km， 属于斑岩型 浅 成中温热 液大型铜矿床，矿山共有 I、 II、 III、 IV、 V 号矿体，目 前 I、 II 号矿体铜山断层以上设有采 矿权，主要矿石类型为硫化矿，靠 近地表部分氧化矿已开采结束（截至 2006 年铜山 矿约 400 万吨氧化 矿已开采完毕） 。 图 14、 铜山铜矿 与 多宝山铜矿 相邻 数据来源： 黑龙江铜山矿业有限公司铜山矿采矿工程 环境影响报告书 ，兴业证券经济与金融 研究院整理 可转债 募资中 6.8 亿元投入到铜山 铜矿开发 。 公司 发行可转换公司 债券募集资金总额 60 亿元，扣除发行费用后，募集资金净额 投资于 Kamoa-Kakula 铜矿（ 31.4 亿元）、 Timok 铜金矿 上 带矿（ 21.8 亿元） 和黑龙江铜山 矿采矿工程项目（ 6.8 亿元） 。 据公司公告 ， 铜山 矿 项 请务必阅读正 文之 后的信息 披露和重要声明 - 18 - 行业深度研究报告 目 为露天和地下 采出原 生硫化 矿石 ，采用先露采后地下开采方式， I 号矿体 为露天开采 ， II 号矿体为 地下 开采 ， 矿山 总 服务年 限 19 年（不 含基建期，铜山露采和铜山地采同时进行基建，其中 露采基建期 1 年，地采基建期 3.5 年），生 产期 17 年，减产期 2 年。 2020 年 1 月 开始建设。 表 8、 公司 可转债募投项目情况 项目名 称 投资总额 （ 万元 ） 拟投入募 集资金金额 （ 万元 ） 刚果（金 ）卡莫阿控股有限公司 Kamoa-Kaku