有色金属行业：崩落法紫金的下一个技术“征途”-20210208-兴业证券-23页 (2).pdf

请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 行行业业 研研 究究 行行业业深深度度研研究究报报告告 证券研究报告证券研究报告 有色有色金属金属 推荐推荐 (维持维持 ）重点公司重点公司 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 相关报告相关报告 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 分析师：邱祖学 S0190515030003 王琪 S0190520120001 研究助理：赖丹丹 于嘉懿 投资要点投资要点 自然崩落法是自然崩落法是唯一能与露天开采经济效益唯一能与露天开采经济效益相相媲美的高效地下采矿方法。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。国外国外应用情况应用情况：自然崩落法自然崩落法已有百已有百年历史，已在年历史，已在全球全球 20 多多国国、超、超 50 座座矿矿山上得到应用。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。国内国内应用应用情况情况：我国自然崩落法采矿技术起步晚，我国自然崩落法采矿技术起步晚，20 世纪世纪 60 年年代代起起开始开始运用，运用，目目前前金属矿山金属矿山中中仅仅铜铜矿矿峪铜矿、普朗铜矿峪铜矿、普朗铜矿取得取得大规模大规模试验成试验成功功。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。紫金矿业紫金矿业的的“三步走三步走”远景规划远景规划中中，崩落法提到了崩落法提到了战略高度战略高度，旗下的旗下的四个四个大大型斑岩型铜矿拟应用自然崩落法开采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，崩落法将是紫金在开矿领域的下的下一个一个“征途征途”。技术创新一直是技术创新一直是紫金紫金成长成长过程中过程中的的“核心竞争力核心竞争力”，采选冶采选冶炼领域炼领域的技术领先成就了紫金过去的技术领先成就了紫金过去的发展的发展，未来，未来的技术突破或更多的的技术突破或更多的在采在采矿领域矿领域自然崩落法自然崩落法。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，比如多宝山多宝山铜铜山矿山矿使用充填法的使用充填法的采矿采矿成本为成本为 91.37元元/t，而而使用使用崩落法崩落法成本成本仅仅为为 63.09 元元/t，采矿采矿成本成本下降下降 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。推荐推荐标的标的：紫金矿业紫金矿业。风险提示风险提示：金属价格大幅下跌，金属价格大幅下跌，疫情控制不达预疫情控制不达预期期，终端需求低于，终端需求低于预期预期，全球全球通通缩缩预期加剧等预期加剧等 title 崩落法崩落法，紫金的下一个紫金的下一个技术技术“征途征途”2021 年年 2 月月 8 日日 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -2-行业深度研究报告行业深度研究报告 目目 录录 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-图表图表目录目录 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-rMqMmOxPyQ9P9R7NsQqQmOnMfQmMsQfQqQxOaQmNsMwMqRtOuOnQqQ 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -3-行业深度研究报告行业深度研究报告 报告正文报告正文 1、自然崩落法概况、自然崩落法概况 1.1.1 1、自然、自然崩落法崩落法采矿原理采矿原理 自然崩落法是一种大规模和低成本自然崩落法是一种大规模和低成本的的地下地下采矿方法，其生产能力大，便于组采矿方法，其生产能力大，便于组织管理，作业织管理，作业安全，开采成本低，是唯一能与露天开采经济效安全，开采成本低，是唯一能与露天开采经济效益媲益媲美的高效地下美的高效地下采矿方法。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。自然崩落法自然崩落法是具备是具备高技术含高技术含量量，其原理为：，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。图图 1、自然崩落法工艺流程图、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拉底工作是自然崩落法产生自然崩落的必然必然前提条件前提条件，而自然崩落是，而自然崩落是动力学动力学过程，一般分为过程，一般分为 4 个阶段。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 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -4-行业深度研究报告行业深度研究报告 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。图图 2、自然崩落机理图、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自然崩落法开采涉及的关键技术主要主要包括包括：放矿：放矿理论、理论、矿岩工程质量与块度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。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 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -5-行业深度研究报告行业深度研究报告 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。1.1.2 2、自然崩落法适用条件、自然崩落法适用条件 自然崩落法的适自然崩落法的适用条件为：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。表表 1、自自然崩然崩落法的适用条件落法的适用条件 适用条件适用条件 具具体体描述描述 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 自自然然崩落法是具有较大风险的采崩落法是具有较大风险的采矿方法，在地质资料、矿岩体数矿方法，在地质资料、矿岩体数据收集据收集、矿、矿岩崩落的连续岩崩落的连续性、崩落块度、和性、崩落块度、和底部放矿结构研究方面均具有挑战底部放矿结构研究方面均具有挑战性性。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 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -6-行业深度研究报告行业深度研究报告 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我国自然崩落法已在理论研究和工程实践方理论研究和工程实践方面取得了进展；但在实践经验、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生产管理、生产效率以及自动化程度方面还具有程度方面还具有较大较大提升空间。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。从未来方向上来看从未来方向上来看，自，自然崩落法然崩落法采矿将朝着更大采矿将朝着更大的矿的矿石生产规模、更高的采石生产规模、更高的采掘段、更多地应掘段、更多地应用在硬岩矿山、更加自动化和新的拉底战略用在硬岩矿山、更加自动化和新的拉底战略方向发展：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。请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -7-行业深度研究报告行业深度研究报告 2、自然崩落法的优势与必要性、自然崩落法的优势与必要性 2.12.1、采矿工艺细分：固态矿物主要、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的开采方式是露天开采和地下开采采 露天开采：露天开采：基本方法有台阶式开采和条带剥离式开采。台阶式开台阶式开采采主要用于主要用于开开采金属矿床以及其他硬岩矿采金属矿床以及其他硬岩矿床床；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：基本方法包括崩落地下开采：基本方法包括崩落采矿法采矿法、空、空场场采矿法采矿法以及充填采矿法。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。请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -8-行业深度研究报告行业深度研究报告 图图 3、矿山开采方法矿山开采方法一览一览 数据来源：采矿学（王青等），兴业证券经济与金融研究院整理 2.2.2 2、各类采矿方法对、各类采矿方法对比比 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。表表 2、各类采矿方法对比各类采矿方法对比 采矿方法采矿方法 适用条件适用条件 优缺点优缺点 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。请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -9-行业深度研究报告行业深度研究报告 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 2.2.3 3、必要性：自然崩落法是最接近露天开采的地下采矿技术、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落法是最接近露天开采的地下采采矿矿技术，大规技术，大规模开采一般为地表大露天坑开采或模开采一般为地表大露天坑开采或地下矿块地下矿块和盘区崩和盘区崩落法落法开采开采、分段崩、分段崩落法开落法开采、深孔采、深孔爆破或分段空场法开采以及其他衍生出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。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。请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -10-行业深度研究报告行业深度研究报告 图图 4 4、采采用用自然崩落法的矿山可用于大规模开采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、自然崩落法在矿山上的上的应用应用 3 3.1.1、自然崩落法在国外矿山上的应用、自然崩落法在国外矿山上的应用 自然崩落法自然崩落法采矿技术已采矿技术已有百余年历史，有百余年历史，已在已在 20 多个国家多个国家、超过超过 50 座座矿山上矿山上得到应用。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自然崩落法是目前世界上唯一可与一可与露天开采相媲露天开采相媲美的开采方式美的开采方式。表表 3、国外国外部分部分自然崩落法矿山自然崩落法矿山 国国家家 矿山名矿山名 矿山地质矿山地质 地段尺寸地段尺寸 （英尺）（英尺）高度高度 （英尺）（英尺）底底部部结构形结构形式式 出矿方式出矿方式 放矿口间距放矿口间距 （平方英尺）（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。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。原原采用有底采用有底部结部结构分段强制构分段强制崩崩落落采矿法，年生产能力只有采矿法，年生产能力只有 80 万吨万吨，采矿成本高，亏损严重采矿成本高，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年矿山实际生产能力已达设计产量已达设计产量 400 万万 t/a，扭亏为扭亏为盈。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 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -14-行业深度研究报告行业深度研究报告 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。图图 8 8、铜矿峪铜矿实景铜矿峪铜矿实景 图图 9 9、铜矿峪铜矿地质剖面图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 图图 1010、铜矿峪铜矿铜矿峪铜矿采采场结构示意图场结构示意图 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 普朗普朗铜矿：中国第二座大规模成功应铜矿：中国第二座大规模成功应用用自然崩落法自然崩落法的的矿山，矿山，是是生生产产规模最大规模最大的自然崩落的自然崩落法矿山，设法矿山，设计计采矿规模为采矿规模为 1250 万吨万吨/年。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。普朗铜矿普朗铜矿有有以下以下特征特征：矿石品位矿石品位低，品位和矿岩性质分布比较低，品位和矿岩性质分布比较均匀；均匀；矿体厚大，矿体厚大，倾角近乎垂直，有足够的崩落面积；倾角近乎垂直，有足够的崩落面积；矿岩易崩落；矿岩易崩落；矿矿石无石无自燃自燃和粘结性；和粘结性；地表容许塌陷地表容许塌陷，故，故采采矿方法选矿方法选用自然崩落法用自然崩落法。矿山采用先进的中深孔 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -15-行业深度研究报告行业深度研究报告 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。表表 5、普朗铜矿资源明细普朗铜矿资源明细 矿产矿产名称名称 矿产组合矿产组合 矿石量矿石量（万吨万吨）金属量金属量 品位品位 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 0.13 10-6 银矿 27,951.13 494,735 千克 1.77 10-6 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 0.14 10-6 银矿 1,089.68 58,308 千克 5.35 10-6 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 图图 1111、普朗铜矿实景普朗铜矿实景 图图 1212、普朗铜矿采普朗铜矿采矿示意图矿示意图 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 3.3.3、紫金矿业旗下或有四个矿山可紫金矿业旗下或有四个矿山可运运用自然崩落法用自然崩落法采矿采矿 紫金矿业紫金矿业旗下旗下四四个大型斑岩型铜矿个大型斑岩型铜矿拟应用自然崩落法开采拟应用自然崩落法开采，有望增厚公司利有望增厚公司利润润。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：斑岩铜矿床的特点主要有：储量大储量大，品品位位低低，适于规模开采适于规模开采。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。请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -16-行业深度研究报告行业深度研究报告 塞尔维亚紫金塞尔维亚紫金 JM 矿矿：斑岩矿斑岩矿，地下地下开采开采、资源储量资源储量大大、品位较低、品位较低，或可，或可使使用用自然崩自然崩落落法法 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。图图 1313、波尔位置波尔位置情况情况 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。表表 6、RTB Bor 旗下矿山情况旗下矿山情况 矿山矿山 工艺工艺 备备注注 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 请务必阅读正请务必阅读正文之文之后的信息后的信息披露和重要声明披露和重要声明 -17-行业深度研究报告行业深度研究报告 表表 7、截至截至 2020 年年 4 月月，Jama-Tila Ros 矿拥有矿拥有铜铜最低品位为最低品位为 0.4%矿体名称矿体名称 类别类别 万万吨吨 Cu(%)Au(g/t)Ag(g/t)铜的最低品位铜的最低品位（%）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 多宝山多宝山-铜山铜矿铜山铜矿：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）。图图 1414、铜山铜矿铜山铜矿与与多宝山铜矿多宝山铜矿相邻相邻 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 可转债可转债募资中募资中 6.8 亿元投入到铜山亿元投入到铜山铜矿开发铜矿开发。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