露天礦山開采技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)研究

曹 賀

（中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

露天開采是人類開采礦物最早的方式，我國(guó)礦石資源豐富，早在3000年前就開始鑿井開采銅礦。19世紀(jì)末后，隨著動(dòng)力挖掘機(jī)等現(xiàn)代采礦工藝和技術(shù)的發(fā)展，對(duì)露天采礦技術(shù)的應(yīng)用使得采礦規(guī)模逐漸擴(kuò)大，讓我國(guó)的礦產(chǎn)量得到明顯提升。因此，先進(jìn)的露天采礦技術(shù)對(duì)于我國(guó)采礦技術(shù)水平的提升和礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 露天礦山采礦技術(shù)概述

1.1 開采概況

露天開采是我國(guó)礦山開采作業(yè)的常見方式之一，指用一定的采掘運(yùn)輸設(shè)備在敞露地表的采礦場(chǎng)采出有用礦物的過程。一般是將礦體周圍的巖石及覆蓋巖層剝掉，再通過露天運(yùn)輸通道或地下井巷把礦石運(yùn)到地表的方式開采過程，廣泛應(yīng)用于開采金屬礦、煤礦等礦場(chǎng)。根據(jù)礦床埋藏的地形條件及開采空間不同，露天礦可以分為封閉圈以上的山坡露天礦和封閉圈一笑的深凹露天礦[1]。與地下開采方式相比，露天開采具備有以下特點(diǎn)。

（1）由于相對(duì)地下開采空間受限較小，勞動(dòng)條件好，工作比較安全，有利于采用大型機(jī)械化設(shè)備提高開采量和開采強(qiáng)度。

（2）機(jī)械化、自動(dòng)化水平較高，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。

（3）基建投資成本較低，礦石損失貧化小，資源利用充分，使大規(guī)模開采低品位礦石成為可能。

（4）設(shè)備購置費(fèi)用較高，在敞露空間外，設(shè)備效率及勞動(dòng)生產(chǎn)率容易受暴雨、暴雪等氣候影響。

但因開采過程中產(chǎn)生粉塵較大，爆破后的巖石因含有害成分對(duì)與之接觸的大氣、水和土壤有一定程度的污染。

因需要?jiǎng)冸x巖土，將大量剝離巖土排到排土場(chǎng)，排土場(chǎng)往往占地面較大占用山地和農(nóng)田，影響周圍的生態(tài)環(huán)境。

1.2 露天采礦技術(shù)研究

露天采礦技術(shù)多樣，經(jīng)過多年對(duì)先進(jìn)露天采礦技術(shù)的引進(jìn)、吸收和發(fā)展，我國(guó)露天采礦技術(shù)得到優(yōu)化發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化水平提高，開采效率得到提升。

1.2.1 膠結(jié)充填采礦技術(shù)

膠結(jié)充填采礦技術(shù)屬于充填采礦法的方法之一，主要以水泥等膠凝材料和砂石、爐渣或尾砂等配制的漿狀膠結(jié)物料為填充材料，使其凝固后通過運(yùn)輸設(shè)備輸送至采場(chǎng)[2]。此種技術(shù)細(xì)分還可以分為高分層充填采礦技術(shù)、分段充填采礦技術(shù)和大直徑充填采礦技術(shù)，將采礦技術(shù)與開采條件有效結(jié)合，大大提高露天礦石開采的綜合能力及效率。與此同時(shí)，能夠降低對(duì)地面生態(tài)環(huán)境的破壞程度，達(dá)到低成本保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的作用。

1.2.2 陡幫開采技術(shù)

陡幫開采技術(shù)是針對(duì)凹陷露天礦初期剝巖量比較大，均衡整個(gè)生產(chǎn)期的剝采比，加陡露天礦剝巖工作幫所采用的技術(shù)措施。緩幫開采的工作幫坡腳一般為8°～15°，陡幫的工作幫坡角則可達(dá)到25°～35°，可以利用挖掘機(jī)等機(jī)械橫向采掘，也能實(shí)行縱向爆破。陡幫開采技術(shù)基建工程周期短，基建工程量少，有利于節(jié)約基建投資，利于邊坡穩(wěn)定。同時(shí)，陡坡開采技術(shù)推遲部分剝巖量，比分期開采更加有效靈活，提高露天采礦效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3 其他技術(shù)

除上述兩種常用露天礦山開采技術(shù)外，還可以運(yùn)用礦用電鏟、鉆機(jī)、礦用電機(jī)車、大傾角運(yùn)輸?shù)炔傻V設(shè)備提高露天的采礦效率和規(guī)模，采用高臺(tái)階露天采礦技術(shù)和階段連續(xù)開采工藝等。將現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化、信息技術(shù)等領(lǐng)域的只是交叉運(yùn)用，促進(jìn)露天采礦技術(shù)水平的提高，促進(jìn)礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 露天礦山采礦技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)金屬礦山露天開采的規(guī)模較大，自80年代以來，采礦業(yè)的發(fā)展受到國(guó)家重視，不斷更新采礦設(shè)備，發(fā)展更加先進(jìn)、現(xiàn)代化的采礦技術(shù)。

自動(dòng)化、信息技術(shù)為采礦業(yè)的開采技術(shù)和采礦設(shè)備注入新的活力，例如大型深凹露天礦陡坡鐵路系統(tǒng)、無公害爆破技術(shù)等系統(tǒng)建設(shè)和技術(shù)應(yīng)用[3]。采礦技術(shù)水平的提升，使得采礦設(shè)備操作難易程度和功能實(shí)用性顯著提高，為工作人員增加安全保障，減少人工開采，提高露天開采質(zhì)量。但同時(shí)，與國(guó)際先進(jìn)發(fā)達(dá)的露天采礦技術(shù)相比，中國(guó)的露天采礦技術(shù)仍然存在著生產(chǎn)規(guī)模小，露天開采比重小，開采設(shè)備較低的問題。

3 露天礦山采礦技術(shù)發(fā)展主要方向

3.1 融入新技術(shù)、選用高質(zhì)量采礦工藝設(shè)備

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)和科技水平日益提高，為優(yōu)化露天礦山生產(chǎn)，最好積極應(yīng)用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)于采礦工藝環(huán)節(jié)。如通過電子信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等提高露天采礦的信息化、自動(dòng)化和節(jié)能化，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的高效發(fā)展[4]。

露天采礦的發(fā)展離不開采礦設(shè)備的進(jìn)步，采礦設(shè)備大型化、智能化發(fā)展是未來的主要趨勢(shì)。由于采礦作業(yè)的工作量大，露天采礦設(shè)備繁多，因此注意對(duì)采礦設(shè)備的選用，提高采礦裝備水平。主要選用大型高效耐用的采礦設(shè)備，提高自動(dòng)化機(jī)械水平，一般采用連續(xù)工作制提高采礦效率，擴(kuò)大采礦規(guī)模和帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 高效化、智能化發(fā)展

隨著露天開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，露天開采已經(jīng)從傳統(tǒng)的礦巖爆破后用鏟裝設(shè)備裝載運(yùn)輸轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化的開采運(yùn)輸。采礦設(shè)備針對(duì)大工作量也要具有更大的載荷量和功率，開采裝備水平提高，日趨大型化，如礦用汽車、大傾角運(yùn)輸系統(tǒng)等，不僅增加運(yùn)輸承重量，還能提高礦山產(chǎn)能，降低運(yùn)輸成本。大型露天礦集約化、連續(xù)化的開采技術(shù)將轉(zhuǎn)變礦山運(yùn)輸理念，擯棄移動(dòng)式運(yùn)輸工具傳統(tǒng)觀念，發(fā)展露天開采傳輸式物流新觀念，創(chuàng)新露天開采技術(shù)理論，實(shí)踐建立露天采場(chǎng)工作面礦石裝載—破碎—輸送的集中化開采體系[5]。同時(shí)礦山開采過程中，運(yùn)用信息技術(shù)推進(jìn)采礦設(shè)備的智能化、數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)礦山作業(yè)的自動(dòng)控制和科學(xué)管理自動(dòng)化。在露天開采過程中加強(qiáng)自動(dòng)化和監(jiān)控手段，發(fā)展自主的智能開采技術(shù)與裝備，一旦設(shè)備故障，便自動(dòng)預(yù)警減少對(duì)工作人員的傷害，也便于第一時(shí)間排查故障，提高開采效率[6]。

3.3 綠色化、環(huán)?；l(fā)展

露天礦山開采雖然在敞露的空間里便于使用大型自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備提高開采效率 ，但其初期投資成本高，粉塵較大，剝離巖土占用田地，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。為響應(yīng)國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型的礦山企業(yè)發(fā)展前景，降低露天礦山開采的高成本、高污染、高能耗問題，必須加強(qiáng)對(duì)對(duì)礦山的開采中和開采后的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合治理，土地復(fù)墾工作[7]。

選取節(jié)能化配套采礦裝備，加大采礦設(shè)備環(huán)保設(shè)計(jì)的應(yīng)用，嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定的參數(shù)設(shè)置，減少污染指標(biāo)，對(duì)周邊環(huán)境及開采的破壞程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)，努力實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、節(jié)能采礦目標(biāo)。如固定式、移動(dòng)式除塵裝置及自動(dòng)控制系統(tǒng)等控制毒塵危害，對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行土地復(fù)墾減少對(duì)環(huán)境的破壞。

3.4 發(fā)展大型極深部露天礦山開采技術(shù)

采礦業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，針對(duì)部分大型極深部露天礦山的開采，需與時(shí)俱進(jìn)融入先進(jìn)技術(shù)，維持好礦山開采的可持續(xù)發(fā)展。

因極深露天礦運(yùn)輸條件惡化，開采成本增加，采場(chǎng)爆破擴(kuò)散有害氣體等問題，更要注重對(duì)露天礦的通風(fēng)防塵，露天礦鉆機(jī)、爆破等開采過沉重減少粉塵氣體對(duì)周圍大氣和水體的污染。且礦山開采過程中堆置的廢石、尾礦等廢棄物占用土地還污染環(huán)境，也容易形成地表塌陷、滑坡、泥石流等災(zāi)害，因此也要注重開采中和開采后的土地復(fù)墾，減少深凹露天礦的消極影響[8]。