基于非煤礦山開采薄礦體的采礦技術

夏新鈞

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

全球經濟的快速發展和人口的不斷增加，使礦產資源的需求日益增大，礦山開采行業成為支撐現代社會的重要產業之一。然而，傳統的礦山開采方式往往伴隨著資源浪費、環境破壞和安全隱患等問題，迫切需要尋找高效、環保的采礦技術來滿足資源需求并保護環境。在礦山開采中，薄礦體開采是一個備受關注的領域。薄礦體通常指的是礦床的礦化帶或薄層，其厚度相對較小，但蘊含了豐富的礦產資源。由于薄礦體開采存在獨特的挑戰，如采礦難度大、資源分布不均勻、環境保護要求高等，因此需要采用特殊的采礦技術來有效開采這些礦體。

1 薄礦體的定義與分類

1.1 薄礦體的概念

薄礦體是指礦床中的礦化帶或礦層，其厚度相對較小，通常在幾米到幾十米之間。與傳統的礦體相比，薄礦體的特點在于其縱深延伸較大，但橫向厚度相對較小。這使得薄礦體的開采變得更加復雜和具有挑戰性。通常情況下，礦體的橫向厚度在幾米到幾十米之間，使其成為一種具有獨特挑戰的礦產資源。

1.2 薄礦體的分類

1.層狀薄礦體。層狀薄礦體是一種常見的薄礦體類型，通常以水平或近水平的層狀分布方式存在于地下。這類薄礦體的典型代表包括鐵礦石、銅礦石等。它們常常具有相對規則的礦床分布，使得采礦工程規劃和操作相對容易。然而，由于其橫向厚度相對較小，需要采用高效的采礦技術來充分開采這些礦體。

2.脈狀薄礦體。脈狀薄礦體以礦脈的形式存在，通常在地下具有較大的縱向延伸，但橫向厚度相對較窄。這類礦體包括金礦石、銀礦石等。由于其礦床分布較不規則，采礦難度較大，通常需要采用精細的采礦技術，如精細選礦和精細爆破，以充分開采礦石并提高資源回收率[1]。

3.斷裂控制的薄礦體。斷裂控制的薄礦體受地質構造斷裂的控制，通常分布于地質斷裂帶附近。這類薄礦體包括鋅礦石、鉛礦石等。由于斷裂帶的存在，礦體的分布常常不規則且具有挑戰性。采礦公司需要采用高精度的地質勘探技術，以確定礦體的具體位置，并采用適當的采礦方法來充分開采這些礦體。

2 薄礦體開采的難點與挑戰

2.1 采礦難度大

薄礦體的特點之一是其橫向厚度較小，這導致了開采難度的顯著增加。傳統的采礦方法通常設計用于開采較厚的礦體，因此不適用于薄礦體。薄礦體的開采需要更高精度的工程規劃和采礦技術，以確保資源的充分回收。此外，由于薄礦體橫向薄度有限，礦石儲量相對有限，因此采礦公司需要在開采效益和成本之間取得平衡，這增加了經濟難度。

2.2 資源分布不均勻

薄礦體的分布通常不均勻，礦體之間可能存在間隙或不連續性。這使得開采過程中的資源評估和礦體定位變得復雜和具有挑戰性。準確估計薄礦體的位置、形狀和規模是成功開采的關鍵。采礦公司必須依賴高精度的地質勘探技術和地下測量方法，以確保礦體的有效開采和資源的最大回收。

2.3 環境保護要求高

薄礦體的開采往往伴隨著對環境保護要求較高的挑戰。由于薄礦體通常位于地下，采礦過程可能導致地下水位下降、地表沉降以及生態環境破壞等問題。為了滿足環保法規和社會責任，采礦公司需要采取一系列環保措施，包括廢水處理、土壤保護、生態恢復等。這增加了開采過程的復雜性和成本，但也是維護可持續礦業發展的必要措施。環保要求的提高還推動了綠色采礦技術和可持續開采方法的研究和應用。

3 薄礦體開采的現有方法

3.1 傳統開采方法

傳統的礦山開采方法包括露天開采和地下開采。然而，這些傳統方法在薄礦體開采中存在一些限制，因為它們通常設計用于開采較厚的礦體。在露天開采中，由于薄礦體的橫向厚度有限，需要大面積的開采，這可能導致大量的土地破壞和環境影響。地下開采也面臨挑戰，因為薄礦體的開采通常需要更高精度的工程規劃和設備，以確保資源的充分回收。

3.2 巖漿注入采礦法

巖漿注入采礦法是一種常用于開采薄礦體的創新方法。這種方法涉及將高壓巖漿注入礦體中，從而破壞礦石，使其更容易提取。巖漿注入可以改變礦體的物理性質，減輕礦石與圍巖之間的黏附力，從而降低了采礦難度。這種方法通常能夠提高開采效率，但需要大量的能源和水資源來產生高壓巖漿。

3.3 水力剝離法

水力剝離法是一種利用高壓水流將礦石從圍巖中剝離的現代化采礦方法。這種方法適用于某些薄礦體的開采，特別是脈狀薄礦體。在水力剝離過程中，高壓水射流用于分離和剝離礦石，將其從圍巖中沖擊出來。這種方法具有較高的精度和環保性，可以減少采礦過程中的露天挖掘和地下開采的需求，從而減輕了地質環境的影響。然而，水力剝離法需要精密的控制和監測，以確保采礦過程的安全和有效性[2]。

4 基于非煤礦山開采薄礦體的采礦技術

4.1 機械化開采

機械化開采是一種常見的薄礦體采礦技術，特別適用于層狀薄礦體的開采。這種方法依賴各種機械設備，如采礦機、裝載機和運輸設備，對薄礦體進行高效的開采和處理。機械化開采的優勢在于能夠迅速提高開采產量，減少人力成本，并提高作業安全性。在機械化開采過程中，各種設備的運用使得采礦作業更加高效和可控。采礦機械可以精確地切割、裝載和運輸礦石，減少了人工操作的不確定性。此外，機械化開采可以實現24 小時不間斷的作業，提高了開采效率，縮短了生產周期。然而，機械化開采需要精確的礦體定位和設備操作。準確的地質勘探和礦體測量對于確定礦體的位置和形狀至關重要。任何定位或操作的偏差都可能導致資源浪費或礦體損失。因此，精細的地質數據和高級的自動化控制系統是機械化開采成功的關鍵要素。

4.2 自動化控制

自動化控制技術在薄礦體開采中扮演著越來越重要的角色。通過自動化控制系統，可以實現設備的智能化操作和實時監測，從而提高了采礦作業的效率和安全性。傳感器和智能控制系統的應用使得開采機械能夠根據不同礦體的特性自動調整工作參數。例如，當遇到硬度較高的礦石時，自動化控制系統可以調整切割或挖掘的力度，以保持高效的生產。這不僅提高了開采效率，還降低了設備的磨損和維護成本。此外，自動化控制系統還可以實時監測設備的運行狀況，檢測潛在的故障或危險情況，并采取適當的措施以確保操作員的安全。自動化控制還有助于降低能源消耗和廢棄物產生，對于實現環保和可持續性發展具有積極意義。隨著技術的不斷進步，自動化控制在薄礦體開采中的應用將進一步擴展，為礦業行業帶來更多的創新和改進。

4.3 礦體預測與模擬

在薄礦體開采中，礦體的準確預測和模擬是至關重要的環節。通過利用地質勘探數據、地下測量技術以及先進的數學模型，可以實現對薄礦體的位置、形狀和分布的準確預測。這些信息對于采礦計劃的制定、設備操作的優化以及資源管理都具有關鍵性的作用。（1）礦體預測：地質勘探是薄礦體開采的第一步。通過采集地質樣本、測繪地下構造和利用地球物理勘探技術，礦業公司可以獲取關于礦體位置和性質的重要數據。這些數據可以用來建立地質模型，預測薄礦體的空間分布。同時，高級的地質信息系統（GIS）和三維建模工具也可以幫助工程師更好地理解地質情況，進一步提高礦體預測的準確性。（2）礦體模擬：礦體模擬技術允許礦業公司在實際開采之前進行虛擬試驗。通過建立復雜的數學模型，模擬薄礦體的開采過程和資源回收情況。這種模擬可以考慮多種因素，包括地質條件、采礦設備性能、資源管理策略等。模擬的結果可以幫助礦業公司評估不同采礦方案的可行性，包括采礦進度、采礦方法的選擇以及資源回收率。通過模擬，礦業公司可以降低風險、優化采礦過程，并減少開采過程中的意外事件。薄礦體開采的成功往往依賴于準確的預測和精確的模擬。這些工具不僅有助于提高資源的回收率，還能夠降低成本、減少環境影響以及增強可持續性。因此，礦業公司越來越依賴于先進的地質勘探技術和數學模型，以優化薄礦體的開采過程[3]。

4.4 環保技術

薄礦體開采的環保要求不斷提高，采礦公司必須積極采用各種環保技術來減輕對生態環境的不利影響。以下是一些常見的環保技術在薄礦體開采中的應用：

1.水資源管理。合理的水資源管理對于薄礦體開采至關重要。采礦公司需要建立水資源平衡模型，以確保地下水位的下降得到控制。這可以通過監測水位、進行合理的地下水補給以及采用節水技術來實現。減少地下水位下降的風險有助于維護地下生態系統的穩定性。

2.尾礦處理。尾礦處理技術是薄礦體開采中的關鍵環保措施之一。通過高效的尾礦處理工藝，可以最大程度地回收有用礦物，減少廢棄物的產生。采用現代化的尾礦處理設備和技術，如篩分、浮選和過濾，可以降低廢棄物的排放量，并減少對土地和水資源的污染。

3.廢水處理。廢水處理是另一個關鍵環保技術，用于減少采礦過程中產生的廢水對環境的不利影響。通過采用廢水處理工藝，如生物處理、化學沉淀和膜分離，可以有效去除廢水中的污染物質，使排放的廢水質量符合環保法規。這有助于保護附近的水體和生態系統，減少水資源污染的風險。

4.粉塵控制。薄礦體開采常伴隨著粉塵的產生，這對空氣質量和健康構成威脅。因此，采礦公司采用粉塵控制技術，如濕法噴霧、塵埃捕集器和空氣質量監測，以減少粉塵排放。這有助于改善采礦周邊地區的空氣質量，減少對居民健康的不利影響[4]。

4.5 精細選礦技術

薄礦體常常包含多種礦物成分，而精細選礦技術是一種關鍵的處理方法，用于高效地分離和提取目標礦物。這些精細選礦技術基于不同礦物的物理和化學性質，通過一系列工藝步驟實現高效的分離和富集，包括浮選、重選、磁選、重晶分離等。（1）浮選：浮選是一種廣泛應用于礦石處理的精細選礦技術，適用于許多金屬礦物的分離。浮選過程通過向礦漿中注入氣泡，使目標礦物顆粒粘附在氣泡上浮升，從而分離出目標礦物。浮選技術可以根據目標礦物和雜質的不同疏水性來實現高效分離。（2）重選：重選是一種根據礦石顆粒的密度差異來進行分離的技術。通過使用重力、離心力或氣流，可以使較重的礦物顆粒沉降或脫落，而較輕的礦物顆粒則浮升，實現分離。這種方法通常用于選礦過程中去除尾礦中的廢石和雜質。（3）磁選：磁選是一種通過磁性差異分離礦物的方法。在薄礦體開采中，可以利用磁性分離來提取含鐵礦物，如鐵礦石。通過在磁場中暴露礦石，具有磁性的礦物顆粒會被吸附到磁性材料上，從而實現分離。（4）重晶分離：重晶分離是一種利用液體密度差異進行分離的技術。在這個過程中，礦石顆粒被懸浮在高密度液體中，具有高密度的礦物會沉降到液體底部，而輕的礦物則浮升到液體表面。這種方法在分離金、鎢、錫等礦物中應用廣泛。精細選礦技術不僅可以提高資源的回收率，還減少了礦石的處理量，從而節約了能源和水資源。

4.6 無人駕駛技術

無人駕駛技術在薄礦體開采中的應用也逐漸增多。通過使用無人駕駛設備，如無人卡車和無人飛行器，可以實現開采過程的自動化和智能化。無人駕駛卡車已經成為現代礦山的標配。這些自動駕駛卡車可以高效地運輸礦石和廢巖，無需人類駕駛員操控。它們通過激光雷達、攝像頭和GPS 等傳感器來感知周圍環境，實現自主導航和避免障礙物。無人卡車可以全天候工作，不受疲勞和安全風險的限制，從而提高了生產效率和安全性。而無人飛行器，如無人直升機和多旋翼飛行器，用于勘探、監測和測量礦山地區。它們可以攜帶各種傳感器，如高分辨率相機、紅外熱像儀和激光掃描儀，以獲取地形、礦石分布和環境數據。這些數據對于礦體預測、資源管理和環保監測至關重要。此外，無人駕駛技術還擴展到采礦設備的自動化。無人挖掘機和裝載機可以根據預先編程的路徑和作業要求進行自主操作。它們使用先進的控制系統和傳感器來實時調整工作參數，以適應不同地質條件和礦石特性[5]。

5 結語

薄礦體開采領域的不斷創新和進步提供了更多可能性，同時也呼喚著礦業公司和研究機構的合作與努力。在資源有限和環境問題日益嚴重的背景下，需要堅持可持續發展的原則，不斷尋求高效、環保的礦山開采技術，以滿足不斷增長的資源需求，同時保護地球的生態環境。希望本文能夠為相關工作人員提供借鑒，共同推動礦業行業朝著更加可持續和創新的方向前進。