露天采礦工程中的采礦技術實踐研究

譚海濤

（內蒙古平西白音花煤業(yè)有限公司，內蒙古自治區(qū) 錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗 026200）

一、露天采礦技術的特征、分類及流程

（一）采礦技術的特征

采礦作業(yè)具有危險性，雖然露天采礦作業(yè)相對于地下作業(yè)安全性較高，但在實際的工作中也不能忽視采礦作業(yè)中的安全隱患。在露天作業(yè)中對多設備聯(lián)動的要求較高，設備的使用與技術的組合較為復雜，這一因素導致露天采礦作業(yè)具有一定的復雜性與危險性。因此施工企業(yè)在施工中要根據工程實際情況，選擇合適的施工方式，避免由于工程企業(yè)選擇施工方式不當導致的安全事故。

（二）露天采礦分類

露天采礦按照其作業(yè)的連續(xù)性可以劃分為間斷式、半連續(xù)式及連續(xù)式等。所謂間斷式就是利用大型機械設備對礦產進行開采，然后再利用汽車進行運輸，這種開采方式由于采用較多功率較大的機械設備，導致整個開采過程中對于汽、柴油等油耗較高，使得成本較高，且易造成環(huán)境污染。隨著生態(tài)文明建設的深入，相關行業(yè)對采礦過程中減少油耗、保護環(huán)境等問題投入了大量成本，當前比較常用的是卡車輔助架線技術，通過對發(fā)動機供電使其處于怠速狀態(tài)，可以顯著降低尾氣排放量及油耗，新能源的采用也為采礦過程中對于生態(tài)環(huán)境的保護起到了重要作用。當前露天開采常用的方式是半連續(xù)式及連續(xù)式開采，此方法運輸成本及污染程度低，符合綠色、低碳、環(huán)保理念。但其對礦場地質及實際工作環(huán)境有著較高要求。一旦現(xiàn)場地質使得施工難度較大，爆破時將比較難以控制，使爆破很難達到開采所需效果，使得需要額外進行爆破而導致開采成本增加。

（三）露天采礦的流程

首先，在選擇礦山開采方式時，需要結合所在礦區(qū)實際地形情況，確保所選擇的開采方式能夠滿足礦山資源回收具體要求，通常情況下會采用“自上而下臺階式”露天開采方式；其次，在明確露天開采范圍以后，根據礦體特征選擇安全施工技術，這里需要注意是，所采用施工技術越先進和越安全，經濟化礦山開采目標也就越能順利達成，同時對露天開采底界加以明確，以創(chuàng)造更加安全作業(yè)條件；最后，科學選擇采剝工藝，考慮到常見礦山采剝工藝涉及剝離、穿孔、爆破等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)操作都非常容易受到各種干擾因素影響，使得作業(yè)過程面臨諸多安全隱患，為此需要加強作業(yè)風險分析，并采取極具針對性措施進行預防，使露天開采更加安全和規(guī)范。

二、采礦工業(yè)技術的存在的問題

主要存在問題同世界技術先進國家相比，我國金屬礦山行業(yè)的發(fā)展長期面臨著資料、能源緊缺和生態(tài)環(huán)境惡化的多重壓力，粗放型經濟增長的模式沒有發(fā)生根本轉變。我國是鐵礦資源人均占有量較低的國家，且貧礦多，富礦少，淺部易采鐵礦床開采殆盡，大量深部貧礦鐵礦床與復雜難采礦床投入開采。目前，我國露天采礦工藝整體處于國際先進水平，但采礦裝備整體技術的適應性同國際先進水平相比還有較大差距，采選一體化節(jié)能降耗研究薄弱，致使礦山產能低，經濟效益差。因此，加強采礦專業(yè)科學基礎研究，依靠科技進步提高采礦技術與裝備水平，低成本高效率開發(fā)利用有限資源，降低鐵礦石對外依賴度，成為冶金礦山求生存、謀發(fā)展的現(xiàn)實需要和保障我國鋼鐵行業(yè)安全運行亟待解決的重大問題。露天采礦方向重大科學問題和技術難題歸結為采礦裝備、采礦自動控制及信息管理技術問題：我國大型礦山裝備仍以引進、消化吸收再創(chuàng)新為主，新設備的自主研發(fā)、大型化與系統(tǒng)集成能力差，產業(yè)化制造力量弱。我國露天采礦鑿、爆、轉、運整個生產過程自動控制及信息管理方面與發(fā)達國家仍有明顯的差距。

三、露天采礦工程技術要點

露天開采作業(yè)主要包括穿孔爆破、采裝、運輸和排土。露天開采的順序是采礦和剝離在時間和空間上的相互配合，這四項工作的好壞及它們之間的配合如何，是露天采礦的關鍵。

1.穿孔爆破是在露天采場礦巖內鉆鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破，對礦巖進行破碎和松動。穿孔設備主要有沖擊式鉆機、潛孔鉆機和牙輪鉆機等，多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥和乳化炸藥及粒狀乳化炸藥。

2.采裝工作是用人工或機械將礦巖裝入運輸設備，或直接卸到指定地點的作業(yè)。常用的設備是挖掘機（有多斗和單斗兩類）、輪斗鏟和前端式裝載機，廣泛采用的為單斗挖掘機。

3.運輸工作是將露天采場的礦、巖分別運送到卸載點（或選礦廠）和排土場，同時把生產人員、設備和材料運送到采礦場。主要運輸方式有鐵路、公路、輸送機、提升機，還有水力運輸和用于崎嶇山區(qū)的索道運輸。選擇運輸方式必須綜合考慮地形、地質、氣候條件，露天礦生產能力，開采深度，礦石和圍巖的物理力學性質等，經過全面技術經濟比較后，確定合理的運輸方式。

4.排土工作系指從露天采場將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的大量表土和巖石，運送到專門設置的場地（如排土場或廢石場）進行排棄的作業(yè)。排土方法依其排土設備的不同，分為推土犁推土、推土機排土、前裝機排土和拖拉鏟運機或索斗鏟排土等。推土場應選擇在盡量靠近采礦場，少占農田的位置，有條件的應放置在山谷、洼地處，注意環(huán)境保護和造田、還田。

5.開采技巧。露天開采當?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時，應用露天開采最為優(yōu)越。隨著開采技術的發(fā)展，適于露天采礦的范圍越來越大，可用于開采低品位礦床和某些地下開采過的殘礦。露天采場內的礦巖通常劃分為一定高度的分層，每個分層構成一個臺階，以進行剝離和采礦。生產過程由礦巖松碎、采裝、運輸和卸載（卸礦和排土）組成。較松散的礦巖可用不經破碎，直接用采裝設備挖掘。對平緩礦床（一般礦層傾角小于12°）采用倒堆、橫運或縱運采礦法。對于傾斜礦床采用組合臺階、橫采掘帶或分區(qū)分期開采的方法。通常以倒堆法最優(yōu)，橫運法次之，縱運法最差。但適用的剝離厚度則相反。當剝離厚度大時，可在下部臺階用倒堆法或橫運法，上部用縱運法。為縮短運距，可將礦田劃分為若干采區(qū)，按一定順序開采，把剝離物排往本采區(qū)或前一采區(qū)的采空區(qū)。

四、露天采礦新興技術及其要點

（一）陡幫開采技術

隨著科學技術水平的不斷提升，露天采礦技術得到相應的發(fā)展，露天開采在礦產開采中得到廣泛應用。露天采礦技術的廣泛應用，其對于施工條件要求較高的問題日益凸顯，在地質條件較差的施工地進行開采時，其采礦效率將會顯著降低。隨著不斷深入研究，陡幫開采技術應運而生，其不僅解決了露天采礦對于采礦施工現(xiàn)場條件要求高的難題，還具有前期剝離量較小、建設周期短、施工作業(yè)量低等優(yōu)點，目前主要應用于凹陷露天礦。在此過程中幾個采礦臺階共用同一平臺，各個臺階的工作幫坡角要確保在16°以上，不僅能維持邊坡穩(wěn)定，還能使其基建周期得到明顯縮減。此外，在進行陡幫開采時要注意根據開采深度及施工現(xiàn)場地質特點選擇對應的工藝參數(shù)。采用陡幫開采能顯著提高采礦效率，使采礦成本降低，提升采礦企業(yè)的經濟效益。

（二）膠結充填采礦技術

隨著露天采礦各種新技術的普及，膠結充填采礦技術已經成為當前露天采礦技術中使用頻率高的技術。采用此技術進行礦產開采不僅能提高施工的質量及效率，更能降低開采過程中對周邊環(huán)境的破壞，但在實際開采中對于充填和開采比例的調配卻成為礦產開采中的重要難題。若在礦產開采過程中對于填充和開采的比例分配不合理會給整個采礦過程造成嚴重影響，只有當兩者處于合適的比例才能提升開采的效率。當前這一問題正隨著科學技術水平的不斷提高得到有效的改善，且隨著更加先進的露天采礦設備的普及和應用，更加促進了膠結充填采礦技術的發(fā)展，使露天采礦技術得到不斷改進和完善。

（三）高臺階采礦技術

隨著露天采礦技術的不斷普及以及相關儀器設備的發(fā)展，高臺階采礦技術逐漸被國際廣泛應用。國內對于此項技術的研究起步較晚，國內采用此方式進行露天采礦施工數(shù)目有限且臺階高度也較低，臺階高度最高僅為15m。采用此方式進行采礦需要對巷道的具體位置進行詳細分析，以此制定開采參數(shù)和相應計劃，通過在施工區(qū)域開設平行巷道，將露天礦外部與斜坡道進行連接，使臺階高度進一步提升，隨著大型采礦設備的應用，使高臺階采礦技術得到進一步應用和普及，對于提高采礦作業(yè)的連續(xù)性，降低運輸及開采成本及保護環(huán)境具有現(xiàn)實意義。

（四）采礦現(xiàn)場排水技術

由于在進行礦產開采時可能存在滲水現(xiàn)象，可能造成嚴重安全事故，因此開采現(xiàn)場的防水和排水技術具有重要意義。采礦現(xiàn)場的防排水技術水平是確保開采過程安全進行的重要途徑，采礦現(xiàn)場運用相關技術能有效防止施工范圍內地表水的滲入，不僅能使所采礦石的含水量得到顯著降低，使采礦效率得到顯著提升，更能確保采礦過程能夠安全進行。對于山坡地貌進行露天采礦時，地表水能按照其地貌、地形自然地流到施工現(xiàn)場之外的區(qū)域，對于凹陷地貌的露天采礦則應當提前進行相關設計，在施工平臺之上修建攔截水的裝置，并將其排出施工范圍，以此使采場底部機械排水的壓力得到緩解，提高采礦效率和安全程度。

結束語

綜上所述，伴隨著社會經濟不斷發(fā)展，人們生產和生活對能源資源十分渴求，在推動采礦行業(yè)持續(xù)發(fā)展的同時，露天采礦也進入到深凹階段，面對日益嚴峻的采礦作業(yè)環(huán)境，對采礦技術和安全工作也提出嶄新要求，需要結合礦區(qū)實際情況，科學合理選擇采礦技術進行應用，同時對采礦各環(huán)節(jié)存在的安全隱患加強分析，并利用相對應措施進行預防和解決，使露天采礦作業(yè)更加順利、高效和安全完成，相應開采效率與效益也能得到可靠保障。