金属矿山采矿技术与工艺的发展探讨

2020-12-09乔德元李之强

中国金属通报 2020年20期

乔德元，李之强

（西藏华泰龙矿业开发有限公司，西藏拉萨 850200）

当前，我国金属矿山开采方式分为两个方面，一种是地上开采，一种是地下开采，两者之间的比例约为1:4。地上开采与地下开采相比而言优势较大，地上空间开阔，有利于采矿工作的开展，且安全性相对较高，而地下开采金属矿难度大，空间范围窄，开采环境封闭，复杂度高，若开采技术使用不合理，则会给开采工作带来不利的影响，因此，急需优化现有开采技术和开创新的矿山开采技术，降低地下开采的难度和提高安全系数，确保采矿工作的顺利开展。根据我国当前广泛使用的几种采矿的技术分析来看，若在适用的条件下进行合理使用，采矿的效果还较为理想，但随环保和安全要求的不断提高，现有技术已无法满足相关要求。随着科技的进一步发展，智能化、信息化、数字化的开采矿技术在金属矿山开采中的逐步有效应用，将极大的提升采矿工作的效率，为未来金属矿山开采工作的顺利开展奠定坚实的基础[1]。

1 金属矿山开采工作常见问题

1.1 优质金属矿山资源稀缺

当前，我国各类矿产资源较为丰富，且分布广泛，然而，在金属矿山的实际开采过程中发现，我国的优质金属矿产资源短缺，且我国小型金属矿山数量巨大，中型金属矿山的占比较大，大型金属矿山占比小、数量少，且多数矿山开发企业不愿意开采小型矿山，多愿意花资金开采中大型矿山，因为中大型矿山资源的投资回报率高，这种采富弃贫的开发方式，导致我国金属矿山资源的严重浪费。

1.2 金属矿山开采技术较落后

我国地域辽阔、地大物博，区域之间差异巨大，金属矿产资源差异大，且针对资源开发利用的技术也各不相同，对于金属矿山资源较多的区域，其开采技术较为先进，可以与国际上接轨，而对于金属矿山资源较少且经济发展较为落后的区域，其金属矿山开采技术较为落后，开采成本高、效率低、利润低，成为这些区域资源开发利用与技术发展的主要制约因素。

1.3 资源回收与再利用效率低

当前，我国针对开采后金属矿的回收与再利用效率低，没有对可再利用的矿物资源进行回收的习惯，也不重视，而国外发达国家已经有对于这些资源的回收与再利用技术的开发与创新，与发达国家相比，我国在资源回收与再利用方面还处于起始阶段，差异巨大。

1.4 开采后对周边环境影响较大

金属矿山的的开采工作一般都会对其周边环境造成一定程度上的影响，特别是针对地下开采工作的执行，比较容易引发地形的破坏，造成地面塌陷等情况，导致周边环境遭到严重破坏，若依然执行无序、无规则的开发，导致环境被破坏和引起资源的浪费，这违背我国绿色可持续发展原则[2]。

2 常见的金属矿山的开采工艺

2.1 空场采矿工艺

空场采矿技术这类采矿方法在我国应用最早、最广泛，在技术上也最成熟，工艺简单，成本低，适用于矿体围岩自身稳固的矿体开采，采矿工作结束后，允许采空区在一定时间内有较大的暴露面积，该方法留设大量的保护矿柱，一般情况对矿柱不再进行回收利用，损失率较大，随着矿山资源的不断开发利用，资源储量不断减少，矿产品价格逐步提高，空场法损失资源太多，资源回收利用率低，在大中型矿山应用逐步减少，在一些小的矿山中仍有使用。随着各种采矿技术的改革进步及国家对安全环保要求的控制，空场法和充填法结合的方法在大中型矿山开采中的应用占比逐步增加，有效的提高了矿产资源的利用。

2.2 崩落采矿工艺

崩落采矿法是借助自然力崩落采场顶板和两帮围岩充填采空区，达到控制地压消除危险的目的，相对空场法，崩落法克服了矿柱回收是危险性大、资源浪费多的缺点，但崩落法放矿是在围岩下进行的，损失和贫化率都比较高，适用于矿体厚大、品位低、围岩条件较好的矿体回采，生产能力较大，采矿成本较低。随着环保问题和安全生产的日益重视，地表不允许陷落，该采矿方法逐步被淘汰，使用比重越来越小。

2.3 充填采矿工艺

该技术在我国金属矿山开采中也较为常见，该技术包括干式、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等多种充填方式，这些技术是随着我国金属矿山资源开发和利用的技术发展上逐步发展而来的，逐步取得重大进展。当前，我国充填采矿技术水平已经与国际接轨，达到较为先进的的工艺技术水平。高水全尾砂速凝固化胶结充填、高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填这两种新的工艺技术代表了我国充填采矿的最新、最先进研究技术，极大的改善了我国在该技术上的研究进展，提升我国利用该技术的采矿水平，实现高效采矿、安全采矿两不误。

2.4 原地溶浸采矿工艺

原地溶浸采矿技术是一种较为实用的综合性技术，该技术将选矿、采矿与冶炼工艺结合，直接从选矿到金属成分的提取一步到位，铜、金、银等20 余种金属矿床均适用此技术。该技术的突出优势是不需从地下取出矿石，因此，在其工艺过程中不会产生对环境有危害的尾砂或废石等材料，具有较为突出的环保优势。其工艺一步到位，缩短了金属从开采的时间周期，投资低，经济效益高，且使用范围广，有利的改善了采矿条件，节约了劳动力，并对采矿工的安全性得到有效的保证，优势明显。

3 金属矿山开采技术未来的发展方向

3.1 技术专业化

未来，随着我国科技的发展，各技术领域的研究更加趋向专业化的方向，金属矿山的开采业不例外，金属矿山开采技术专业化是表明在矿山开采中需要执行统一的和标准的作业流程，避免随意开采带来的安全隐患，为矿山开采工作的顺利开展奠定良好的基础。针对当前金属矿山的开采，需要从当前的开采技术中发现问题，通过对问题的分析，提出解决问题的方法，使开采技术体系走向标准化之路。

3.2 开采机械大型化与智能化

随着电子技术的发展，其在各行业得到充分的应用，开采机械逐步朝着大型化、智能化、自动化的方向发展。以前，多数开采机械设备都采用普通的挖掘机等传统机械设备技术，传统的机械设备效率低，现机械设备逐步被大、新机械设备替代，加上工业智能化技术的发展，其在采矿行业中也得到了很好的应用，机械智能化、自动化，极大的改善了我国采矿工作的效率。如利用局部区域远程遥控系统、定位系统、视频监控系统等于井下凿岩台车、铲运机等大型设备，可以很好的实现开采设备的自动定位与遥控，可以安全高效实现采矿作业。机械智能化、自动化技术不断发展，有利于清晰掌控整个开采工作的进展，有利于环境监测工作的开展，采用机器人、无人机等技术装备，充实未来采矿机械系统的队伍，为科学采矿、高效采矿、安全采矿与平稳采矿奠定良好的技术基础。因此，智能化与自动化是未来采矿技术发展的主方向，我国需要加强这方面的科研力度，更好的为矿山开采工作服务。

3.3 环保化

金属采矿工作趋向环保化，其主要是指在具体的采矿工作中，明确重视环保指标，确保采矿中的环保效益，使采矿过程对环境的影响降至最低，避免采矿完毕环境受到不可逆的破坏无法复原，资源不能实现可持续发展。采矿工作的环保化也与我国绿色经济发展的方向相适宜，且紧密联系，因此，未来采矿企业必定会在该方向上得到极大的重视，确保采矿工作的有序开展。

3.4 数字化

未来，大数据技术在各行业中的地位会越来越重要，利用大数据分析，可以为各项工作的开展奠定良好的基础，而金属矿山开采业会趋向数字化的方向，成为发展的主流。数字化技术在金属矿山开采中的应用，有利于实现矿业行业发展信息化的方向，通过空间信息构件的信息技术体系建设，有利于开采工作的信息化发展，支撑开采工作的顺利开展。数字化技术是对各种矿业资源进行数字集合，构建完整的数字信息化系统，这样的数字信息化系统可以确保矿山的基础信息、探测信息、最适合的采矿技术、矿石运输技术与冶炼技术得到有效的指导，全程实现数字化管理控制，提升开采工作的完整性、一致性与控制力。

3.5 监控技术

矿山开采需要综合分析各种因素，包括地质条件、气候、地理位置等，因此，需要对各种因素进行监测，从监测反馈的数据来反应矿山开采的难度和适合的开采技术，目前，各种监测类仪器的开发与应用很好的解决了这些问题，包括环境探测仪、温度监控仪、流水监控仪、地质结构鉴定仪、地质条件分析仪等，这些设备的综合应用，可以及时的将各种监测数据反馈给中央控制器，通过对详细数据的处理，分析矿山开采的可能性与具体实施方案，为开采指明了方向。各类综合设备还需要专业化的技术人才，对这些技术人才进行的培训，提升人员综合素质，适应多方面的工作，提升工作效率与专业度，为指导矿山开采工作奠定良好的基础。

3.6 无废开采技术

矿山资源浪费、地表塌陷与环境废弃物无序排放是金属矿山开采过程中的三大危险因素，其中环境废弃物主要是废石、尾矿与赤泥，采用工业生态学原理技术，开创高效开采技术，降低废石产出，是未来金属矿山开采的一种发展方向。该方向包括几种新的无废开采技术，如高浓度全尾矿填充技术，该技术可以有效完成矿山废弃材料资源化利用，如赤泥胶结充填、自然级配废石胶结填充等技术，这些技术能够在一定范围内，有效的降低的金属矿山开采过程中的环境废弃物的产生，避免开采过程中对环境的大肆破坏，保护环境。

3.7 深井采矿技术

当前，我国浅表金属矿产资源被大量挖掘，呈现出逐年递减的趋势，因此，金属矿物开采企业转向深部开采的方向，深部开采的范围是指地面以下1km 的矿山，因为范围较深，开采的难度大，操作困难，需要极高的技术，还需要面对深部的压力、温度等影响因素，成为制约深井开采工作的重要条件，如何通过技术创新，开发出深井开采新技术，确保深部开采的温度、压力、运输、通风等各种问题得到有效的解决，为我国深部资源的有效利用提供方向，成为未来金属矿山开采的研究方向。

4 金属矿山采矿技术管理

做好金属矿山的采矿技术管理，是提升采矿效率的基础。首先，借鉴发达国家的先进的采矿技术与经验，制定适合企业发展的采矿工艺流程，并严格遵照其执行采矿工作。其次，根据开采回采比率、采矿贫化比率，制定科学的采矿计划，合理布局，安全作业。第三，做好采矿前的各项参数的监测与数据收集工作，现场勘察的各项数据必须准确可靠，实地勘察给出结果，并根据收集的资料进行分析，制定规范的作业标准，并审核，为顺利开展采矿工作奠定基础。第四，针对开采过程中遇到的问题或条件变动，及时沟通并处理。第五，对采矿工作进行全程监管，制定科学的管理机制，确保工作按照既定的计划执行，不打折扣。