地下金属矿山采矿技术进展及研究方向

2020-12-10曹贞兵

中国金属通报 2020年13期

曹贞兵

（云南驰宏锌锗股份有限公司，云南曲靖 655000）

金属矿是我国开采最多的一类矿山之一，人们生活质量的提升带动着对金属制品需求量的增加，以至于需要加大对我国地下金属矿山的开采，但是在开采过程中破坏了地表环境，施工周围的植物也遭到破坏，使得我们的自然环境逐渐处于一种不平衡的状态；虽然金属矿资源被大量开发，但实际上有很多都是没有被利用到的因此就会浪费掉。笔者认为无论是自然环境遭到破坏还是金属矿资源的大量浪费，其根本原因还是在于开采技术的不完善，所以为了能够减少金属矿资源的浪费、增加有效利用率。为了改善自然环境，我们需要从传统的开采技术出发对其改进并创新，以达最优目的。

1 有关地下金属矿山开采过程中的各类技术现状

1.1 有关露天开采的现状

1.1.1 有关分期开采的分析

分期采矿技术是露天开采技术中最常见的一种，一般来说应用这种技术的开采环境旨在开采量较大的状况下，分期开采可以有效提升开采效率，相对一次性开采而言其占有剥采比小的优势，从资金投入上得到一定减少进而可以提升前期的开采收益，由于投入小那么其风险也会相对较小。露天开采无论是在国内还是国外都是一种比较常用的一种开采方式，在我国有许多大型的金属矿山也使用这种技术进行开采。

1.1.2 关于陡帮开采的分析

陡帮开采的提出相对来说比较早，最早是在20 世纪的六七十年代由一名苏联教授提出的，而我国也是在同个时间段进行了相关开采技术的探讨分析，经过我国专家对其的长时间研究也是小有所得，在我国当前阶段的金属矿开采中有时也会应用到这种技术，其优势在于工程量不大、施工周期也没有很长，一般这种技术被应用在像我国弓长岭金属矿这样处于比较恶劣、海拔高、地势险的地方。

1.1.3 关于高台阶开采的分析

我国整体地势呈台阶状分布，从西到东依次递减，正因如此处于两节地势交接处的金属矿山开采难度更大、环境更加恶劣、地势更加险峻，所以我国针对这一现状也开始对高台阶开采技术进行深入了解并逐渐运用到这种状况下的矿山开采中，其主要开采设备是以露天开采设备为主，在我国不断研究下也对其开采设备做出不断地改进，进而才使得我国在高台阶开采技术上也取得了最大高度达1400 多米的成就。

1.2 有关地下开采技术的现状

有关金属矿开采技术的大部分作业都在露天进行，但随着技术的改进和时代、环境的发展，为了保护环境也逐渐从地上转入地下进行，以下是我们对有关一些地下开采技术的现状分析。

1.2.1 关于空场采矿的分析

这种开采技术在有关金属矿开采中的应用也比较多，尤其是在有色金属和黄金开采中，但是这种开采技术也有一定的局限性，比如对开采地区周围的环境有一定要求，这种技术多被应用在岩石多且稳固的矿山开采中而且对浅部开采有一定的成效，如果向下深部开采可能就会产生一定困难；另外这种开采技术也不是没有优势的，这种技术前期的资金投入不会很高，其建设施工的时间也没有很长，生产率相对其他开采技术来说也比较高。

1.2.2 关于崩落采矿的分析

分段崩落采矿是整个技术中应用相对比较广泛的一种地下金属矿开采技术，这种技术主要被用于有色金属的开采中，在有色金属开采中运用这种开采技术的金属种类也不少且占比总体来说也很大，我国目前一直致力于对这种开采技术的研究，已经研究出来了无底注分段崩落开采技术，同时也在我国许多金属矿山开采中被应用，相关研究部门也以这些应用为基础进行对该技术的进一步研究于改良。针对无底柱分段崩落开采技术，在国外的相关专业公司中会被广泛应用，比如瑞典的LK 公司，这种开采方式是将自动化与机械化紧密结合起来，其产生的目的也是为了能够与露天采矿技术进行竞争，维持地下矿其经济有利的生产能力，迫使该公司采用大量崩矿分段崩落采矿法，通称为深孔崩矿采矿法，是地下矿的生产率可以得到很大的提升，该公司也对其他方面进行了研究，比如岩石力学研究、计算机模拟和数据处理等，其目的都是为了能够对该技术进行深层研究与开发、创新。

1.2.3 关于充填采矿的分析

地下开采的难度相对较大，在平常所开采的金属矿山中许多所处位置的地势都不是很平坦，加上矿山周围的岩石、碎石的不稳定，在对矿山的回采过程中都因为这些原因造成坍塌事故的发生，所以充填开采技术就是因此而生的。充填开采技术对于整个地下开采中的回采环节来说是重要的一部分，充填法在国外相关项目开采中的应用率还是比较高的，甚至在二十世纪的七八十年代其应用比例达到百分之三千以上，随着时代发展和开采技术的创新就目前来说利用充填法的材料也是越来越多，干式到水式再到现在的膏体、胶体充填是一个发展的全过程。该开采技术的优势在于施工方式多样，可以根据不同情况进行填充。

1.2.4 关于露天改地下开采的分析

虽然露天和地下是两种传统且常见的金属矿开采方向，但是随着开采技术的不断发展，我们也将二者结合起来采用一种新的结合技术来进行开采，我国的有关部门因此也做出了一些调查研究，探访国内国外的相关技术专家并对这种结合技术进行改进，当前这种技术也被应用到许多大型矿上开采中。

1.3 采矿设备进展

世界上先进的地下矿山开采技术在各个方面都有创新，采用胶轮设备向大型化发展，向无轨化、大型化、液压化、自动化发展。目前我国对于不同采矿技术的采矿设备有穿孔设备、装运设备、辅助设备等。目前我国对该方面的创新与发展还是比较重视，所以可以考虑向这些方面进行发展。

2 关于出现在金属矿开采中的问题

虽然相关开采技术得到了改进与发展，同时也被应用到实际开采中去，但实际在其应用期间出现了许多问题，我们对其也作出了一些总结得出了这些问题：①我国地域辽阔，金属资源丰富，但是贫富矿差距较大，相关矿山资源利用率不高加上对其资源的过度开采和浪费。②虽然目前来看我国的相关开采技术已经发展的很好了，但是有些技术不能被全国普及，所以在我国许多地方的开采技术相对来说比较落后，进而导致该地的开采率低、资源有效利用率也不高。③由于长时间的过度开采对我国的自然环境造成了很大的破坏，地下开采有时也会影响到地下水的纯净度。④随着我国经济的快速提升导致人们对金属制品的需求量大幅度上升，所以许多相关的金属矿开采企业过度消费自然资源为满足人民需求，虽然能对我国经济的提升带来一点好处，久而久之就会反其道而行就不利于我国经济的发展，而开采技术水平在一时间也很难再次得到提升。

3 关于地下金属矿开采技术发展方向的研究

虽然我国作出了有关传统开采技术的创新，但还没有达到理想的目标，对于未来的矿山开采技术发展还有很大的进步空间，我们将从其发展方向作出一些总结。

3.1 信息化开采技术

科学技术的发展带动着AI 技术的发展，在矿山开采设备上进行改进也未尝不可，通过对设备的改进，将设备制造的更精细化使得在开采过程中的每一个环节都可以变得更加精细化，使每一个开采的重要点都可以关注到，使得增加更大的开采效益和资源利用率；另外，AI 技术由总控台圈圈控制，通过机器设备控制整个开采工程，可以有效实现无人化、智能化的开采技术创新。

3.2 大规模开采模式

一般来说，我国的金属矿山开采模式都不会小，因为就目前我国人群对金属制品的消费量及需求量来看就需要大规模的开采，十多年来我国金属矿山在崩落采矿技术方面的发展主要体现在高分段大间距的无底柱分段崩落法和无轨出矿的高阶段自然崩落法，而近年来分段高度和阶段高度不断加大，也正因如此大规模开采技术也将成为一种开采发展趋势而且也会融入更多信息化、科技化、自动化的因素来进行。

3.3 无废开采方向的发展

近年来由于对自然资源的大量开采给自然制造了许多废物、污染物，进而是我们生活的环境受到威胁，而改进这一现象也将成为未来我国矿山开采技术上的一种发展趋势，我国提出的“金山银山就是绿水青山”也正是我们要顺应的一个理念，所以未来将以改进技术为前提、创造出无废开采为目标进行，以促进我国经济与自然的和谐，营造出一个人与自然双和谐的社会环境。为了顺应我国生态文明新理念，无废开采技术也将成为二十一世纪矿业可持续发展的重要研究课题之一。

3.4 关于地下金属矿山采矿技术的创新与发展

未来与创新是当前我国整体发展的一个大方向，所以在采矿技术上也应该有一定的创新，笔者认为有关金属矿采矿技术的创新应该是科技创新，所以对于技术创新要顺应当前我国科学技术发展的方向进行，创新意识在该产业发展中也有很大的作用。金属矿开挖产业作为当前比较特殊的一门新型产业，其特殊性和新颖程度就决定了其需要多年才能找到适合自己发展的方向并建立起一个目标，由于采矿技术的传统性，这就使我们在技术开发与创新上需要下足了功夫。就现代化设施的应用避免了采矿行业，需要不断引进专业人员并进行有效创新意识的培养，当然创新意识的培养并不是一朝一夕就能完成的，因此为了能够保证创新技术与时代的相融合，我们需要找到新的创新方法。

3.5 有关无轨采矿方面的发展

技术创新也需要有设备创新来辅助完成，无轨采矿技术是当前该行业研究的一个重点，由于无轨采矿可以不受空间限制进行作业。目前有关无轨采矿设备的研究与开发已经加快了进度，该设备用深孔钻探机和刮板全，震动对金矿进行开采，同时利用辅助机械不断挖掘和开采，这样不仅加快了采矿的速度，还提高了工作效率，自动化和半自动化的功能是大型无轨采矿设备的主要特点，也是采矿过程中必须用到的一种工具。矿用激光测量仪可实现微机控制的凿岩机，可自动去除高性能连续荷载，自卸车运输和微机控制刮板，以此来实现自动化方向发展，已明确其主要发展方向。