我国金属矿山采矿技术现状与发展趋势

2021-04-01郑要伟

工程建设与设计 2021年16期

关键词：通风矿山金属

郑要伟

（河南金源黄金矿业有限责任公司，河南洛阳471000）

1 露天开采

露天开采在金属矿山开采中曾经占据了主导地位，就目前而言，我国铁矿石总产量的90%都是通过露天开采获得的。露天开采技术主要有以下4种方式：

1）露天陡帮开采。采用这种开采方式时，开采初期的岩层剥离量相对较小，基础建设少，而且建设的速度快，周期短，优势明显，因此，得到了迅猛发展。

2）间断-连续开采。这种开采方式是利用电铲装载矿石，由汽车将工作面采出的矿石运输到破碎机位置进行破碎，再结合胶带运输机运出，比较适用于深凹露天矿的开采。1997年，齐天大山铁矿建立了矿岩破碎-胶带运输系统，该系统能够在采场区域内实现自由灵活移动，提高了开采效率。

3）高台阶采矿。以科学技术的发展为驱动，露天采矿设备的大型化使高台阶采矿技术得以出现，对比发达国家，我国对高台阶开采技术的研究起步较晚，台阶高度一般约为14～15m，但是最近几年，随着装备技术水平的提高，使10m3以上的大型采掘设备得到了推广，也为高台阶采集技术的应用提供了良好的技术保障。

4）穿爆技术。在露天采矿中，一般情况下会使用浅钻或者牙轮钻，在设计位置钻孔，埋入炸药后，进行爆破开采。比较常用的爆破技术有挤压爆破、孔内微差爆破、大爆区尾插爆破等，能够对爆破减振以及难爆破矿岩的破碎块度问题进行解决。

2 地下开采

2.1 无废开采技术

在我国，无废开采技术应用较好的金属矿山有不少，采用该技术时，可以在强化边坡稳定性的同时，将边坡角尽量提高，这样能够减少开采出的废石量，而且并采出的废石可以用于建筑材料，选矿尾矿依照不同的大小作为建筑材料使用，基本实现无废开采[1]。

2.2 大规模采矿技术

大规模采矿技术在金属矿产开采中同样有比较广泛的应用，其包含了分段崩落法、分段空场法、阶段空场法以及垂直深孔落矿阶段矿房法（VCR法）等，大直径深孔崩矿技术是大规模采矿技术的核心。

2.3 连续开采技术

在金属矿山地下开采中，连续开采技术包括矿房连续回采、矿床连续开采、矿石连续运输以及全部工艺流程的连续化，能够显著提升矿山开采的效率。

3 计算机在金属矿山开采中的运用

计算机在金属矿山开采中的应用体现在很多方面，能够为金属矿产开采的自动化提供可靠支撑。这里对其在自动化开采系统中的应用进行简单分析。在金属矿山自动化系统中，可以将计算机技术与机械设备相配合，实现自动化开采。在应用过程中，需要注意以下3点：

1）需要完整的自动化运行程序，保证采矿工作流程的完整性，避免出现细节的遗漏；

2）应确保控制命令的有效执行，借助相应的数据传输网络来实现对数据信息的高效传递；

3）应有相应的机械设备作为辅助和执行机构，从计算机技术的应用分析，主要是借助计算机编程的方式设置完整且流畅的运行体系，同时，编写各个执行环节的控制程序，利用程序实现自主控制。当设备对控制系统的命令做出响应后，控制动作就可以顺利实现。

4 采矿环境控制

4.1 岩体支护

在现代支护理论中，将矿山开采的围岩和支护结构看作是一个复合承载体，在这个承载体中，围岩是主体，支护结构则是对围岩进行加固的手段。金属矿山开采中，岩体支护的方式有很多，如锚杆支护、喷锚支护、长锚索支护等。早在20世纪70年代，我国就对岩体支护和加固技术进行了深入研究，总结出了几种比较有效的加固方法，分别是抗滑桩加固、锚杆锚索加固、挡土墙加固以及注浆加固等。以某铜矿为例，在20世纪70年代，使用半掩埋式抗滑桩，对长度在120m、垂直高度20m的滑体进行了加固，取得了良好的加固效果[2]。

4.2 矿井通风

在20世纪50年代以前，金属矿山采用的都是自然通风，这也导致井下工作环境十分恶劣，50年代之后，越来越多的金属矿山开始采用机械通风，逐步建立了相对完善的矿井通风系统，能够为金属矿山井下通风提供良好支撑。而在80年代以后，节能降耗理念的深化使矿井通风系统开始更多地使用节能风机，加上多级机站通风系统的推广使用，使矿井通风网络控制逐步得到优化，功耗大大减小。新时期，计算机技术、现代信息技术等被应用到通风系统中，使金属矿山通风开始朝着现代化的方向发展。

4.3 岩移监测

我国从20世纪60年代开始，对监测仪器进行自主研发，开发出了大量能够对金属矿山井下巷道变形问题进行监测的仪器设备，如CBS22型多点位移计、SLL280型收敛计等；80年代后，计算机技术和遥控技术的发展将岩移监测预报技术推进到了全新的阶段；90年代以来，伴随着集成电子技术的普及，全站型测量仪、声发射仪等开始出现，之后GPS、GIS和RS等技术的应用，使金属矿山岩移监测的全天候监测成为可能。

4.4 矿井治水

金属矿山开采中，需要重视防水、治水工作，在20世纪50～60年代，我国就矿床中水文地质条件的分类、矿坑用水量预测方法等进行了研究，但是，由于技术、资金等条件的限制，防治措施一般是疏干排水，相对单一。70年代，大型注浆帷幕堵水技术在水口山铅锌矿中得到了实践，堵水率约为55%，在减少矿坑涌水的同时，可以实现对地面塌陷的有效控制。另外，物探技术开始被应用到巷道掘进，能够为含水构造的预测分析提供技术支撑。进入80年代后，矿区水文地质条件研究开始转向同位素示踪试验和计算机模拟技术，其在三山岛金矿中取得了相当显著的成果。新时期，金属矿山防治水已经发展成为防治并举、疏堵结合的综合防治[3]。

5 金属矿山采矿发展趋势

5.1 数字化与智能化

以信息技术为支撑，数字化矿山发展迅速，信息技术、定位技术、通信技术和自动化技术等的发展和应用，使金属矿山开采受到了前所未有的影响。对比发达国家，我国虽然在数字化，智能化矿山的建设方面起步较晚，但是发展十分迅速，借助3S技术、现代通信技术、自动化控制技术等的应用，在充分保证矿山开采安全性的前提下，能够极大地提高开采的效率和效果。

5.2 深部开采技术

伴随着开采的持续，金属矿产资源的开发逐步朝着纵向的方向发展，对比浅埋矿床，深部矿岩在地质构造、赋存条件等方面存在显著差异，开采技术条件更加复杂，也面临着许多新的问题。相关统计数据显示，现阶段我国有约30%的矿山开采深度已经达到1 000m以上，如在2011年，红透山铜矿的开采深度就已经达到了1 340m、云南会泽铅锌矿的深部矿体开采达到了1 571m，随着越来越多金属矿山进入深部开采阶段，深部开采技术也因此得到了发展和普及。