露天采矿工程中的采矿技术实践研究

谭海涛

（内蒙古平西白音花煤业有限公司，内蒙古自治区 锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗 026200）

一、露天采矿技术的特征、分类及流程

（一）采矿技术的特征

采矿作业具有危险性，虽然露天采矿作业相对于地下作业安全性较高，但在实际的工作中也不能忽视采矿作业中的安全隐患。在露天作业中对多设备联动的要求较高，设备的使用与技术的组合较为复杂，这一因素导致露天采矿作业具有一定的复杂性与危险性。因此施工企业在施工中要根据工程实际情况，选择合适的施工方式，避免由于工程企业选择施工方式不当导致的安全事故。

（二）露天采矿分类

露天采矿按照其作业的连续性可以划分为间断式、半连续式及连续式等。所谓间断式就是利用大型机械设备对矿产进行开采，然后再利用汽车进行运输，这种开采方式由于采用较多功率较大的机械设备，导致整个开采过程中对于汽、柴油等油耗较高，使得成本较高，且易造成环境污染。随着生态文明建设的深入，相关行业对采矿过程中减少油耗、保护环境等问题投入了大量成本，当前比较常用的是卡车辅助架线技术，通过对发动机供电使其处于怠速状态，可以显著降低尾气排放量及油耗，新能源的采用也为采矿过程中对于生态环境的保护起到了重要作用。当前露天开采常用的方式是半连续式及连续式开采，此方法运输成本及污染程度低，符合绿色、低碳、环保理念。但其对矿场地质及实际工作环境有着较高要求。一旦现场地质使得施工难度较大，爆破时将比较难以控制，使爆破很难达到开采所需效果，使得需要额外进行爆破而导致开采成本增加。

（三）露天采矿的流程

首先，在选择矿山开采方式时，需要结合所在矿区实际地形情况，确保所选择的开采方式能够满足矿山资源回收具体要求，通常情况下会采用“自上而下台阶式”露天开采方式；其次，在明确露天开采范围以后，根据矿体特征选择安全施工技术，这里需要注意是，所采用施工技术越先进和越安全，经济化矿山开采目标也就越能顺利达成，同时对露天开采底界加以明确，以创造更加安全作业条件；最后，科学选择采剥工艺，考虑到常见矿山采剥工艺涉及剥离、穿孔、爆破等环节，各环节操作都非常容易受到各种干扰因素影响，使得作业过程面临诸多安全隐患，为此需要加强作业风险分析，并采取极具针对性措施进行预防，使露天开采更加安全和规范。

二、采矿工业技术的存在的问题

主要存在问题同世界技术先进国家相比，我国金属矿山行业的发展长期面临着资料、能源紧缺和生态环境恶化的多重压力，粗放型经济增长的模式没有发生根本转变。我国是铁矿资源人均占有量较低的国家，且贫矿多，富矿少，浅部易采铁矿床开采殆尽，大量深部贫矿铁矿床与复杂难采矿床投入开采。目前，我国露天采矿工艺整体处于国际先进水平，但采矿装备整体技术的适应性同国际先进水平相比还有较大差距，采选一体化节能降耗研究薄弱，致使矿山产能低，经济效益差。因此，加强采矿专业科学基础研究，依靠科技进步提高采矿技术与装备水平，低成本高效率开发利用有限资源，降低铁矿石对外依赖度，成为冶金矿山求生存、谋发展的现实需要和保障我国钢铁行业安全运行亟待解决的重大问题。露天采矿方向重大科学问题和技术难题归结为采矿装备、采矿自动控制及信息管理技术问题：我国大型矿山装备仍以引进、消化吸收再创新为主，新设备的自主研发、大型化与系统集成能力差，产业化制造力量弱。我国露天采矿凿、爆、转、运整个生产过程自动控制及信息管理方面与发达国家仍有明显的差距。

三、露天采矿工程技术要点

露天开采作业主要包括穿孔爆破、采装、运输和排土。露天开采的顺序是采矿和剥离在时间和空间上的相互配合，这四项工作的好坏及它们之间的配合如何，是露天采矿的关键。

1.穿孔爆破是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔，以炸药爆破，对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有冲击式钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等，多用铵油炸药、浆状抗水炸药和乳化炸药及粒状乳化炸药。

2.采装工作是用人工或机械将矿岩装入运输设备，或直接卸到指定地点的作业。常用的设备是挖掘机（有多斗和单斗两类）、轮斗铲和前端式装载机，广泛采用的为单斗挖掘机。

3.运输工作是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点（或选矿厂）和排土场，同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。主要运输方式有铁路、公路、输送机、提升机，还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。选择运输方式必须综合考虑地形、地质、气候条件，露天矿生产能力，开采深度，矿石和围岩的物理力学性质等，经过全面技术经济比较后，确定合理的运输方式。

4.排土工作系指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的大量表土和岩石，运送到专门设置的场地（如排土场或废石场）进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同，分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或索斗铲排土等。推土场应选择在尽量靠近采矿场，少占农田的位置，有条件的应放置在山谷、洼地处，注意环境保护和造田、还田。

5.开采技巧。露天开采当矿体埋藏较浅或地表有露头时，应用露天开采最为优越。随着开采技术的发展，适于露天采矿的范围越来越大，可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。露天采场内的矿岩通常划分为一定高度的分层，每个分层构成一个台阶，以进行剥离和采矿。生产过程由矿岩松碎、采装、运输和卸载（卸矿和排土）组成。较松散的矿岩可用不经破碎，直接用采装设备挖掘。对平缓矿床（一般矿层倾角小于12°）采用倒堆、横运或纵运采矿法。对于倾斜矿床采用组合台阶、横采掘带或分区分期开采的方法。通常以倒堆法最优，横运法次之，纵运法最差。但适用的剥离厚度则相反。当剥离厚度大时，可在下部台阶用倒堆法或横运法，上部用纵运法。为缩短运距，可将矿田划分为若干采区，按一定顺序开采，把剥离物排往本采区或前一采区的采空区。

四、露天采矿新兴技术及其要点

（一）陡帮开采技术

随着科学技术水平的不断提升，露天采矿技术得到相应的发展，露天开采在矿产开采中得到广泛应用。露天采矿技术的广泛应用，其对于施工条件要求较高的问题日益凸显，在地质条件较差的施工地进行开采时，其采矿效率将会显著降低。随着不断深入研究，陡帮开采技术应运而生，其不仅解决了露天采矿对于采矿施工现场条件要求高的难题，还具有前期剥离量较小、建设周期短、施工作业量低等优点，目前主要应用于凹陷露天矿。在此过程中几个采矿台阶共用同一平台，各个台阶的工作帮坡角要确保在16°以上，不仅能维持边坡稳定，还能使其基建周期得到明显缩减。此外，在进行陡帮开采时要注意根据开采深度及施工现场地质特点选择对应的工艺参数。采用陡帮开采能显著提高采矿效率，使采矿成本降低，提升采矿企业的经济效益。

（二）胶结充填采矿技术

随着露天采矿各种新技术的普及，胶结充填采矿技术已经成为当前露天采矿技术中使用频率高的技术。采用此技术进行矿产开采不仅能提高施工的质量及效率，更能降低开采过程中对周边环境的破坏，但在实际开采中对于充填和开采比例的调配却成为矿产开采中的重要难题。若在矿产开采过程中对于填充和开采的比例分配不合理会给整个采矿过程造成严重影响，只有当两者处于合适的比例才能提升开采的效率。当前这一问题正随着科学技术水平的不断提高得到有效的改善，且随着更加先进的露天采矿设备的普及和应用，更加促进了胶结充填采矿技术的发展，使露天采矿技术得到不断改进和完善。

（三）高台阶采矿技术

随着露天采矿技术的不断普及以及相关仪器设备的发展，高台阶采矿技术逐渐被国际广泛应用。国内对于此项技术的研究起步较晚，国内采用此方式进行露天采矿施工数目有限且台阶高度也较低，台阶高度最高仅为15m。采用此方式进行采矿需要对巷道的具体位置进行详细分析，以此制定开采参数和相应计划，通过在施工区域开设平行巷道，将露天矿外部与斜坡道进行连接，使台阶高度进一步提升，随着大型采矿设备的应用，使高台阶采矿技术得到进一步应用和普及，对于提高采矿作业的连续性，降低运输及开采成本及保护环境具有现实意义。

（四）采矿现场排水技术

由于在进行矿产开采时可能存在渗水现象，可能造成严重安全事故，因此开采现场的防水和排水技术具有重要意义。采矿现场的防排水技术水平是确保开采过程安全进行的重要途径，采矿现场运用相关技术能有效防止施工范围内地表水的渗入，不仅能使所采矿石的含水量得到显著降低，使采矿效率得到显著提升，更能确保采矿过程能够安全进行。对于山坡地貌进行露天采矿时，地表水能按照其地貌、地形自然地流到施工现场之外的区域，对于凹陷地貌的露天采矿则应当提前进行相关设计，在施工平台之上修建拦截水的装置，并将其排出施工范围，以此使采场底部机械排水的压力得到缓解，提高采矿效率和安全程度。

结束语

综上所述，伴随着社会经济不断发展，人们生产和生活对能源资源十分渴求，在推动采矿行业持续发展的同时，露天采矿也进入到深凹阶段，面对日益严峻的采矿作业环境，对采矿技术和安全工作也提出崭新要求，需要结合矿区实际情况，科学合理选择采矿技术进行应用，同时对采矿各环节存在的安全隐患加强分析，并利用相对应措施进行预防和解决，使露天采矿作业更加顺利、高效和安全完成，相应开采效率与效益也能得到可靠保障。