露天矿山开采工艺改造技术研究

2021-11-30韦文光

中国金属通报 2021年19期

韦文光

（南宁交投北部湾矿业有限公司，广西南宁 530028）

随着科技和时代的不断发展，在露天矿山开采的过程中，越来越多的先进工业技术被应用于开采过程中，使得开采的效率和质量得到了显著提升，这对矿业发展提供了技术和基础保障。然而在目前仍有许多露天矿山开采工艺中存在一些制约和弊端，使得矿产开采经济效益无法进一步提升，生态保护理念无法深度落实。所以要想促进矿业进一步发展，要从开采工艺着手，不断改进露天矿山开采工艺技术。

1 露天矿山开采工艺

1.1 穿孔

在露天矿山开采过程中，所涉及到第一项工艺流程便是穿孔工艺，通过穿孔工艺能够使得后续爆破任务顺利执行。在穿孔工艺开展过程中，还会影响到后续爆破和采装，在穿孔工艺中，无论是布孔还是孔钻选择，都会对实际爆破效果产生影响。目前在实际工作中常用穿孔设备为潜孔凿岩机，所使用的钻头分别为牙轮钻、浅孔钻、火钻等。这一穿孔设备和钻头在具体工作中所能达到的深度，可最高可达四十米左右，一般可以满足在露天矿山开采过程中实际需求。目前随着自动化技术不断深入，钻孔设备在投入使用过程中极大地减少了辅助作业的投入，钻孔所投入费用也会相对变低[1]。

1.2 爆破

爆破工艺是露天矿山开采过程中所涉及到的第二项工艺，在对露天矿山进行穿孔工艺之后，便将炸药安装至所设定好的位置，通过定向爆破形式使矿山整体矿岩破碎或松动。这样才能使得后续矿山开采工作拥有一定工作条件，定向爆破是露天矿山开采过程中最具工艺性和技术性的一项工作，而且在工作中也具有一定危险性，容易在爆破过程中发生安全事故。

1.3 排土

在露天矿山开采过程中排土以及排土场设置，也是矿业生产的一项重要工作，排除工作会影响开采的工作效率，对后续开采工作造成很大影响。而排土场安全又是矿产开采工作中安全管理工作，一旦发生安全事故，不仅会使开采工作滞留，还会引发一定安全事故灾害，在社会中也会造成不良影响。

1.4 采装

采装工作是露天矿山开采中核心环节，是指将爆破或挖掘所产生矿物和其他杂质，转移至运输容器内。在露天矿山采装工作中，所采用采装设备大多是由挖掘机所走产等组成，一些小型露天矿山会采取人工装岩或装岩机方式。在采装和运输过程中，不仅对于开采效率有很大影响，同时也是矿产开采安全管理工作中非常重要的环节。

2 露天矿山开采工艺面临的问题

2.1 工作效率低下

传统浅眼药壶爆破工艺，在实际爆破工作中效率相对较低，对于开采工作而言会严重影响工作效率，为后续开采工作制造不必要的麻烦。而在分层开采工作中，采剥率对于开采实际工作效率和质量有很大的影响，往往使得部分露天开采工作中经济效益难以进一步提升，甚至会出现亏损状况。除此之外，露天矿山开采工作涉及到多项工艺，通常需要不同工作人员在现场开展一系列工作，在管理过程中容易对工作顺利开展产生影响，使矿产工作效率难以进一步提升。除此之外，露天矿产开采还受天气的影响，如遇冰雪暴风天气，就必须要终止露天开采工作这也会使露天开采工作效率受到阻碍。

2.2 影响周边环境

露天矿山开采在爆破过程中过于产生一系列安全问题，不仅对于开展工作会造成很大的影响，而且还会对周边环境有诸多不利影响。在爆破过程中会出现一定数量飞石，而且飞石所产生距离也十分远，再加上爆破发出生噪音和振动，严重影响周边环境。除此之外，在露天开采过程中还会产生大量粉尘，汽车和其他机械设备在运行过程中也会产生大量废气。再加上开采矿石中有害粉尘与大气水分接触时产生的化学反应，也有可能造成其他生态污染。再加上排土场对周边环境占用也有可能使得山地和农田土壤受到生态破坏，总之在露天矿产开采过程中，目前所采用的工艺或多或少会对周边生态环境造成诸多不利影响。

2.3 存在安全隐患

露天矿产开采工作本就存在一定危险，尤其是在爆破工作中定向爆破依然存在诸多隐患，是无法通过计算和模拟的方式预估安全事故。在露天矿产开采过程中，常见的事故包括有炸药库爆炸、炸药材料问题导致迟爆早爆、爆破任务产生浓烟危害等。除了这些意外事故之外，在爆破过程中，本就伴随包括地震、空气冲击波、飞石、噪声、有害气体等危害，使得矿石开采工作面临着诸多危险，再加上排土场和采装过程中也会面临一系列突发事件，更是使得开采过程面临很大的安全隐患。

3 露天矿山开采工艺的改造策略

3.1 改进爆破工作

在露天矿山开采过程中，爆破任务是影响其工作效率和安全问题的重要原因，因此在实际开采过程中，应当针对目前爆破工作进行进一步改进。首先要分析各种爆破手段，以及针对定向爆破技术进行改进，目前常见的起爆方法有火雷管起爆、电雷管起爆、导爆管起爆和混合起爆的方式，各种起爆方式都各具优缺点，其中火雷管起爆操作简单，不受外来影响，成本较低，但是起爆过程安全性相对较差，也不能精准控制爆破顺序。电雷管方式较为稳定，在起爆过程中能够实现远距离定向爆破，能够改善传统爆破方式下的危险性，但是这一方式所需准备时间相对较长，而且还会受到静电或其他外在电流影响发生早爆事故。导爆管的方式相较于前两者方式较为完善，但是其不能通过仪表检查引爆的线路质量，同时也不可用于瓦斯或煤尘有爆炸危险的环境。因此在具体爆破过程中，应当根据实际环境选择爆破方式，也可采用混合起爆方式，对复杂矿山环境进行爆破工作，以减少爆破对于矿产开采造成的诸多不利影响[2]。

除了以上爆破手段之外，目前在实际开采过程中还出现了新型爆破方式，通过物理爆破的方式将钻孔工艺和共振技术应用到爆破过程中。相较于定点爆破方式能够更加稳定，也减少了由于爆破所产生的地震、噪声和飞石。随着技术不断发展，该项技术在经过进一步的实践和研究，一定会广泛应用于日后露天矿产开采中。

3.2 完善排土排水工作

排土排水工作对于矿山开采而言是相对重要的环节，然而往往会被开采方所忽视，对周边生态环境造成不可逆转的破坏。首先排土场设立要考虑到排土场的滑坡、沉陷等对周围环境不利影响，还要在矿产开采结束之后实施复土造田计划，其次要加强对排土场的管理工作，严格要求相关工作人员按照规章制度完成排土工作，且不得闲杂人等靠近排土场避免发生安全事故。排水工作要考虑到矿产开采过程中是否有有害物质排出，避免排水工作对周边的水质和土壤造成污染。

3.2.1 排水工艺改造方法

（1）地面排水：一般在边坡岩体外部修建排水沟，防止地表水流入边坡岩体表面裂缝。边坡顶面也应有一定坡度，防止坡顶积水。在有较大开口裂缝的边坡中，裂缝也必须封堵。

（2）地下水排水：可以排放或降低地下水，以减少地下水的危害。地下水排水包括自然排水和人工排水。

3.2.2 排土场事故的工艺改造措施

（1）对选定的排土场进行水文地质和工程地质调查。分析可能发生的滑坡类型，并评估排土场各路段的稳定性。当排土场工程水文地质条件较差时，采矿工程设计应包括处理工程措施、稳定性评价方法、稳定性分类等[3]。

（2）注意排土场的施工质量。大多数矿山排土场的基底覆盖着一层表土或一层风化软岩。这一软弱面层往往成为排土场滑坡的重要诱因。因此，如果基底或软岩较薄，应在倾倒前进行开挖。如果厚度较大，可通过爆破处理，以改善排土场基底的摩擦，增加排土场的稳定性。

（3）建设和完善排土场排水设施。流入排土场的地表水应截流，不得倒入排土场。对排土场原有地表水和渗入废石的大气降水进行疏浚。可预筑渗堤、盲排水沟等排水措施进行排水。

（4）修建挡土墙和边坡。挡土墙和边坡是在可能出现潜在滑动面的位置用坚硬岩石修建的工程处理措施。挡土墙和边坡只有在仔细设计潜在特定滑动面并检查稳定性后才能实施。在没有可靠的稳定性验算的情况下，由于溃坝的危害非常大绝对禁止在排土场修建重力坝。

（5）排土场植被。加固、挡水、吸水等。

3.3 确定露天矿山开采的境界

要想提高露天矿产开采的经济效益和工作效率和质量，就必须要对矿山的境界、剥采比进行计算了解。在实际开采过程中最小底宽和最大底宽，选取合适的边坡角对矿山进行开采，这样便能够使得矿产开采的经济效益得到最大化提升。要通过剥采比和露天矿产的境界，了解实际开采深度，在开采过程中避免由于开采深度过浅导致的经济效益亏损，或开采深度较高造成安全事故发生。

确定露天开采境界有几个主要原则：

（1）境界剥采比不得大于经济合理剥采比。这个原则是nj≤njH，其实质是开采境界内境界层矿石的露天开采成本不超过地下开采成本，从而使整个矿床露天与地下联合开采的总成本最小化或总利润最大化。该原理应用简单方便，已广泛应用于我国露天天然矿山的设计中。其最大的缺点是确定的露天开采境界不能直接控制露天矿的投资和生产成本（生产剥采比）。例如，对于一些不连续的矿床或上薄层下厚的矿床，或覆盖层厚或地形复杂的矿床，应用该原理确定境界时，境界剥采比可以满足要求，初始剥采比可以超过允许值。为了防止错误结论，通常有必要验证平均剥采比不大于经济合理剥采比的原则，即np≤njH[4]。

3.3.2 平均剥采比不得大于经济合理剥采比

平均剥采比不得大于经济合理剥采比，即np≤njH。该原则的实质是使露天开采境界内所有储量的露天开采总成本小于或等于该部分储量的地下开采总成本。根据该原则划定的露天开采境界，较用Nj≤ njH原则，可能导致资本剥离量大、投资大、基建时间长。在露天开采过程中，也可能使生产剥采比在一定时间内超过允许值，使企业长期处于亏损状态。对于一些有价值的有色、稀有金属矿床，为了扩大露天开采，减少矿石损失和贫化，可以利用这一原则划定露天开采境界，从而扩大露天开采储量。该原理也可用于确定近水平矿体或鸡窝状矿体的露天开采境界。

3.3.3 生产剥采比不得大于经济合理剥采比

生产剥采比不得大于经济合理剥采比，即ns≤njH。这一原则的实质是，当露天矿在任何生产周期内按正常运行的工作坡角生产时，其生产剥采比不超过经济合理的剥采比，反映了露天矿开采生产剥采比的变化规律。根据该原则划定的露天开采境界，较用Nj≤ njH原理，小于Np所描述的原理≤ njH原理，更能体现露天开采的优势。然而，只有在划定露天开采境界并据此确定开发模式和开采程序后，才能确定生产剥采比。因此，最大生产剥采比的时间、位置、取值及变化规律存在很大的不确定性，给开采境界的确定带来一定的困难。