地下金属矿采矿科学技术的发展趋势

2022-11-18吴平

世界有色金属 2022年14期

吴平

（江西铁山垅钨业有限公司，江西赣州 342307）

随着人民的生存水平不断提高，对金属产品的需求也越来越高，因此，我们必须加强对地下矿场的开发力度。然而，在采矿时，对地表造成了严重的损害，建筑周边的植被也受到了损害，导致我们的自然环境逐步失衡。尽管金属资源得到了巨大的开采，但是许多金属资源却没有得到充分的使用，因而被白白浪费掉。笔者认为，造成我国金属矿产资源严重流失和环境污染的根源，主要是由于采矿工艺的不健全，因此，要想降低资源的浪费，提高资源的利用率，要想提高环境质量，就必须从常规采矿工艺上进行改造，使之达到最佳效果。

1 地下金属矿的开采特点

开采区的地质条件是金属矿山开发中的一个关键环节。矿物资源是人类赖以生存的重要资源之一。矿山的成矿状况存在一系列的不确定因素，其成因是随着地球环境的演化而逐步形成的一种客观的地质系统，因其形成的不确定因素，导致了对金属矿山进行大规模的勘探。因此，必须对采矿前期工作的内容进行全面的研究，找出一种既符合当地的地质条件又符合已有技术条件的合理采矿方法[1]。

2 有关地下金属矿山开采过程中的各类技术现状

2.1 有关露天开采的现状

2.1.1 有关分期开采的分析

分期采矿技术是目前最常用的一种露天开采技术，通常情况下，采用分期开采技术的是为了保证大量开采的情况下，提高采矿效益，与一次性开采相比，它具有较低的剥采率，在投资上有所降低，从而提高了采矿的早期利润，因为投资少，所以它的危险性也就低了。在国内外，露天采矿都是最常见的采矿方法，而在我国，也有不少大型金属矿山采用了露天采矿技术。

2.1.2 关于陡帮开采的分析

陡帮采矿法的概念是在20世纪60和70年代由一位苏联的专家首先提出的。同时，国内对有关采矿技术的研究也在同一时期进行了分析，该技术在我国目前的矿山开发中也经常采用，它的优点是工程量不大，施工周期也不长，通常适用于地势比较恶劣，海拔比较高，地势比较险的地区。

2.1.3 关于高台阶开采的分析

我国地形总体上呈现阶梯型，由西向东逐渐减小这也是为什么在两个地形的交汇点，采矿难度更大，环境更恶劣，地势更陡峭的原因。

因此，我国也就对此情况进行了深入的研究，并逐步将其应用于矿山生产开采中。其主要的采矿装备是以露天采矿设备为主，随着国内的不断的研究也对其采矿装备进行了持续的完善，从而也让我们在高阶采矿技术上达到了最高1400多米的成绩。

2.2 有关地下开采技术的现状

金属矿山的采矿技术大多是在野外露天进行的，但是，由于技术的进步，时代和环境的发展，为力保护环境，人们也开始从地面向地下的采矿技术转变。下面是几种矿井采矿技术的概况[2]。

2.2.1 关于空场采矿的分析

空场采矿广泛地用于相关的金属矿开发，特别是在有色金属和金矿的开发上。不过这种采矿技术也有一些限制，那就是需要对采掘区域周边的条件进行限制，这些技术一般都是在一些坚硬的矿石中使用的，虽然对于浅层的采矿效果很好，但对于深层的采矿工程就有些麻烦了，但是这种采矿技术还有一个好处，那就是投资并不多，建造周期短，产量也比一般的采矿技术要高得多。

2.2.2 关于崩落采矿的分析

分段崩落采矿是一种较为常用的采矿技术，它是一种在有色金属开采中使用的技术，在有色金属开采中使用的金属种类很多，而且数量也很多，我们国家也在不断的进行着这项技术的研发，现在已经开发出了一种无底注水式的塌落开采技术，并且在国内的很多矿山中都得到了推广。

2.2.3 关于充填采矿的分析

地下采矿比较困难，一般情况下，金属矿山中许多所处位置的地势都不是很平坦。再加上矿区周围的岩石和碎石的不稳定，导致了采矿的崩塌，这就是充填采矿技术的由来。充填采矿技术是整个矿井回采过程中的一个重要组成部分，在国外有关项目中，充填法的应用比例仍较高，即使是在20世纪70和80年代，它的使用率也超过了30%。随着时间的推移，采矿技术的不断革新，使用的材料也越来越多，从干式到水式，再到膏体，胶体充填。这种采矿工艺具有多种施工方法，能根据不同的条件进行充填[3]。

2.2.4 关于露天改地下开采的分析

虽然露天采矿和地下采矿是两种比较常用的采矿方法，但随着采矿技术的发展，我们将两者结合在一起，形成了一种新的采矿技术，而我们国家的相关部门也在进行了大量的研究，请了国内外的技术人员，对其进行了改良，目前已经在很多大型矿山开采中进行了使用。

2.3 采矿设备进展

目前，国际上最先进的矿井采矿技术已从各方面进行了革新，包括使用橡胶车轮的大型化、无轨化、自动化、液压化等。

目前国内针对不同开采工艺采用的设备主要有穿孔设备、装运设备、辅助设备等。我国在此领域的创新和发展仍较为关注，因此可以考虑在这几个领域开展。

3 关于出现在金属矿开采中的问题

尽管有关采矿技术已经有了一定的改进和发展，并且已经投入到了生产中，但在实际使用中却遇到了很多问题，通过对它的分析，我们得出了以下结论：①我国幅员辽阔，矿产资源丰富，但贫富差距很大，矿产资源利用率低，资源开发浪费。②尽管国内的采矿技术发展的很好，但一些技术并不适合国内使用，因此国内很多地区的采矿技术都比较落后，导致了资源利用率低。③长期的过量开发对我国的自然环境造成了严重的损害，而地下开采往往会对地下水的净化产生一定的影响。④随着经济的高速发展，金属的需求量越来越大，很多矿业公司为了满足人民的需要，大量的使用自然资源，这对我们国家的经济发展是有好处的，但如果长期下去，我们的经济就会变得不那么好了，采矿技术也不可能在短时间内再有进步。

4 关于地下金属矿开采技术发展方向的研究

目前，我国在传统采矿工艺上已取得了一定的突破，但尚未实现预期目标，对今后矿井技术的发展仍有很大的改进余地，本文就该技术的发展趋势进行综述。

4.1 信息化开采技术

随着科技的进步，人工智能的发展，采矿设备的升级也是必然的，通过对设备的改造，让采矿的各个环节都得到了优化，从而提高了开采的效率，提高了开采的效率，同时，AI技术还可以通过计算机来控制采矿项目，从而达到无人化、智能化的开采[4]。

4.2 大规模开采模式

一般而言，我国的矿业规模都不会太小，因为我们现在的人口对金属产品的需求和需求都是巨大的，这十多年来，我国的崩落采矿技术发展的主要方向是高分段、大间隔的无底柱分段崩落法和高段天然崩落法，但随着时间的推移，随着矿床的高度和高度的逐渐增加，大规模的开采技术将会是一种必然的发展趋势，并且会越来越多的信息化、科技化、自动化的应用。

4.3 无废开采方向的发展

近几年，随着人类对自然的过度开发，产生了许多废物、污染物，对我们的生存环境造成了极大的危害，而改善这种状况，将会是我们今后的发展方向，我们要做的就是改善技术，创造一个无废物开采的环境。随着新的生态文明思想，二十一世纪的采矿技术将是一个值得关注的问题[5]。

4.4 关于地下金属矿山采矿技术的创新与发展

“未来”和“创新”是目前国家发展的大方向，因此在矿业技术方面也要有所创新，我相信，在金属开采技术方面，我们要做的就是科技创新，而技术创新要符合我国目前的科技发展趋势。

金属挖掘行业是一种新兴的行业，它的特殊性和新奇性决定了它要花很长的时间去寻找合适的发展方向，并且确立一个明确的目标。

在现代设备的运用上，要避开矿业，必须持续地引入专业人才，并培养出有效的创新意识，当然，创新意识的培养并非一蹴而就，所以要确保科技的发展，必须要有新的创新方式。

4.5 有关无轨采矿方面的发展

技术创新还必须依靠装备的革新来实现，而无轨道开采技术则是目前这一领域的主要研究方向。目前，无轨采矿设备的研发工作正在加速，它采用深孔钻机和铲子，通过振动来开采金矿，并使用各种辅助机械，不停地进行挖掘，既可以加快采矿的速度，又可以大大提高工作效率[6]。利用激光测量仪可以实现单片机的自动卸载、自动卸载和微型计算机控制刮刀，从而达到自动化的发展趋势。

4.6 与智能化技术相融合

4.6.1 定位技术

在过去，由于受到电磁干扰、工作环境恶劣等诸多因素的制约，使其无法在矿井中得到充分的利用，而随着技术的发展，开发出了很多新的定位技术，例如WIFI跟踪、射频识别等，可以将其运用到矿井中，从而推动采矿工作的顺利进行。

4.6.2 软件的开发

由于一些煤矿企业对软件技术的运用不够重视，造成了信息交换困难，数据信息的准确性也不能得到保障。因此，必须加强设备监控、生产调度、地理信息、环境管理等软件技术的应用，以便对矿井生产进行实时的采集和分析，从而为制定合理的采矿计划提供科学的参考。同时，该技术还可以促进各部门之间的协作，有效地提高了人力和装备的使用效率。

5 金属矿露天开采技术的进展与展望

5.1 穿爆技术在金属矿开采中的发展

在国内露天金属矿山中，穿爆技术是目前最常用的一种技术，但其技术本身具有不稳定的特性,对其造成的影响也很大。随着我国成立,有关单位不断完善穿爆工艺，新中国成立后，穿爆工艺的机械化水平也有了很大的提高。我国地质条件复杂，在实施穿爆工艺时，会产生大量难以开采的金属矿石，因此必须提高穿爆技术[7]。我国早在60、70年代就开始了持续的研究，对多排孔微差爆破技术进行了深入的优化和应用，极大地改善了国内露天金属矿山的开采效率。随着国家的发展，爆破技术的稳定性、安全性都得到了极大的提高，爆破作业人员对爆破时间的精确控制也得到了极大的提高。

5.2 金属矿露天开采技术的未来展望

建国后,金属矿山开采技术取得了长足的发展,但也面临着一些问题。在国内金属矿山露天采矿中,穿爆技术是一项重要的技术。随着中国的发展,我国的穿爆技术得到了长足的发展,露天金属矿山的开发也不断涌现出新的技术和新技术,目前国内露天采矿技术已处于国际领先水平。但建国后,我们在露天金属矿山的开发上所取得的进展,主要是从技术层面上来的,目的在于提高采矿的效率和经济效益。展望了我国露天金属矿山的开发前景,实现资源保护性开发,并加强对矿产资源的保护,并使露天金属矿山完全机械化,是今后发展的主要方向。目前我国露天矿山开采中最大的问题是采用了大量的爆破技术,存在着一定的安全隐患,而且露天采矿对周边环境造成的破坏也很难控制,因此,必须加强矿山露天采矿技术的稳定性,以达到保护矿产资源的目的。随着科技手段的不断革新,我国将突破露天金属矿山与地下金属矿山的技术壁垒,开发露天地下金属矿产联合采掘技术。

5.3 金属矿地下开采技术的未来展望

建国后，我国的地下金属开采技术得到了飞速的发展，许多具有高品位、易开采的地下矿山都开始开采了，不过，国内的矿石需求量还在不断的增加，随着我国的发展，一些矿石含量不高、开采难度大的地下矿山也会被纳入开采行列，这将会导致矿山的短缺和环境的恶化，未来，地下金属开采技术将会更上一层楼。地下金属矿山的开采技术，是有关工作人员关注的一项重要内容，是保证矿山安全生产的关键。在将来的采矿工作中，将会有电脑资讯科技的应用，特别是在采矿之前，要先对矿脉进行空间仿真，然后再找出合适的采矿技术[8]。地下金属矿的开发，也要解决已经采空的矿山的再开发利用问题，可以把采空区建成一个尾矿库，既能保护环境，又能减少废料，又能避免采空区坍塌，从某种意义上保证了人们的生命和财产的安全。该技术在今后的应用是不可避免的，国内目前也在开展该项技术的研发，通过对该技术的优化，可以充分利用该项目的优势，开展地下金属矿产的安全、有效的开采和相关工作。

6 地下采矿技术的研究方向

尽管地下采矿能为我国的经济和社会的安全提供巨大的保障。这样可以增加我们国家的经济利益。不过，凡事都有它的优点和缺点，有利的方面也有缺点。矿山开采分为地下开采、露天开采和地下露天开采。但这三种方法都有很大的危险。

6.1 不同矿型的开采方式及危害

在不进行回填或填埋的情况下，会导致地面塌陷。想象一下，如果将地面挖空，那么地面就会塌陷，这是一种很恐怖的情况，而在露天采矿，则是在地底挖一个大坑，将矿石挖出，而在露天采矿，则是因为矿石的位置很靠近地表，这种方法虽然方便，但是也有很大的危险性。露天采矿的工艺是穿孔，爆破，装料，运输，排石。钻孔的质量对采矿的质量有很大的影响。在爆炸的时候，他们会将这些矿石装上卡车，然后运送出去。露天采矿对环境有一定的影响，而爆炸产生的有害气体则会对大气产生污染。

6.2 不同类型开采方式的优缺点

不过，除了这些以外，还有很多开采的方法，比如：水力开采、水力开采、海洋开采；溶侵开采则是利用化学物质在地面上开采，而溶解开采则是一种多学科的开采技术。这是一种非常复杂的采矿方法。使用此方法的矿工必须具有较高的专业知识和技能。这也是为什么开矿对矿工的要求很高的原因。下一个是水力开采，这是一种非常常见的采矿方式。这样的开采方式，有一个很大的优势，那就是前期的准备工作要少，施工速度要快得多，而且设备也很简单，工时利用率高，产量高，劳动生产率高，操作费用低，技术简单，工作安全，为洗矿和选矿创造了良好的条件。而且可以对细小的物质进行高效的回收，而且回收率很高。这样的开采方法，固然有很大的好处，但也有它的弊端。不利之处：受天气条件的影响，在寒冷地区工作的时间较少。