淺析露天采礦技術(shù)及其采礦設(shè)備的發(fā)展

郭江

摘要：社會的高速發(fā)展需要大量的資源支持，因此采礦業(yè)的發(fā)展可以說是社會發(fā)展的基礎(chǔ)之一。露天采礦作為一種常見的開采形式，其技術(shù)和設(shè)備在這些年來都有了極大的發(fā)展，大大促進(jìn)了露天采礦的開采效率與采掘安全。本文將于此總結(jié)分析露天采礦的技術(shù)與設(shè)備在近代的發(fā)展，比較其進(jìn)步之處與不足之處，希望能對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)設(shè)備選擇與研究工作起到正面意義。

地下開采和露天開采是采礦業(yè)較為常見的的兩種采礦形式，與地下開采相比，露天開采在開采空間、采礦安全、勞動生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本、設(shè)備運(yùn)用等方面都存在一定的優(yōu)勢，因此在這些年來的發(fā)展和應(yīng)用都呈現(xiàn)加速化和普及化的趨勢。這種形勢令我國在露天采礦的技術(shù)與設(shè)備兩方面都得到了很大的提高，逐漸具備了與國際接軌的實(shí)力。技術(shù)的發(fā)展能夠令采礦的效率獲得提升，進(jìn)而得到更好的發(fā)展基礎(chǔ)與發(fā)展資本，有了發(fā)展的資本，采礦設(shè)備的大型化與智能化研究就更容易實(shí)現(xiàn)，優(yōu)秀的設(shè)備又能有效促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，最終形成一個(gè)相互促進(jìn)、相互提高的良性循環(huán)。

1 露天采礦的技術(shù)發(fā)展

1.1充填采礦技術(shù)的發(fā)展

采礦技術(shù)往往面臨著礦產(chǎn)資源回采率低與地表資源破壞嚴(yán)重兩大難題，膠結(jié)充填技術(shù)正是解決這兩大難題的有效手段。不過，最初的充填工藝與采礦技術(shù)本身存在一定的脫節(jié)，二者在匹配后的效率與產(chǎn)能上都存在一定的問題，這些問題長期制約著我國的露天采礦技術(shù)。不過，近幾年的科技進(jìn)步令我們擁有了分段充填、高分層充填、嗣后充填（配合階段深孔技術(shù)）等先進(jìn)充填工藝，這些工藝與現(xiàn)有的露天采礦技術(shù)具有很高的配合度，能極大地提升生產(chǎn)效率，同時(shí)有效確保資源回采率與環(huán)境保護(hù)。

1.1.1分段充填

露天礦應(yīng)用充填采礦技術(shù)時(shí)需要進(jìn)行分層回采，而分層的朝向不同，產(chǎn)生的結(jié)果也會有所區(qū)別。但只要使用分段填充，分層中原本曝露出的大面積就會變成一種多斷面結(jié)構(gòu)，而且在形狀上會很不規(guī)則，最終達(dá)到減小露天礦場曝露面的目的。

1.1.2高分層充填

該技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)并存，雖然能夠擴(kuò)大開采面與開采范圍，便于使用各種大型機(jī)械來提高工作效率。但分層高度上有很大的限制，最高到3米就是極限了，這對生產(chǎn)效率有一定的負(fù)面影響。

1.1.3嗣后充填（配合階段深孔技術(shù)）

結(jié)合了以上兩種技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，具有很高的適應(yīng)性、特殊性與生產(chǎn)效率。具體體現(xiàn)為可以應(yīng)用于各種不同的特殊工段，而且在性能上較為獨(dú)特，這種通用的技術(shù)極大提升了工作效率與管理的便捷性。

1.2陡幫采礦技術(shù)的發(fā)展

隨著開采深度的增加，我國許多大型的露天礦都不得不處于深凹開采的惡劣作業(yè)條件下。這種復(fù)雜的開采環(huán)境對開采條件與開采設(shè)備都有很大影響，進(jìn)而會引起開采效率的低下。這種嚴(yán)峻的形式迫使人們開始研究和發(fā)展陡幫開采技術(shù)，具體來說就是對部分的剝巖量加以推遲，這樣一來就能令剝采比在整個(gè)生產(chǎn)期得到均衡，因?yàn)槁短斓V在初期需要大量的剝巖量，其剝采比是比平均剝采比要高的。陡幫開采技術(shù)不僅能令基建投資得到有效控制，而且由于其令最終邊幫在暴露時(shí)間上得到了有效縮短，所以可以使邊坡更加穩(wěn)定。

1.3爆破采礦技術(shù)的發(fā)展

露天采礦中，經(jīng)常需要使用爆破進(jìn)行作業(yè)，具體的環(huán)節(jié)包括微差爆破與孔內(nèi)微差爆破、擠壓等。這些技術(shù)能有效解決爆破減震與難爆礦巖兩大問題。爆破技術(shù)的提升主要依靠的是各種新型爆破器材與炸藥，這些新型器材與炸藥的應(yīng)用極大地提高了爆破精度，令爆破采礦獲得了更高的質(zhì)量與安全性。

2.露天采礦的設(shè)備發(fā)展

2.1采礦設(shè)備的大型化發(fā)展

任何工程的設(shè)備和技術(shù)都是在依循自身的特點(diǎn)而不斷進(jìn)步的，對采礦業(yè)來說，其自身就具有工程龐大的特點(diǎn)。尤其是露天采礦，其大的特點(diǎn)不僅體現(xiàn)在工作區(qū)域、礦產(chǎn)所在區(qū)域、工作量和資源量上，而且體現(xiàn)在對設(shè)備的需求上。巨大的工作面令露天采礦不得不需要數(shù)量極大的人力與物力，這種低效率的采礦方法可以說是對資源的一種浪費(fèi)，因此采礦所需的機(jī)械設(shè)備也必須向大型化的方向發(fā)展才行。這種大型化的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在三方面.

2.1.1穿孔設(shè)備的大型化

穿孔設(shè)備的大型化主要體現(xiàn)在可鉆孔直徑上，能夠在鉆孔時(shí)直接鉆出更大的鉆孔直徑，令開采效率得到提升。該設(shè)備的發(fā)展包括四個(gè)階段，第一階段為磕頭鉆，第二階段為噴火鉆，第三階段為沖擊鉆，第四階段為目前的牙輪鉆。牙輪鉆現(xiàn)在的最大孔徑可達(dá)559毫米，鉆孔效率非常之高，對露天采礦的高效化進(jìn)程有極大的促進(jìn)作用。

2.1.2裝載設(shè)備的大型化

裝載設(shè)備的大型化具體體現(xiàn)為各種開采設(shè)備的斗容得到了大幅度的提升，提高了單次的開采量。該種設(shè)備主要包括液壓挖掘機(jī)、輪式裝載機(jī)、電鏟三種，其中采礦過程以電鏟為主導(dǎo)。國外通用的電鏟最大斗容可達(dá)53.5立方米，而我國隨著科技的發(fā)展，所生產(chǎn)的電鏟在斗容上已經(jīng)超過了這個(gè)數(shù)值，wK 55型號的電鏟斗容可達(dá)55立方米。這種先進(jìn)設(shè)備的制造技術(shù)是我國在露天采礦技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平的證明。另外，輪式裝載機(jī)、液壓挖掘機(jī)則應(yīng)用于礦產(chǎn)裝載工作，這種設(shè)備的先進(jìn)化不只體現(xiàn)在斗容的增加上，還體現(xiàn)在動作的靈活與操作的便捷上，三方面的提高令這兩種設(shè)備獲得了更高的作業(yè)率，進(jìn)而提升了裝載效率。

2.1.3運(yùn)輸設(shè)備的大型化

運(yùn)輸設(shè)備的大型化具體體現(xiàn)在運(yùn)輸工具噸位的進(jìn)化上，包括汽車在內(nèi)的各種礦產(chǎn)運(yùn)輸工具在噸位上都不斷增長，令開采出的礦產(chǎn)資源都能迅速、高效地運(yùn)輸出去，避免了礦石的積壓，擴(kuò)大了作業(yè)空間與作業(yè)環(huán)境。其中汽車是最主要的運(yùn)輸設(shè)備，具有活動靈活、易于轉(zhuǎn)彎、擅于爬坡等多方面的優(yōu)點(diǎn)。汽車的噸位是伴隨著露天礦整體的大型化而增長的，目前較為先進(jìn)的載礦用汽車的載重噸位都超過了300噸，比如Cat797型有效載重為326噸，T282型有效載重則能達(dá)到327噸。

2.2采礦設(shè)備的智能化發(fā)展

采礦設(shè)備雖然在形體和開采量上始終在向大型化發(fā)展，但在操作和控制上，迎合目前的信息發(fā)展趨勢，體現(xiàn)出了極強(qiáng)的智能化特征。這種發(fā)展融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)控技術(shù)、遙感技術(shù)等多重技術(shù)，具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。 2.2.1智能化車載監(jiān)控系統(tǒng) 車載監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)采礦機(jī)械上，時(shí)刻監(jiān)視機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作與維護(hù)情況，結(jié)合報(bào)警功能和無線通信功能就能將設(shè)備的問題與故障及時(shí)反饋給維修人員，令他們及時(shí)針對狀況進(jìn)行維修和處理。具體來說就是在主要的部件上設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)，監(jiān)視這些部件的參數(shù)，一旦參數(shù)出現(xiàn)問題，監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)現(xiàn)，繼而報(bào)警系統(tǒng)以無線通訊的方式連接中央計(jì)算機(jī)，對中央計(jì)算機(jī)的操作人員提出警告。這種監(jiān)控方法具有很高的便捷性和即時(shí)性。

2.2.2智能化GPS定位系統(tǒng)

CPS定位系統(tǒng)的定位勘測功能令礦產(chǎn)資源的位置得到更好的確定，避免了更多的無意義作業(yè)。由于其定位精度能夠被控制在1米之內(nèi)甚至厘米級，所以能令露天采礦實(shí)現(xiàn)高精度化、高效率化。其具體應(yīng)用包括如下兩個(gè)方面。

（1）對露天礦的地表進(jìn)行精確測量

CPS系統(tǒng)應(yīng)用在地表測量上可以不受儀器、地形、人員、能見度、氣候、位置等因素的限制，大大節(jié)省了人力物力。而且因?yàn)镚PS采用衛(wèi)星定位，相比傳統(tǒng)測量，消除了大量的人為誤差，令測量精度得到了有效的提升。GPS系統(tǒng)測出的精確地表定位圖對優(yōu)化作業(yè)面和采礦區(qū)域整體布置有很大幫助。

（2）對露天礦的開采進(jìn)行精確定位

利用GPS系統(tǒng)測定出最適合鉆機(jī)打孔的位置，能令現(xiàn)場的測量作業(yè)負(fù)擔(dān)得到減輕，令鉆機(jī)的操作者得以在最短的時(shí)間內(nèi)以最高的精度完成鉆孔的準(zhǔn)備。而且將CPS系統(tǒng)與鉆機(jī)結(jié)合就能更進(jìn)一步促進(jìn)智能化的發(fā)展，令超鉆現(xiàn)象或欠鉆現(xiàn)象大幅減少。

2.2.3智能化環(huán)保系統(tǒng)

礦業(yè)開采一直是環(huán)保工作的重點(diǎn)與難點(diǎn)，因此在設(shè)備上加入環(huán)保設(shè)計(jì)不只是目前的主流發(fā)展設(shè)計(jì)，更是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必要要求。但由于露天采礦的環(huán)保系統(tǒng)受到工作環(huán)境和工作技術(shù)的約束，所以想令其實(shí)現(xiàn)有效化和智能化必須從技術(shù)的角度入手。舉例來說，可以設(shè)置自動的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，一旦采礦工作引起某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)超標(biāo)，立刻停止作業(yè)，檢討降低該指標(biāo)的方法。

3.結(jié)語

科技的進(jìn)步是露天采礦技術(shù)得以發(fā)展的基礎(chǔ)，科技進(jìn)步了，更安全、高效的采礦技術(shù)才能得到應(yīng)用，更大型、智能的采礦設(shè)備才能開發(fā)出來。在這個(gè)科技日新月異的發(fā)展背景下，相關(guān)的技術(shù)人員不能停止研究創(chuàng)新的腳步，只有時(shí)刻關(guān)注新科學(xué)、新技術(shù)的出現(xiàn)，才能第一時(shí)間將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于露天采礦工程和露天采礦設(shè)備，令我國在露天礦方面的生產(chǎn)力與生產(chǎn)效率都獲得持續(xù)而長期的發(fā)展，確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必須的那大量能源，為我國的社會主義建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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