探究地下礦山開采技術及其趨勢

田畢

摘? 要：近年來，我國的社會、經(jīng)濟、科學技術發(fā)展迅速，推動了礦山開采行業(yè)的發(fā)展。地下礦山的開采技術不斷地提升，不僅提升了礦產(chǎn)資源的開采效率，還提升了開采質(zhì)量，促進礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益大幅度地增長。文章簡要地分析了目前我國常見的地下礦山開采技術，對我國地下礦山開采技術的發(fā)展做出展望，以期為礦山工程開發(fā)人員提供可靠的參考。

關鍵詞：地下礦山;開采技術;發(fā)展趨勢

中圖分類號：TD853? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）14-0139-02

Abstract： In recent years， the rapid development of society， economy， science and technology in our country has promoted the development of mining industry. The mining technology of underground mines has been continuously improved， which not only improves the mining efficiency of mineral resources， but also improves the mining quality and promotes the economic benefits of mineral enterprises to be greatly increased. In this paper， the common underground mining technology in China is briefly analyzed， and the development of underground mining technology in China is prospected in order to provide reliable reference for mine engineering developers.

Keywords： underground mine; mining technology; development trend

眾所周知，我國是一個物產(chǎn)富饒的國家，大部分礦資源埋藏于地下空間。據(jù)調(diào)查，當前我國地下的金屬礦山約占礦山總量的9/10，而且，資源的開采也從傳統(tǒng)的露天開采轉化為地下作業(yè)，尤其在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的現(xiàn)今時代，政府部門推行節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，這就給地下礦山的開采提出更高的要求。怎樣更好地引進新的技術與工藝應用于地下礦山開采作業(yè)發(fā)展已成為相關工程技術人員需要共同面對的重要課題。

1 我國常見的礦山開采技術

1.1 空場采礦技術

二十世紀八十年代，當VCR技術在鉛鋅礦開采中正式試驗成功后，我國相繼將這項技術有效地應用于金礦、銅礦的礦山開采作業(yè)。VCR開采技術具有較高的工作效率，因此在我國幾個重要的礦產(chǎn)企業(yè)獲得廣泛地推廣與應用。隨著科學技術的發(fā)展，我國又展開了階段臺階采礦的試驗，主要指的是將露天礦中的采礦方法應用于地下礦山的開采作業(yè)。具體流程如下：（1）對礦山開采區(qū)域的外部進行割槽，再把這個割槽當作一個自由面與補償空間;（2）通過深孔大直徑的爆破技術，施予臺階/全階段崩落;（3）在采礦場的下端輸出崩落下來的礦石，即完成了開采任務?？梢哉f，為了更好地提升地下礦山的開采效率，關鍵要能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)開采作業(yè)。所謂的地下礦山連續(xù)開采，是指全部的開采工藝均可以達到連續(xù)性，其中涉及到三個重要的連續(xù)性開采工藝：其一，礦床的連續(xù)開采，其二，礦石資源的連續(xù)運輸;其三，礦房的連續(xù)回采。為此，國家先后在第六、第八個五年計劃期間，已經(jīng)對連續(xù)開采工藝進行了深入地研究，并針對研究的工藝展開大量試驗，如今已將較為優(yōu)良的開采工藝推廣到很多礦山企業(yè)，并取得了可喜的成績，企業(yè)的礦山開采效率、數(shù)量均獲得了大幅度提升。

1.2 崩落采礦技術

1.2.1 無底柱崩落法

近幾年，我國逐漸應用了無底柱的崩落方法進行地下礦山的開采作業(yè)?，F(xiàn)階段，這種開采技術在實際應用中主要存在兩大難題。一是如何擴大斷面;二是如何優(yōu)化結構參數(shù)。優(yōu)化結構參數(shù)的設置一般為了進一步增加進路之間的距離，以降低采掘工作量。實際上，優(yōu)化結構參數(shù)是比較容易做到的。目前，我國已經(jīng)有大量礦山均采用了結構參數(shù)的優(yōu)化技術，例如：程潮、桃沖、北銘河、板石溝等礦山，推行這項技術，有效地改進了這些區(qū)域礦山能源開發(fā)環(huán)境。特別對那些低貧化、無貧化的放礦工序，一般情況下，為了維持礦石截面的完整性、礦巖純度，通常采用的工序：在放礦期間，如果礦巖的界面順利到達出礦口時，則停止作業(yè)，從某種意義上能夠更好地保證巖石的純度，減弱礦巖的混雜性。近年來，隨著我國無底柱的分段崩落法不斷地投入應用，既提升了巖石的純度，又降低了貧化，為礦產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

1.2.2 自然崩落法

不同于無底柱崩落法，自然崩落的開采技術在我國地下礦產(chǎn)資源開采中得到了大量的應用。其工作原理：對地下礦山礦塊中的應力平衡進行一定的破壞，拉低了較大的礦塊面積，使得應力分布不均或集中分布，最終實現(xiàn)礦山開采。這種技術具有運用成本低、開采效率高、采礦量大的優(yōu)點。主要適用于礦化均勻、礦體厚大且易于崩落的低品位礦床。

1.3 充填采礦技術

充填采礦方法的應用需要滿足兩個條件，一是大型的機械設備，二是機械化開采作業(yè)。在我國，主要包括干式膠結、水泥碎石膠結、尾礦膠結、分級膠結等充填開采技術及其工藝。近年來，相關部門又研發(fā)了更優(yōu)越的充填工藝，并在國際范圍內(nèi)處于領先地位。例如：粗粒級水砂、膏體泵送、泵壓輸送、高濃度全尾砂自流輸送等新充填工藝。對于充填技術，當今最前沿技術就是膠結式充填法，從起初的尾砂膠結充填工藝，逐漸發(fā)展為濃度較高的膠結物、沙膠等充填技術，其中，沙膠充填還具有不脫水、不收縮的優(yōu)點。而且，我國的礦石回采技術也得到巨大的突破。從起初的分層、分段式開采，逐漸發(fā)展為大孔落礦式工藝，優(yōu)化了采礦區(qū)的布置參數(shù)，在回采過程中，通過對充填系統(tǒng)施予自動化的控制技術，實現(xiàn)了采區(qū)的機械化作業(yè)。尤其利用了泵送膠結膏體的充填工藝后，無論是開采效率，還是充填效率，都得到了大幅度地提升。

1.4 地下無廢開采技術

無廢開采法在我國礦山開發(fā)領域得到廣泛的認可與好評。能夠提升礦產(chǎn)資源的利用率，為相關企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，與此同時，還可以更好地規(guī)避對外界環(huán)境的污染與破壞，符合國家礦山產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的要求，這是目前我國首選的礦山開采技術。地下無廢開采技術主要包括全尾礦的充填、高濃度尾礦料的制備及其輸送。無廢開采技術已在美、德等發(fā)達國家獲得了更為成熟的發(fā)展。

2 我國礦山開采技術未來發(fā)展趨勢

2.1 大型化、高效化、自動化

在礦山工程開采作業(yè)中，必須依托先進的開采設備，這也是地下礦山開采技術的重要構成。隨著科學技術的發(fā)展，我國的礦山開采設備將會朝著大型化、高效化、自動化方向發(fā)展。例如：高效的井卷鉆進機械、打孔穿爆設備、中深孔全液壓的鑿巖機械，還有以鏟車為主導的各種裝運設備等。可以做到“振動”出礦、“連續(xù)化”采礦，而且，與之相配套的機械設備也會向自動化、高效化、無軌化發(fā)展。例如：我國新研制的采礦激光測位裝置，通過計算機技術來控制鑿巖臺車，可以對車廂內(nèi)的枯結物質(zhì)予以自動化地清除，并且，還可實現(xiàn)連續(xù)化、高效率的裝卸作業(yè)，尤其對大規(guī)模的礦山更為適用。極大地提升了礦山開采的機械化水平及工作效率。此外，我國地下礦山的裝載、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)通過膠輪設備也基本實現(xiàn)了無軌化，且未來還將繼續(xù)擴大規(guī)模。

2.2 深井化

隨著我國礦山開采工程的不斷增多，開采深度也會不斷增加。未來我國地下礦山的開采技術還會向著深井化作業(yè)方向發(fā)展。關于深井化的開采技術概念尚未達成共識。一般認為由于礦山埋藏太深（>1000m），而在開采中會遇到無法預料的技術難題，這樣礦山的生產(chǎn)可理解為深井化采礦。分析當前我國地下礦山的開采情況可知：大多開采深度不足800m。伴隨礦山開采力度的日益加大，地層壓力、巖石溫度也會有所上升，這就對支護、排水、通風系統(tǒng)提出了更高的要求，其中，開采技術、機械設備在實際應用過程中必須達到相關的生產(chǎn)條件，需要相關企業(yè)為深井化開采的發(fā)展做出充分的準備。

2.3 綜合治理化

我國堅持“綠色環(huán)?！钡慕?jīng)濟發(fā)展理念，未來我國礦山開采技術必將朝向環(huán)?；⒕C合治理化方向發(fā)展?，F(xiàn)階段，美國等發(fā)達國家已經(jīng)對礦山環(huán)境實行了一系列的綜合治理措施，并設定了廢氣、廢水、廢渣及粉塵的排放標準，對已報廢的尾礦壩、廢石場也進行了覆蓋、植被種植等。近年來，我國也加強了礦山的綜合治理的重視，在未來發(fā)展中力求實現(xiàn)無廢物、無矸石的礦山，并對品位低、治理成本高的礦山實行標準化管理。

2.4 數(shù)字化

在未來，我國礦山開采技術將會更加智能。著力構建數(shù)字礦山，是建設數(shù)字中國的重要構成，是對現(xiàn)實礦山的一種數(shù)字化的體現(xiàn)，具有高度的自動化、信息化、高效率特征，甚至可達到無人開采、智能開采的目的。數(shù)字礦山指的是充分地依托于企業(yè)網(wǎng)絡平臺，以相關的應用技術軟件為載體，采用先進的信息技術對數(shù)據(jù)進行自動采集、儲存及處理，最終促進礦山開采的信息化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.5 觀賞性

傳統(tǒng)的礦山開采作業(yè)結束后，礦區(qū)周圍往往會殘留大量的廢棄物質(zhì)，給環(huán)境造成巨大的破壞。特別在觀賞性方面影響了整體市貌。在未來發(fā)展中，礦山的地下開采技術力致于對殘留的礦體工藝進行深入研究，盡量對現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源進行回收、利用，如利用尾砂充填工藝對礦床的空區(qū)、回采區(qū)予以處理，既可以利用部分廢物，又有利于環(huán)境的治理，同時，增強了礦山的觀賞性，對礦山開采企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3 結束語

總之，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，社會對礦產(chǎn)資源的需求日益增多。近年來，我國在地下礦山開采技術方面取得了很大進步。其中，空場采礦、充填采礦、崩落采礦技術得到廣泛的應用，并獲得了良好的效果。在未來，我國的礦山開采技術會朝向大型化、自動化、高效化、深井化、數(shù)字化、信息化、治理化等方向發(fā)展，力求對礦區(qū)周圍環(huán)境進行最大程度地維護基礎上，提升采礦效率與質(zhì)量，從而推動我國的礦產(chǎn)企業(yè)長期、健康地發(fā)展。

參考文獻：

[1]韓明龍，董占軍.地下礦山采礦方法及技術探析[J].科學技術創(chuàng)新，2018（15）：44-45.

[2]楊瑞.芻議地下礦山開采技術及其趨勢[J].中國設備工程，2017（23）：180-181.

[3]邱雪，張健.地下礦山開采技術及其趨勢探微[J].世界有色金屬，2016（19）：37-38.

[4]謝勤金.地下礦山開采技術及其發(fā)展趨勢[J].科技信息（學術研究），2008（18）：619+622.

[5]章林.我國金屬礦山露天采礦技術進展及發(fā)展趨勢[J].金屬礦山，2016（07）：20-25.

[6]劉志洲.礦山數(shù)字化開采技術分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（27）：175.