露天采礦技術(shù)及其采礦設(shè)備的發(fā)展思考

祁 浩

（國家能源集團(tuán)中國神華哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

0 引言

露天采礦的施工環(huán)境十分惡劣，采礦設(shè)備復(fù)雜程度高，因此在施工過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)格外注意工作規(guī)范，避免出現(xiàn)操作失誤等情況，否則在造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也將直接危害自身的人身安全。隨著露天采礦設(shè)備生產(chǎn)效率的不斷提高，對(duì)機(jī)械設(shè)備的依賴程度不斷加深。為了確保礦山開采工作平穩(wěn)運(yùn)行，延長露天采礦設(shè)備的使用壽命，工作人員應(yīng)當(dāng)在日常養(yǎng)護(hù)和維修中，及時(shí)排除安全隱患，拒絕設(shè)備“帶病作業(yè)”，深入開展露天采礦設(shè)備的研究工作，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，確保露天采礦設(shè)備在使用過程中始終保持良好狀態(tài)。

1 露天采礦技術(shù)分析

1.1 間斷開采技術(shù)

間斷開采技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，在國內(nèi)外露天開采中應(yīng)用較為廣泛，其中單斗挖掘機(jī)-卡車是較為常見的間斷開采工藝。由于礦山卡車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較大，運(yùn)行中不僅消耗大量燃油，而且加大機(jī)械設(shè)備的維護(hù)成本，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染。為了改善這種情況，可以加大新技術(shù)的探索力度，減少設(shè)備怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低卡車燃油消耗，降低尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染。

1.2 半連續(xù)及連續(xù)開采技術(shù)

相較間斷開采技術(shù)而言，半連續(xù)開采工藝運(yùn)行成本低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，受氣候條件制約少，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。其能量消耗低，符合國家節(jié)能減排的政策和當(dāng)下綠色低碳的發(fā)展理念，通過引進(jìn)相關(guān)的工藝系統(tǒng)，可以優(yōu)化巖石的剝離運(yùn)輸。該系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動(dòng)，成本相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境污染較小，避免了卡車行駛產(chǎn)生的揚(yáng)塵。然而在具體運(yùn)行中受地質(zhì)條件的影響，對(duì)空間布置具有一定要求，同時(shí)對(duì)爆破質(zhì)量也有較高要求。

2 露天采礦技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 環(huán)境隱患突出

隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷嚴(yán)格，國內(nèi)外也在積極研究如何在合理利用礦產(chǎn)資源的同時(shí)，做好相應(yīng)的環(huán)保工作。當(dāng)前對(duì)于露天采礦過程中的環(huán)保問題，主要采用傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)相結(jié)合的方式，不僅能充分利用礦產(chǎn)資源并節(jié)約成本投入，也能有效控制對(duì)環(huán)境造成的污染。通過應(yīng)用礦山無廢開采技術(shù)，能夠落實(shí)產(chǎn)業(yè)政策，符合我國未來的發(fā)展方向。

露天采礦占用大量土地，很多土地因開采作業(yè)受到地下擾動(dòng)而被破壞，直接影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，嚴(yán)重的會(huì)引起水土流失等災(zāi)害現(xiàn)象。此外，一些工業(yè)酸性液體隨意排放，腐蝕土壤，破壞地下水資源。當(dāng)前我國礦區(qū)主要分布在北方，這一地區(qū)土地貧瘠，水資源短缺，因此，一旦水資源遭受破壞會(huì)嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｉ睢４送?，其開采過程中會(huì)有沙塵混合工業(yè)廢氣彌漫在空氣中，遇降水容易形成酸雨，破壞土壤和地表水，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成惡劣影響，這需要引起相關(guān)部門的重視。

2.2 監(jiān)管力度不強(qiáng)

中國人口眾多，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量十分巨大。近年來，一些礦山開采企業(yè)為了追求產(chǎn)量，疏于管理，在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中安全管理制度不完善，安全措施落實(shí)不到位，安全監(jiān)督力度不足，容易發(fā)生安全事故，制約了企業(yè)發(fā)展。部分煤礦企業(yè)為了縮短露天采礦的工作周期，不進(jìn)行實(shí)地考察，直接搬用原有的開采計(jì)劃，不僅在露天采礦過程中造成資源浪費(fèi)，也出現(xiàn)非法施工等情況。有關(guān)部門監(jiān)管不足，部分企業(yè)在生產(chǎn)過程中鉆漏洞，抱有僥幸心理，沒有安全保障措施，存在安全隱患和發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了確保露天采礦工作的安全運(yùn)行，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)以身作則，建立完善的安全管理體系，定期監(jiān)管，督促整改，確保露天采礦的工作效率和人員安全。

2.3 露天分期開采陡幫擴(kuò)幫技術(shù)的應(yīng)用

露天采礦能夠最大化實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源回收率，與井下采礦相比，露天采礦的安全性更高。通常情況下，露天采礦技術(shù)采用自上而下的方式進(jìn)行開采，需要大型采礦設(shè)備給予支持，而露天分期開采陡幫擴(kuò)幫技術(shù)在露天開采中是一種常用的技術(shù)操作手段。為了提升露天采礦的效率和安全性，在分期開采的時(shí)候要注重操作技術(shù)的流暢性與設(shè)計(jì)規(guī)劃的明確性，設(shè)置開采面時(shí)注意合理安排，控制臨時(shí)工作幫坡角度在20°～35°，根據(jù)露天采礦的具體工作要求調(diào)整坡角。陡幫擴(kuò)幫技術(shù)可以將露天開采區(qū)合理地分為采礦區(qū)段和擴(kuò)幫剝巖區(qū)段，不斷更新和完善這種新方法，在不同的標(biāo)高設(shè)置不同的采礦和擴(kuò)幫工作面，可以減少緩幫導(dǎo)致的基建剝離工程量大的弊端。在露天開采作業(yè)中，要提升工作效率和質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)注重當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)實(shí)條件，結(jié)合具體環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)置合理的臺(tái)階，運(yùn)用新技術(shù)新工藝來減少工作量，促進(jìn)集中化開采。

2.4 半連續(xù)及連續(xù)開采技術(shù)的進(jìn)一步挖掘

半連續(xù)及連續(xù)開采技術(shù)是露天開采中比較常見的技術(shù)，能夠有效降低露天開采對(duì)環(huán)境的污染，符合低碳綠色的理念。爆破是半連續(xù)及連續(xù)開采中重要的關(guān)鍵難點(diǎn)，爆破效果的好壞、巖石塊度的大小，對(duì)半連續(xù)及連續(xù)開采工藝有較大影響。目前，在半連續(xù)及連續(xù)開采中，需要選擇合適的自動(dòng)式破碎剝離機(jī)器來降低運(yùn)輸成本。而在爆破時(shí)，也逐漸發(fā)展出了減震爆破技術(shù)、逐孔起爆技術(shù)和大區(qū)間微差爆破等，在實(shí)際的露天采礦作業(yè)中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件和工作設(shè)備等，靈活合理地運(yùn)用各種爆破技術(shù)，解決在爆破中遇到的難爆礦巖情況，可大大提升工作效率。

3 采礦設(shè)備的發(fā)展

在采礦設(shè)備的操作使用過程中，設(shè)備缺陷和故障具有一定的隱蔽性和潛在性。礦山機(jī)械設(shè)備作為礦山企業(yè)的固定資產(chǎn)，是礦山開采的主要成本，設(shè)備在使用過程中會(huì)產(chǎn)生損耗，主要表現(xiàn)為礦山機(jī)械設(shè)備零部件老化等。如果施工環(huán)境惡劣會(huì)對(duì)設(shè)備造成額外的損耗，會(huì)直接影響設(shè)備的性能，容易使設(shè)備零部件松動(dòng)、缺失、結(jié)構(gòu)變形，在使用過程中發(fā)生故障。故障隱患在采礦設(shè)備中的發(fā)展過程具有規(guī)律性，體現(xiàn)在新設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性較低，舊設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性較高，因此工作人員一定要加強(qiáng)對(duì)舊設(shè)備的使用情況檢查，確保設(shè)備在使用過程中能夠運(yùn)行良好，拒絕設(shè)備“帶病”作業(yè)。露天采礦技術(shù)及其設(shè)備設(shè)計(jì)已經(jīng)引起業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，推動(dòng)設(shè)計(jì)人性化是確保采礦工作安全的基礎(chǔ)，只有提高設(shè)備的安全性，才能夠確保工作人員的生命安全、企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全。露天采礦設(shè)備也正朝著大型化、智能化等方向發(fā)展。

3.1 露天采礦設(shè)備的大型化發(fā)展

礦產(chǎn)作為不可再生資源，隨著近幾年開采量的加劇，資源在不斷枯竭，而社會(huì)發(fā)展對(duì)于礦產(chǎn)的需求仍然有增無減，為了滿足需求并且保證礦產(chǎn)公司的經(jīng)濟(jì)利益，人們逐漸將目光投向了邊界品味礦體，對(duì)于工作面尺寸也進(jìn)行了擴(kuò)大，開始逐漸使用大型設(shè)備，加大開采規(guī)模。在最近幾十年，露天開采設(shè)備的大型化趨勢日漸明顯。

（1）露天穿孔設(shè)備的鉆孔直徑增大。在這幾十年里，露天采礦的穿孔設(shè)備由磕頭鉆、噴火鉆、沖擊鉆逐漸發(fā)展，一直到鉆孔直徑大、穿孔效率高的牙輪鉆的發(fā)明。牙輪鉆機(jī)目前多用于大型露天礦開采中，其發(fā)展趨勢逐漸呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：①鉆孔直徑加大，一般認(rèn)為鉆孔直徑保持在250～311 mm 是合適的；②軸壓力、回轉(zhuǎn)功率和鉆機(jī)重量加大，實(shí)行強(qiáng)化鉆進(jìn)；③采用高鉆架長鉆桿，減少鉆機(jī)的輔助作業(yè)時(shí)間；④鉆機(jī)一機(jī)多用，能鉆傾斜炮孔，以滿足采礦工藝方面的要求；⑤采取措施，提高牙輪鉆頭的使用壽命；⑥對(duì)電力傳動(dòng)進(jìn)行發(fā)展，使其能夠在靜態(tài)下控制驅(qū)動(dòng)交、直流電機(jī)。

（2）露天裝載設(shè)備的斗容不斷擴(kuò)大。大型露天裝載設(shè)備主要包括電鏟、液壓挖掘機(jī)和輪式裝載機(jī)，其中電鏟一直是大型露天裝載的主要裝備，雖然投入成本高，但使用成本低。但液壓挖掘機(jī)和輪式裝載機(jī)也有電鏟所沒有的優(yōu)點(diǎn)，例如重量比較輕、能夠機(jī)動(dòng)靈活地作業(yè)，投資少、設(shè)備更新更快等。在近幾年，隨著科技的進(jìn)步，液壓挖掘機(jī)和輪式裝載機(jī)也推出了大斗容的產(chǎn)品，逐漸出現(xiàn)在了露天礦山的開采現(xiàn)場。

（3）露天運(yùn)輸設(shè)備的噸位不斷增大。汽車能夠更好地進(jìn)行爬坡，轉(zhuǎn)彎半徑比較小，具備機(jī)動(dòng)靈活的運(yùn)輸特點(diǎn)，非常適合需要均衡配礦和多點(diǎn)作業(yè)的露天礦區(qū)。最近幾年，隨著露天礦山的大型化發(fā)展，礦用汽車的有效載重也在不斷提高，我國目前最大的礦用汽車的載重已經(jīng)達(dá)到了334 t。

3.2 露天設(shè)備的智能化發(fā)展

在露天采礦設(shè)備朝著大型化發(fā)展的同時(shí)，隨著微電子技術(shù)和衛(wèi)星無線通信技術(shù)的發(fā)展，采礦設(shè)備也在逐漸朝著智能化的方向發(fā)展，并且取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

（1）車載監(jiān)控系統(tǒng)主要的應(yīng)用方向是對(duì)設(shè)備的完好狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、提供有關(guān)的維修信息。目前大部分露天采礦設(shè)備的生產(chǎn)商，都在設(shè)備的重要部件處設(shè)置了監(jiān)控和報(bào)警功能，通過無線通信技術(shù)和中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警功能，能夠及時(shí)通知維修人員查看故障，及時(shí)維修。

（2）卡車調(diào)度系統(tǒng)在露天礦山的運(yùn)輸生產(chǎn)中得到了主要應(yīng)用。最開始是為了進(jìn)行運(yùn)輸汽車的調(diào)度，現(xiàn)在已逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的全面提供和監(jiān)控，成為了露天礦山的最基本的系統(tǒng)之一。

（3）GPS 定位系統(tǒng)在露天開采中幫助克服了開采的主要障礙。其利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)主要障礙及逆行精準(zhǔn)定位，精確度在1 m 以內(nèi)，甚至還有精度以厘米為單位的高精度系統(tǒng)，因此在露天礦山中的應(yīng)用也越來越廣泛。而且GPS 定位系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的測量手段來對(duì)露天礦的地表進(jìn)行測量，提高了測量效率。傳統(tǒng)測量儀器對(duì)安裝狀態(tài)的依賴性高，對(duì)于地形、能見度和安裝人員的能力都有一定要求，而GPS 系統(tǒng)只需要打開設(shè)備，就能夠完成測量定位。在具體應(yīng)用方面，GPS 系統(tǒng)不會(huì)受到氣候和光線的限制，在大多數(shù)時(shí)候都能夠進(jìn)行正常工作，并且在使用時(shí)GPS 系統(tǒng)不需要進(jìn)行固定點(diǎn)的安裝，就能夠開始高精度的測量。

（4）露天開采設(shè)備能夠進(jìn)行整體的作業(yè)優(yōu)化和控制。在鉆機(jī)作業(yè)上能夠事先精確定位，減少了在現(xiàn)場進(jìn)行位置測量的時(shí)間，炮孔布置的精度高、時(shí)間短，超鉆和欠鉆的現(xiàn)象大大減少，這樣能夠制定出更好的爆破設(shè)計(jì)方案。其次對(duì)裝載設(shè)備作業(yè)進(jìn)行了優(yōu)化控制，通過無線電技術(shù)，工程人員能夠?qū)⑸a(chǎn)計(jì)劃從控制中心直接發(fā)送到裝載設(shè)備的GPS 系統(tǒng)上，系統(tǒng)直接記錄裝載設(shè)備的實(shí)時(shí)工作進(jìn)程，并且進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)反饋。操作人員可以通過機(jī)載顯示屏了解周圍的環(huán)境從而減少危險(xiǎn)的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于卡車跟蹤系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)度，在露天礦產(chǎn)中，運(yùn)輸成本占據(jù)很大比重，大型露天礦產(chǎn)中對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的調(diào)度也是管理的重要內(nèi)容，通過GPS 系統(tǒng)和多頻道無線電通信，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)載設(shè)備和調(diào)度室的信息傳遞，確定具體的裝載地點(diǎn)和卸載地點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)最優(yōu)的運(yùn)輸路線，降低成本。

4 結(jié)束語

礦產(chǎn)資源是推動(dòng)國家發(fā)展的重要資源支持，只有不斷加快露天采礦技術(shù)的創(chuàng)新，提高設(shè)備性能，才能夠確保露天采礦行業(yè)的順利發(fā)展。在露天采礦過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)防護(hù)工作，確保開采過程中工作環(huán)境的安全性能夠達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。在露天采礦過程當(dāng)中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢查安全設(shè)備及設(shè)施的運(yùn)行情況，避免出現(xiàn)異常，影響安全生產(chǎn)。在未來，工作人員應(yīng)當(dāng)積極探索有關(guān)礦山開采設(shè)備的養(yǎng)護(hù)維修工作，豐富養(yǎng)護(hù)維修內(nèi)容，在面對(duì)故障時(shí)能夠科學(xué)應(yīng)對(duì)，減少設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，提高實(shí)動(dòng)率，從而提高礦山開采產(chǎn)量，使礦山企業(yè)獲得穩(wěn)定的生產(chǎn)效益。