露天開采新技術(shù)及其應(yīng)用探究

（華潤(rùn)水泥（陸川）有限公司，廣西 陸川 537726）

在建設(shè)有中國(guó)特色社會(huì)主義的新時(shí)代背景下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式發(fā)生了劇烈的變化，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求和要求不斷改變，礦產(chǎn)資源開發(fā)在維持高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)，如何更加高效、更加安全的對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采，是相關(guān)企業(yè)和從業(yè)者需要進(jìn)一步深入研究的必選題。在助力推動(dòng)民族復(fù)興的宏偉目標(biāo)下，做好露天開采新技術(shù)的研究和應(yīng)用，有著比較顯著的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)影響。

1 露天開采概述和現(xiàn)狀

1.1 露天開采概述

露天開采指將礦體上存在的覆蓋物移除，得到所需礦物的開采技術(shù)，基本的作業(yè)流程包括了穿孔、爆破、采裝、運(yùn)輸以及排土等。依照作業(yè)是否連續(xù)，可以將露天開采分為斷續(xù)式、半連續(xù)式和連續(xù)式。對(duì)比地下開采，露天開采的有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，如回采率高、資源利用率高、貧化率低等，適合大型機(jī)械作業(yè)，建礦速度快，生產(chǎn)率較高。而依照礦床的分布情況，可以將露天開采劃分為平緩礦床開采和傾斜礦床開采，前者比較常用的采礦方法包括橫運(yùn)采礦法、縱運(yùn)采礦法以及倒堆采礦法等，后者常用的采礦方法包括組合臺(tái)階法、橫采掘帶以及分區(qū)分期開采等。露天開采具備幾個(gè)非常顯著的特征，一是資源綜合利用率高，回采率可以達(dá)到95%以上；二是安全性強(qiáng)，在連續(xù)開采的情況下，安全可控；三是對(duì)環(huán)境破壞影響小，露天采礦能夠?qū)崿F(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的和諧相處，均衡發(fā)展；四是生產(chǎn)規(guī)模大，可以通過機(jī)械化、智能化進(jìn)行多區(qū)域、多平臺(tái)同步大量開采，實(shí)現(xiàn)規(guī)模較大的年開采量目標(biāo)；五是生產(chǎn)效率較高，機(jī)械設(shè)備和人員的科學(xué)合理安排，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造較高利潤(rùn)。

圖1 露天開采

1.2 露天開采現(xiàn)狀

露天開采的優(yōu)勢(shì)使得其成為了很多礦產(chǎn)資源開采的首選方式，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國(guó)鐵礦露天開采的比例為77%，有色金屬露天開采或者露天-地下聯(lián)合開采比例為52%，建材礦山幾乎全部采用露天開采。但是與此同時(shí)，露天開采在應(yīng)用過程中也存在一些不足和問題，一是生產(chǎn)規(guī)模小，開采工藝落后。不少露天采場(chǎng)存在盲目開采的情況，沒有考慮客觀規(guī)律，影響了開采的經(jīng)濟(jì)效益，伴隨著開采的深入，采礦條件也在不斷惡化；二是開采條件較差。露天礦山在進(jìn)入深部開采后，采場(chǎng)空間不斷壓縮，線路展線難度較大，而且采場(chǎng)的延伸會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸距離和運(yùn)輸周期的增加，運(yùn)輸?shù)男蕰?huì)受到很大影響；三是技術(shù)裝備水平落后。不少大型露天礦山建于20世紀(jì)中期，設(shè)備陳舊，存在能耗高、效率低的問題，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)效益低，存在較多安全隱患。

2 露天開采新技術(shù)其應(yīng)用探究

2.1 油電混合技術(shù)

油電混合技術(shù)是露天開采中出現(xiàn)的一種新技術(shù)，主要在開采過程中，選擇一些節(jié)能環(huán)保的設(shè)備，以電能的消耗代替燃油，這樣一方面能夠減少露天開采引發(fā)的環(huán)境污染問題，另一方面也能夠在一定程度上緩解燃油價(jià)格上漲引發(fā)的開采成本增加問題。在對(duì)節(jié)能環(huán)保設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該充分考慮露天開采的現(xiàn)實(shí)需求，確保設(shè)備能夠與燃油設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互匹配，保證生產(chǎn)的效率和效果。

2.2 排土場(chǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)

以某露天煤礦為例，南排土場(chǎng)本身的排棄高度、邊坡角以及排棄量的設(shè)計(jì)缺乏合理性，在開采過程中發(fā)生了災(zāi)難性滑坡，傾向覆蓋寬度達(dá)到650m，高差達(dá)到125m，引發(fā)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。在事故案例中，露天煤礦的基底土是黃土，就外排土場(chǎng)進(jìn)行分析，其在設(shè)計(jì)、研究和生產(chǎn)等方面都存在很大漏洞。為了保障邊坡的穩(wěn)定性，可以引入相應(yīng)的排土場(chǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)來對(duì)事故進(jìn)行規(guī)避和防范，對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行勘察試驗(yàn)后，就其破壞機(jī)理以及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，依照排土場(chǎng)地層結(jié)構(gòu)特征和演化規(guī)律，得到了排土場(chǎng)的滑坡機(jī)理。就黃土底部演化層的形成機(jī)理、排土場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定性控制等相關(guān)理論進(jìn)行完善，能夠?yàn)榕磐翀?chǎng)穩(wěn)定技術(shù)的應(yīng)用營(yíng)造出良好的環(huán)境和條件。對(duì)排土過程中的水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，配合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)勘察狀況，提出了相應(yīng)的排土場(chǎng)穩(wěn)定技術(shù)，。而為了能夠推動(dòng)黃土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)演化層的順利形成，可以沿坡腳底部，搭建起相應(yīng)的滲水溝，并且利用監(jiān)測(cè)以及試驗(yàn)得到的信息，建立起了孔隙水壓力相關(guān)的方程，得出了相應(yīng)的U控制技術(shù)，換言之，就是在排土的過程中，采用了分段的方式，在控制排土強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)整個(gè)排土過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，保證了容量的穩(wěn)定。而在強(qiáng)度控制環(huán)節(jié)，需要對(duì)孔隙水壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步優(yōu)化排土工藝，提高了基底的力學(xué)強(qiáng)度，在保證邊坡穩(wěn)定性的同時(shí)，也能夠促進(jìn)排土場(chǎng)容量的提高。

2.3 反向內(nèi)排技術(shù)

反向內(nèi)排技術(shù)的基本原理，是在礦產(chǎn)開采一定時(shí)間內(nèi)，采取的一種臨時(shí)性措施，能夠于短時(shí)間內(nèi)減少剝離物內(nèi)排運(yùn)輸?shù)木嚯x，也可以確保新采區(qū)的順利推進(jìn)。不過需要注意的是，反向內(nèi)排技術(shù)并不能對(duì)內(nèi)排空間富余引發(fā)的不利影響進(jìn)行緩解和消除，結(jié)合實(shí)際情況分析，反向內(nèi)排技術(shù)比較適用于連續(xù)轉(zhuǎn)向部分，或者間斷轉(zhuǎn)向的露天煤礦，能夠通過減少剝離物內(nèi)排運(yùn)輸距離的方式，促進(jìn)其內(nèi)排量的提高，繼而減少富余空間。

2.4 靠幫開采技術(shù)

在針對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行露天開采的過程中，靠幫開采技術(shù)同樣比較常見，其應(yīng)用的關(guān)鍵，在于提高幫坡腳，不過，在礦山設(shè)計(jì)與礦產(chǎn)生產(chǎn)中，靠幫開采的方法存在一定的差異性：礦山設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，靠幫開采技術(shù)主要是保持下部境界固定，上部境界由外到內(nèi)逐縮進(jìn)，因此在礦山設(shè)計(jì)中，不需要在端幫設(shè)置運(yùn)輸?shù)缆?，能夠有效降低端幫補(bǔ)充擴(kuò)幫量；礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)，靠幫開采技術(shù)強(qiáng)調(diào)上部境界固定，下部境界由內(nèi)向外推進(jìn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以將現(xiàn)有的端幫運(yùn)輸?shù)缆啡∠?，這樣有助于提高礦產(chǎn)的開采量和回收率，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

2.5 卡車智能調(diào)度和生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)

在多數(shù)露天礦產(chǎn)開采中，都使用了卡車間斷工藝，這種工藝具備很強(qiáng)的靈活性，不過管理和控制的難度較大。通過衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及無線通信技術(shù)的相互結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離散設(shè)備的有效監(jiān)控和調(diào)度，促進(jìn)間斷工藝生產(chǎn)效率的提高。最近幾年，以先進(jìn)的信息化技術(shù)為支撐，卡車智能調(diào)度和生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，越來越多的礦產(chǎn)企業(yè)開始引入該系統(tǒng)。就目前而言，隨之5G、智能化相關(guān)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，卡車智能調(diào)度和生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)正在朝著高精度、智能化的方向發(fā)展，應(yīng)用范圍也得到了有效拓展，除了卡車，此項(xiàng)技術(shù)也在加油車、推土機(jī)、鉆機(jī)、平路機(jī)等設(shè)備中得到了應(yīng)用，而且融合了很多相關(guān)技術(shù)，如智能識(shí)別技術(shù)、采礦計(jì)劃、故障診斷技術(shù)、防碰撞技術(shù)等。

2.6 雷達(dá)檢測(cè)預(yù)警技術(shù)

露天開采環(huán)節(jié)，在一定范圍內(nèi)，允許邊坡出現(xiàn)可控變形，但是如果邊坡在變形的過程中，從緩慢變形進(jìn)入到了加速變形階段，則表明其穩(wěn)定性容易受到破壞，對(duì)此，為了保證邊坡的穩(wěn)定性和開采的安全性，需要對(duì)邊坡設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)邊坡特定區(qū)域的細(xì)微變化，做好變形情況的監(jiān)測(cè)管理?？刂崎_采作業(yè)對(duì)于監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)有著比較嚴(yán)格的要求，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程中，必須實(shí)現(xiàn)高精度、零接觸和全天候的目標(biāo)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的異常及時(shí)發(fā)出告警信息，保障生產(chǎn)安全。現(xiàn)階段，較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是雷達(dá)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控探頭和3D軟件的結(jié)合，可以顯示出邊坡變化情況，幫助技術(shù)人員掌握邊坡變形情況，及時(shí)處理安全隱患。

2.7 表土剝離半連續(xù)技術(shù)

在露天開采中，如果礦場(chǎng)表層土松軟，存在剝離的情況，尅采用表土剝離半連續(xù)技術(shù)，其核心原理，是在進(jìn)行開采的過程中，利用轉(zhuǎn)載設(shè)備進(jìn)行破碎。表層物料本身具備的黏結(jié)性，使得其在進(jìn)入破碎機(jī)時(shí)，很容易粘結(jié)在設(shè)備中，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，引發(fā)設(shè)備堵塞的問題。對(duì)此，可以使用軟式軟巖破碎機(jī)，搭配單斗挖掘機(jī)、軟式軟巖破碎站和帶式運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備，構(gòu)建起半連續(xù)工藝體系，對(duì)傳統(tǒng)的補(bǔ)輪斗挖掘機(jī)進(jìn)行替代，適應(yīng)帶式運(yùn)輸機(jī)代替車輛進(jìn)行物料的運(yùn)輸，從而確保開采作業(yè)的順利實(shí)施。

3 結(jié)語

總而言之，礦產(chǎn)資源的開發(fā)是工業(yè)發(fā)展的壓艙石和發(fā)動(dòng)機(jī)，關(guān)系著采礦能源行業(yè)穩(wěn)定，影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展。在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展后，露天采礦技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)全新的時(shí)期，呈現(xiàn)出了智能化、規(guī)?；约奥?lián)合開采的新趨勢(shì)。新的發(fā)展環(huán)境下，社會(huì)對(duì)于露天開采技術(shù)和露天開采設(shè)備的應(yīng)用提出了許多新的要求，在使用節(jié)能環(huán)保設(shè)備和先進(jìn)開采技術(shù)的情況下，還必須保障露天開采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性、高效性和安全性，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開采和環(huán)境保護(hù)的共同進(jìn)行，這樣才能真正保障露天開采技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展，更好的滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。