有色金屬行業(yè)綠色礦山采礦技術(shù)研究

尹剛

（五礦二十三冶建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

0 引言

當(dāng)前使用的資源大多是一次能源，但是隨著需求量的提升，一次能源越來(lái)越匱乏。因此，我國(guó)需要重視起可持續(xù)開(kāi)發(fā)工作，通過(guò)合理采用綠色礦山采礦技術(shù)的方式提高有色金屬能源的開(kāi)發(fā)效率，有效地減少采礦過(guò)程中消耗的成本。與此同時(shí)，使用綠色采礦技術(shù)也能夠減少采礦對(duì)環(huán)境的危害，提高有色金屬的效益。

1 有色金屬行業(yè)現(xiàn)狀

1.1 成分復(fù)雜

我國(guó)礦產(chǎn)資源大多是共伴生礦種，很少有單一礦種存在的礦產(chǎn)資源。而有色金屬更是凸顯出了這一特征，其中大多數(shù)都是共伴生的礦產(chǎn)資源。而且根據(jù)相關(guān)調(diào)查得出的結(jié)果得知，很多有色金屬礦山中的金屬礦床大多會(huì)有五個(gè)以上的共伴生金屬種類(lèi)。這就給我國(guó)有色金屬開(kāi)采工作帶來(lái)了很大的困難，使有色金屬行業(yè)發(fā)展速度緩慢。

1.2 元素品位較低

根據(jù)相關(guān)調(diào)查得知，當(dāng)前有色金屬資源的元素品位相比較來(lái)說(shuō)更低，從而能夠讓有色金屬更加清晰地與其他資源區(qū)分開(kāi)來(lái)。在我國(guó)的大多數(shù)礦山之中，有色金屬礦山的地質(zhì)品位在0.385%左右，其主要包含了生鐵、硫、銅等元素，還有其他的伴生元素。而且根據(jù)相關(guān)的調(diào)查得出，銅礦山資源與其他資源相比，其元素品位更低。

1.3 開(kāi)發(fā)技術(shù)復(fù)雜

受到有色金屬成分特性的影響，其開(kāi)發(fā)技術(shù)也十分的復(fù)雜。在進(jìn)行有色金屬資源開(kāi)采的時(shí)候，需要開(kāi)采人員有豐富的采礦經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)資源賦存的實(shí)際情況進(jìn)行分析，得出更加合適的開(kāi)采方案。而且還需要綜合考慮伴生金屬的種類(lèi)，選擇更加適合的采礦技術(shù)。此外還需要針對(duì)礦產(chǎn)的地形特點(diǎn)，合理地設(shè)置采礦的環(huán)節(jié)，過(guò)程十分煩瑣。

1.4 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)高

因?yàn)橛猩饘僭仄肺坏偷奶攸c(diǎn)，在進(jìn)行有色金屬開(kāi)發(fā)的時(shí)候很容易會(huì)產(chǎn)生更多的金屬?gòu)U物，進(jìn)而對(duì)開(kāi)采環(huán)境造成污染。與此同時(shí)，在進(jìn)行金屬資源開(kāi)發(fā)的時(shí)候，還會(huì)受到技術(shù)的影響，導(dǎo)致開(kāi)采效果受到影響，廢石產(chǎn)量過(guò)多，造成資源浪費(fèi)。但是隨著廢物處理技術(shù)的改善優(yōu)化，礦山資源的生產(chǎn)效率越來(lái)越高，資源利用率也越來(lái)越高。

1.5 回采率高

有色金屬具有很多伴生元素，在開(kāi)采的時(shí)候，其開(kāi)采的目標(biāo)也大不相同。因此，有色金屬礦產(chǎn)在開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)回采的現(xiàn)象，從而讓資源使用效率更高。而且隨著我國(guó)采礦技術(shù)的優(yōu)化，其采礦效果也越來(lái)越好，有色金屬回采率也隨之不斷提升，使有色金屬礦資源得到充分的利用。目前，我國(guó)有色金屬資源在三年內(nèi)的回采率將達(dá)到90%以上[1]。

2 綠色礦山采礦技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 提高開(kāi)采方案科學(xué)性

綠色礦山概念的提出主要是為了讓礦山開(kāi)采的過(guò)程中能夠有更加完善的規(guī)劃體系，讓其能夠在更全面的管理下進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開(kāi)采，從而使礦山文化能夠得到保護(hù)根據(jù)綠色礦山的發(fā)展理念，在進(jìn)行有色金屬資源開(kāi)采的時(shí)候，需要建立更加完善的發(fā)展體系，確保其能夠在規(guī)范化的要求下永久性地發(fā)展。而且在進(jìn)行綠色礦山創(chuàng)建的時(shí)候需要全面考慮礦山的實(shí)際情況，根據(jù)其變化進(jìn)行技術(shù)上的調(diào)整，從而得出更加科學(xué)的有色金屬開(kāi)采方案。

2.2 促進(jìn)企業(yè)引領(lǐng)作用

當(dāng)前有色金屬的發(fā)展速度越來(lái)越快，需要政府做出正確的引導(dǎo)才能夠讓一些經(jīng)濟(jì)下滑的企業(yè)減少自身虧損的趨勢(shì)。而綠色礦山技術(shù)正是政府推動(dòng)有色金屬產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的一個(gè)渠道，通過(guò)更加全面地鼓勵(lì)政策，以及減少稅收的措施，讓礦山企業(yè)能夠大大地縮減運(yùn)營(yíng)所需的成本。與此同時(shí)，礦山企業(yè)還可以根據(jù)政策的要求，使用更加安全有保證的開(kāi)采方法，促進(jìn)礦山企業(yè)的全面轉(zhuǎn)型，引領(lǐng)礦山企業(yè)朝高效、環(huán)保、綠色有色金屬開(kāi)采道路上長(zhǎng)久前行。

2.3 助力開(kāi)采技術(shù)升級(jí)

開(kāi)采有色金屬的難度一直以來(lái)都很大，而且隨著市場(chǎng)需求的增加，開(kāi)采有色金屬的難度也在與日俱增。因此礦山企業(yè)要合理地運(yùn)用綠色礦山開(kāi)采技術(shù)，減少有色金屬開(kāi)采的難度，而且還能夠進(jìn)一步減少開(kāi)采有色金屬所需的人力物力資源，讓礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益更加快速的增長(zhǎng)。與此同時(shí)，使用綠色礦山開(kāi)采技術(shù)還能夠大大地減少開(kāi)采工作的工作量，將當(dāng)今先進(jìn)的遙感技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等有效地使用，能夠讓開(kāi)采技術(shù)再次升級(jí)[2]。

3 采礦技術(shù)研究

3.1 淺孔留礦技術(shù)

這種方法早在20 世紀(jì)70 年代就開(kāi)始使用了，是隨著有色金屬采礦工藝成熟研究出來(lái)的采礦技術(shù)。淺孔留礦采礦技術(shù)如圖1 所示，其主要是將有色金屬礦山分為不同的階段，再將其分為一個(gè)又一個(gè)礦塊，然后再將礦塊分為礦房和礦柱，再按照分成的部分進(jìn)行二次回采。在進(jìn)行開(kāi)采和回采的時(shí)候，要將礦房由上而下分為基層，并且按照順序開(kāi)采。需要注意的是，礦房中的礦石崩落到二分之一的時(shí)候，就需要將其剩余的部分儲(chǔ)存在礦房之內(nèi)，將其作為繼續(xù)開(kāi)采的基礎(chǔ)臺(tái)面，等礦房徹底開(kāi)采完畢之后再將其釋放出來(lái)。等整個(gè)礦房采完之后，再去回采礦柱以及其他采空的部分。這種采礦技術(shù)只能使用在礦石以及礦場(chǎng)周?chē)Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固的地方，礦體傾斜角度相關(guān)要求也會(huì)隨著其厚度不同而發(fā)生變化。

圖1 淺孔留礦采礦法

當(dāng)前，淺孔留礦技術(shù)被廣泛地使用在各個(gè)有色金屬采礦的工作中，適用于大多數(shù)有色金屬的開(kāi)采。比如變化幅度相比于其他金屬更大的鎢礦，其在開(kāi)采的時(shí)候很容易會(huì)因?yàn)槠鋬A斜走向以及傳統(tǒng)走向存在問(wèn)題，而導(dǎo)致其尖滅側(cè)現(xiàn)現(xiàn)象出現(xiàn)比較容易，尖滅側(cè)現(xiàn)現(xiàn)象也會(huì)頻繁地出現(xiàn)。而且針對(duì)寬度較大的礦脈來(lái)說(shuō)，其能夠有更加大的使用范圍，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。淺孔留礦采礦法就能夠使用在鎢礦的開(kāi)采工作中，而且能夠利用鎢礦的自重使放礦操作更加方便。相較于其他采礦工藝來(lái)說(shuō)，這種采礦當(dāng)手段為簡(jiǎn)單，便于工作人員學(xué)習(xí)使用和掌握，能夠?yàn)楹罄m(xù)工作中的調(diào)整礦井井位打下良好的基礎(chǔ)。由此可見(jiàn)，淺孔留礦技術(shù)是一種更加具有普遍性的采礦方法，利用其簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用性高的特點(diǎn)，可以讓有色金屬開(kāi)采工作更加順利地完成。而且尤其是較早的有色金屬采礦方法，其技術(shù)比較熟練，而且還隨著時(shí)代變化不斷地進(jìn)步，是有色金屬開(kāi)采中的首選方案[3]。

3.2 有底柱分段崩落技術(shù)

有底柱分段崩落技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國(guó)礦山開(kāi)采中，如圖2 所示，其與淺孔留礦采礦技術(shù)相比，將礦房和礦柱融為一體，按照礦體本身的走向?qū)ふ乙?guī)律，嚴(yán)格地按照采礦步驟進(jìn)行礦石的開(kāi)采和回采工作。另外，其與淺孔留礦采礦法采礦的順序相同，其主要是將礦塊分為不同的分段，然后再?gòu)纳系较碌拈_(kāi)采有色金屬礦。在進(jìn)行落礦工序之前，需要工作人員在崩落層的下面或者是側(cè)面開(kāi)掘出一定的空間作為補(bǔ)償空間，然后再進(jìn)行爆破。在進(jìn)行回采的時(shí)候，不再使用礦石作為工作臺(tái)，而是使用石灰?guī)r填充到采空?qǐng)鲋校缓笤趲r石的下面放礦。需要注意的是，無(wú)論是哪一個(gè)分段，都要在其下面留好底柱，以及專(zhuān)門(mén)用來(lái)作為承重結(jié)構(gòu)的部分，方便之后的流程順利完成。

圖2 有底柱分段崩落采礦法

這種施工方法是隨著有色金屬資源減少而被研發(fā)出來(lái)。比如，這種方法就被使用在了柿竹園地區(qū)的有色金屬開(kāi)采之中。在柿竹園的礦床中，其主要金屬礦是復(fù)合型的鎢礦。復(fù)合型鎢礦的品位比較高，而且此地區(qū)的鎢礦規(guī)模比較大，礦化整體來(lái)說(shuō)很好。根據(jù)實(shí)地考察可以看出，礦體上存在很多的透鏡體，而且此礦床的圍巖穩(wěn)定性很強(qiáng)，不會(huì)受到外界因素影響而自燃，也不存在結(jié)塊的問(wèn)題。所以工作人員在了解到全部信息之后，使用了有底柱分段崩落采礦技術(shù)。工作人員按照標(biāo)準(zhǔn)的施工流程設(shè)計(jì)了電耙道漏斗結(jié)構(gòu)的開(kāi)采方式，分別進(jìn)行切割和鉆孔工作，從而實(shí)現(xiàn)高效的采礦目標(biāo)。根據(jù)對(duì)此次采礦數(shù)據(jù)的分析得出，使用有底柱分段崩落采礦技術(shù)能夠降低將近10%的損失率，以及將近13%的貧化率。由此可見(jiàn)，有底柱分段崩落采礦技術(shù)相較于淺孔留礦技術(shù)更具有采礦的優(yōu)勢(shì)，而且還能夠大幅度提高采礦的效率，減低有色金屬開(kāi)采的損失率和貧化率[4]。

3.3 露天采礦技術(shù)

露天采礦是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最常用的技術(shù)，其主要是嚴(yán)格地按照采礦順序，將巖石剝離，從而采集礦石。根據(jù)礦床分布情況的不同，露天采礦方法主要分為兩種。一種平緩礦床采礦技術(shù)，如圖3 所示。這種技術(shù)適用于傾角小于12°的礦床，通過(guò)用倒堆采礦法將巖石等雜物使用機(jī)械鏟剝離，并且將其推到采空區(qū)推起來(lái)。然后再利用索斗鏟進(jìn)行二次或者更多次的倒堆；另一種是針對(duì)傾斜角度相對(duì)較大的礦床，需要將剝離物資運(yùn)送到專(zhuān)用的排土場(chǎng)，一直到采掘深度達(dá)到要求之后，才能夠往采空區(qū)內(nèi)排。這種工作方式通常會(huì)采用垂直走線的方式進(jìn)行布局，從而達(dá)到更加高效的采礦效果。實(shí)際上，采礦的方式還是需要根據(jù)實(shí)際礦體的情況進(jìn)行決定，選擇出更加適合的采礦方式。

圖3 平緩礦床露天采礦技術(shù)

當(dāng)前露天開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)在傳統(tǒng)技術(shù)上進(jìn)行了升級(jí)，研發(fā)出了露天－地下聯(lián)合采礦技術(shù)。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)礦床的礦體分布在垂直方向至少有上中下三層，單獨(dú)使用露天開(kāi)采技術(shù)不利于對(duì)礦床的充分利用。因此可以對(duì)不同層次的礦體進(jìn)行分層管理，對(duì)于上層使用露天技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，對(duì)于中間層就是用兩種方法聯(lián)合的方式開(kāi)采，對(duì)于與下層就是用地下采礦方式進(jìn)行開(kāi)采。由此就能夠更加充分地利用我國(guó)的金屬礦資源，減少一次性資源的浪費(fèi)。而且在開(kāi)采的時(shí)候會(huì)使用到不同的大型機(jī)械設(shè)備，如圖4 所示，能夠大幅度減少人力的消耗，提高有色金屬開(kāi)采工作的效率。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)的有色金屬資源來(lái)看，更加需要合理使用新型技術(shù)和設(shè)備，將不同的技術(shù)融合起來(lái)，發(fā)揮出更大的效果，盡可能減少資源的浪費(fèi)[5]。

圖4 露天采礦

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，綠色礦山采礦技術(shù)的使用是能夠全面提升有色金屬開(kāi)采效率的關(guān)鍵。因此，我國(guó)應(yīng)該合理地區(qū)別不同采礦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將露天采礦、淺孔留礦采礦以及有底柱分段崩落采礦三種采礦技術(shù)進(jìn)行合理的運(yùn)用，并且根據(jù)礦山的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以提高有色金屬行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。