基于非煤礦山開采薄礦體的采礦技術(shù)

夏新鈞

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷增加，使礦產(chǎn)資源的需求日益增大，礦山開采行業(yè)成為支撐現(xiàn)代社會的重要產(chǎn)業(yè)之一。然而，傳統(tǒng)的礦山開采方式往往伴隨著資源浪費、環(huán)境破壞和安全隱患等問題，迫切需要尋找高效、環(huán)保的采礦技術(shù)來滿足資源需求并保護環(huán)境。在礦山開采中，薄礦體開采是一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。薄礦體通常指的是礦床的礦化帶或薄層，其厚度相對較小，但蘊含了豐富的礦產(chǎn)資源。由于薄礦體開采存在獨特的挑戰(zhàn)，如采礦難度大、資源分布不均勻、環(huán)境保護要求高等，因此需要采用特殊的采礦技術(shù)來有效開采這些礦體。

1 薄礦體的定義與分類

1.1 薄礦體的概念

薄礦體是指礦床中的礦化帶或礦層，其厚度相對較小，通常在幾米到幾十米之間。與傳統(tǒng)的礦體相比，薄礦體的特點在于其縱深延伸較大，但橫向厚度相對較小。這使得薄礦體的開采變得更加復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性。通常情況下，礦體的橫向厚度在幾米到幾十米之間，使其成為一種具有獨特挑戰(zhàn)的礦產(chǎn)資源。

1.2 薄礦體的分類

1.層狀薄礦體。層狀薄礦體是一種常見的薄礦體類型，通常以水平或近水平的層狀分布方式存在于地下。這類薄礦體的典型代表包括鐵礦石、銅礦石等。它們常常具有相對規(guī)則的礦床分布，使得采礦工程規(guī)劃和操作相對容易。然而，由于其橫向厚度相對較小，需要采用高效的采礦技術(shù)來充分開采這些礦體。

2.脈狀薄礦體。脈狀薄礦體以礦脈的形式存在，通常在地下具有較大的縱向延伸，但橫向厚度相對較窄。這類礦體包括金礦石、銀礦石等。由于其礦床分布較不規(guī)則，采礦難度較大，通常需要采用精細的采礦技術(shù)，如精細選礦和精細爆破，以充分開采礦石并提高資源回收率[1]。

3.斷裂控制的薄礦體。斷裂控制的薄礦體受地質(zhì)構(gòu)造斷裂的控制，通常分布于地質(zhì)斷裂帶附近。這類薄礦體包括鋅礦石、鉛礦石等。由于斷裂帶的存在，礦體的分布常常不規(guī)則且具有挑戰(zhàn)性。采礦公司需要采用高精度的地質(zhì)勘探技術(shù)，以確定礦體的具體位置，并采用適當(dāng)?shù)牟傻V方法來充分開采這些礦體。

2 薄礦體開采的難點與挑戰(zhàn)

2.1 采礦難度大

薄礦體的特點之一是其橫向厚度較小，這導(dǎo)致了開采難度的顯著增加。傳統(tǒng)的采礦方法通常設(shè)計用于開采較厚的礦體，因此不適用于薄礦體。薄礦體的開采需要更高精度的工程規(guī)劃和采礦技術(shù)，以確保資源的充分回收。此外，由于薄礦體橫向薄度有限，礦石儲量相對有限，因此采礦公司需要在開采效益和成本之間取得平衡，這增加了經(jīng)濟難度。

2.2 資源分布不均勻

薄礦體的分布通常不均勻，礦體之間可能存在間隙或不連續(xù)性。這使得開采過程中的資源評估和礦體定位變得復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性。準(zhǔn)確估計薄礦體的位置、形狀和規(guī)模是成功開采的關(guān)鍵。采礦公司必須依賴高精度的地質(zhì)勘探技術(shù)和地下測量方法，以確保礦體的有效開采和資源的最大回收。

2.3 環(huán)境保護要求高

薄礦體的開采往往伴隨著對環(huán)境保護要求較高的挑戰(zhàn)。由于薄礦體通常位于地下，采礦過程可能導(dǎo)致地下水位下降、地表沉降以及生態(tài)環(huán)境破壞等問題。為了滿足環(huán)保法規(guī)和社會責(zé)任，采礦公司需要采取一系列環(huán)保措施，包括廢水處理、土壤保護、生態(tài)恢復(fù)等。這增加了開采過程的復(fù)雜性和成本，但也是維護可持續(xù)礦業(yè)發(fā)展的必要措施。環(huán)保要求的提高還推動了綠色采礦技術(shù)和可持續(xù)開采方法的研究和應(yīng)用。

3 薄礦體開采的現(xiàn)有方法

3.1 傳統(tǒng)開采方法

傳統(tǒng)的礦山開采方法包括露天開采和地下開采。然而，這些傳統(tǒng)方法在薄礦體開采中存在一些限制，因為它們通常設(shè)計用于開采較厚的礦體。在露天開采中，由于薄礦體的橫向厚度有限，需要大面積的開采，這可能導(dǎo)致大量的土地破壞和環(huán)境影響。地下開采也面臨挑戰(zhàn)，因為薄礦體的開采通常需要更高精度的工程規(guī)劃和設(shè)備，以確保資源的充分回收。

3.2 巖漿注入采礦法

巖漿注入采礦法是一種常用于開采薄礦體的創(chuàng)新方法。這種方法涉及將高壓巖漿注入礦體中，從而破壞礦石，使其更容易提取。巖漿注入可以改變礦體的物理性質(zhì)，減輕礦石與圍巖之間的黏附力，從而降低了采礦難度。這種方法通常能夠提高開采效率，但需要大量的能源和水資源來產(chǎn)生高壓巖漿。

3.3 水力剝離法

水力剝離法是一種利用高壓水流將礦石從圍巖中剝離的現(xiàn)代化采礦方法。這種方法適用于某些薄礦體的開采，特別是脈狀薄礦體。在水力剝離過程中，高壓水射流用于分離和剝離礦石，將其從圍巖中沖擊出來。這種方法具有較高的精度和環(huán)保性，可以減少采礦過程中的露天挖掘和地下開采的需求，從而減輕了地質(zhì)環(huán)境的影響。然而，水力剝離法需要精密的控制和監(jiān)測，以確保采礦過程的安全和有效性[2]。

4 基于非煤礦山開采薄礦體的采礦技術(shù)

4.1 機械化開采

機械化開采是一種常見的薄礦體采礦技術(shù)，特別適用于層狀薄礦體的開采。這種方法依賴各種機械設(shè)備，如采礦機、裝載機和運輸設(shè)備，對薄礦體進行高效的開采和處理。機械化開采的優(yōu)勢在于能夠迅速提高開采產(chǎn)量，減少人力成本，并提高作業(yè)安全性。在機械化開采過程中，各種設(shè)備的運用使得采礦作業(yè)更加高效和可控。采礦機械可以精確地切割、裝載和運輸?shù)V石，減少了人工操作的不確定性。此外，機械化開采可以實現(xiàn)24 小時不間斷的作業(yè)，提高了開采效率，縮短了生產(chǎn)周期。然而，機械化開采需要精確的礦體定位和設(shè)備操作。準(zhǔn)確的地質(zhì)勘探和礦體測量對于確定礦體的位置和形狀至關(guān)重要。任何定位或操作的偏差都可能導(dǎo)致資源浪費或礦體損失。因此，精細的地質(zhì)數(shù)據(jù)和高級的自動化控制系統(tǒng)是機械化開采成功的關(guān)鍵要素。

4.2 自動化控制

自動化控制技術(shù)在薄礦體開采中扮演著越來越重要的角色。通過自動化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)設(shè)備的智能化操作和實時監(jiān)測，從而提高了采礦作業(yè)的效率和安全性。傳感器和智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得開采機械能夠根據(jù)不同礦體的特性自動調(diào)整工作參數(shù)。例如，當(dāng)遇到硬度較高的礦石時，自動化控制系統(tǒng)可以調(diào)整切割或挖掘的力度，以保持高效的生產(chǎn)。這不僅提高了開采效率，還降低了設(shè)備的磨損和維護成本。此外，自動化控制系統(tǒng)還可以實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀況，檢測潛在的故障或危險情況，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┮源_保操作員的安全。自動化控制還有助于降低能源消耗和廢棄物產(chǎn)生，對于實現(xiàn)環(huán)保和可持續(xù)性發(fā)展具有積極意義。隨著技術(shù)的不斷進步，自動化控制在薄礦體開采中的應(yīng)用將進一步擴展，為礦業(yè)行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和改進。

4.3 礦體預(yù)測與模擬

在薄礦體開采中，礦體的準(zhǔn)確預(yù)測和模擬是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。通過利用地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、地下測量技術(shù)以及先進的數(shù)學(xué)模型，可以實現(xiàn)對薄礦體的位置、形狀和分布的準(zhǔn)確預(yù)測。這些信息對于采礦計劃的制定、設(shè)備操作的優(yōu)化以及資源管理都具有關(guān)鍵性的作用。（1）礦體預(yù)測：地質(zhì)勘探是薄礦體開采的第一步。通過采集地質(zhì)樣本、測繪地下構(gòu)造和利用地球物理勘探技術(shù)，礦業(yè)公司可以獲取關(guān)于礦體位置和性質(zhì)的重要數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用來建立地質(zhì)模型，預(yù)測薄礦體的空間分布。同時，高級的地質(zhì)信息系統(tǒng)（GIS）和三維建模工具也可以幫助工程師更好地理解地質(zhì)情況，進一步提高礦體預(yù)測的準(zhǔn)確性。（2）礦體模擬：礦體模擬技術(shù)允許礦業(yè)公司在實際開采之前進行虛擬試驗。通過建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，模擬薄礦體的開采過程和資源回收情況。這種模擬可以考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、采礦設(shè)備性能、資源管理策略等。模擬的結(jié)果可以幫助礦業(yè)公司評估不同采礦方案的可行性，包括采礦進度、采礦方法的選擇以及資源回收率。通過模擬，礦業(yè)公司可以降低風(fēng)險、優(yōu)化采礦過程，并減少開采過程中的意外事件。薄礦體開采的成功往往依賴于準(zhǔn)確的預(yù)測和精確的模擬。這些工具不僅有助于提高資源的回收率，還能夠降低成本、減少環(huán)境影響以及增強可持續(xù)性。因此，礦業(yè)公司越來越依賴于先進的地質(zhì)勘探技術(shù)和數(shù)學(xué)模型，以優(yōu)化薄礦體的開采過程[3]。

4.4 環(huán)保技術(shù)

薄礦體開采的環(huán)保要求不斷提高，采礦公司必須積極采用各種環(huán)保技術(shù)來減輕對生態(tài)環(huán)境的不利影響。以下是一些常見的環(huán)保技術(shù)在薄礦體開采中的應(yīng)用：

1.水資源管理。合理的水資源管理對于薄礦體開采至關(guān)重要。采礦公司需要建立水資源平衡模型，以確保地下水位的下降得到控制。這可以通過監(jiān)測水位、進行合理的地下水補給以及采用節(jié)水技術(shù)來實現(xiàn)。減少地下水位下降的風(fēng)險有助于維護地下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.尾礦處理。尾礦處理技術(shù)是薄礦體開采中的關(guān)鍵環(huán)保措施之一。通過高效的尾礦處理工藝，可以最大程度地回收有用礦物，減少廢棄物的產(chǎn)生。采用現(xiàn)代化的尾礦處理設(shè)備和技術(shù)，如篩分、浮選和過濾，可以降低廢棄物的排放量，并減少對土地和水資源的污染。

3.廢水處理。廢水處理是另一個關(guān)鍵環(huán)保技術(shù)，用于減少采礦過程中產(chǎn)生的廢水對環(huán)境的不利影響。通過采用廢水處理工藝，如生物處理、化學(xué)沉淀和膜分離，可以有效去除廢水中的污染物質(zhì)，使排放的廢水質(zhì)量符合環(huán)保法規(guī)。這有助于保護附近的水體和生態(tài)系統(tǒng)，減少水資源污染的風(fēng)險。

4.粉塵控制。薄礦體開采常伴隨著粉塵的產(chǎn)生，這對空氣質(zhì)量和健康構(gòu)成威脅。因此，采礦公司采用粉塵控制技術(shù)，如濕法噴霧、塵埃捕集器和空氣質(zhì)量監(jiān)測，以減少粉塵排放。這有助于改善采礦周邊地區(qū)的空氣質(zhì)量，減少對居民健康的不利影響[4]。

4.5 精細選礦技術(shù)

薄礦體常常包含多種礦物成分，而精細選礦技術(shù)是一種關(guān)鍵的處理方法，用于高效地分離和提取目標(biāo)礦物。這些精細選礦技術(shù)基于不同礦物的物理和化學(xué)性質(zhì)，通過一系列工藝步驟實現(xiàn)高效的分離和富集，包括浮選、重選、磁選、重晶分離等。（1）浮選：浮選是一種廣泛應(yīng)用于礦石處理的精細選礦技術(shù)，適用于許多金屬礦物的分離。浮選過程通過向礦漿中注入氣泡，使目標(biāo)礦物顆粒粘附在氣泡上浮升，從而分離出目標(biāo)礦物。浮選技術(shù)可以根據(jù)目標(biāo)礦物和雜質(zhì)的不同疏水性來實現(xiàn)高效分離。（2）重選：重選是一種根據(jù)礦石顆粒的密度差異來進行分離的技術(shù)。通過使用重力、離心力或氣流，可以使較重的礦物顆粒沉降或脫落，而較輕的礦物顆粒則浮升，實現(xiàn)分離。這種方法通常用于選礦過程中去除尾礦中的廢石和雜質(zhì)。（3）磁選：磁選是一種通過磁性差異分離礦物的方法。在薄礦體開采中，可以利用磁性分離來提取含鐵礦物，如鐵礦石。通過在磁場中暴露礦石，具有磁性的礦物顆粒會被吸附到磁性材料上，從而實現(xiàn)分離。（4）重晶分離：重晶分離是一種利用液體密度差異進行分離的技術(shù)。在這個過程中，礦石顆粒被懸浮在高密度液體中，具有高密度的礦物會沉降到液體底部，而輕的礦物則浮升到液體表面。這種方法在分離金、鎢、錫等礦物中應(yīng)用廣泛。精細選礦技術(shù)不僅可以提高資源的回收率，還減少了礦石的處理量，從而節(jié)約了能源和水資源。

4.6 無人駕駛技術(shù)

無人駕駛技術(shù)在薄礦體開采中的應(yīng)用也逐漸增多。通過使用無人駕駛設(shè)備，如無人卡車和無人飛行器，可以實現(xiàn)開采過程的自動化和智能化。無人駕駛卡車已經(jīng)成為現(xiàn)代礦山的標(biāo)配。這些自動駕駛卡車可以高效地運輸?shù)V石和廢巖，無需人類駕駛員操控。它們通過激光雷達、攝像頭和GPS 等傳感器來感知周圍環(huán)境，實現(xiàn)自主導(dǎo)航和避免障礙物。無人卡車可以全天候工作，不受疲勞和安全風(fēng)險的限制，從而提高了生產(chǎn)效率和安全性。而無人飛行器，如無人直升機和多旋翼飛行器，用于勘探、監(jiān)測和測量礦山地區(qū)。它們可以攜帶各種傳感器，如高分辨率相機、紅外熱像儀和激光掃描儀，以獲取地形、礦石分布和環(huán)境數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于礦體預(yù)測、資源管理和環(huán)保監(jiān)測至關(guān)重要。此外，無人駕駛技術(shù)還擴展到采礦設(shè)備的自動化。無人挖掘機和裝載機可以根據(jù)預(yù)先編程的路徑和作業(yè)要求進行自主操作。它們使用先進的控制系統(tǒng)和傳感器來實時調(diào)整工作參數(shù)，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件和礦石特性[5]。

5 結(jié)語

薄礦體開采領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新和進步提供了更多可能性，同時也呼喚著礦業(yè)公司和研究機構(gòu)的合作與努力。在資源有限和環(huán)境問題日益嚴(yán)重的背景下，需要堅持可持續(xù)發(fā)展的原則，不斷尋求高效、環(huán)保的礦山開采技術(shù)，以滿足不斷增長的資源需求，同時保護地球的生態(tài)環(huán)境。希望本文能夠為相關(guān)工作人員提供借鑒，共同推動礦業(yè)行業(yè)朝著更加可持續(xù)和創(chuàng)新的方向前進。