露天采礦技術及發展方向探討

池洪斌

（福建金山建設工程有限公司，福建 上杭364200）

1 開采新技術

1.1 膠結充填采礦技術。充填采礦工藝,尤其是膠結充填采礦工藝,對于提高礦產資源的回采率和保護地表不受破壞具有十分顯著的效果。但如何使充填采礦工藝與礦床開采條件有效匹配,實現高效率、高產能,并且降低采礦成本,一直是個難題,因而制約了充填采礦工藝的推廣應用。隨著高分層充填采礦、分段充填采礦和階段深孔采礦嗣后充填等工藝和技術取得重大進展,有力促進了充填采礦法的推廣應用。

1.1.1 盤區高分層充填采礦技術。分層充填采礦工藝應用范圍較廣,但分層高度一般在2m～3m左右,使得分層采礦法的生產能力和生產效率較低。為應用大型無軌采礦設備創造了條件,標準盤區的生產能力達到840t/d,顯著提高了生產能力和生產效率。盤區機械化高分層充填采礦法沿礦體走向布置采礦盤區,盤區內劃分為礦房、礦柱采場。一步驟回采礦房,采后尾砂膠結充填;二步驟回采礦柱,采后尾砂充填。通過無軌機械化上向鑿巖采礦工藝、分層采場一次微差爆破與界面控制爆破技術,鑿巖、裝藥、運料、撬毛、頂板管理、出礦和二次破碎全盤大型無軌機械化配套作業,實現分層充填采礦法集中強化采礦。

1.1.2 分段充填采礦技術。充填采礦法通常采用分層回采方式,但下向分層法的充填成本高,而上向分層法要求礦體穩固性較好。分段充填法將暴露面積較大的分層采場轉變為橢圓狀多邊形斷面結構大幅度縮小了采場暴露面積,因而可以在礦體不太穩固的條件下實行高效率充填采礦。該工藝可以實現無礦柱連續開采,可以在難采礦體條件下實現安全、高效、低耗采礦。

分段充填采礦法將采礦中段劃分成分段,在各分段布置采場單元進行采、出、充作業。分段采場垂直礦體走向布置可在中段內呈梯狀多分段布置采場。回采與充填作業在分段采場內按采礦步距交替進行。在巷道內進行鑿巖、出礦和充填作業;上向中深孔擠壓充填體爆破,形成采空區后立即進行膠結充填。臺車鑿巖、鏟運機出礦和運料充填,推卸式鏟運機充填接頂,實現采、出、充作業全盤無軌機械化。

1.1.3 高階段大直徑深孔嗣后充填采礦技術。大直徑深孔采礦由高效率的落礦技術與階段嗣后充填工藝相結合,既發揮了充填采礦法的優點,又能實現高效率、大規模地下采礦。在廣西河池成功采用120m高階段大直徑深孔采礦工藝。該采礦工藝采用了大孔距小抵抗線爆破、小斷面VCR法掏槽、倒梯段側向崩礦、水孔排水氣囊和水孔裝藥工藝,很好地解決了大直徑深孔爆破中的技術難題。通過鏟運機平底出礦,遙控鏟運機回收殘礦,采空區嗣后高濃度尾砂膠結充填等工藝的集成,使采場綜合生產能力達到1039t/d,大量出礦期間平均生產能力達2418t/d、采礦工效67t/工班,主要技術經濟指標接近國外先進水平。

1.2 陡幫開采。目前,我國大部分大型露天礦已進入深凹開采,采場作業條件逐年劣化,采運設備陳舊老化,效率降低。因此要想從根本上改變鐵礦工業面貌,提升整體生產能力,必須依靠科學技術,提高科技貢獻率,增強工企業活力,以求得發展。陡幫開采技術具有初期剝離量小,基建工程量少,建設周期短和最終邊坡暴露時間短等優點。

1.3 高臺階采礦。隨著露天開采設備大型化的發展,國外一些礦山研究并采用高臺階開采工藝。我國對高臺階開采技術的研究起步較晚采用高臺階開采的露天礦不多,臺階高度最大也只有14m～15m。近幾年來,我國大型露天鐵礦裝備水平有了很大提高,采10m3以上的大型挖掘設備逐漸增多,為高臺階開采新工藝的實施提供了有利的技術保證。

2 爆破技術

爆破作業是礦山生產的重要工序。控制爆破技術廣泛應用擠壓、微差爆破、孔內微差爆破大爆區微差爆破等技術,解決了難爆礦巖的破碎塊度問題和爆破減振問題。新型炸藥以及爆破器材不斷問世:銨油炸藥及各種衍生含水炸藥、防水漿狀炸藥、爆藥雷管、電子雷管、塑料導爆系統、氣爆系統等新型爆破器材的使用對提高爆破精度、改善爆破質量、加強爆破安全等都有重大的影響。

2.1 微差爆破。露天礦目前采用塑料導爆管非電起爆系統大區微差爆破技術。大區微差爆破一般1星期只需爆破1次,可滿足采礦和剝離的需要,但受作業條件的限制,平時只搞小規模爆破,滿足1臺電鏟2～3天的采剝量即可。

爆破所用炸藥為水膠炸藥和2#巖石炸藥。水膠炸藥防水性能好,安全穩定,敏感性比2#巖石藥差,孔內積水裝水膠炸藥,無水時裝巖石炸藥。裝藥方式為連續裝藥。由于水膠炸藥價格大幅度上漲,袋裝乳化炸藥,在一定程度上降低了炸藥價格上漲造成的成本提高的幅度。引爆器材為非電系統塑料導爆管,具有傳爆穩定,抗雜散電流、靜電、射頻電,抗水性能好的優點。導爆管與雷管、聯接傳爆元件、引爆元件組成導爆管非電起爆系統。起爆形式采用大孔距小抵抗線起爆形式,孔內微差,孔外分區(規模較大時采用),排間微差時間控制在45ms左右,這樣可以較好地破碎巖石,降低爆破震動效應。炮孔充填用牙輪鉆屑,充填深度6m左右。

2.2 二次破碎。采用YT-25型和7655型鑿巖機打眼,2#巖石炸藥爆破,由于該礦大塊產出率小,所以一般實行集中二次破碎,8#電雷管瞬發引爆。

2.3 預裂爆破。為了減輕爆破震動對邊坡的影響,并保證每個臺階坡面平整,臨近邊坡采用預裂爆破。用現有的牙輪鉆機在每個平盤的境界線的坡底線打垂直孔孔深為臺階高度,孔距2.5m～3.5m,空氣間隔不偶合袋裝乳化炸藥,導爆索捆扎藥卷同段微差導爆管起爆。

3 排土技術

排土技術是露天采礦過程中必不可少的生產工序,它不僅關系生產規模的擴大,而且體現著運輸和排土的技術經濟效果。排土方式取決于開拓運輸方式,而排土場的穩定性及病害治理則是排土場能否長久使用的關鍵。金堆城鉬礦采用汽車-推土機排土方式,該方式具有機動靈活、爬坡能力大等優點,適用于任何地形條件,可堆置山坡形和平原形排土場,即高臺階和多臺階排土場,且排土線路建設快、投資少、容易維護,其排土工藝和土場技術管理也比較簡單。在排土過程中,該礦采用靈活機動的排土方法,有單臺階排土,高差達80m以上的,也有多臺階分層排土,每層20m～30m不等。按每個土場布置一臺堆土機配合汽車排土作業。排土運距最長的3.6km,最短的也有2.4km,排土量近幾年在7Mt～8Mt以上,最大高差達130m以上,線路坡度達8%。露天礦排土技術與排土場治理發展趨勢有3個方面,一是采用高效率的排土工藝,提高排土強度;二是增加單位面積的排土容量,提高堆置高度,減少排土場占地;三是排土場復墾,減少環境污染。

4 采場防排水

采場防排水是確保采場正常生產和安全度汛的一項重要工作。該工程是防止地表水流入采場,以減少采場排水量,降低礦石含水量,提高采掘效率及保障采場安全運行的技術措施。它可以通過截水溝、河流改道、防洪堤、調洪水庫等措施將采場以外的匯水、涇流水等攔截或導流出礦區。山坡露天開采時,地表水可以沿自然地形流出采場外;進入凹陷露天開采時,可按原設計在1164m寬平臺上修筑周邊截水溝,以攔截該水平以上地表水并排出采場,減輕底部機械排水的壓力。

5 采礦技術展望

我國采礦技術取得了顯著成就,但總體水平仍然較低,在以后一定時期內采礦技術的主要發展方向為:機械化大規模采礦、無底柱分段崩落法和充填采礦等技術。隨著科學技術的進步和采礦技術條件的進一步復雜化,還將逐步發展露天地下聯合采礦技術、無爆破采礦技術、自動化采礦技術和連續采礦技術。采礦科學技術依然按照其自然發展規律進行著,某些成熟的技術和新的理念已初露端倪,將對采礦技術帶來巨大的影響。

[1]邱蘭清.高新技術在露天采礦中的應用.[期刊]化工礦山技術，1995-02-15.