露天采礦技術(shù)及發(fā)展方向探討

池洪斌

（福建金山建設(shè)工程有限公司，福建 上杭364200）

1 開(kāi)采新技術(shù)

1.1 膠結(jié)充填采礦技術(shù)。充填采礦工藝,尤其是膠結(jié)充填采礦工藝,對(duì)于提高礦產(chǎn)資源的回采率和保護(hù)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(kāi)采條件有效匹配,實(shí)現(xiàn)高效率、高產(chǎn)能,并且降低采礦成本,一直是個(gè)難題,因而制約了充填采礦工藝的推廣應(yīng)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(shù)取得重大進(jìn)展,有力促進(jìn)了充填采礦法的推廣應(yīng)用。

1.1.1 盤(pán)區(qū)高分層充填采礦技術(shù)。分層充填采礦工藝應(yīng)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(chǎn)能力和生產(chǎn)效率較低。為應(yīng)用大型無(wú)軌采礦設(shè)備創(chuàng)造了條件,標(biāo)準(zhǔn)盤(pán)區(qū)的生產(chǎn)能力達(dá)到840t/d,顯著提高了生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。盤(pán)區(qū)機(jī)械化高分層充填采礦法沿礦體走向布置采礦盤(pán)區(qū),盤(pán)區(qū)內(nèi)劃分為礦房、礦柱采場(chǎng)。一步驟回采礦房,采后尾砂膠結(jié)充填;二步驟回采礦柱,采后尾砂充填。通過(guò)無(wú)軌機(jī)械化上向鑿巖采礦工藝、分層采場(chǎng)一次微差爆破與界面控制爆破技術(shù),鑿巖、裝藥、運(yùn)料、撬毛、頂板管理、出礦和二次破碎全盤(pán)大型無(wú)軌機(jī)械化配套作業(yè),實(shí)現(xiàn)分層充填采礦法集中強(qiáng)化采礦。

1.1.2 分段充填采礦技術(shù)。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(wěn)固性較好。分段充填法將暴露面積較大的分層采場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓狀多邊形斷面結(jié)構(gòu)大幅度縮小了采場(chǎng)暴露面積,因而可以在礦體不太穩(wěn)固的條件下實(shí)行高效率充填采礦。該工藝可以實(shí)現(xiàn)無(wú)礦柱連續(xù)開(kāi)采,可以在難采礦體條件下實(shí)現(xiàn)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(chǎng)單元進(jìn)行采、出、充作業(yè)。分段采場(chǎng)垂直礦體走向布置可在中段內(nèi)呈梯狀多分段布置采場(chǎng)。回采與充填作業(yè)在分段采場(chǎng)內(nèi)按采礦步距交替進(jìn)行。在巷道內(nèi)進(jìn)行鑿巖、出礦和充填作業(yè);上向中深孔擠壓充填體爆破,形成采空區(qū)后立即進(jìn)行膠結(jié)充填。臺(tái)車(chē)鑿巖、鏟運(yùn)機(jī)出礦和運(yùn)料充填,推卸式鏟運(yùn)機(jī)充填接頂,實(shí)現(xiàn)采、出、充作業(yè)全盤(pán)無(wú)軌機(jī)械化。

1.1.3 高階段大直徑深孔嗣后充填采礦技術(shù)。大直徑深孔采礦由高效率的落礦技術(shù)與階段嗣后充填工藝相結(jié)合,既發(fā)揮了充填采礦法的優(yōu)點(diǎn),又能實(shí)現(xiàn)高效率、大規(guī)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(xiàn)爆破、小斷面VCR法掏槽、倒梯段側(cè)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(shù)難題。通過(guò)鏟運(yùn)機(jī)平底出礦,遙控鏟運(yùn)機(jī)回收殘礦,采空區(qū)嗣后高濃度尾砂膠結(jié)充填等工藝的集成,使采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力達(dá)到1039t/d,大量出礦期間平均生產(chǎn)能力達(dá)2418t/d、采礦工效67t/工班,主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)接近國(guó)外先進(jìn)水平。

1.2 陡幫開(kāi)采。目前,我國(guó)大部分大型露天礦已進(jìn)入深凹開(kāi)采,采場(chǎng)作業(yè)條件逐年劣化,采運(yùn)設(shè)備陳舊老化,效率降低。因此要想從根本上改變鐵礦工業(yè)面貌,提升整體生產(chǎn)能力,必須依靠科學(xué)技術(shù),提高科技貢獻(xiàn)率,增強(qiáng)工企業(yè)活力,以求得發(fā)展。陡幫開(kāi)采技術(shù)具有初期剝離量小,基建工程量少,建設(shè)周期短和最終邊坡暴露時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 高臺(tái)階采礦。隨著露天開(kāi)采設(shè)備大型化的發(fā)展,國(guó)外一些礦山研究并采用高臺(tái)階開(kāi)采工藝。我國(guó)對(duì)高臺(tái)階開(kāi)采技術(shù)的研究起步較晚采用高臺(tái)階開(kāi)采的露天礦不多,臺(tái)階高度最大也只有14m～15m。近幾年來(lái),我國(guó)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(shè)備逐漸增多,為高臺(tái)階開(kāi)采新工藝的實(shí)施提供了有利的技術(shù)保證。

2 爆破技術(shù)

爆破作業(yè)是礦山生產(chǎn)的重要工序。控制爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用擠壓、微差爆破、孔內(nèi)微差爆破大爆區(qū)微差爆破等技術(shù),解決了難爆礦巖的破碎塊度問(wèn)題和爆破減振問(wèn)題。新型炸藥以及爆破器材不斷問(wèn)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(dǎo)爆系統(tǒng)、氣爆系統(tǒng)等新型爆破器材的使用對(duì)提高爆破精度、改善爆破質(zhì)量、加強(qiáng)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(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)大區(qū)微差爆破技術(shù)。大區(qū)微差爆破一般1星期只需爆破1次,可滿(mǎn)足采礦和剝離的需要,但受作業(yè)條件的限制,平時(shí)只搞小規(guī)模爆破,滿(mǎn)足1臺(tái)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(wěn)定,敏感性比2#巖石藥差,孔內(nèi)積水裝水膠炸藥,無(wú)水時(shí)裝巖石炸藥。裝藥方式為連續(xù)裝藥。由于水膠炸藥價(jià)格大幅度上漲,袋裝乳化炸藥,在一定程度上降低了炸藥價(jià)格上漲造成的成本提高的幅度。引爆器材為非電系統(tǒng)塑料導(dǎo)爆管,具有傳爆穩(wěn)定,抗雜散電流、靜電、射頻電,抗水性能好的優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)爆管與雷管、聯(lián)接傳爆元件、引爆元件組成導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)。起爆形式采用大孔距小抵抗線(xiàn)起爆形式,孔內(nèi)微差,孔外分區(qū)(規(guī)模較大時(shí)采用),排間微差時(shí)間控制在45ms左右,這樣可以較好地破碎巖石,降低爆破震動(dòng)效應(yīng)。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(jī)打眼,2#巖石炸藥爆破,由于該礦大塊產(chǎn)出率小,所以一般實(shí)行集中二次破碎,8#電雷管瞬發(fā)引爆。

2.3 預(yù)裂爆破。為了減輕爆破震動(dòng)對(duì)邊坡的影響,并保證每個(gè)臺(tái)階坡面平整,臨近邊坡采用預(yù)裂爆破。用現(xiàn)有的牙輪鉆機(jī)在每個(gè)平盤(pán)的境界線(xiàn)的坡底線(xiàn)打垂直孔孔深為臺(tái)階高度,孔距2.5m～3.5m,空氣間隔不偶合袋裝乳化炸藥,導(dǎo)爆索捆扎藥卷同段微差導(dǎo)爆管起爆。

3 排土技術(shù)

排土技術(shù)是露天采礦過(guò)程中必不可少的生產(chǎn)工序,它不僅關(guān)系生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,而且體現(xiàn)著運(yùn)輸和排土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。排土方式取決于開(kāi)拓運(yùn)輸方式,而排土場(chǎng)的穩(wěn)定性及病害治理則是排土場(chǎng)能否長(zhǎng)久使用的關(guān)鍵。金堆城鉬礦采用汽車(chē)-推土機(jī)排土方式,該方式具有機(jī)動(dòng)靈活、爬坡能力大等優(yōu)點(diǎn),適用于任何地形條件,可堆置山坡形和平原形排土場(chǎng),即高臺(tái)階和多臺(tái)階排土場(chǎng),且排土線(xiàn)路建設(shè)快、投資少、容易維護(hù),其排土工藝和土場(chǎng)技術(shù)管理也比較簡(jiǎn)單。在排土過(guò)程中,該礦采用靈活機(jī)動(dòng)的排土方法,有單臺(tái)階排土,高差達(dá)80m以上的,也有多臺(tái)階分層排土,每層20m～30m不等。按每個(gè)土場(chǎng)布置一臺(tái)堆土機(jī)配合汽車(chē)排土作業(yè)。排土運(yùn)距最長(zhǎng)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(dá)130m以上,線(xiàn)路坡度達(dá)8%。露天礦排土技術(shù)與排土場(chǎng)治理發(fā)展趨勢(shì)有3個(gè)方面,一是采用高效率的排土工藝,提高排土強(qiáng)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(chǎng)占地;三是排土場(chǎng)復(fù)墾,減少環(huán)境污染。

4 采場(chǎng)防排水

采場(chǎng)防排水是確保采場(chǎng)正常生產(chǎn)和安全度汛的一項(xiàng)重要工作。該工程是防止地表水流入采場(chǎng),以減少采場(chǎng)排水量,降低礦石含水量,提高采掘效率及保障采場(chǎng)安全運(yùn)行的技術(shù)措施。它可以通過(guò)截水溝、河流改道、防洪堤、調(diào)洪水庫(kù)等措施將采場(chǎng)以外的匯水、涇流水等攔截或?qū)Я鞒龅V區(qū)。山坡露天開(kāi)采時(shí),地表水可以沿自然地形流出采場(chǎng)外;進(jìn)入凹陷露天開(kāi)采時(shí),可按原設(shè)計(jì)在1164m寬平臺(tái)上修筑周邊截水溝,以攔截該水平以上地表水并排出采場(chǎng),減輕底部機(jī)械排水的壓力。

5 采礦技術(shù)展望

我國(guó)采礦技術(shù)取得了顯著成就,但總體水平仍然較低,在以后一定時(shí)期內(nèi)采礦技術(shù)的主要發(fā)展方向?yàn)?機(jī)械化大規(guī)模采礦、無(wú)底柱分段崩落法和充填采礦等技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和采礦技術(shù)條件的進(jìn)一步復(fù)雜化,還將逐步發(fā)展露天地下聯(lián)合采礦技術(shù)、無(wú)爆破采礦技術(shù)、自動(dòng)化采礦技術(shù)和連續(xù)采礦技術(shù)。采礦科學(xué)技術(shù)依然按照其自然發(fā)展規(guī)律進(jìn)行著,某些成熟的技術(shù)和新的理念已初露端倪,將對(duì)采礦技術(shù)帶來(lái)巨大的影響。

[1]邱蘭清.高新技術(shù)在露天采礦中的應(yīng)用.[期刊]化工礦山技術(shù)，1995-02-15.