露天礦山開采技術進展及發展趨勢研究

曹 賀

（中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古 滿洲里 021400）

露天開采是人類開采礦物最早的方式，我國礦石資源豐富，早在3000年前就開始鑿井開采銅礦。19世紀末后，隨著動力挖掘機等現代采礦工藝和技術的發展，對露天采礦技術的應用使得采礦規模逐漸擴大，讓我國的礦產量得到明顯提升。因此，先進的露天采礦技術對于我國采礦技術水平的提升和礦產業發展具有重要意義。

1 露天礦山采礦技術概述

1.1 開采概況

露天開采是我國礦山開采作業的常見方式之一，指用一定的采掘運輸設備在敞露地表的采礦場采出有用礦物的過程。一般是將礦體周圍的巖石及覆蓋巖層剝掉，再通過露天運輸通道或地下井巷把礦石運到地表的方式開采過程，廣泛應用于開采金屬礦、煤礦等礦場。根據礦床埋藏的地形條件及開采空間不同，露天礦可以分為封閉圈以上的山坡露天礦和封閉圈一笑的深凹露天礦[1]。與地下開采方式相比，露天開采具備有以下特點。

（1）由于相對地下開采空間受限較小，勞動條件好，工作比較安全，有利于采用大型機械化設備提高開采量和開采強度。

（2）機械化、自動化水平較高，勞動生產率高。

（3）基建投資成本較低，礦石損失貧化小，資源利用充分，使大規模開采低品位礦石成為可能。

（4）設備購置費用較高，在敞露空間外，設備效率及勞動生產率容易受暴雨、暴雪等氣候影響。

但因開采過程中產生粉塵較大，爆破后的巖石因含有害成分對與之接觸的大氣、水和土壤有一定程度的污染。

因需要剝離巖土，將大量剝離巖土排到排土場，排土場往往占地面較大占用山地和農田，影響周圍的生態環境。

1.2 露天采礦技術研究

露天采礦技術多樣，經過多年對先進露天采礦技術的引進、吸收和發展，我國露天采礦技術得到優化發展，機械自動化水平提高，開采效率得到提升。

1.2.1 膠結充填采礦技術

膠結充填采礦技術屬于充填采礦法的方法之一，主要以水泥等膠凝材料和砂石、爐渣或尾砂等配制的漿狀膠結物料為填充材料，使其凝固后通過運輸設備輸送至采場[2]。此種技術細分還可以分為高分層充填采礦技術、分段充填采礦技術和大直徑充填采礦技術，將采礦技術與開采條件有效結合，大大提高露天礦石開采的綜合能力及效率。與此同時，能夠降低對地面生態環境的破壞程度，達到低成本保護地球生態環境的作用。

1.2.2 陡幫開采技術

陡幫開采技術是針對凹陷露天礦初期剝巖量比較大，均衡整個生產期的剝采比，加陡露天礦剝巖工作幫所采用的技術措施。緩幫開采的工作幫坡腳一般為8°～15°，陡幫的工作幫坡角則可達到25°～35°，可以利用挖掘機等機械橫向采掘，也能實行縱向爆破。陡幫開采技術基建工程周期短，基建工程量少，有利于節約基建投資，利于邊坡穩定。同時，陡坡開采技術推遲部分剝巖量，比分期開采更加有效靈活，提高露天采礦效率，為企業創造更大的經濟效益。

1.2.3 其他技術

除上述兩種常用露天礦山開采技術外，還可以運用礦用電鏟、鉆機、礦用電機車、大傾角運輸等采礦設備提高露天的采礦效率和規模，采用高臺階露天采礦技術和階段連續開采工藝等。將現代機械自動化、信息技術等領域的只是交叉運用，促進露天采礦技術水平的提高，促進礦產業的發展。

2 露天礦山采礦技術發展現狀

我國金屬礦山露天開采的規模較大，自80年代以來，采礦業的發展受到國家重視，不斷更新采礦設備，發展更加先進、現代化的采礦技術。

自動化、信息技術為采礦業的開采技術和采礦設備注入新的活力，例如大型深凹露天礦陡坡鐵路系統、無公害爆破技術等系統建設和技術應用[3]。采礦技術水平的提升，使得采礦設備操作難易程度和功能實用性顯著提高，為工作人員增加安全保障，減少人工開采，提高露天開采質量。但同時，與國際先進發達的露天采礦技術相比，中國的露天采礦技術仍然存在著生產規模小，露天開采比重小，開采設備較低的問題。

3 露天礦山采礦技術發展主要方向

3.1 融入新技術、選用高質量采礦工藝設備

隨著社會的不斷進步，信息技術和科技水平日益提高，為優化露天礦山生產，最好積極應用現代化先進技術于采礦工藝環節。如通過電子信息技術、自動控制技術、數字化技術等提高露天采礦的信息化、自動化和節能化，實現礦山生產的高效發展[4]。

露天采礦的發展離不開采礦設備的進步，采礦設備大型化、智能化發展是未來的主要趨勢。由于采礦作業的工作量大，露天采礦設備繁多，因此注意對采礦設備的選用，提高采礦裝備水平。主要選用大型高效耐用的采礦設備，提高自動化機械水平，一般采用連續工作制提高采礦效率，擴大采礦規模和帶來的經濟效益。

3.2 高效化、智能化發展

隨著露天開采技術的不斷進步，露天開采已經從傳統的礦巖爆破后用鏟裝設備裝載運輸轉變為集約化的開采運輸。采礦設備針對大工作量也要具有更大的載荷量和功率，開采裝備水平提高，日趨大型化，如礦用汽車、大傾角運輸系統等，不僅增加運輸承重量，還能提高礦山產能，降低運輸成本。大型露天礦集約化、連續化的開采技術將轉變礦山運輸理念，擯棄移動式運輸工具傳統觀念，發展露天開采傳輸式物流新觀念，創新露天開采技術理論，實踐建立露天采場工作面礦石裝載—破碎—輸送的集中化開采體系[5]。同時礦山開采過程中，運用信息技術推進采礦設備的智能化、數字化，實現礦山作業的自動控制和科學管理自動化。在露天開采過程中加強自動化和監控手段，發展自主的智能開采技術與裝備，一旦設備故障，便自動預警減少對工作人員的傷害，也便于第一時間排查故障，提高開采效率[6]。

3.3 綠色化、環保化發展

露天礦山開采雖然在敞露的空間里便于使用大型自動化機械設備提高開采效率 ，但其初期投資成本高，粉塵較大，剝離巖土占用田地，對周圍生態環境產生惡劣影響。為響應國家生態環境保護的號召，實現環境友好型的礦山企業發展前景，降低露天礦山開采的高成本、高污染、高能耗問題，必須加強對對礦山的開采中和開采后的地質環境進行綜合治理，土地復墾工作[7]。

選取節能化配套采礦裝備，加大采礦設備環保設計的應用，嚴格按照國家相關規定的參數設置，減少污染指標，對周邊環境及開采的破壞程度進行預測和檢驗，努力實現高效、環保、節能采礦目標。如固定式、移動式除塵裝置及自動控制系統等控制毒塵危害，對排土場進行土地復墾減少對環境的破壞。

3.4 發展大型極深部露天礦山開采技術

采礦業是工業發展的基礎產業，針對部分大型極深部露天礦山的開采，需與時俱進融入先進技術，維持好礦山開采的可持續發展。

因極深露天礦運輸條件惡化，開采成本增加，采場爆破擴散有害氣體等問題，更要注重對露天礦的通風防塵，露天礦鉆機、爆破等開采過沉重減少粉塵氣體對周圍大氣和水體的污染。且礦山開采過程中堆置的廢石、尾礦等廢棄物占用土地還污染環境，也容易形成地表塌陷、滑坡、泥石流等災害，因此也要注重開采中和開采后的土地復墾，減少深凹露天礦的消極影響[8]。