露天開采新技術及其應用探究

（華潤水泥（陸川）有限公司，廣西 陸川 537726）

在建設有中國特色社會主義的新時代背景下，社會經濟發展模式發生了劇烈的變化，對于礦產資源的需求和要求不斷改變，礦產資源開發在維持高質量發展的同時，如何更加高效、更加安全的對礦產資源進行開采，是相關企業和從業者需要進一步深入研究的必選題。在助力推動民族復興的宏偉目標下，做好露天開采新技術的研究和應用，有著比較顯著的現實意義和深遠影響。

1 露天開采概述和現狀

1.1 露天開采概述

露天開采指將礦體上存在的覆蓋物移除，得到所需礦物的開采技術，基本的作業流程包括了穿孔、爆破、采裝、運輸以及排土等。依照作業是否連續，可以將露天開采分為斷續式、半連續式和連續式。對比地下開采，露天開采的有著非常明顯的優勢，如回采率高、資源利用率高、貧化率低等，適合大型機械作業，建礦速度快，生產率較高。而依照礦床的分布情況，可以將露天開采劃分為平緩礦床開采和傾斜礦床開采，前者比較常用的采礦方法包括橫運采礦法、縱運采礦法以及倒堆采礦法等，后者常用的采礦方法包括組合臺階法、橫采掘帶以及分區分期開采等。露天開采具備幾個非常顯著的特征，一是資源綜合利用率高，回采率可以達到95%以上；二是安全性強，在連續開采的情況下，安全可控；三是對環境破壞影響小，露天采礦能夠實現與生態環境的和諧相處，均衡發展；四是生產規模大，可以通過機械化、智能化進行多區域、多平臺同步大量開采，實現規模較大的年開采量目標；五是生產效率較高，機械設備和人員的科學合理安排，能夠為企業創造較高利潤。

圖1 露天開采

1.2 露天開采現狀

露天開采的優勢使得其成為了很多礦產資源開采的首選方式，相關統計數據顯示，當前我國鐵礦露天開采的比例為77%，有色金屬露天開采或者露天-地下聯合開采比例為52%，建材礦山幾乎全部采用露天開采。但是與此同時，露天開采在應用過程中也存在一些不足和問題，一是生產規模小，開采工藝落后。不少露天采場存在盲目開采的情況，沒有考慮客觀規律，影響了開采的經濟效益，伴隨著開采的深入，采礦條件也在不斷惡化；二是開采條件較差。露天礦山在進入深部開采后，采場空間不斷壓縮，線路展線難度較大，而且采場的延伸會導致運輸距離和運輸周期的增加，運輸的效率會受到很大影響；三是技術裝備水平落后。不少大型露天礦山建于20世紀中期，設備陳舊，存在能耗高、效率低的問題，生產成本高，經濟效益低，存在較多安全隱患。

2 露天開采新技術其應用探究

2.1 油電混合技術

油電混合技術是露天開采中出現的一種新技術，主要在開采過程中，選擇一些節能環保的設備，以電能的消耗代替燃油，這樣一方面能夠減少露天開采引發的環境污染問題，另一方面也能夠在一定程度上緩解燃油價格上漲引發的開采成本增加問題。在對節能環保設備進行選擇時，應該充分考慮露天開采的現實需求，確保設備能夠與燃油設備實現相互匹配，保證生產的效率和效果。

2.2 排土場穩定控制技術

以某露天煤礦為例，南排土場本身的排棄高度、邊坡角以及排棄量的設計缺乏合理性，在開采過程中發生了災難性滑坡，傾向覆蓋寬度達到650m，高差達到125m，引發了巨大的經濟損失和人員傷亡。在事故案例中，露天煤礦的基底土是黃土，就外排土場進行分析，其在設計、研究和生產等方面都存在很大漏洞。為了保障邊坡的穩定性，可以引入相應的排土場穩定控制技術來對事故進行規避和防范，對排土場進行勘察試驗后，就其破壞機理以及邊坡穩定性進行分析，依照排土場地層結構特征和演化規律，得到了排土場的滑坡機理。就黃土底部演化層的形成機理、排土場邊坡設計以及穩定性控制等相關理論進行完善，能夠為排土場穩定技術的應用營造出良好的環境和條件。對排土過程中的水壓進行監測，配合室內試驗結果以及現場勘察狀況，提出了相應的排土場穩定技術，。而為了能夠推動黃土層內部結構演化層的順利形成，可以沿坡腳底部，搭建起相應的滲水溝，并且利用監測以及試驗得到的信息，建立起了孔隙水壓力相關的方程，得出了相應的U控制技術，換言之，就是在排土的過程中，采用了分段的方式，在控制排土強度的同時，對整個排土過程進行實時監督，保證了容量的穩定。而在強度控制環節，需要對孔隙水壓力進行監測，進一步優化排土工藝，提高了基底的力學強度，在保證邊坡穩定性的同時，也能夠促進排土場容量的提高。

2.3 反向內排技術

反向內排技術的基本原理，是在礦產開采一定時間內，采取的一種臨時性措施，能夠于短時間內減少剝離物內排運輸的距離，也可以確保新采區的順利推進。不過需要注意的是，反向內排技術并不能對內排空間富余引發的不利影響進行緩解和消除，結合實際情況分析，反向內排技術比較適用于連續轉向部分，或者間斷轉向的露天煤礦，能夠通過減少剝離物內排運輸距離的方式，促進其內排量的提高，繼而減少富余空間。

2.4 靠幫開采技術

在針對礦產資源進行露天開采的過程中，靠幫開采技術同樣比較常見，其應用的關鍵，在于提高幫坡腳，不過，在礦山設計與礦產生產中，靠幫開采的方法存在一定的差異性：礦山設計環節，靠幫開采技術主要是保持下部境界固定，上部境界由外到內逐縮進，因此在礦山設計中，不需要在端幫設置運輸道路，能夠有效降低端幫補充擴幫量；礦山生產環節，靠幫開采技術強調上部境界固定，下部境界由內向外推進，在實際應用過程中，可以將現有的端幫運輸道路取消，這樣有助于提高礦產的開采量和回收率，促進企業經濟效益的提高。

2.5 卡車智能調度和生產監控技術

在多數露天礦產開采中，都使用了卡車間斷工藝，這種工藝具備很強的靈活性，不過管理和控制的難度較大。通過衛星定位技術、計算機技術以及無線通信技術的相互結合，可以實現對離散設備的有效監控和調度，促進間斷工藝生產效率的提高。最近幾年，以先進的信息化技術為支撐，卡車智能調度和生產監控技術得到了迅猛發展，越來越多的礦產企業開始引入該系統。就目前而言，隨之5G、智能化相關行業的蓬勃發展，卡車智能調度和生產監控技術正在朝著高精度、智能化的方向發展，應用范圍也得到了有效拓展，除了卡車，此項技術也在加油車、推土機、鉆機、平路機等設備中得到了應用，而且融合了很多相關技術，如智能識別技術、采礦計劃、故障診斷技術、防碰撞技術等。

2.6 雷達檢測預警技術

露天開采環節，在一定范圍內，允許邊坡出現可控變形，但是如果邊坡在變形的過程中，從緩慢變形進入到了加速變形階段，則表明其穩定性容易受到破壞，對此，為了保證邊坡的穩定性和開采的安全性，需要對邊坡設置相應的監測系統，觀測邊坡特定區域的細微變化，做好變形情況的監測管理。控制開采作業對于監測預警系統有著比較嚴格的要求，在進行監測的過程中，必須實現高精度、零接觸和全天候的目標，對于發現的異常及時發出告警信息，保障生產安全。現階段，較為先進的監測系統是雷達監測預警系統，現場監控探頭和3D軟件的結合，可以顯示出邊坡變化情況，幫助技術人員掌握邊坡變形情況，及時處理安全隱患。

2.7 表土剝離半連續技術

在露天開采中，如果礦場表層土松軟，存在剝離的情況，尅采用表土剝離半連續技術，其核心原理，是在進行開采的過程中，利用轉載設備進行破碎。表層物料本身具備的黏結性，使得其在進入破碎機時，很容易粘結在設備中，影響設備的正常運行，引發設備堵塞的問題。對此，可以使用軟式軟巖破碎機，搭配單斗挖掘機、軟式軟巖破碎站和帶式運輸機等設備，構建起半連續工藝體系，對傳統的補輪斗挖掘機進行替代，適應帶式運輸機代替車輛進行物料的運輸，從而確保開采作業的順利實施。

3 結語

總而言之，礦產資源的開發是工業發展的壓艙石和發動機，關系著采礦能源行業穩定，影響著社會經濟的高質量發展。在經過較長時間的發展后，露天采礦技術已經進入到了一個全新的時期，呈現出了智能化、規模化以及聯合開采的新趨勢。新的發展環境下，社會對于露天開采技術和露天開采設備的應用提出了許多新的要求，在使用節能環保設備和先進開采技術的情況下，還必須保障露天開采作業的經濟性、高效性和安全性，實現礦產開采和環境保護的共同進行，這樣才能真正保障露天開采技術的長遠穩定發展，更好的滿足社會經濟發展的現實需求。