我國金屬礦開采技術(shù)發(fā)展趨勢研究

陳 凡

（阿克蘇地區(qū)土地儲(chǔ)備中心，新疆 阿克蘇 843000）

1 我國金屬礦開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 露天開采技術(shù)

露天開采包括了分期開采、陡幫開采、高臺(tái)階開采等技術(shù)。分期開采是一種重要的金屬礦開采形式，主要適用于礦量儲(chǔ)備較大、能夠長期開采的礦山開采需要。一般而言，在應(yīng)用露天開采的初期，需要?jiǎng)儾傻淖鳂I(yè)量較小，在不需要投入較大成本的情況下就能夠創(chuàng)造可觀經(jīng)濟(jì)效益，并能夠降低因?yàn)榈V山開采環(huán)境不確定而造成的投資風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前階段，分期開采已經(jīng)成為國外礦山開采領(lǐng)域最為重要的生產(chǎn)形式，并在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸繁盛。

陡幫開采技術(shù)理念是于上世紀(jì)60 年代被提出，并逐漸應(yīng)用到金屬礦的開采中來的。我國從上世紀(jì)70 年代引入該技術(shù)，經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，該技術(shù)理論的發(fā)展已經(jīng)非常成熟。陡幫開采技術(shù)在露天礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用，前期同樣不需要較大剝采任務(wù)量，基建任務(wù)也非常簡單，有利于實(shí)現(xiàn)最大化的生產(chǎn)效益。

就高臺(tái)階開采技術(shù)來說，我國對(duì)此開采理論技術(shù)的研究時(shí)間尚短，目前能夠在14-15 米的高臺(tái)階上實(shí)現(xiàn)開采，隨著更多更加先進(jìn)的開采設(shè)備的投入使用，在不遠(yuǎn)的將來，該技術(shù)能夠支持更高臺(tái)階的礦山開采活動(dòng)，有力推動(dòng)我國礦山生產(chǎn)經(jīng)營事業(yè)的發(fā)展和提升[1]。

1.2 底下開采技術(shù)

第一，空場開采方式。該開采技術(shù)主要適用于有色金屬礦山、黃金礦山等生產(chǎn)領(lǐng)域，并對(duì)礦石、對(duì)應(yīng)圍巖的穩(wěn)固性有著較高的要求。該技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用所具備的最為明顯的優(yōu)勢便是：生產(chǎn)成本較低且產(chǎn)量較大，基建工程任務(wù)也較為簡單，有利于生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益的雙重提升。目前，該技術(shù)在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸普及，很多圍巖、礦石穩(wěn)固性較差的礦山生產(chǎn)項(xiàng)目，也在采用此種開采技術(shù)，將礦山加固后來進(jìn)行空場開采，以此來有效提升生產(chǎn)效益。但是，該技術(shù)深度開采中的適用性受到了諸多條件的制約和限制，是在實(shí)際礦山開采中需要高度重視的內(nèi)容。

第二，崩落開采方式。該開采技術(shù)方法在國內(nèi)礦山生產(chǎn)領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用。在我國有色金屬礦山開采領(lǐng)域，有45%的礦石開采量均是來自于該技術(shù)的應(yīng)用，而銅礦、黑色金屬的礦石采量的應(yīng)用比例更是達(dá)到了94%。目前，該技術(shù)在冶金生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了普及，擁有非常廣闊的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景[2]。

1.3 聯(lián)合開采技術(shù)

該技術(shù)理念與常規(guī)的礦山開采理念有著較大的區(qū)別，是露天開采和地下開采兩者有機(jī)結(jié)合的新的開采技術(shù)理念。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者逐步將礦山開采研究重點(diǎn)集中到該領(lǐng)域，對(duì)該技術(shù)理念在礦山生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性以及存在的問題與難點(diǎn)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究論證，并取得了突破性研究成果。例如，我國很多露天礦山的生產(chǎn)工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化或半連續(xù)化，可移動(dòng)式破碎站也得到了較為廣泛的應(yīng)用，汽車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距已經(jīng)處在較為理想的范圍，陡坡鐵路運(yùn)輸?shù)难芯恳踩〉昧酥卮笸黄疲叨高吰录庸碳夹g(shù)的應(yīng)用也獲得了較為理想的效果。在硬件設(shè)備逐漸完善的情況下，為聯(lián)合開采技術(shù)的應(yīng)用提供了充分的支持與保障，聯(lián)合開采技術(shù)日漸成為新的礦山開展模式，很多研究成果也在向礦山生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)化，推動(dòng)礦山生產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展。

2 我國金屬礦開采技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 智能開采技術(shù)

礦山生產(chǎn)行業(yè)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化開采模式存在較大困難，其中最大的難題在于無法將開采過程中所需要的推土機(jī)、裝藥車、拉礦車等機(jī)械設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)智能遙控式操作管理，只有該難題得以解決，才能確保機(jī)械設(shè)備能夠在不同的條件下順利進(jìn)行開采活動(dòng)。在此背景下，遙控開采系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用將成為引領(lǐng)礦山生產(chǎn)的新的趨勢。該系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢包括：投資較低，且技術(shù)功能非常先進(jìn)，每一件所投入使用的機(jī)械設(shè)備都將配備安裝攝像頭，能夠?qū)Σ煌h(huán)境條件下的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行全方位的監(jiān)測。

2.2 數(shù)字開采技術(shù)

礦山開采數(shù)字化，是一種新的礦山生產(chǎn)理念，即在礦山生產(chǎn)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)的全覆蓋，以空間信息技術(shù)來作為支持和保障，實(shí)現(xiàn)礦山開采活動(dòng)的數(shù)字化、信息化管理模式。在數(shù)字化開采模式的應(yīng)用下，整個(gè)礦山生產(chǎn)開采的過程將會(huì)是一個(gè)龐大的數(shù)字信息集群，借助數(shù)字信息集群實(shí)現(xiàn)作業(yè)操作。但是，數(shù)字技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用非常復(fù)雜，工程任務(wù)量也較重，需要花費(fèi)較大的時(shí)間進(jìn)行研究才可能予以實(shí)現(xiàn)，這也讓該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用需要分階段、分步驟來逐步實(shí)現(xiàn)。目前，我國市場對(duì)礦產(chǎn)品的需求量不斷增加，從事礦山生產(chǎn)開采活動(dòng)的企業(yè)需敏銳把握這一機(jī)遇，將現(xiàn)代化信息技術(shù)積極應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中來，以此來推動(dòng)礦山企業(yè)創(chuàng)造更多的效益，將數(shù)字開采技術(shù)的應(yīng)用充分發(fā)揮出來。

2.3 深井開采技術(shù)

當(dāng)前我國礦山企業(yè)所面臨的生產(chǎn)現(xiàn)狀為：淺部資源已經(jīng)開采完畢，開采活動(dòng)正在向深部推進(jìn)，這就意味著對(duì)開采過程中的安全保障提出了更高要求。關(guān)于深井開采技術(shù)的概念認(rèn)識(shí)，目前行業(yè)沒有形成統(tǒng)一說法，而較為一致的觀點(diǎn)是：在深度開采過程中將會(huì)解決更多不可預(yù)料難題，是新型礦山生產(chǎn)作業(yè)模式。目前，我國金屬礦山行業(yè)的開采深度大約在700m～800m 以內(nèi)。而超出1000m 的礦產(chǎn)開采深度就可以確定為深井采礦。對(duì)于深井采礦而言，其工程難度較大，與普通的地下采礦難度有著天壤之別。深井開采作業(yè)環(huán)境具有“三高”的特點(diǎn)，即高應(yīng)力、高溫、高井深，在該環(huán)境下除了需要解決淺部開采所存在的問題以外，更需要對(duì)深度開采環(huán)境下所存在的采場地壓控制、沖擊地壓防治、深井提升運(yùn)輸、熱害治理和深井的通風(fēng)排水等多種復(fù)雜難題進(jìn)行逐一解決。這也就意味著該生產(chǎn)作業(yè)技術(shù)在礦山開采領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用需要完成對(duì)深井圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)的特征及變化形式、深井沖擊地壓防治與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)等諸多難題的攻克。隨著我國礦山行業(yè)開采深度越來越大，相信在不斷的將來困擾深井開采技術(shù)的相關(guān)難題將會(huì)得到有效的解決，使得該技術(shù)在礦山開采場景中得到充分廣泛的應(yīng)用[3-6]。

2.4 無廢開采技術(shù)

礦山開采雖然為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和保障居民生活等領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，但該行業(yè)對(duì)生態(tài)資源的破壞確是客觀存在的。該行業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境資源所造成的破壞主要包括以下四個(gè)方面：即資源損失、地表塌陷、排放廢石、排放尾砂。而無廢開采技術(shù)便是在秉承生態(tài)環(huán)保理念的基礎(chǔ)上，就如何有效解決和規(guī)避礦山開采中所存在的危害環(huán)境資源問題所提出的技創(chuàng)新技術(shù)理念。該技術(shù)的基本觀點(diǎn)是：圍繞著礦山開采過程中的業(yè)務(wù)運(yùn)行過程，將礦山人文環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一的分析與整合，構(gòu)建一套綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。該技術(shù)理念的原理是：在有效降低廢原料的排放量前提下，創(chuàng)造最大化的產(chǎn)量和效益；當(dāng)采礦工程結(jié)束后，通過簡便易行的環(huán)保治理，就能夠?qū)⒌V山與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行有效的適應(yīng)與融合，對(duì)礦山的生態(tài)價(jià)值進(jìn)行有效的修復(fù)。由此可以看出，無廢開采技術(shù)想要獲得成功的應(yīng)用，需要具備以下三項(xiàng)基本的技術(shù)素質(zhì)，即資源效率高；廢料流出量小；地表不受破壞。經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人士的大量研究論證，提出了以下具體的應(yīng)用實(shí)踐路徑：第一，研發(fā)完善可靠的無廢采礦生產(chǎn)工藝，有效降低和控制廢石料的產(chǎn)生，或者將廢石料實(shí)現(xiàn)原地回收利用。目前，該領(lǐng)域的研究成果主要有：地下溶浸、溶化、熔煉等基于物理、化學(xué)處理方法的開采技術(shù)。第二，實(shí)現(xiàn)廢料的綜合利用。例如，將采礦廢料用于建筑、耕地等領(lǐng)域中來，將其“變廢為寶”，成為其他領(lǐng)域生產(chǎn)活動(dòng)的有益材料。第三，將開采過程中產(chǎn)生的廢料放置在統(tǒng)一的區(qū)域進(jìn)行儲(chǔ)存，用于后期采空區(qū)的治理等。目前，在采礦業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，都采用溶浸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低成品礦石的回收利用，我國的銅、鈾、金、銀等礦山也在進(jìn)行該技術(shù)的應(yīng)用與探索。

2.5 連續(xù)開采技術(shù)

連續(xù)開采技術(shù)在礦山生產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用，指的是對(duì)采礦區(qū)域、采礦作業(yè)工序等在突破時(shí)間和空間限制下進(jìn)行同步開展的生產(chǎn)模式。該技術(shù)理念于上世紀(jì)60 年代便被提出，并陸續(xù)開展了大量研究和論證，目前所取得了主要研究成果有：連續(xù)硬巖切割采礦機(jī)研制、帶式運(yùn)輸機(jī)研制、振動(dòng)放礦技術(shù)與設(shè)備研究等，在實(shí)踐中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。而我國采礦行業(yè)對(duì)該技術(shù)的研究重點(diǎn)主要集中在連續(xù)硬巖切割采礦機(jī)的研發(fā)方面，但受困于其高昂的生產(chǎn)成本和較短使用壽命等原因，在短期內(nèi)很難得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)連續(xù)開采技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮造成較大制約。另外，要想有效保證連續(xù)開采技術(shù)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，除了要實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的連續(xù)生產(chǎn)之外，還對(duì)外部生產(chǎn)條件，例如，運(yùn)輸條件、生產(chǎn)調(diào)度條件等予以更高要求，這都需要相關(guān)人員不斷探索研究，以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。當(dāng)前國內(nèi)外采礦行業(yè)市場上已經(jīng)涌現(xiàn)出大量的成熟穩(wěn)定的支持連續(xù)開采應(yīng)用的設(shè)備和技術(shù)，相信在不斷的將來，連續(xù)開采技術(shù)的發(fā)展將會(huì)更加成熟，必將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

我國的礦山開采行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，一方面在生態(tài)環(huán)保理念下，對(duì)礦山開采技術(shù)應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求，另一方面市場對(duì)礦石需求量的快速增長也為金屬礦開采技術(shù)的研究提供支持。越來越多采礦企業(yè)也在積極尋找更好的創(chuàng)新發(fā)展、變革路徑，大批更加先進(jìn)、穩(wěn)定的礦山采礦技術(shù)涌現(xiàn)。我們相信，在不遠(yuǎn)的將來將會(huì)有更多的先進(jìn)的采礦技術(shù)應(yīng)用到金屬礦的開采中來，有力推動(dòng)采礦行業(yè)向生態(tài)環(huán)保效益好、低成本高產(chǎn)量的方向快速發(fā)展，為我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更加突出的貢獻(xiàn)。