露天礦山開采工藝改造技術研究

韋文光

（南寧交投北部灣礦業有限公司，廣西 南寧 530028）

隨著科技和時代的不斷發展，在露天礦山開采的過程中，越來越多的先進工業技術被應用于開采過程中，使得開采的效率和質量得到了顯著提升，這對礦業發展提供了技術和基礎保障。然而在目前仍有許多露天礦山開采工藝中存在一些制約和弊端，使得礦產開采經濟效益無法進一步提升，生態保護理念無法深度落實。所以要想促進礦業進一步發展，要從開采工藝著手，不斷改進露天礦山開采工藝技術。

1 露天礦山開采工藝

1.1 穿孔

在露天礦山開采過程中，所涉及到第一項工藝流程便是穿孔工藝，通過穿孔工藝能夠使得后續爆破任務順利執行。在穿孔工藝開展過程中，還會影響到后續爆破和采裝，在穿孔工藝中，無論是布孔還是孔鉆選擇，都會對實際爆破效果產生影響。目前在實際工作中常用穿孔設備為潛孔鑿巖機，所使用的鉆頭分別為牙輪鉆、淺孔鉆、火鉆等。這一穿孔設備和鉆頭在具體工作中所能達到的深度，可最高可達四十米左右，一般可以滿足在露天礦山開采過程中實際需求。目前隨著自動化技術不斷深入，鉆孔設備在投入使用過程中極大地減少了輔助作業的投入，鉆孔所投入費用也會相對變低[1]。

1.2 爆破

爆破工藝是露天礦山開采過程中所涉及到的第二項工藝，在對露天礦山進行穿孔工藝之后，便將炸藥安裝至所設定好的位置，通過定向爆破形式使礦山整體礦巖破碎或松動。這樣才能使得后續礦山開采工作擁有一定工作條件，定向爆破是露天礦山開采過程中最具工藝性和技術性的一項工作，而且在工作中也具有一定危險性，容易在爆破過程中發生安全事故。

1.3 排土

在露天礦山開采過程中排土以及排土場設置，也是礦業生產的一項重要工作，排除工作會影響開采的工作效率，對后續開采工作造成很大影響。而排土場安全又是礦產開采工作中安全管理工作，一旦發生安全事故，不僅會使開采工作滯留，還會引發一定安全事故災害，在社會中也會造成不良影響。

1.4 采裝

采裝工作是露天礦山開采中核心環節，是指將爆破或挖掘所產生礦物和其他雜質，轉移至運輸容器內。在露天礦山采裝工作中，所采用采裝設備大多是由挖掘機所走產等組成，一些小型露天礦山會采取人工裝巖或裝巖機方式。在采裝和運輸過程中，不僅對于開采效率有很大影響，同時也是礦產開采安全管理工作中非常重要的環節。

2 露天礦山開采工藝面臨的問題

2.1 工作效率低下

傳統淺眼藥壺爆破工藝，在實際爆破工作中效率相對較低，對于開采工作而言會嚴重影響工作效率，為后續開采工作制造不必要的麻煩。而在分層開采工作中，采剝率對于開采實際工作效率和質量有很大的影響，往往使得部分露天開采工作中經濟效益難以進一步提升，甚至會出現虧損狀況。除此之外，露天礦山開采工作涉及到多項工藝，通常需要不同工作人員在現場開展一系列工作，在管理過程中容易對工作順利開展產生影響，使礦產工作效率難以進一步提升。除此之外，露天礦產開采還受天氣的影響，如遇冰雪暴風天氣，就必須要終止露天開采工作這也會使露天開采工作效率受到阻礙。

2.2 影響周邊環境

露天礦山開采在爆破過程中過于產生一系列安全問題，不僅對于開展工作會造成很大的影響，而且還會對周邊環境有諸多不利影響。在爆破過程中會出現一定數量飛石，而且飛石所產生距離也十分遠，再加上爆破發出生噪音和振動，嚴重影響周邊環境。除此之外，在露天開采過程中還會產生大量粉塵，汽車和其他機械設備在運行過程中也會產生大量廢氣。再加上開采礦石中有害粉塵與大氣水分接觸時產生的化學反應，也有可能造成其他生態污染。再加上排土場對周邊環境占用也有可能使得山地和農田土壤受到生態破壞，總之在露天礦產開采過程中，目前所采用的工藝或多或少會對周邊生態環境造成諸多不利影響。

2.3 存在安全隱患

露天礦產開采工作本就存在一定危險，尤其是在爆破工作中定向爆破依然存在諸多隱患，是無法通過計算和模擬的方式預估安全事故。在露天礦產開采過程中，常見的事故包括有炸藥庫爆炸、炸藥材料問題導致遲爆早爆、爆破任務產生濃煙危害等。除了這些意外事故之外，在爆破過程中，本就伴隨包括地震、空氣沖擊波、飛石、噪聲、有害氣體等危害，使得礦石開采工作面臨著諸多危險，再加上排土場和采裝過程中也會面臨一系列突發事件，更是使得開采過程面臨很大的安全隱患。

3 露天礦山開采工藝的改造策略

3.1 改進爆破工作

在露天礦山開采過程中，爆破任務是影響其工作效率和安全問題的重要原因，因此在實際開采過程中，應當針對目前爆破工作進行進一步改進。首先要分析各種爆破手段，以及針對定向爆破技術進行改進，目前常見的起爆方法有火雷管起爆、電雷管起爆、導爆管起爆和混合起爆的方式，各種起爆方式都各具優缺點，其中火雷管起爆操作簡單，不受外來影響，成本較低，但是起爆過程安全性相對較差，也不能精準控制爆破順序。電雷管方式較為穩定，在起爆過程中能夠實現遠距離定向爆破，能夠改善傳統爆破方式下的危險性，但是這一方式所需準備時間相對較長，而且還會受到靜電或其他外在電流影響發生早爆事故。導爆管的方式相較于前兩者方式較為完善，但是其不能通過儀表檢查引爆的線路質量，同時也不可用于瓦斯或煤塵有爆炸危險的環境。因此在具體爆破過程中，應當根據實際環境選擇爆破方式，也可采用混合起爆方式，對復雜礦山環境進行爆破工作，以減少爆破對于礦產開采造成的諸多不利影響[2]。

除了以上爆破手段之外，目前在實際開采過程中還出現了新型爆破方式，通過物理爆破的方式將鉆孔工藝和共振技術應用到爆破過程中。相較于定點爆破方式能夠更加穩定，也減少了由于爆破所產生的地震、噪聲和飛石。隨著技術不斷發展，該項技術在經過進一步的實踐和研究，一定會廣泛應用于日后露天礦產開采中。

3.2 完善排土排水工作

排土排水工作對于礦山開采而言是相對重要的環節，然而往往會被開采方所忽視，對周邊生態環境造成不可逆轉的破壞。首先排土場設立要考慮到排土場的滑坡、沉陷等對周圍環境不利影響，還要在礦產開采結束之后實施復土造田計劃，其次要加強對排土場的管理工作，嚴格要求相關工作人員按照規章制度完成排土工作，且不得閑雜人等靠近排土場避免發生安全事故。排水工作要考慮到礦產開采過程中是否有有害物質排出，避免排水工作對周邊的水質和土壤造成污染。

3.2.1 排水工藝改造方法

（1）地面排水：一般在邊坡巖體外部修建排水溝，防止地表水流入邊坡巖體表面裂縫。邊坡頂面也應有一定坡度，防止坡頂積水。在有較大開口裂縫的邊坡中，裂縫也必須封堵。

（2）地下水排水：可以排放或降低地下水，以減少地下水的危害。地下水排水包括自然排水和人工排水。

3.2.2 排土場事故的工藝改造措施

（1）對選定的排土場進行水文地質和工程地質調查。分析可能發生的滑坡類型，并評估排土場各路段的穩定性。當排土場工程水文地質條件較差時，采礦工程設計應包括處理工程措施、穩定性評價方法、穩定性分類等[3]。

（2）注意排土場的施工質量。大多數礦山排土場的基底覆蓋著一層表土或一層風化軟巖。這一軟弱面層往往成為排土場滑坡的重要誘因。因此，如果基底或軟巖較薄，應在傾倒前進行開挖。如果厚度較大，可通過爆破處理，以改善排土場基底的摩擦，增加排土場的穩定性。

（3）建設和完善排土場排水設施。流入排土場的地表水應截流，不得倒入排土場。對排土場原有地表水和滲入廢石的大氣降水進行疏浚。可預筑滲堤、盲排水溝等排水措施進行排水。

（4）修建擋土墻和邊坡。擋土墻和邊坡是在可能出現潛在滑動面的位置用堅硬巖石修建的工程處理措施。擋土墻和邊坡只有在仔細設計潛在特定滑動面并檢查穩定性后才能實施。在沒有可靠的穩定性驗算的情況下，由于潰壩的危害非常大絕對禁止在排土場修建重力壩。

（5）排土場植被。加固、擋水、吸水等。

3.3 確定露天礦山開采的境界

要想提高露天礦產開采的經濟效益和工作效率和質量，就必須要對礦山的境界、剝采比進行計算了解。在實際開采過程中最小底寬和最大底寬，選取合適的邊坡角對礦山進行開采，這樣便能夠使得礦產開采的經濟效益得到最大化提升。要通過剝采比和露天礦產的境界，了解實際開采深度，在開采過程中避免由于開采深度過淺導致的經濟效益虧損，或開采深度較高造成安全事故發生。

確定露天開采境界有幾個主要原則：

（1）境界剝采比不得大于經濟合理剝采比。這個原則是nj≤njH，其實質是開采境界內境界層礦石的露天開采成本不超過地下開采成本，從而使整個礦床露天與地下聯合開采的總成本最小化或總利潤最大化。該原理應用簡單方便，已廣泛應用于我國露天天然礦山的設計中。其最大的缺點是確定的露天開采境界不能直接控制露天礦的投資和生產成本（生產剝采比）。例如，對于一些不連續的礦床或上薄層下厚的礦床，或覆蓋層厚或地形復雜的礦床，應用該原理確定境界時，境界剝采比可以滿足要求，初始剝采比可以超過允許值。為了防止錯誤結論，通常有必要驗證平均剝采比不大于經濟合理剝采比的原則，即np≤njH[4]。

3.3.2 平均剝采比不得大于經濟合理剝采比

平均剝采比不得大于經濟合理剝采比，即np≤njH。該原則的實質是使露天開采境界內所有儲量的露天開采總成本小于或等于該部分儲量的地下開采總成本。根據該原則劃定的露天開采境界，較用Nj≤ njH原則，可能導致資本剝離量大、投資大、基建時間長。在露天開采過程中，也可能使生產剝采比在一定時間內超過允許值，使企業長期處于虧損狀態。對于一些有價值的有色、稀有金屬礦床，為了擴大露天開采，減少礦石損失和貧化，可以利用這一原則劃定露天開采境界，從而擴大露天開采儲量。該原理也可用于確定近水平礦體或雞窩狀礦體的露天開采境界。

3.3.3 生產剝采比不得大于經濟合理剝采比

生產剝采比不得大于經濟合理剝采比，即ns≤njH。這一原則的實質是，當露天礦在任何生產周期內按正常運行的工作坡角生產時，其生產剝采比不超過經濟合理的剝采比，反映了露天礦開采生產剝采比的變化規律。根據該原則劃定的露天開采境界，較用Nj≤ njH原理，小于Np所描述的原理≤ njH原理，更能體現露天開采的優勢。然而，只有在劃定露天開采境界并據此確定開發模式和開采程序后，才能確定生產剝采比。因此，最大生產剝采比的時間、位置、取值及變化規律存在很大的不確定性，給開采境界的確定帶來一定的困難。

4 結語

總的來說露天礦山開采工藝所涉及到的技術是多方面的，為了提升露天開采工作經濟效益、工作效率，以及保證現場施工安全，我們有必要對現場施工進行各項安全管理工作，并對開采工藝不斷優化，利用科學技術改進開采工藝，避免定向爆破對周邊環境造成污染。