非爆破開采工藝在某大型鋁土礦中的應用研究

〔摘 要〕針對某大型鋁土礦采用傳統穿孔、爆破開采工藝存在的礦石損失貧化不易控制、開采工作量大、效率低等問題，提出了一種使用露天采礦機的非爆破開采工藝方案，并通過將非爆破開采工藝方案與傳統爆破開采工藝進行技術經濟比選。應用與實踐效果證明，露天采礦機開采工藝具有環保、高效、精確、適應性強、安全性高的特點，其在經濟收益、環境效益和社會效益上均更有優勢。

〔關鍵詞〕非爆破開采；露天采礦機；鋁土礦；開采工藝

中圖分類號： TD422 " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）05-0017-04

Practical Research on the Application of Non-blasting Mining Technology in a Large Bauxite Mine

QI Yan1， HUANG Chongjie1， KUANG Yong1， YONG Xueyan1， GAO Jiahao1， HUANG Min2

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China;

2. Dayushi Leitungsten Mine of Chongyi Zhangyuan Tungsten Co.， Ltd.， Ganzhou， Jiangxi 341516，China）

Abstract" A non-blasting mining technology using surface mining machines is proposed to address the problems of difficult control of ore loss and dilution， large mining workload， and low efficiency existing in the traditional drilling amp; blasting mining technology of a large bauxite mine. The application and practical effects have proven that surface mining machine mining technology has the characteristics of environmental protection， high efficiency， precision， strong adaptability， and high safety. In addition， it is more advantageous in terms of economic benefits， environmental benefits， and social benefits.

Keywords" "non-blasting mining；surface mining machine；bauxite ore；mining technology

我國金屬和非金屬露天礦的開采通常采用傳統的“四大步”工藝，即鉆孔、爆破、鏟裝和運輸。該工藝發展多年，技術和設備也很成熟，但生產作業過程中會產生大量粉塵、有毒有害氣體和噪聲污染，對礦山周邊環境造成較大破壞。同時，傳統開采工藝也存在工作效率低、設備運營成本高以及礦石損失貧化不易控制等問題。這些問題一定程度上造成了礦石的浪費，影響了采出礦石的品質。

從經濟和環保的角度來看，傳統“四大步”工藝無法代表未來行業的發展趨勢，也與綠色發展的新發展理念不符。為改善這些問題，尋找更先進和環保的開采新工藝，國內外學者對此進行了諸多研究[1-5]。田書軍[6]針對某些礦山存在密集村落、高等級公路、輸變電線路以及不可移動文物等需要保護的設施，無法通過傳統爆破手段開采的問題，提出了通過多種機械設備結合對礦山進行非爆破開采的技術；王文建[7]等為解決南非金礦利潤下降、爆破開采工藝工序繁雜等問題，提出了沖擊破碎法、拉槽法、鉆孔破碎法等一系列非爆破開采技術，并指出在一定程度上可降低礦石貧化率；Marc Bascompta[8]等針對礦山開采過程中不同開采技術所產生的環境問題，將傳統穿孔爆破技術與機械開采技術二者進行對比，結果表明爆破開采技術所產生的PM2.5、PM10和TSP的排放量要比機械開采的高出2～3倍。這些研究都表明采用非爆破技術，將現代化的礦石切割技術和成套裝備引進礦山開采領域，既能實現更精確的開采，減少礦石的浪費，又能運用先進自動化、信息化技術提高工作效率，降低生產成本，是未來礦山行業的發展趨勢之一。本文擬以某大型鋁土礦為開采背景，介紹采礦機的開采工藝原理，并將新式采礦機開采工藝與傳統露天采礦工藝進行綜合技術經濟對比分析，以驗證該鋁土礦采用新式露天采礦機開采方案的優越性。

1" "礦山概況

某大型鋁土礦為紅土型三水鋁土礦，總計資源量約為9.8億t（探明+控制+推斷），Al2O3品位高，SiO2含量低，屬優質鋁土礦。礦體分布如圖1所示。

該大型鋁土礦礦石分為塊狀鋁土礦和土狀鋁土礦兩類，分別賦存于鐵帽層和紅土層中。鐵帽層位于地表，紅土層位于鐵帽層之下，二者的總厚度一般不大于20 m。紅土層逐漸過渡到底板，不含軟弱夾層及其他不利的工程地質因素，且礦體一般賦存于坡度小于15°的地段，大部分在3°～6°，少部分地區大于10°，地勢起伏不大，整體穩固性較好。礦體基本上出露于地表，局部上覆有薄層鐵帽層和腐殖土，構成頂板。礦層底板為黏土和鐵質黏土，干燥狀態下具有一定的抗壓強度且完整性較好，但遇水易軟化，總體上穩定性較好。綜上來看，礦區的地形地貌條件簡單，地層巖性單一，地質構造簡單，礦體及其底板穩定。鋁土礦一般呈層狀賦存于地表，貼近地形走勢（見圖2），埋藏淺且部分礦體出露地表，礦石開采的整體剝采較低。

綜合考慮該紅土型鋁土礦的開采技術條件，擬采用規模化、高效率、作業安全的露天開采方式。但從礦體賦存條件看，傳統的穿孔、爆破工藝應用于紅土型鋁土礦開采存在較大問題。這是由于礦層上部鐵帽層較硬，下部紅土層較軟，導致控制爆破塊度困難，且礦石損失和貧化難以掌控，特別是上部鐵帽區只能大塊開裂，需要二次破碎。另外，采用傳統的松土機和推土機在犁開堅硬的鐵帽層時效果不佳，能源消耗過大，不能充分發揮設備的潛力[3]。因此，針對該鋁土礦的特點，要克服傳統工藝的缺陷，提高采礦效率，減少資源浪費，需要尋找新的開采工藝和方法。

2" "露天采礦機開采方案

2.1" 開采工藝原理

露天采礦機（見圖3）是一種專門設計用于無爆破采礦的機械設備，它以高效、精確和環保的方式進行礦石開采。

露天采礦機的工作原理是基于先進的切割技術和機械控制系統，如圖4所示。操作員通過操作操縱桿和控制面板，控制切割裝置的運行和礦石的采集過程。機器根據預設的參數和控制指令，進行精確切割和高效采集，將礦石送入采集裝置，并通過運輸系統將其輸送到需要的地方進行后續處理。當采礦機前行時，切削轉子反向旋轉，從而分層切削巖層。切削轉子的巧妙布置，使開采的礦體向轉子中部運動，并根據需要通過收料皮帶和卸料皮帶裝載到運輸車輛上。

2.2" 方案比選

該鋁土礦具有厚度薄、賦存范圍廣、產狀較平緩和力學強度低的特點，使用新式露天采礦機直接開采更為適宜。為驗證露天采礦機開采工藝的可行性，對傳統露天采礦工藝和新式露天采礦機開采工藝進行經濟效果對比分析。

1）方案 Ⅰ：露天采礦機方案。本方案采用露天采礦機開采工藝，利用采礦機直接切削礦體達到破碎礦石的目的，然后用前裝機裝載至礦用自卸汽車，運往堆場。擬采用采礦機匹配斗容為7.7 m3的前裝機裝載礦石至載質量為60 t的自卸汽車。

2）方案 Ⅱ：穿爆+液壓挖掘機方案。本方案采用常規露天采礦工藝，即“穿孔—爆破—鏟裝—運輸”工藝。先采用鉆機穿鑿爆破孔，填充炸藥進行爆破，然后采用挖掘機鏟裝破碎后的礦石至礦用自卸汽車，運往原礦堆場。擬采用的采礦設備為孔徑ψ150 mm的鉆機、斗容為6.7 m3的液壓反鏟、載質量為60 t的自卸汽車、載質量為15 t的裝藥車。

根據兩種采礦工藝方案，結合礦石破碎篩分工藝進行綜合技術經濟比較。按照破碎篩分的效果和目標產品要求對采礦設備進行選型與數量計算。兩種采礦工藝方案經濟效果比較見表1。

注：“可比指標”系指兩方案中各投資分項的不相同部分，如采礦機、鉆機、液壓鏟、裝藥車等，相同部分為不可比項目。

通過技術經濟綜合比較可以看出，新式露天采礦機開采工藝由于不需要頻繁爆破，降低了爆破材料和設備的使用成本；其高效生產的模式和可自動化控制的特點，也減少了人力投入和勞動力成本；另外，其開采方式對環境影響較小，還可以減少環保治理投入和費用。因此，新式露天采礦機開采工藝相對于傳統露天采礦工藝具有較顯著優勢，尤其是對于埋藏較淺、緩傾斜層狀礦體且賦存較為穩定、礦石力學強度不高的礦床，露天采礦機更具有普遍使用和推廣價值。

2.3" 應用與實踐效果

露天采礦機采用機械切削的方法對鋁土礦進行切削，切削后的礦石塊度小于150 mm。切削的寬度由采礦機的規格決定，切削的深度可調，一般在30～50 cm。露天采礦機現場應用情況見圖5。

大型鋁土礦的開采工藝為采用露天采礦機進行分層開采，將采場劃分成長方形的采區，每個采區的寬度是切削寬度的整數倍，深度為切削深度，長度一般大于200 m。這樣每個采區可以劃分成若干個條帶，在采區內分條帶開采，露天采礦機開采后的物料留在原地或側甩集中堆至一側。對于范圍大的采場（寬gt;200 m），采礦機可以采用跟進環繞式采礦作業。對于寬度較小的采場，采礦機開采完一個條帶后，掉頭開采下一個條帶。每層開采并鏟裝完成后再開采下一層，采剝工藝如圖6所示。

相比傳統的穿孔爆破工藝，選用露天采礦機在技術上具有以下優勢。

1）環保性。相比傳統的爆破采礦方法，露天采礦機不需要爆破，減少了爆破帶來的環境污染和噪聲污染。同時，一些現代化的露天采礦機還配備了噪聲和粉塵控制裝置，進一步減少了作業過程中的噪聲和粉塵。

2）高效性。露天采礦機采用先進的切割技術和自動化控制系統，能夠高效地切割和采集礦石；相比傳統人工采礦方式，也可大幅提高采礦效率和產量，降低勞動力成本，在超大規模生產的礦山極具優勢。

3）精確性。露天采礦機具備精確的切割功能，能夠根據需要進行精確切割和采集操作，這使采礦過程更加精細化，能夠有效地控制礦石質量和規格。

4）適應性。露天采礦機具有出色的機動性，自身配備動力系統，便于移動和迅速投入生產。它能夠在坡度小于15°的緩傾斜礦體地區進行采礦，適應各種地形條件和復雜的采礦環境，能夠在礦山中靈活移動和操作，適應采礦場地的變化。此外，它的卸料方式非常靈活，既可以選擇原地卸料，也可以配備卸料皮帶等設備進行靈活卸料，與汽車、帶式輸送機等后續設備配套使用。

5）安全性。露天采礦機操作相對安全，采用露天采礦機減少了使用爆炸物的風險。此外，機器的自動化和智能化控制系統可以避免人員在危險環境下直接參與作業，降低了作業過程中的人身傷害風險。

綜上所述，露天采礦機在非爆破采礦中具有高效、精確、環保和安全等多個優勢，其利用現代化技術手段，通過自動化和機械化方式直接開采礦石，提高了采礦效率和質量，保障了環境和人員安全，實現了非爆破采礦的目標。雖然該工藝前期的投入較大（設備購置費用較高），但從后期可節約的經營費用和提高的開采效率上來看，采礦機帶來的綜合效益更佳。因此，不僅在鋁土礦，對于其它同類型礦山，非爆破露天采礦機的應用也將是一種創新和發展方向。

4" "結論

通過露天采礦機開采工藝在某大型鋁土礦的應用案例分析，可以得到以下結論：露天采礦機能夠直接對礦石進行開采，無需傳統的爆破過程，減少了對環境的破壞，降低了傳統采礦工藝的噪聲污染和粉塵污染，符合綠色環保的發展趨勢。該工藝既能大幅度提高采礦效率，又可精確控制開采范圍和深度，減少資源浪費。與傳統爆破開采相比，更高效、更精確、更環保、更安全，在經濟收益、環境效益和社會效益等方面優勢明顯。非爆破露天采礦機開采工藝的應用在采礦行業是一項新突破，該工藝改變了傳統采礦方式，具有廣泛的應用前景和推廣意義。

參考文獻

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