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探究地下矿山开采技术及其趋势

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  摘  要:近年来,我国的社会、经济、科学技术发展迅速,推动了矿山开采行业的发展。地下矿山的开采技术不断地提升,不仅提升了矿产资源的开采效率,还提升了开采质量,促进矿产企业的经济效益大幅度地增长。文章简要地分析了目前我国常见的地下矿山开采技术,对我国地下矿山开采技术的发展做出展望,以期为矿山工程开发人员提供可靠的参考。
  关键词:地下矿山;开采技术;发展趋势
  中图分类号:TD853        文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2019)14-0139-02
  Abstract: In recent years, the rapid development of society, economy, science and technology in our country has promoted the development of mining industry. The mining technology of underground mines has been continuously improved, which not only improves the mining efficiency of mineral resources, but also improves the mining quality and promotes the economic benefits of mineral enterprises to be greatly increased. In this paper, the common underground mining technology in China is briefly analyzed, and the development of underground mining technology in China is prospected in order to provide reliable reference for mine engineering developers.
  Keywords: underground mine; mining technology; development trend
  眾所周知,我国是一个物产富饶的国家,大部分矿资源埋藏于地下空间。据调查,当前我国地下的金属矿山约占矿山总量的9/10,而且,资源的开采也从传统的露天开采转化为地下作业,尤其在社会经济飞速发展的现今时代,政府部门推行节能减排、可持续发展的战略,这就给地下矿山的开采提出更高的要求。怎样更好地引进新的技术与工艺应用于地下矿山开采作业发展已成为相关工程技术人员需要共同面对的重要课题。
  1 我国常见的矿山开采技术
  1.1 空场采矿技术
   二十世纪八十年代,当VCR技术在铅锌矿开采中正式试验成功后,我国相继将这项技术有效地应用于金矿、铜矿的矿山开采作业。VCR开采技术具有较高的工作效率,因此在我国几个重要的矿产企业获得广泛地推广与应用。随着科学技术的发展,我国又展开了阶段台阶采矿的试验,主要指的是将露天矿中的采矿方法应用于地下矿山的开采作业。具体流程如下:(1)对矿山开采区域的外部进行割槽,再把这个割槽当作一个自由面与补偿空间;(2)通过深孔大直径的爆破技术,施予台阶/全阶段崩落;(3)在采矿场的下端输出崩落下来的矿石,即完成了开采任务。可以说,为了更好地提升地下矿山的开采效率,关键要能够实现连续开采作业。所谓的地下矿山连续开采,是指全部的开采工艺均可以达到连续性,其中涉及到三个重要的连续性开采工艺:其一,矿床的连续开采,其二,矿石资源的连续运输;其三,矿房的连续回采。为此,国家先后在第六、第八个五年计划期间,已经对连续开采工艺进行了深入地研究,并针对研究的工艺展开大量试验,如今已将较为优良的开采工艺推广到很多矿山企业,并取得了可喜的成绩,企业的矿山开采效率、数量均获得了大幅度提升。
  1.2 崩落采矿技术
  1.2.1 无底柱崩落法
   近几年,我国逐渐应用了无底柱的崩落方法进行地下矿山的开采作业。现阶段,这种开采技术在实际应用中主要存在两大难题。一是如何扩大断面;二是如何优化结构参数。优化结构参数的设置一般为了进一步增加进路之间的距离,以降低采掘工作量。实际上,优化结构参数是比较容易做到的。目前,我国已经有大量矿山均采用了结构参数的优化技术,例如:程潮、桃冲、北铭河、板石沟等矿山,推行这项技术,有效地改进了这些区域矿山能源开发环境。特别对那些低贫化、无贫化的放矿工序,一般情况下,为了维持矿石截面的完整性、矿岩纯度,通常采用的工序:在放矿期间,如果矿岩的界面顺利到达出矿口时,则停止作业,从某种意义上能够更好地保证岩石的纯度,减弱矿岩的混杂性。近年来,随着我国无底柱的分段崩落法不断地投入应用,既提升了岩石的纯度,又降低了贫化,为矿产企业创造了可观的经济效益。
   1.2.2 自然崩落法
   不同于无底柱崩落法,自然崩落的开采技术在我国地下矿产资源开采中得到了大量的应用。其工作原理:对地下矿山矿块中的应力平衡进行一定的破坏,拉低了较大的矿块面积,使得应力分布不均或集中分布,最终实现矿山开采。这种技术具有运用成本低、开采效率高、采矿量大的优点。主要适用于矿化均匀、矿体厚大且易于崩落的低品位矿床。
  1.3 充填采矿技术
   充填采矿方法的应用需要满足两个条件,一是大型的机械设备,二是机械化开采作业。在我国,主要包括干式胶结、水泥碎石胶结、尾矿胶结、分级胶结等充填开采技术及其工艺。近年来,相关部门又研发了更优越的充填工艺,并在国际范围内处于领先地位。例如:粗粒级水砂、膏体泵送、泵压输送、高浓度全尾砂自流输送等新充填工艺。对于充填技术,当今最前沿技术就是胶结式充填法,从起初的尾砂胶结充填工艺,逐渐发展为浓度较高的胶结物、沙胶等充填技术,其中,沙胶充填还具有不脱水、不收缩的优点。而且,我国的矿石回采技术也得到巨大的突破。从起初的分层、分段式开采,逐渐发展为大孔落矿式工艺,优化了采矿区的布置参数,在回采过程中,通过对充填系统施予自动化的控制技术,实现了采区的机械化作业。尤其利用了泵送胶结膏体的充填工艺后,无论是开采效率,还是充填效率,都得到了大幅度地提升。   1.4 地下无废开采技术
   无废开采法在我国矿山开发领域得到广泛的认可与好评。能够提升矿产资源的利用率,为相关企业创造更大的经济效益,与此同时,还可以更好地规避对外界环境的污染与破坏,符合国家矿山产业绿色发展的要求,这是目前我国首选的矿山开采技术。地下无废开采技术主要包括全尾矿的充填、高浓度尾矿料的制备及其输送。无废开采技术已在美、德等发达国家获得了更为成熟的发展。
  2 我国矿山开采技术未来发展趋势
  2.1 大型化、高效化、自动化
   在矿山工程开采作业中,必须依托先进的开采设备,这也是地下矿山开采技术的重要构成。随着科学技术的发展,我国的矿山开采设备将会朝着大型化、高效化、自动化方向发展。例如:高效的井卷钻进机械、打孔穿爆设备、中深孔全液压的凿岩机械,还有以铲车为主导的各种装运设备等。可以做到“振动”出矿、“连续化”采矿,而且,与之相配套的机械设备也会向自动化、高效化、无轨化发展。例如:我国新研制的采矿激光测位装置,通过计算机技术来控制凿岩台车,可以对车厢内的枯结物质予以自动化地清除,并且,还可实现连续化、高效率的装卸作业,尤其对大规模的矿山更为适用。极大地提升了矿山开采的机械化水平及工作效率。此外,我国地下矿山的装载、运输等环节通过胶轮设备也基本实现了无轨化,且未来还将继续扩大规模。
  2.2 深井化
   随着我国矿山开采工程的不断增多,开采深度也会不断增加。未来我国地下矿山的开采技术还会向着深井化作业方向发展。关于深井化的开采技术概念尚未达成共识。一般认为由于矿山埋藏太深(>1000m),而在开采中会遇到无法预料的技术难题,这样矿山的生产可理解为深井化采矿。分析当前我国地下矿山的开采情况可知:大多开采深度不足800m。伴随矿山开采力度的日益加大,地层压力、岩石温度也会有所上升,这就对支护、排水、通风系统提出了更高的要求,其中,开采技术、机械设备在实际应用过程中必须达到相关的生产条件,需要相关企业为深井化开采的发展做出充分的准备。
  2.3 综合治理化
   我国坚持“绿色环保”的经济发展理念,未来我国矿山开采技术必将朝向环保化、综合治理化方向发展。现阶段,美国等发达国家已经对矿山环境实行了一系列的综合治理措施,并设定了废气、废水、废渣及粉尘的排放标准,对已报废的尾矿坝、废石场也进行了覆盖、植被种植等。近年来,我国也加强了矿山的综合治理的重视,在未来发展中力求实现无废物、无矸石的矿山,并对品位低、治理成本高的矿山实行标准化管理。
  2.4 数字化
   在未来,我国矿山开采技术将会更加智能。着力构建数字矿山,是建设数字中国的重要构成,是对现实矿山的一种数字化的体现,具有高度的自动化、信息化、高效率特征,甚至可达到无人开采、智能开采的目的。数字矿山指的是充分地依托于企业网络平台,以相关的应用技术软件为载体,采用先进的信息技术对数据进行自动采集、储存及处理,最终促进矿山开采的信息化、产业化发展。
  2.5 观赏性
   传统的矿山开采作业结束后,矿区周围往往会残留大量的废弃物质,给环境造成巨大的破坏。特别在观赏性方面影响了整体市貌。在未来发展中,矿山的地下开采技术力致于对残留的矿体工艺进行深入研究,尽量对现有的矿产资源进行回收、利用,如利用尾砂充填工艺对矿床的空区、回采区予以处理,既可以利用部分废物,又有利于环境的治理,同时,增强了矿山的观赏性,对矿山开采企业的可持续发展具有重要意义。
  3 结束语
   总之,随着我国经济的发展,社会对矿产资源的需求日益增多。近年来,我国在地下矿山开采技术方面取得了很大进步。其中,空场采矿、充填采矿、崩落采矿技术得到广泛的应用,并获得了良好的效果。在未來,我国的矿山开采技术会朝向大型化、自动化、高效化、深井化、数字化、信息化、治理化等方向发展,力求对矿区周围环境进行最大程度地维护基础上,提升采矿效率与质量,从而推动我国的矿产企业长期、健康地发展。
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