浅析露天采矿技术及其采矿设备的发展

郭江

摘要：社会的高速发展需要大量的资源支持，因此采矿业的发展可以说是社会发展的基础之一。露天采矿作为一种常见的开采形式，其技术和设备在这些年来都有了极大的发展，大大促进了露天采矿的开采效率与采掘安全。本文将于此总结分析露天采矿的技术与设备在近代的发展，比较其进步之处与不足之处，希望能对相关行业的技术设备选择与研究工作起到正面意义。

地下开采和露天开采是采矿业较为常见的的两种采矿形式，与地下开采相比，露天开采在开采空间、采矿安全、劳动生产率、生产成本、设备运用等方面都存在一定的优势，因此在这些年来的发展和应用都呈现加速化和普及化的趋势。这种形势令我国在露天采矿的技术与设备两方面都得到了很大的提高，逐渐具备了与国际接轨的实力。技术的发展能够令采矿的效率获得提升，进而得到更好的发展基础与发展资本，有了发展的资本，采矿设备的大型化与智能化研究就更容易实现，优秀的设备又能有效促进技术的进步，最终形成一个相互促进、相互提高的良性循环。

1 露天采矿的技术发展

1.1充填采矿技术的发展

采矿技术往往面临着矿产资源回采率低与地表资源破坏严重两大难题，胶结充填技术正是解决这两大难题的有效手段。不过，最初的充填工艺与采矿技术本身存在一定的脱节，二者在匹配后的效率与产能上都存在一定的问题，这些问题长期制约着我国的露天采矿技术。不过，近几年的科技进步令我们拥有了分段充填、高分层充填、嗣后充填（配合阶段深孔技术）等先进充填工艺，这些工艺与现有的露天采矿技术具有很高的配合度，能极大地提升生产效率，同时有效确保资源回采率与环境保护。

1.1.1分段充填

露天矿应用充填采矿技术时需要进行分层回采，而分层的朝向不同，产生的结果也会有所区别。但只要使用分段填充，分层中原本曝露出的大面积就会变成一种多断面结构，而且在形状上会很不规则，最终达到减小露天矿场曝露面的目的。

1.1.2高分层充填

该技术优缺点并存，虽然能够扩大开采面与开采范围，便于使用各种大型机械来提高工作效率。但分层高度上有很大的限制，最高到3米就是极限了，这对生产效率有一定的负面影响。

1.1.3嗣后充填（配合阶段深孔技术）

结合了以上两种技术的技术优势，具有很高的适应性、特殊性与生产效率。具体体现为可以应用于各种不同的特殊工段，而且在性能上较为独特，这种通用的技术极大提升了工作效率与管理的便捷性。

1.2陡帮采矿技术的发展

随着开采深度的增加，我国许多大型的露天矿都不得不处于深凹开采的恶劣作业条件下。这种复杂的开采环境对开采条件与开采设备都有很大影响，进而会引起开采效率的低下。这种严峻的形式迫使人们开始研究和发展陡帮开采技术，具体来说就是对部分的剥岩量加以推迟，这样一来就能令剥采比在整个生产期得到均衡，因为露天矿在初期需要大量的剥岩量，其剥采比是比平均剥采比要高的。陡帮开采技术不仅能令基建投资得到有效控制，而且由于其令最终边帮在暴露时间上得到了有效缩短，所以可以使边坡更加稳定。

1.3爆破采矿技术的发展

露天采矿中，经常需要使用爆破进行作业，具体的环节包括微差爆破与孔内微差爆破、挤压等。这些技术能有效解决爆破减震与难爆矿岩两大问题。爆破技术的提升主要依靠的是各种新型爆破器材与炸药，这些新型器材与炸药的应用极大地提高了爆破精度，令爆破采矿获得了更高的质量与安全性。

2.露天采矿的设备发展

2.1采矿设备的大型化发展

任何工程的设备和技术都是在依循自身的特点而不断进步的，对采矿业来说，其自身就具有工程庞大的特点。尤其是露天采矿，其大的特点不仅体现在工作区域、矿产所在区域、工作量和资源量上，而且体现在对设备的需求上。巨大的工作面令露天采矿不得不需要数量极大的人力与物力，这种低效率的采矿方法可以说是对资源的一种浪费，因此采矿所需的机械设备也必须向大型化的方向发展才行。这种大型化的发展趋势体现在三方面.

2.1.1穿孔设备的大型化

穿孔设备的大型化主要体现在可钻孔直径上，能够在钻孔时直接钻出更大的钻孔直径，令开采效率得到提升。该设备的发展包括四个阶段，第一阶段为磕头钻，第二阶段为喷火钻，第三阶段为冲击钻，第四阶段为目前的牙轮钻。牙轮钻现在的最大孔径可达559毫米，钻孔效率非常之高，对露天采矿的高效化进程有极大的促进作用。

2.1.2装载设备的大型化

装载设备的大型化具体体现为各种开采设备的斗容得到了大幅度的提升，提高了单次的开采量。该种设备主要包括液压挖掘机、轮式装载机、电铲三种，其中采矿过程以电铲为主导。国外通用的电铲最大斗容可达53.5立方米，而我国随着科技的发展，所生产的电铲在斗容上已经超过了这个数值，wK 55型号的电铲斗容可达55立方米。这种先进设备的制造技术是我国在露天采矿技术上已经达到国际先进水平的证明。另外，轮式装载机、液压挖掘机则应用于矿产装载工作，这种设备的先进化不只体现在斗容的增加上，还体现在动作的灵活与操作的便捷上，三方面的提高令这两种设备获得了更高的作业率，进而提升了装载效率。

2.1.3运输设备的大型化

运输设备的大型化具体体现在运输工具吨位的进化上，包括汽车在内的各种矿产运输工具在吨位上都不断增长，令开采出的矿产资源都能迅速、高效地运输出去，避免了矿石的积压，扩大了作业空间与作业环境。其中汽车是最主要的运输设备，具有活动灵活、易于转弯、擅于爬坡等多方面的优点。汽车的吨位是伴随着露天矿整体的大型化而增长的，目前较为先进的载矿用汽车的载重吨位都超过了300吨，比如Cat797型有效载重为326吨，T282型有效载重则能达到327吨。

2.2采矿设备的智能化发展

采矿设备虽然在形体和开采量上始终在向大型化发展，但在操作和控制上，迎合目前的信息发展趋势，体现出了极强的智能化特征。这种发展融合了计算机技术、微电子技术、远程数控技术、遥感技术等多重技术，具体表现在以下三个方面。 2.2.1智能化车载监控系统 车载监控系统被广泛应用于各个采矿机械上，时刻监视机械设备的运作与维护情况，结合报警功能和无线通信功能就能将设备的问题与故障及时反馈给维修人员，令他们及时针对状况进行维修和处理。具体来说就是在主要的部件上设置监控系统和报警系统，监视这些部件的参数，一旦参数出现问题，监控系统就会发现，继而报警系统以无线通讯的方式连接中央计算机，对中央计算机的操作人员提出警告。这种监控方法具有很高的便捷性和即时性。

2.2.2智能化GPS定位系统

CPS定位系统的定位勘测功能令矿产资源的位置得到更好的确定，避免了更多的无意义作业。由于其定位精度能够被控制在1米之内甚至厘米级，所以能令露天采矿实现高精度化、高效率化。其具体应用包括如下两个方面。

（1）对露天矿的地表进行精确测量

CPS系统应用在地表测量上可以不受仪器、地形、人员、能见度、气候、位置等因素的限制，大大节省了人力物力。而且因为GPS采用卫星定位，相比传统测量，消除了大量的人为误差，令测量精度得到了有效的提升。GPS系统测出的精确地表定位图对优化作业面和采矿区域整体布置有很大帮助。

（2）对露天矿的开采进行精确定位

利用GPS系统测定出最适合钻机打孔的位置，能令现场的测量作业负担得到减轻，令钻机的操作者得以在最短的时间内以最高的精度完成钻孔的准备。而且将CPS系统与钻机结合就能更进一步促进智能化的发展，令超钻现象或欠钻现象大幅减少。

2.2.3智能化环保系统

矿业开采一直是环保工作的重点与难点，因此在设备上加入环保设计不只是目前的主流发展设计，更是我国可持续发展战略的必要要求。但由于露天采矿的环保系统受到工作环境和工作技术的约束，所以想令其实现有效化和智能化必须从技术的角度入手。举例来说，可以设置自动的环境质量监测系统，一旦采矿工作引起某项环境指标超标，立刻停止作业，检讨降低该指标的方法。

3.结语

科技的进步是露天采矿技术得以发展的基础，科技进步了，更安全、高效的采矿技术才能得到应用，更大型、智能的采矿设备才能开发出来。在这个科技日新月异的发展背景下，相关的技术人员不能停止研究创新的脚步，只有时刻关注新科学、新技术的出现，才能第一时间将相关技术应用于露天采矿工程和露天采矿设备，令我国在露天矿方面的生产力与生产效率都获得持续而长期的发展，确保经济发展所必须的那大量能源，为我国的社会主义建设做出应有的贡献。

参考文献：

[1]秦继生.露天采矿技术及采矿设备发展趋势的分析[J].建材发展导向，2011（8）.

[2]张征.露天采矿的技术及发展方向探讨[J].内蒙古煤炭经济，2013（2）.

[3]康勇.露天采矿技术发展方向及高校相关专业教学模式探讨[J].高等建筑教育，2008 （2）.

[4]H.瓦格纳，王刚，边伟.露天和地下采矿技术的发展趋势[J].矿业工程，2004（4）.