露天矿山开采技术进展及发展趋势研究

曹 贺

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 满洲里 021400）

露天开采是人类开采矿物最早的方式，我国矿石资源丰富，早在3000年前就开始凿井开采铜矿。19世纪末后，随着动力挖掘机等现代采矿工艺和技术的发展，对露天采矿技术的应用使得采矿规模逐渐扩大，让我国的矿产量得到明显提升。因此，先进的露天采矿技术对于我国采矿技术水平的提升和矿产业发展具有重要意义。

1 露天矿山采矿技术概述

1.1 开采概况

露天开采是我国矿山开采作业的常见方式之一，指用一定的采掘运输设备在敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程。一般是将矿体周围的岩石及覆盖岩层剥掉，再通过露天运输通道或地下井巷把矿石运到地表的方式开采过程，广泛应用于开采金属矿、煤矿等矿场。根据矿床埋藏的地形条件及开采空间不同，露天矿可以分为封闭圈以上的山坡露天矿和封闭圈一笑的深凹露天矿[1]。与地下开采方式相比，露天开采具备有以下特点。

（1）由于相对地下开采空间受限较小，劳动条件好，工作比较安全，有利于采用大型机械化设备提高开采量和开采强度。

（2）机械化、自动化水平较高，劳动生产率高。

（3）基建投资成本较低，矿石损失贫化小，资源利用充分，使大规模开采低品位矿石成为可能。

（4）设备购置费用较高，在敞露空间外，设备效率及劳动生产率容易受暴雨、暴雪等气候影响。

但因开采过程中产生粉尘较大，爆破后的岩石因含有害成分对与之接触的大气、水和土壤有一定程度的污染。

因需要剥离岩土，将大量剥离岩土排到排土场，排土场往往占地面较大占用山地和农田，影响周围的生态环境。

1.2 露天采矿技术研究

露天采矿技术多样，经过多年对先进露天采矿技术的引进、吸收和发展，我国露天采矿技术得到优化发展，机械自动化水平提高，开采效率得到提升。

1.2.1 胶结充填采矿技术

胶结充填采矿技术属于充填采矿法的方法之一，主要以水泥等胶凝材料和砂石、炉渣或尾砂等配制的浆状胶结物料为填充材料，使其凝固后通过运输设备输送至采场[2]。此种技术细分还可以分为高分层充填采矿技术、分段充填采矿技术和大直径充填采矿技术，将采矿技术与开采条件有效结合，大大提高露天矿石开采的综合能力及效率。与此同时，能够降低对地面生态环境的破坏程度，达到低成本保护地球生态环境的作用。

1.2.2 陡帮开采技术

陡帮开采技术是针对凹陷露天矿初期剥岩量比较大，均衡整个生产期的剥采比，加陡露天矿剥岩工作帮所采用的技术措施。缓帮开采的工作帮坡脚一般为8°～15°，陡帮的工作帮坡角则可达到25°～35°，可以利用挖掘机等机械横向采掘，也能实行纵向爆破。陡帮开采技术基建工程周期短，基建工程量少，有利于节约基建投资，利于边坡稳定。同时，陡坡开采技术推迟部分剥岩量，比分期开采更加有效灵活，提高露天采矿效率，为企业创造更大的经济效益。

1.2.3 其他技术

除上述两种常用露天矿山开采技术外，还可以运用矿用电铲、钻机、矿用电机车、大倾角运输等采矿设备提高露天的采矿效率和规模，采用高台阶露天采矿技术和阶段连续开采工艺等。将现代机械自动化、信息技术等领域的只是交叉运用，促进露天采矿技术水平的提高，促进矿产业的发展。

2 露天矿山采矿技术发展现状

我国金属矿山露天开采的规模较大，自80年代以来，采矿业的发展受到国家重视，不断更新采矿设备，发展更加先进、现代化的采矿技术。

自动化、信息技术为采矿业的开采技术和采矿设备注入新的活力，例如大型深凹露天矿陡坡铁路系统、无公害爆破技术等系统建设和技术应用[3]。采矿技术水平的提升，使得采矿设备操作难易程度和功能实用性显著提高，为工作人员增加安全保障，减少人工开采，提高露天开采质量。但同时，与国际先进发达的露天采矿技术相比，中国的露天采矿技术仍然存在着生产规模小，露天开采比重小，开采设备较低的问题。

3 露天矿山采矿技术发展主要方向

3.1 融入新技术、选用高质量采矿工艺设备

随着社会的不断进步，信息技术和科技水平日益提高，为优化露天矿山生产，最好积极应用现代化先进技术于采矿工艺环节。如通过电子信息技术、自动控制技术、数字化技术等提高露天采矿的信息化、自动化和节能化，实现矿山生产的高效发展[4]。

露天采矿的发展离不开采矿设备的进步，采矿设备大型化、智能化发展是未来的主要趋势。由于采矿作业的工作量大，露天采矿设备繁多，因此注意对采矿设备的选用，提高采矿装备水平。主要选用大型高效耐用的采矿设备，提高自动化机械水平，一般采用连续工作制提高采矿效率，扩大采矿规模和带来的经济效益。

3.2 高效化、智能化发展

随着露天开采技术的不断进步，露天开采已经从传统的矿岩爆破后用铲装设备装载运输转变为集约化的开采运输。采矿设备针对大工作量也要具有更大的载荷量和功率，开采装备水平提高，日趋大型化，如矿用汽车、大倾角运输系统等，不仅增加运输承重量，还能提高矿山产能，降低运输成本。大型露天矿集约化、连续化的开采技术将转变矿山运输理念，摈弃移动式运输工具传统观念，发展露天开采传输式物流新观念，创新露天开采技术理论，实践建立露天采场工作面矿石装载—破碎—输送的集中化开采体系[5]。同时矿山开采过程中，运用信息技术推进采矿设备的智能化、数字化，实现矿山作业的自动控制和科学管理自动化。在露天开采过程中加强自动化和监控手段，发展自主的智能开采技术与装备，一旦设备故障，便自动预警减少对工作人员的伤害，也便于第一时间排查故障，提高开采效率[6]。

3.3 绿色化、环保化发展

露天矿山开采虽然在敞露的空间里便于使用大型自动化机械设备提高开采效率 ，但其初期投资成本高，粉尘较大，剥离岩土占用田地，对周围生态环境产生恶劣影响。为响应国家生态环境保护的号召，实现环境友好型的矿山企业发展前景，降低露天矿山开采的高成本、高污染、高能耗问题，必须加强对对矿山的开采中和开采后的地质环境进行综合治理，土地复垦工作[7]。

选取节能化配套采矿装备，加大采矿设备环保设计的应用，严格按照国家相关规定的参数设置，减少污染指标，对周边环境及开采的破坏程度进行预测和检验，努力实现高效、环保、节能采矿目标。如固定式、移动式除尘装置及自动控制系统等控制毒尘危害，对排土场进行土地复垦减少对环境的破坏。

3.4 发展大型极深部露天矿山开采技术

采矿业是工业发展的基础产业，针对部分大型极深部露天矿山的开采，需与时俱进融入先进技术，维持好矿山开采的可持续发展。

因极深露天矿运输条件恶化，开采成本增加，采场爆破扩散有害气体等问题，更要注重对露天矿的通风防尘，露天矿钻机、爆破等开采过沉重减少粉尘气体对周围大气和水体的污染。且矿山开采过程中堆置的废石、尾矿等废弃物占用土地还污染环境，也容易形成地表塌陷、滑坡、泥石流等灾害，因此也要注重开采中和开采后的土地复垦，减少深凹露天矿的消极影响[8]。