采矿工艺技术在采矿工程中的应用探索.pdf

世界有色金属2023年7月上58采矿工程Mining engineering采矿工艺技术在采矿工程中的应用探索陶鵾（盘州市大山镇公共事务服务中心，贵州 六盘水 5 5 3 5 0 7）摘 要：随着社会经济的快速发展，生产技术也取得了巨大进步。工业生产离不开采矿业的支持，矿山的开发质量直接影响着工业发展的水平、效率和质量。因此，采矿技术的应用和创新至关重要。通过采用高效安全的采矿技术，可以全面提高采矿效率，实现采矿业的高速发展目标，并为采矿业的标准化推广提供保障。在全球经济下行背景下，我国经济结构需要进行深度调整，采矿业进入了新的历史时期，开发先进的采矿技术、创新采矿理论成为采矿业发展的关键。目前，常见的采矿技术包括空场法、崩落法和充填法等。充填法具有高效和成本高的特点，在开发高价值矿山时常被采用。在绿色采矿理念的推动下，为了减少传统采矿方法带来的环境污染问题并提升生态保护能力，需要对传统的采矿技术进行创新和优化。关键词：采矿工艺；采矿工程；技术创新中图分类号：T D 8 0 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 3-0 0 5 8-3Exploration on the Application of Mining Technology in Mining EngineeringTAOKun(P u b l i c A f f a i r s S e r v i c e C e n t e r o f D a s h a n T o w n,P a n z h o u C i t y,L i u p a n s h u i 5 5 3 5 0 7,C h i n a)Abstract:Wi t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f t h e s o c i a l e c o n o my,p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y h a s a l s o ma d e g r e a t p r o g r e s s.I n d u s t r i a l p r o d u c t i o n c a n n o t d o w i t h o u t t h e s u p p o r t o f mi n i n g,a n d t h e q u a l i t y o f mi n i n g d e v e l o p me n t d i r e c t l y d e t e r mi n e s t h e l e v e l o f i n d u s t r i a l d e v e l o p me n t,a f f e c t i n g t h e e f f i c i e n c y a n d q u a l i t y o f i n d u s t r i a l d e v e l o p me n t.T h i s a l s o d e t e r mi n e s t h e n e c e s s i t y o f a p p l i c a t i o n a n d i n n o v a t i o n i n mi n i n g t e c h n o l o g y.E f f i c i e n t a n d s a f e mi n i n g t e c h n o l o g y c a n c o mp r e h e n s i v e l y i mp r o v e mi n i n g e f f i c i e n c y,a c h i e v e t h e h i g h-s p e e d d e v e l o p me n t g o a l s o f t h e mi n i n g i n d u s t r y,a n d p r o v i d e g u a r a n t e e s f o r t h e s t a n d a r d i z a t i o n p r o mo t i o n o f t h e mi n i n g i n d u s t r y.A g a i n s t t h e b a c k d r o p o f a g l o b a l e c o n o mi c d o w n t u r n,C h i n a s e c o n o mi c s t r u c t u r e n e e d s t o b e d e e p l y a d j u s t e d,a n d t h e mi n i n g i n d u s t r y h a s e n t e r e d a n e w h i s t o r i c a l p e r i o d.D e v e l o p i n g a d v a n c e d mi n i n g t e c h n o l o g i e s a n d i n n o v a t i n g mi n i n g t h e o r i e s a r e t h e k e y t o t h e d e v e l o p me n t o f t h e mi n i n g i n d u s t r y.A t p r e s e n t,c o mmo n mi n i n g t e c h n o l o g i e s ma i n l y i n c l u d e o p e n p i t me t h o d,c a v i n g me t h o d,a n d f i l l i n g me t h o d.A mo n g t h e m,f i l l i n g me t h o d h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h e f f i c i e n c y a n d h i g h c o s t.T h i s me t h o d i s u s e d w h e n d e v e l o p i n g h i g h-v a l u e mi n e s.Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f g r e e n mi n i n g c o n c e p t,i n o r d e r t o r e d u c e t h e e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n p r o b l e ms c a u s e d b y t r a d i t i o n a l mi n i n g me t h o d s a n d i mp r o v e e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n c a p a b i l i t i e s,i n n o v a t i o n a n d o p t i mi z a t i o n a r e n e e d e d f o r t r a d i t i o n a l mi n i n g t e c h n o l o g i e s.Keywords:mi n i n g t e c h n o l o g y;Mi n i n g e n g i n e e r i n g;t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：陶鵾，男，生于1 9 7 9 年，汉族，贵州六盘水人，中级，本科，研究方向：采矿技术。我国作为全球最大的工业国家，矿产资源消耗持续增长。随着采矿活动频率的不断加快，通常会面临一系列问题，其中包括地质问题、生态问题和经济问题等。地质灾害问题主要涉及深部岩爆和冲击地压，生态环境问题主要体现在地表下沉和塌陷，经济技术问题则主要表现为开采能力和开采成本。由于存在这些问题，人们逐渐意识到采矿工程可持续发展的重要性，并开始探索绿色采矿技术，以实现采矿工程的可持续发展。充填采矿技术作为采矿工程的主体技术，与空场采矿法和崩落采矿法并列为现代采矿业的三大技术。随着充填采矿工艺的不断发展，其技术形式和机械化水平也得到了提升，成本方面也有了较大的优化空间。1 采矿技术在采矿工程中的应用1.1 空场法在采矿工程中的应用由于地下采矿环境普遍恶劣，为确保采矿的安全性，可以选择自然支撑采矿法，也称为空场法。在回填采空区时，可以利用围岩本身的稳固性，或采用部分矿柱、人工支柱进行支撑，因此称为空场法。当开采区的围岩稳固时，可采用空场法，主要适用于大暴露面的矿床。空场采矿法具有较好的综合特点，在矿山开采中被广泛使用。采用空场法不仅能够确保矿山开采的效率，还能有效解决地下采矿时面临的深坑、空场和大采场等问题。不同的矿山落矿方式可以采用空场采矿技术，并结合大型机械设备，加快开采速度，按照先采矿房后采矿柱的原则，充分利用敞空的优势，从而在很大程度上降低采矿成本。1.2 崩落法在采矿工程中的应用崩落采矿法与空场采矿法最大的区别在于，回采时崩落法不区分矿房和矿柱，通过自然崩落围岩的方式填充采空区，以实现地压管理的目标。采用崩落采矿技术时，需要沿矿体边界挖一圈运道，在矿体的上下盘切割空间，通过爆破凿钻的炮孔来回采。开挖运道和堑道后，可以将环形运输巷道作为装矿巷道使用，简化了采场结构，达到了一道多用的效果，减少了采掘成本。这种无底柱分段的采矿方法具有高效和安全的特点，在矿山开采中具有良好的应用前景1。目前常见的崩落采矿技术主要包括单层崩落技术、分层崩落技术、分段崩落技术和阶段崩落技术，各种技术形式适用于不同的场景。在实际应用中，需综合考虑矿区环境、采矿需求和采矿目标，选择适合的技术形式。2023年7月上 世界有色金属59采矿工程Mining engineering1.3 充填法在采矿工程中的应用充填采矿法是一种历史悠久的采矿技术，它在矿石开采的同时，使用充填料填补采空区，这种方法被称为充填采矿法。通过采用充填方法来支护采空区，可以有效地控制地压活动，避免地表沉陷，并且每层充填物都可以成为下一层回采的基础。这种技术适用于具有围岩不稳定、无较大暴露面、需要地表保护、矿石品位高以及存在自燃性的各类矿床开采。这些矿床通常具有复杂的赋存条件。充填采矿法结合了空场开采和岩层崩落法的优势，在矿石落下、支护和出矿方面有突出的优势。在应用充填技术时，可以采用胶结充填、分级尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填等不同工艺。在回采时，需要提高分段高度，以实现大孔落矿，并结合采场结构，提升机械化充填水平。随着智能化技术的发展，智能化充填技术可以进一步提高采矿效率。充填采矿技术经历了阶段性的发展历程，从废石充填、分级尾砂充填、碎石水泥充填，再到混凝土胶结充填、磨砂胶结充填、天然砂充填，发展到现在的废石胶结充填、全尾砂胶结充填、赤泥胶结充填。不同的充填方法在不同矿床开采中都有各自的应用优势。充填工艺与技术的发展与我国矿床开采活动的增长密切相关。近年来，我国在充填技术的研发方面取得了快速进展，这也巩固了充填采矿技术的优势。充填采矿法具有良好的减排效果，充填采矿技术的应用为矿山实现无废料排放提供了技术支持。例如，德国格隆德铅锌矿将浮选后的全尾砂和重选碎石制备成膏体充填料，然后用于填补空采区，实现了完全无尾矿排放的历史性时刻。利用矿山开采中产生的大量固体废物作为充填材料，已经成为现代矿山开采的重要思路，为解决矿区环境污染问题提供了有效途径。充填技术还可以消除地表变形，快速填补采空区，并及时为采空区岩层提供支撑力，有效抑制围岩变形，减少位移扩大。充填可以形成新的工作面，优化后续作业条件，缩短采采填周期，提高采矿效率，并保护原有生态环境。2 采矿工程中采矿技术的改进策略2.1 掘进技术的改进矿业技术的改进需着重优化切割掘进技术，并立足于长远目标，大力发展新型的掘进机械、凿岩机械，以连续切割机械取代爆破技术。这是矿床开采技术的重要发展方向。由于爆破采矿方法会影响矿床围岩的稳定性，且矿石和废石混合量过大，还会增加选矿作业的工作量。机械切割掘进技术的改进提高了开采矿石的准确率，降低了矿石贫化率，切割掘进技术的应用实现了矿产资源从落矿、装载到运输的连续性，为连续采矿提供了支持。然而，在采矿过程中，采矿机受到矿床形态变化的影响，在复杂地质条件下限制了切割设备的使用场景，导致适应性差的问题。除切割掘进技术外，高压水射流破岩掘进技术也被广泛应用，高压水射流技术主要用于清洗和切割岩层，在软岩和中等硬岩破岩方面应用广泛。在破坚硬矿岩的情况下，由于使用高压水射流产生的压力较大，会影响射流发射系统的可靠性和安全性。为了提高高压水射流对硬岩的破岩能力，高压水射流破岩技术需要满足超高压和大功率的性能需求，为开采硬岩提供技术支持。激光破岩掘进技术是一种新型的采矿技术。高能激光束产生的热量可以将岩石局部加热，使岩石发生破碎、分解和熔化。在采矿过程中，高能激光作用下，岩石表面会发生热膨胀现象，当热应力超过岩石极限强度时，岩石会发生热破碎，从而实现破岩的目的。等离子破岩掘进技术与激光破岩掘进技术属于新型的采矿技术。该技术利用电能优势，使电解液转变为高压等离子气体，在等离子气体膨胀的作用下产生冲击波，类似于炸药爆破效果。等离子气体爆炸所产生的压力超过2GPa，完全满足对裂硬岩石的破坏需求。与传统的爆破方法相比，等离子气体爆破技术改善了作业环境，减少了围岩破坏，降低了环境影响。2.2 支护技术的改进支护作为采矿技术的核心要素，采用先进的支护技术对于提升采矿安全和效率具有重要意义。改进采矿支护技术已经成为采矿技术发展的基本趋势。膏体充填技术的应用有效解决了充填技术成本高的缺点。不仅可以在高价值矿物开采中使用充填法，还可以在多类型的矿床开采中采用充填法作为支护方案，提升了采矿工程的可持续发展水平。充填技术的应用能够有效控制岩层移动，降低地表沉陷，有力地保护了生态环境。对于控制深部开采产生的地压活动具有重要价值，也减少了巷道、采场失稳引发的地质灾害。目前，充填采矿法已成为大多数矿山工程采用的采矿方法。与传统的采矿模式相比，充填采矿法注重支护的有效性和安全性，在开采成本方面需要进行较大的投入。由于采矿工程要考虑到矿床开采价值和支护成本的相关性，确保二者处于平衡状态，在这一原则下，需考虑充填成本，因此需要对充填工艺进行改进，对充填材料进行优化。采用全尾砂膏体充填技术可以降低水消耗量，提升充填体的质量，实现充填成本和矿床开采利益的平衡，减少空区、岩爆问题的发生。全尾砂膏体充填技术代表了充填技术的发展趋势。2.3 采选技术的改进采选一体化是采选技术发展的基本趋势。采选一体化需要运用井下预选技术，在将矿石采到地面前先进行井下预选，将富集的矿石集中采选，降低废石比例，提升矿石的采选效率，对于提高采矿工程的经济效益具有重要价值。矿浆输送技术的优化和提升是采选技术改进的关键。在深部开采时，先进行井下预选矿石，预选完成后直接进行井下破碎，将破碎后的矿石研磨成矿浆，再使用管道输送技术将矿浆输送到选矿厂。这种技术应用缩短了采矿流程，具有较好的发展潜力。在管道输送技术中，水力输送成本较低，相比于其他输送方法，水力输送方案的投资小，适应各种地形，占用土地较少，能够在复杂的地质环境下连续作业，具有较好的抗干扰性和可靠性，实现了较高程度的自动化水平。改进采选技术时，可以优化选矿厂方案，在井下建立选矿厂后，直接将精矿输送到地面。有效减少了废石量，解决了提升作业的难题，提高了采选效率。将精矿运输到地面，将井下的废石、尾矿用于充填采空区，提高了资源的利用效率，减少了尾矿和废石对地面生态环境的污染，降低了采矿对周边环境的破坏，达到了无废开采的目标。运用井下选矿技术省去了地面建设选矿厂、尾矿库的成本，优化了采矿过程中的征地世界有色金属2023年7月上60采矿工程Mining engineering成本、建设成本和管理成本，有效提升了采矿工程的综合效益。3 采矿技术在采矿工程中的运用趋势3.1 采矿技术的生态化在绿水青山即金山银山的绿色发展理念的推动下，采矿工程应立足于生态保护和开采效益平衡的目标，加快矿产开采技术的创新和改进，这是促进采矿工程良性发展的关键。无废开采技术作为绿色采矿工程中的重要部分，应大力推广，对于推进采矿企业的发展转型具有重要意义。无废开采要求最大程度减少废料排放，实现资源综合利用率的大幅提升，消除矿产资源开发带来的生态问题、地质问题和经济问题。这也要求采矿工程必须从工业与生态的角度去优化采矿技术，使矿山生态、资源开采和经济发展相结合，降低排放量的同时，实现资源效益最大化与经济效益的最优化目标，为生态环境发展打下坚实基础。无废开采技术需要在全过程中进行应用，建立从选矿到废石利用的技术体系，充分发挥自动化技术、机械化技术、智能化技术在采矿工程中的应用水平，研发适应不同地质条件的采矿自动化、智能化机械设备，探索全过程一体化的采矿方案。在掘进方面，应采用先进的激光、水流、电能等无污染的技术手段，在采矿时应选用采切比最优的方法来降低矿石的贫化率，减少废料产出，在源头上有效控制废石产出率。加快选矿工艺技术的研发和创新，不断提高废矿废石回收率，实现资源综合利用率的有效提升，通过降低尾矿排放量，可以实现生态保护和降低开采成本的目标。同时，要不断开发新型的选矿设备，提高矿石资源中成分的利用率。在实践中，要加快井下预选、矿浆输送、井下选矿等技术体系的构建，使采矿工程的全部流程集中于地下环境，在采空区回填时使用废石和尾矿，提升采选废弃物的综合利用能力。不断加强废弃物的回收和二次开采水平，许多矿石的废弃物中包含着丰富的资源，通过技术创新，提高废弃物的二次利用水平，最终实现矿山废弃物零排放和零堆存的目标。3.2 采矿技术的自动化在自动化技术的不断发展下，采矿技术取得了重大进步和发展，推动了采矿工艺向自动化的方向发展。科技采矿理念已经成为新时期采矿工程的重要特征。采矿企业需要综合考虑采矿工程对效率、利益、品质等方面的影响，并对影响社会经济发展的因素进行约束。科技驱动力促使采矿企业改进技术、优化管理方案。采矿技术的自动化主要体现在采矿设备的机械化、自动化方面。随着自动化的推动，采矿设备的效率实现了跨越式的提升。然而，在适应性方面仍然存在很大不足之处，限制了采矿效率的提高。因此，优化自动化设备的适应性已成为采矿技术自动化的主要目标。在实践中，我们应加快大孔穿爆自动化设备、中深孔全液压凿岩自动化设备、井巷钻进自动化设备、铲运自动化设备的研发和创新，提升这些设备在不同采矿环境中的应用能力，提高掘进、出矿、采矿、选矿、输矿的效率，并优化辅助自动化设备的工作环境，以实现主设备与辅助设备的全自动化目标。采矿技术自动化为深井采矿提供了支持。随着浅藏矿床的枯竭，深部采矿有了很大需求。在超过1000m的矿山进行深井开采时，会面临着矿藏深、地动大、岩温高等难题。传统的人力很难实现深井和超深井采矿作业，而自动化技术的应用为深井、超深井矿山开发提供了有效的作业支持，解决了排水、支护、通风、掘进、运输等一系列问题。为加强深井和超深井采矿工艺技术的研发，我们需要立足于自动化理念，从材料、工艺等方面提升掘进、采选、输送、充填等机械设备的适应能力，提高采掘机械设备在超深井环境下的安全性和效率性。3.3 采矿技术的数字化引入数字化采矿技术是未来采矿行业实现快速发展的关键。随着互联网技术的广泛应用，采矿技术也迎来了转型、创新和升级的机遇。数字化的采矿技术不仅提高了企业效益，还为采矿企业的设计、生产、调度、灾害预警和开采监控提供了升级助推，同时为采矿工程的绿色化和自动化提供了基础。数字化采矿技术是一个系统性较强的框架，贯穿了采矿工程的整个过程，从矿山勘测、矿场设计、矿场开采、尾矿利用和精矿出厂，再到矿产企业的日常管理和资金流动、资源配比，数字化技术渗透在矿产企业经营生产的各个细节中，矿山开采和利用本身是一个整体性的活动。长期以来，由于工艺的复杂性，矿山开采的中间环节过长，导致产出效率低下，资源浪费严重。在数字化的帮助下，通过搭建数字化体系，矿山开采过程中的程序、制度和工艺更加透明，矿产资源可以重新配置，极大地降低了生产经营成本，提升了矿产开采的效率，实现了精矿筛选准确性和尾矿利用效率的目标。4 结语在采矿工程中，常用的采矿技术包括空场法、崩落法和充填法。不同的方法适用于不同的矿床环境，其中充填法具有高效率的特点，但在成本方面并无优势。通过研发新的充填材料和改进充填工艺，可以有效解决充填法成本高的问题。在采矿工艺中，需要着重改进掘进、支护和选矿等环节，以促进采矿技术的生态化、自动化和数字化发展。1黎运波.现代化采矿工艺技术在标准采矿工程中的应用探索J.IT经理世界,2022,25(4):3.2张骅.现代化采矿工艺技术在标准采矿工程中的应用探索J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(24):2.3王勃.探究现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用策略J.化工中间体,2021,000(015):153-154.4赵龙.采矿工程中现代化采矿工艺技术应用分析J.科学大众：科技创新,2020(5):1.5卢军.现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探讨J.测绘与勘探,2022,4(2):34-36.6张修民.现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探究J.现代工业经济和信息化,2022(005):012.7蒋鑫.现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探究J.现代工业经济和信息化,2020,10(10):2.