露天采矿技术及其采矿设备的发展思考

祁 浩

（国家能源集团中国神华哈尔乌素露天煤矿，内蒙古鄂尔多斯 010300）

0 引言

露天采矿的施工环境十分恶劣，采矿设备复杂程度高，因此在施工过程中，相关工作人员应当格外注意工作规范，避免出现操作失误等情况，否则在造成经济损失的同时，也将直接危害自身的人身安全。随着露天采矿设备生产效率的不断提高，对机械设备的依赖程度不断加深。为了确保矿山开采工作平稳运行，延长露天采矿设备的使用寿命，工作人员应当在日常养护和维修中，及时排除安全隐患，拒绝设备“带病作业”，深入开展露天采矿设备的研究工作，加强设备的维护和保养，确保露天采矿设备在使用过程中始终保持良好状态。

1 露天采矿技术分析

1.1 间断开采技术

间断开采技术适应性强，在国内外露天开采中应用较为广泛，其中单斗挖掘机-卡车是较为常见的间断开采工艺。由于矿山卡车发动机的功率较大，运行中不仅消耗大量燃油，而且加大机械设备的维护成本，同时对环境造成污染。为了改善这种情况，可以加大新技术的探索力度，减少设备怠速运转，降低卡车燃油消耗，降低尾气排放对环境的污染。

1.2 半连续及连续开采技术

相较间断开采技术而言，半连续开采工艺运行成本低，人工劳动强度低，受气候条件制约少，容易实现自动控制。其能量消耗低，符合国家节能减排的政策和当下绿色低碳的发展理念，通过引进相关的工艺系统，可以优化岩石的剥离运输。该系统主要由电力驱动，成本相对较低，对环境污染较小，避免了卡车行驶产生的扬尘。然而在具体运行中受地质条件的影响，对空间布置具有一定要求，同时对爆破质量也有较高要求。

2 露天采矿技术应用现状

2.1 环境隐患突出

随着我国对环境保护要求的不断严格，国内外也在积极研究如何在合理利用矿产资源的同时，做好相应的环保工作。当前对于露天采矿过程中的环保问题，主要采用传统技术与新技术相结合的方式，不仅能充分利用矿产资源并节约成本投入，也能有效控制对环境造成的污染。通过应用矿山无废开采技术，能够落实产业政策，符合我国未来的发展方向。

露天采矿占用大量土地，很多土地因开采作业受到地下扰动而被破坏，直接影响当地的生态环境，严重的会引起水土流失等灾害现象。此外，一些工业酸性液体随意排放，腐蚀土壤，破坏地下水资源。当前我国矿区主要分布在北方，这一地区土地贫瘠，水资源短缺，因此，一旦水资源遭受破坏会严重影响当地居民的日常生活。此外，其开采过程中会有沙尘混合工业废气弥漫在空气中，遇降水容易形成酸雨，破坏土壤和地表水，对当地的生态环境造成恶劣影响，这需要引起相关部门的重视。

2.2 监管力度不强

中国人口众多，对矿产资源的需求量十分巨大。近年来，一些矿山开采企业为了追求产量，疏于管理，在矿产资源开发过程中安全管理制度不完善，安全措施落实不到位，安全监督力度不足，容易发生安全事故，制约了企业发展。部分煤矿企业为了缩短露天采矿的工作周期，不进行实地考察，直接搬用原有的开采计划，不仅在露天采矿过程中造成资源浪费，也出现非法施工等情况。有关部门监管不足，部分企业在生产过程中钻漏洞，抱有侥幸心理，没有安全保障措施，存在安全隐患和发生事故的风险。因此，为了确保露天采矿工作的安全运行，相关工作人员应当以身作则，建立完善的安全管理体系，定期监管，督促整改，确保露天采矿的工作效率和人员安全。

2.3 露天分期开采陡帮扩帮技术的应用

露天采矿能够最大化实现矿产资源回收率，与井下采矿相比，露天采矿的安全性更高。通常情况下，露天采矿技术采用自上而下的方式进行开采，需要大型采矿设备给予支持，而露天分期开采陡帮扩帮技术在露天开采中是一种常用的技术操作手段。为了提升露天采矿的效率和安全性，在分期开采的时候要注重操作技术的流畅性与设计规划的明确性，设置开采面时注意合理安排，控制临时工作帮坡角度在20°～35°，根据露天采矿的具体工作要求调整坡角。陡帮扩帮技术可以将露天开采区合理地分为采矿区段和扩帮剥岩区段，不断更新和完善这种新方法，在不同的标高设置不同的采矿和扩帮工作面，可以减少缓帮导致的基建剥离工程量大的弊端。在露天开采作业中，要提升工作效率和质量，应当注重当地的现实条件，结合具体环境特点，设置合理的台阶，运用新技术新工艺来减少工作量，促进集中化开采。

2.4 半连续及连续开采技术的进一步挖掘

半连续及连续开采技术是露天开采中比较常见的技术，能够有效降低露天开采对环境的污染，符合低碳绿色的理念。爆破是半连续及连续开采中重要的关键难点，爆破效果的好坏、岩石块度的大小，对半连续及连续开采工艺有较大影响。目前，在半连续及连续开采中，需要选择合适的自动式破碎剥离机器来降低运输成本。而在爆破时，也逐渐发展出了减震爆破技术、逐孔起爆技术和大区间微差爆破等，在实际的露天采矿作业中，根据当地的实际条件和工作设备等，灵活合理地运用各种爆破技术，解决在爆破中遇到的难爆矿岩情况，可大大提升工作效率。

3 采矿设备的发展

在采矿设备的操作使用过程中，设备缺陷和故障具有一定的隐蔽性和潜在性。矿山机械设备作为矿山企业的固定资产，是矿山开采的主要成本，设备在使用过程中会产生损耗，主要表现为矿山机械设备零部件老化等。如果施工环境恶劣会对设备造成额外的损耗，会直接影响设备的性能，容易使设备零部件松动、缺失、结构变形，在使用过程中发生故障。故障隐患在采矿设备中的发展过程具有规律性，体现在新设备出现故障的可能性较低，旧设备出现故障的可能性较高，因此工作人员一定要加强对旧设备的使用情况检查，确保设备在使用过程中能够运行良好，拒绝设备“带病”作业。露天采矿技术及其设备设计已经引起业内的广泛关注，推动设计人性化是确保采矿工作安全的基础，只有提高设备的安全性，才能够确保工作人员的生命安全、企业的财产安全。露天采矿设备也正朝着大型化、智能化等方向发展。

3.1 露天采矿设备的大型化发展

矿产作为不可再生资源，随着近几年开采量的加剧，资源在不断枯竭，而社会发展对于矿产的需求仍然有增无减，为了满足需求并且保证矿产公司的经济利益，人们逐渐将目光投向了边界品味矿体，对于工作面尺寸也进行了扩大，开始逐渐使用大型设备，加大开采规模。在最近几十年，露天开采设备的大型化趋势日渐明显。

（1）露天穿孔设备的钻孔直径增大。在这几十年里，露天采矿的穿孔设备由磕头钻、喷火钻、冲击钻逐渐发展，一直到钻孔直径大、穿孔效率高的牙轮钻的发明。牙轮钻机目前多用于大型露天矿开采中，其发展趋势逐渐呈现以下特点：①钻孔直径加大，一般认为钻孔直径保持在250～311 mm 是合适的；②轴压力、回转功率和钻机重量加大，实行强化钻进；③采用高钻架长钻杆，减少钻机的辅助作业时间；④钻机一机多用，能钻倾斜炮孔，以满足采矿工艺方面的要求；⑤采取措施，提高牙轮钻头的使用寿命；⑥对电力传动进行发展，使其能够在静态下控制驱动交、直流电机。

（2）露天装载设备的斗容不断扩大。大型露天装载设备主要包括电铲、液压挖掘机和轮式装载机，其中电铲一直是大型露天装载的主要装备，虽然投入成本高，但使用成本低。但液压挖掘机和轮式装载机也有电铲所没有的优点，例如重量比较轻、能够机动灵活地作业，投资少、设备更新更快等。在近几年，随着科技的进步，液压挖掘机和轮式装载机也推出了大斗容的产品，逐渐出现在了露天矿山的开采现场。

（3）露天运输设备的吨位不断增大。汽车能够更好地进行爬坡，转弯半径比较小，具备机动灵活的运输特点，非常适合需要均衡配矿和多点作业的露天矿区。最近几年，随着露天矿山的大型化发展，矿用汽车的有效载重也在不断提高，我国目前最大的矿用汽车的载重已经达到了334 t。

3.2 露天设备的智能化发展

在露天采矿设备朝着大型化发展的同时，随着微电子技术和卫星无线通信技术的发展，采矿设备也在逐渐朝着智能化的方向发展，并且取得了实质性的进步。

（1）车载监控系统主要的应用方向是对设备的完好状态进行监控、提供有关的维修信息。目前大部分露天采矿设备的生产商，都在设备的重要部件处设置了监控和报警功能，通过无线通信技术和中央计算机进行连接，实现了设备的实时监控和报警功能，能够及时通知维修人员查看故障，及时维修。

（2）卡车调度系统在露天矿山的运输生产中得到了主要应用。最开始是为了进行运输汽车的调度，现在已逐步实现实时数据的全面提供和监控，成为了露天矿山的最基本的系统之一。

（3）GPS 定位系统在露天开采中帮助克服了开采的主要障碍。其利用全球卫星定位系统对主要障碍及逆行精准定位，精确度在1 m 以内，甚至还有精度以厘米为单位的高精度系统，因此在露天矿山中的应用也越来越广泛。而且GPS 定位系统能够取代传统的测量手段来对露天矿的地表进行测量，提高了测量效率。传统测量仪器对安装状态的依赖性高，对于地形、能见度和安装人员的能力都有一定要求，而GPS 系统只需要打开设备，就能够完成测量定位。在具体应用方面，GPS 系统不会受到气候和光线的限制，在大多数时候都能够进行正常工作，并且在使用时GPS 系统不需要进行固定点的安装，就能够开始高精度的测量。

（4）露天开采设备能够进行整体的作业优化和控制。在钻机作业上能够事先精确定位，减少了在现场进行位置测量的时间，炮孔布置的精度高、时间短，超钻和欠钻的现象大大减少，这样能够制定出更好的爆破设计方案。其次对装载设备作业进行了优化控制，通过无线电技术，工程人员能够将生产计划从控制中心直接发送到装载设备的GPS 系统上，系统直接记录装载设备的实时工作进程，并且进行信息的实时反馈。操作人员可以通过机载显示屏了解周围的环境从而减少危险的发生，提高生产效率。对于卡车跟踪系统也进行了优化调度，在露天矿产中，运输成本占据很大比重，大型露天矿产中对运输设备的调度也是管理的重要内容，通过GPS 系统和多频道无线电通信，能够实现转载设备和调度室的信息传递，确定具体的装载地点和卸载地点，同时设计最优的运输路线，降低成本。

4 结束语

矿产资源是推动国家发展的重要资源支持，只有不断加快露天采矿技术的创新，提高设备性能，才能够确保露天采矿行业的顺利发展。在露天采矿过程中，工作人员应当做好相关防护工作，确保开采过程中工作环境的安全性能够达到施工标准。在露天采矿过程当中，相关工作人员应当及时检查安全设备及设施的运行情况，避免出现异常，影响安全生产。在未来，工作人员应当积极探索有关矿山开采设备的养护维修工作，丰富养护维修内容，在面对故障时能够科学应对，减少设备故障停机时间，提高实动率，从而提高矿山开采产量，使矿山企业获得稳定的生产效益。