采矿工程中采矿工艺的运用探析

罗 勇

（江西省南丰县自然资源局，江西 344500）

1 采矿工艺技术发展现状

随着科技的不断进步，采矿工艺技术呈现出从初级、粗糙的开采方式到现代高效、精细化的技术变革。在历史的早期，采矿主要依赖简单的手工作业和基础的机械设备，但现今，随着信息技术以及精准地质探测技术的引入，采矿行业已经迈入了一个新的纪元。这些高端技术不仅极大地提高了矿产资源的开采效率，还在复杂的地质条件、深部开采和环境保护方面展现出了其不可替代的作用。特别是在当今对环境友好和资源可持续利用的全球趋势推动下，绿色采矿技术和零排放技术日益受到关注，促使采矿工艺持续进行技术革新和完善［1］。从整体上看，采矿工艺技术的发展不仅标志着产量和效率的提升，更意味着采矿行业正向更加安全、环保和可持续的方向迈进。

2 现代化采矿工艺技术在采矿工程中的运用分析

2.1 机械开采工艺

机械开采工艺作为现代化采矿工程的核心技术之一，已经广泛应用于各种矿山开采活动中。这种工艺主要依赖先进的采矿机械设备，其主要技术特点包括：高度的自动化程度，能够实时监控并调整采矿进度和方案；精确的矿体定位与切割技术，确保在不损伤有价值矿体的同时，最大限度地减少废弃物的产生；以及与信息技术的深度整合，使得实地开采数据能够实时传输至控制中心，为工程决策提供有力支持。此外，机械开采工艺还大幅降低了矿工的劳动强度，提高了工作安全性，同时，由于其高效的作业方式，矿山的经济效益也得到了显著提升。总而言之，机械开采工艺代表了采矿技术的最前沿，是推动矿业可持续发展的关键力量。

2.2 爆破法采矿工艺

爆破法采矿工艺是采矿工程中的一种主流开采技术，尤其在硬岩矿床中具有明显的优势。该工艺主要运用化学爆炸剂或高能材料在矿体内产生瞬间的高压，通过爆炸的冲击波与振动效应，使矿石与围岩分离，达到快速开采的目的。技术上，爆破法重视钻孔的准确性和布置、爆炸物的选择与装药量的计算以及爆破时序的设计。随着现代化技术的发展，电子雷管的应用使得爆破时序能够精确到毫秒级，确保爆炸能量的合理分布并降低对围岩的不利影响。同时，配合现代测量与传感技术，爆破效果能够得到实时监控，以指导后续的开采决策。尽管爆破法具有开采效率高、适应性强的特点，但也需要面对挑战。例如，如何减少爆破对环境的影响、如何保障施工安全等问题［2］。总体来说，爆破法采矿工艺在技术与经验的结合上，持续地为采矿工程提供了高效且稳定的开采方案。

2.3 岩体加固技术

岩体加固技术在现代采矿工程中起到了至关重要的作用。其核心目标是提高矿井围岩的稳定性，减少地压突发现象，从而避免矿山事故的发生。技术上，岩体加固采用了多种方法：（1）锚杆支护，通过在岩体内部钻设并张紧的钢杆，增加围岩的整体强度；（2）喷射混凝土支护，将水泥浆液高速喷射到岩石表面，形成坚硬的支护层，提高矿井巷道的稳定性；（3）高强度注浆，通过向裂隙或空腔中注入特定材料（如聚氨酯、水泥浆等），填充并固化岩体，以增强其机械性能；（4）预应力技术，适用于大断面和大开挖面的场合，利用预应力锚索或预应力钢束，产生有利于岩体稳定的预压力。随着物联网、传感技术和大数据的发展，现场实时监测岩体应力、位移及环境参数已成为可能，为岩体加固提供了数据支持，使得加固方案能够更加精确、及时地调整，满足不同开采阶段和地质条件下的需求。

2.4 采空填充技术

采空填充技术是现代采矿工程中为解决采矿引发的地面沉降和矿山压力管理问题而发展起来的关键技术。这种技术主要针对在开采过程中产生的采空区进行填充，以减少或消除采空带来的不稳定性，确保矿井的安全运行，并减少对地表的影响。技术细节上，采空填充通常使用如下材料：（1）尾矿填充：使用浓缩尾矿，经过特定的预处理后，通过管道输送到采空区进行填充；（2）水泥浆液：将水泥、水和其他添加剂混合，形成流动性好的浆液，用于采空区的填充，增强了填充体的强度和稳定性；（3）膨胀材料：如膨胀珍珠岩、发泡混凝土等，这些材料在填充时体积会增大，适用于不规则的采空区。为了确保填充效果，现代化技术还涉及实时监测填充密实度、压力以及围岩与填充体之间的交互作用。此外，与数字化技术的结合，如物联网和传感器技术，可以实现填充过程的实时监控，确保填充质量，同时根据实时数据调整填充策略，进一步优化矿井的安全和经济效益。

2.5 特殊采矿技术

特殊采矿技术是针对具有特定地质条件和矿体特性的矿山所开发的一系列高效、安全的开采方法。这些特殊技术往往针对那些传统采矿方法难以处理或开采效果不佳的矿体。例如，对于位于大深度、高温、高压的矿体，采用液压支护和定向钻探技术，可以有效地减少地压和地热的影响，保证矿工的安全并提高采矿效率。针对那些矿体与围岩界限不清、散布状或形态复杂的矿体，采用微震监测和三维激光扫描技术，能够实时监控矿体的开采进度，确保矿石的提取率和减少矿石损失［3］。这些特殊采矿技术的应用不仅优化了资源的利用，提高了矿山的经济效益，而且大大增强了矿山的安全性和环境友好性。

图2 智慧矿山综合解决方案

3 当前我国采矿工艺技术面临的挑战与困境

3.1 技术研发与应用的滞后

我国采矿工艺技术虽然在过去的几十年中取得了显著进展，但与全球先进水平相比，仍然存在技术研发与应用的滞后。首先，资金投入不足和研究方向的不合理导致技术创新速度缓慢。尽管有大量的技术研究，但真正达到工业化应用的比例较低。其次，国内部分矿业企业对新技术的接受度不高，存在守旧思想，仍倾向于使用成熟但可能已经落后的技术，缺乏对新技术的尝试和验证。另外，国内外技术交流和合作还不够频繁，限制了新技术的快速传播和应用。

3.2 资源和环境约束的挑战

我国作为全球最大的矿产资源消费大国，面临着日益严重的资源与环境双重压力。首先，随着矿产资源的大量开采，优质易采资源日益减少，导致矿山深部开采难度加大，成本上升。这直接引发了开采难度增加、采矿成本升高和矿石品位下降的问题。其次，过度开采造成的生态破坏、地下水资源受污染和土地沉降问题日益突出。这不仅对当地生态环境造成了严重破坏，还引发了社会问题。此外，国内外对于矿业环境保护的法规和标准日益严格，这使得矿业企业在采矿过程中必须采取更加环保、低碳的技术和方法，从而增加了技术和经济的压力。

3.3 人才培养和技术转移的问题

我国的采矿工艺技术面对的另一大挑战是人才培养和技术转移问题。首先，在人才培养方面，尽管我国已建立了相对完善的高等教育体系，但与国际先进水平相比，我国在采矿工程专业的研究深度、教学方法、实践能力培养等方面仍存在明显差距。这导致了一部分高层次、复合型的技术人才短缺，难以满足现代采矿技术的发展需求［4］。其次，在技术转移方面，尽管国内外都有很多先进的采矿工艺技术，但由于技术壁垒、知识产权、高额的技术转让费用等因素，很多先进技术难以在国内得到广泛应用。同时，我国自主研发的技术在推广应用时也面临资金、政策支持不足等问题。这两方面的问题共同制约了我国采矿工艺技术的持续创新与快速发展，对提高我国矿业竞争力形成了严重挑战。

4 针对现实挑战的采矿工艺策略

4.1 强化研发，开发先进技术

针对我国采矿工艺所面临的实际挑战，强化技术研发并开发先进的采矿技术显得尤为重要。在全球矿业技术迅速发展的背景下，仅依靠引进技术已无法满足国内日益复杂的矿业环境和经济效益的双重需求。因此，必须加大对采矿技术基础研究的投入，推动关键核心技术的自主创新。这不仅涉及新型采矿方法的研究，更包括对现有技术的改进和优化，以及对新兴技术如智能化、自动化在采矿中的应用研究。同时，政府和企业应共同建立一个长效的技术研发机制，确保技术创新能够持续、稳定地进行，进而不断提升我国采矿工艺的整体水平和竞争力。

4.2 建立完善的技术标准体系

一套完善的技术标准体系不仅能为采矿工程提供明确、统一的技术指引，还能确保矿业开发的安全性和环境友好性。首先，通过科学的技术评估与研究，针对不同的矿种、地质条件和开采方式制定相应的标准和规范，确保每一步操作均有据可依。其次，这一体系需与国际标准接轨，促进我国采矿技术与国际前沿同步发展，同时为我国矿企走向国际市场提供有力支撑。此外，完善的技术标准体系还可以为技术研发、人才培养和技术转移提供有力指导，确保我国采矿工艺在应对各种挑战时始终保持领先地位［5］。

4.3 加强行业内外的交流与合作

深化行业交流，不仅可以促进先进技术和经验的共享，还能够促进产学研用各环节的紧密结合，为采矿技术的研发和应用提供更加宽广的平台。通过与国际矿业组织、高等教育机构以及业界领先的矿业公司建立合作关系，可以及时引进国外先进的采矿技术和管理经验，为我国矿业发展注入新的活力。同时，跨行业合作也能带来新的技术解决方案，如与环保、信息技术、新材料等行业的合作，可能为采矿工艺中的难题提供创新思路和技术手段。综上所述，通过加强行业内外交流与合作，能有效地提高我国采矿工艺的技术水平，推进技术创新，确保我国采矿工程的持续、健康、高效发展。

5 结论

采矿工艺是决定矿山可持续发展的核心要素之一，它直接关系到矿产资源的高效利用、工程安全与环境保护。经过多年的发展，我国的采矿工艺已经从传统的手工作业向现代化、自动化的方向迈进，但同时也面临着许多挑战和困境，特别是在技术创新、环境保护和人才培养方面。对于未来，必须坚持技术创新，积极引进和消化国外先进技术，建立完善的技术标准体系，并加强与各方的交流与合作，以期构建一个高效、绿色、安全的采矿工程体系。