石灰石露天矿开采技术及设备优化配置策略

一、引言

随着建筑和工业生产的快速发展，石灰石需求持续增长，露天矿开采在资源开发中占据主导地位。本文通过分析石灰石矿体特点、开采方法及工艺流程，结合爆破、装载、运输和辅助作业技术，系统探讨设备配置原则和优化策略。研究旨在为矿山企业提供高效、安全、绿色的开采方案，实现资源利用最大化和可持续发展目标。

二、石灰石露天矿开采概述

（一）石灰石矿体赋存特点

凹陷式石灰石露天矿的矿体通常呈凹陷状地形，矿层厚度不一，局部呈条带状或板状分布。矿石质地均匀，硬度中等偏高，含杂质较少，但局部可能存在泥岩、黏土或薄煤层夹杂。矿体整体稳定性较好，但凹陷地形导致边坡承载力和排水条件存在差异，需要在开采设计中充分考虑边坡角度、台阶高度以及地质破碎带分布，以保证开采安全和效率[1]。矿体开采深度逐渐增加时，水文条件可能发生变化，需注意地下水渗入和排水系统设计。

（二）露天开采方法分类

针对凹陷式矿山，常用的开采方法主要有台阶开采法和阶梯式分段开采法。台阶开采法适用于矿体倾角较大、边坡稳定性良好的矿区，通过逐层开采形成稳定台阶，便于挖掘和运输作业；阶梯式分段开采法则适合矿体厚度变化大或局部地质条件复杂的矿区，将矿体分为若干独立开采段，分段控制边坡和爆破，既提高安全性，又便于矿石分级利用。

（三）开采工艺流程

凹陷式石灰石露天矿的开采工艺通常包括准备工作、钻孔与爆破、装载运输和排土等环节。准备工作包括地质勘察、测量放线、临时道路建设及排水系统布置；钻孔与爆破阶段需根据矿体结构和岩石硬度设计孔网参数，选择适当的炸药和爆破方式，以实现矿石块度控制和边坡稳定；装载运输环节通常采用挖掘机、装载机配合卡车运输，必要时结合胶带输送，保证矿石连续供应；排土和废石处理需根据凹陷矿形态，选择就近堆放或复垦方式，同时做好环境保护和水土保持。

三、石灰石露天矿开采技术分析

（一）爆破技术

常用的爆破方法包括孔网爆破、微差爆破和预裂爆破。孔网爆破通过合理布置钻孔间距、深度及炸药量，使矿石均匀破碎，便于后续装载作业。微差爆破则通过调整爆破顺序和装药密度，降低振动和飞石风险，适用于边坡保护和设备靠近作业场景。预裂爆破在特殊矿区中广泛应用，通过在边坡或断裂带预先形成裂缝，使主爆破后岩块自然裂开，减少二次破碎，提高矿石回收率和作业安全性。

（二）装载技术

装载技术直接影响开采效率和矿石运输成本。常用设备包括轮式挖掘机、装载机和抓斗机。挖掘机适用于大规模矿石剥离，可快速挖掘并直接装入运输车辆；装载机在短距离作业和矿石堆料中具有高效性和灵活性；抓斗机主要用于边坡废石或碎石的集中堆放。合理选择装载设备需综合考虑矿石块度、作业台阶高度、装载效率和设备能耗，同时优化作业顺序，使装载环节与爆破和运输环节匹配，避免因装载效率不足造成生产瓶颈。

（三）运输技术

运输环节是矿石从开采区到加工厂的关键环节，主要包括公路运输、胶带输送以及混合运输方式。公路运输适用于中小型矿区或矿石集中度高的区域，灵活性强但能耗较大；胶带输送适合连续、大量运输，可减少车辆使用和粉尘污染，提高能源利用效率；混合运输方式则结合两者优势，在不同作业阶段选择最优方案。运输技术的优化重点在于缩短运输距离、提高单次运量、降低运输成本，并确保设备与矿区布局、台阶设计及装载效率协调匹配[2]。

（四）辅助作业技术

矿区排水系统可防止雨水积存导致边坡失稳和设备作业受阻；防尘措施如洒水车、喷雾装置和覆盖措施，既保障作业环境，也保护矿区周边居民健康；边坡稳定技术通过支护结构设计、坡角控制和岩体加固，确保安全作业；环境保护措施则涵盖废石堆放、植被恢复和噪声控制。辅助作业虽非直接生产环节，但对整体开采效率、安全性及可持续发展具有重要支撑作用。

四、设备配置与优化策略

（一）主要设备类型与功能

凹陷式石灰石露天矿的开采设备主要包括钻机、挖掘机、装载机、运输车辆和辅助破碎设备。钻机用于矿体的钻孔作业，为爆破提供准确孔位和孔深，保证矿石块度和边坡稳定。挖掘机是矿石装载和边坡剥离的核心设备，可根据矿体台阶高度和矿石硬度选择轮式或履带式型号。装载机主要负责将爆破后的矿石装入运输车辆，同时也可用于废石清理。运输设备包括自卸卡车、矿用重型卡车或胶带输送系统，负责矿石从开采点到加工或堆场的高效运输。辅助设备如破碎机、振动筛及水炮，用于矿石破碎、筛分及粉尘控制，确保开采过程安全、环保并维持生产连续性。

（二）设备配置原则

凹陷矿的设备配置需遵循安全性、经济性和协调性原则。根据矿体形态、台阶高度和边坡稳定性选择合适规格的设备，避免因设备体积过大导致作业受限或边坡失稳。确保各环节生产能力匹配，避免因运输或装载设备不足造成生产瓶颈，提高设备利用率。同时，设备布局需考虑矿体凹陷形态，合理规划作业路线和堆料区域，减少车辆绕行和盲区作业，降低能耗与维修成本。兼顾环保要求，如减少粉尘和噪音影响，确保设备配置符合可持续开采目标。

（三）优化配置方法

凹陷式石灰石露天矿的设备配置和作业安排依赖经验判断，缺乏科学模型支撑。设备数量和运输路线未经过系统分析，作业节奏不均衡，导致部分环节出现瓶颈，运输效率低下，同时作业安全风险较高。设备选型多以初始投资为主，缺少对能耗、维修便利性和长期成本的综合考虑，经济效益不理想。

优化后，通过数学模型分析、仿真模拟和生命周期成本评估，实现了设备配置和作业流程的科学化。数学模型帮助确定了合理的设备数量、作业节奏及运输路线，使各环节平衡高效；仿真模拟检验了不同方案在矿体凹陷条件下的作业效率和安全性，优化了台阶作业顺序与运输调度；生命周期成本分析确保了设备选择既经济又易维护[3]。

五、结论

石灰石露天矿开采效率的提升不仅依赖先进的开采技术，更需要科学合理的设备配置。本文分析了矿体特性、开采方法、工艺流程及关键作业环节的技术要求，提出了设备配置原则与优化方法，包括产能匹配、经济性分析及智能化应用。实践证明，通过优化设备布局和工艺流程，可以提高矿石回收率、降低能耗和生产成本，同时增强作业安全性与环保水平。总体而言，系统的技术分析与设备优化策略是实现高效、绿色、可持续石灰石开采的核心保障，为矿山管理和生产决策提供了理论依据和实践指导。

参考文献

[1]王博.石灰石露天矿开采技术及设备优化配置策略[J].设备管理与维修,2021(24):118-119.

[2]常银联.石灰石露天矿开采技术及设备优化配置策略[J].设备管理与维修,2020(24):14-16.

[3]李村亭.石灰石露天矿开采技术及设备优化配置策略[J].城市周刊,2021(2):95,94.