采矿工程中的新技术与新工艺探究

引言

矿产资源作为工业生产与社会发展的重要支撑，采矿工程作为资源开发的关键环节，其技术进步一直备受关注。随着浅部易采资源逐渐减少，深部开采（埋深超过1000 米）规模不断扩大，高地应力、高水温、高瓦斯等复杂工况日益凸显；与此同时，环保政策的持续完善也促使采矿行业不断探索低碳、绿色的发展路径。在这样的发展态势下，新技术、新工艺的研究与应用，或将成为优化安全管理、提升生产效率、推进绿色发展的重要途径，助力采矿工程向精细化、智能化、生态化方向迈进。

1 采矿工程中的新技术应用

1.1 智能化开采技术

智能化开采技术依托物联网、大数据、人工智能等前沿技术的协同应用，为深部复杂矿体开采提供了新的思路与方法，有望实现“少人化、无人化”的作业目标，进而在提升开采安全性与效率方面展现出良好的应用潜力。其核心体系涵盖以下方面：

1.1.1 智能感知与监测系统

井下通过布设光纤传感器、红外摄像头、微震监测仪等设备，可实现对矿体应力、围岩变形、瓦斯浓度等数据的实时采集，并借助 5G网络将数据传输至地面控制中心。在实际应用中，部分矿山采用微震监测系统，能将矿体破裂事件定位误差控制在一定范围内，一定程度上实现顶板垮落风险的提前预警，为保障人员安全提供了有效支撑。

1.1.2 无人采矿装备

地下矿山引入无人驾驶铲运机、遥控掘进机等装备，借助激光雷达与路径规划算法，可实现铲装、运输作业的自动化运行。实践中，部分矿山的无人采矿工作面在减少井下作业人员数量的同时，提升了单次爆破出矿量，设备运行的稳定性也有所增强。在露天矿山领域，无人机测绘与智能爆破系统的应用，有助于实现采剥进度的精细化管理，对降低炸药消耗起到积极作用。

1.1.3 数字孪生与智能决策

通过构建矿山数字孪生模型，将地质数据、开采进度、设备状态等信息映射至虚拟空间，利用仿真模拟对开采参数进行优化。部分矿山运用数字孪生系统模拟不同爆破参数对矿体破碎效果的影响，通过方案比选，在矿石回采率方面取得了一定程度的提升。

1.2 绿色充填采矿技术

充填采矿法通过将废弃物（如尾砂、废石）制成充填体填充采空区，在控制围岩变形的同时，也为固废资源化利用提供了有效途径，在深部高应力矿体与环保敏感区的开采实践中展现出一定优势。近年来，该技术在以下方面取得了进展：

1.2.1 高性能充填材料

研究人员尝试以新型胶凝材料替代传统水泥，例如矿渣 - 粉煤灰基胶凝材料的应用，使得充填体 28 天强度能够达到 10MPa 以上，在成本控制方面也实现了一定程度的优化，降幅约为 30% 。针对高含水率尾砂，通过添加脱水剂的方式，较好地解决了传统充填体的泌水问题，有效促进了快速固化。部分矿山的实践数据显示，采用新型胶凝材料后，采空区稳定性得到了明显改善，地表沉降控制在 50mm 以内。

1.2.2 高效充填系统

智能化充填站的应用实现了自动配料、输送与浓度调控，配合在线监测系统，可根据实际情况对灰砂比（如尾砂 - 胶凝材料比例 20:1）进行灵活调整，有助于保障充填体质量的均一性。部分金矿的膏体充填系统运行数据表明，其小时处理能力达到 150m³ ，相比传统系统，充填效率有较为显著的提升，增幅约为 40% ，同时在减少井下粉尘污染方面也发挥了积极作用。

2 采矿工程中的新工艺创新

2.1 高效爆破新工艺

爆破作为采矿工程的核心工序之一，新型工艺通过优化能量释放机制，在改善矿石破碎效果的同时，一定程度上降低了对围岩的影响。

2.1.1 数码电子雷管爆破

相较于传统雷管，数码电子雷管能够实现较为精准的毫秒级延时控制（误差 <1ms ）。通过合理设计起爆网络（如采用逐孔起爆方式），在实际工程应用中，矿石大块率（ >500mm ）有较为明显的降低，部分案例数据显示从 15% 下降至 5% 左右。同时，爆破振动强度得到有效控制（质点振动速度 <10cm/s ），对周边巷道稳定性起到较好的保护作用。在某石灰石矿的实践中，采用该技术后，铲装效率有所提升，二次破碎成本也呈现出一定幅度的下降，分别约为 25% 和 40% 。

2.1.2 聚能切割爆破

在炮孔中配置聚能管，借助炸药爆轰产生的定向射流实现矿体切割，这种方式在薄矿体开采（厚度 <2 米）场景中展现出一定优势。从某金矿的应用情况来看，矿石回采率有显著提升，从 70% 提高到约90% ，贫化率也较好地控制在 8% 以内。

2.2 无废开采工艺

无废开采工艺借助“采选充”一体化设计理念，致力于实现矿产资源与固废的高效利用，在一定程度上缓解了尾矿库与废石场的占地压力：

2.2.1 废石 - 尾砂协同利用

将井下废石破碎后作为充填骨料，尾砂与胶凝材料混合制成膏体，两者配比约为 3:7 进行采空区填充。以某铁矿的无废开采系统为例，该系统每年可处理废石 50 万吨、尾砂 80 万吨，有效降低了尾矿库的堆存压力，降幅达到 60% 左右，同时在充填成本方面，每吨也有 15 元左右的节省空间。

2.2.2 伴生资源综合回收

通过对选矿工艺的优化完善，可从铜矿尾矿中回收铁、硫等元素，回收率分别能达到 30% 、 40% 左右；从煤矿瓦斯中提取氦气，纯度可接近 99.99% ，以此提升资源的综合利用水平。某多金属矿采用该工艺后，每吨矿石的附加值得到了一定提升，约增加50 元。

3 技术与工艺应用的优化建议

3.1 策与资金扶持建议

在推动矿山技术革新进程中，若能探索设立专项扶持资金，或对中小型矿山技术改造予以一定比例的补贴（例如智能装备购置成本的30% 左右），将有助于缓解企业资金压力。同时，可通过搭建“产学研用”合作平台，促进高校科研力量与矿山企业的深度协作，共同攻克如深部降温等关键技术难题。

3.2 技术适配性优化方向

建议根据不同矿体条件，研发具有灵活适配能力的模块化智能装备。同时，针对极端作业环境，加强耐高温、耐腐蚀等特殊性能传感器的研发，比如研制可耐受 150^∘C 高温的光纤传感器。此外，对于北方地区矿山，可尝试设计具有温度调控功能的封闭型生物浸出池，以维持相对稳定的作业环境（如25℃恒温条件）。

3.3 人才培育与行业标准完善路径

可考虑在高校专业设置中增设“智能采矿”相关学科，同时鼓励矿山企业建立常态化培训机制（建议年培训时长不低于 40 学时）。行业协会方面，可逐步完善新工艺相关标准体系，例如制定数码雷管爆破安全操作规范，并探索建立第三方认证机制，为行业发展提供规范指引。

结束语

采矿工程领域近年来涌现的新技术与新工艺，为传统开采模式带来了新的变革思路。智能化开采在一定程度上降低了人工操作依赖，绿色充填与无废工艺对环境压力的缓解效果值得关注，高效爆破与溶浸技术也为资源利用率的提升提供了新途径。展望未来，随着人工智能、新能源技术与采矿工程的进一步结合，“无人化、零排放、全循环”的发展方向展现出广阔前景，或将为矿产资源的可持续开发注入新动能。矿山企业可结合自身实际情况，审慎评估并尝试引入合适的新技术与新工艺，逐步探索转型升级之路。

参考文献

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