非煤矿山设计中的资源高效利用策略研究

摘要：随着矿产资源需求的持续增长，非煤矿山开发面临资源浪费与环境保护的双重压力。本文从设计阶段入手，探讨资源高效利用的可行路径，提出通过优化矿体开发方案、强化废弃物循环利用及引入绿色技术手段，实现资源利用效率的系统性提升。研究结果表明，科学的设计策略能够降低开采损耗率，延长矿山服务年限，同时为生态保护提供技术支撑。本文提出的方法为非煤矿山可持续发展提供了实践参考。

关键词：非煤矿山；资源高效利用；设计优化；循环经济

引言

非煤矿山作为工业原材料的重要来源，其开发效率直接影响资源供给安全与生态环境。当前，传统矿山设计模式普遍存在资源回收率低、综合利用不足等问题，导致大量尾矿、废石堆积，加剧环境负担。如何在设计环节统筹资源开发与生态保护，已成为行业高质量发展的关键课题。本研究将从空间布局优化、工艺技术改进及循环系统构建三方面展开分析，旨在探索可推广的资源集约化利用模式，为矿山全生命周期管理提供科学依据。

一、矿山开发方案的空间优化设计

（一）矿体三维建模与精准定位

我们可采用地质建模软件（如Surpac、MineSight等）对勘探数据进行数字化处理，建立包含矿体形态、品位分布、围岩特征的三维可视化模型。通过设置0.5-1米的网格精度，准确划分经济可采区域与夹石剔除范围。针对缓倾斜薄矿体，应用"梳状"布巷方案，沿矿体走向布置主运输巷道，间距控制在50-80米，减少无效岩巷开拓量。在储量计算环节，可采用块段法与地质统计学相结合的方式，对厚度小于0.8米的薄矿层单独建立储量块段，避免传统整体估算造成的资源遗漏。

（二）采场参数动态调整机制

在采场布置无线传感器网络，需实时采集矿石品位（XRF快速分析仪）、岩体稳定性（应力应变监测仪）等数据。当监测到某区域品位波动超过设计值±15%时，自动触发参数调整程序：对高品位区域（如品位提升20%以上）缩小采场高度至设计值的80%，延长该区域开采周期；对于低品位区域启用临时支撑结构，允许适当加大采场跨度。针对厚度0.5-2米的薄矿层，采用"之"字形回采路线，每个回采台阶高度控制在3-5米，配套小型化凿岩设备（如双臂掘进台车），使薄矿层回收率提升至85%以上。

二、生产过程的资源循环体系构建

（二）选矿废料分级再利用技术

矿山选矿过程中产生的废石、尾矿等固体废弃物，可通过分级处理实现梯级利用。在选矿车间出口处设置振动筛分系统，采用双层筛网结构进行初步分选：上层30毫米孔径筛网拦截大块废石，下层10毫米孔径筛网分离中等颗粒。筛分出的粗颗粒废石（粒径大于30毫米）经颚式破碎机处理成30-50毫米的均匀骨料，直接用作井下采空区充填材料，既减少地表堆积占地，又节省外部采购充填料的成本。中颗粒废石（10-30毫米）通过传送带输送到建材加工区，与5%比例的水泥混合后，采用液压成型机压制成规格统一的免烧砖，其抗压强度可达10MPa以上，适用于矿区临时建筑墙体砌筑。

对于筛下细颗粒物料（小于10毫米），先通过磁选机回收含铁成分，再采用浮选工艺提取残余有色金属。处理后的尾砂与10%生石灰拌合，经轮碾机活化后，用高压制砖机成型为透水砖。该砖体孔隙率控制在15%-20%，既能满足矿区道路透水需求，又可消耗大量细粒尾砂。整个处理线配置自动化控制系统，操作人员只需在控制室监测设备运行状态，定期清理筛网即可。

（二）水循环系统的集成设计

矿山生产用水循环体系采用分级处理、按质回用的设计原则。在选矿厂区建设串联式水处理池组：初级沉淀池通过重力沉降4小时，去除80%以上的悬浮颗粒；二级处理池投加聚合氯化铝絮凝剂，使细小颗粒形成絮团沉淀；三级生物处理池培养复合菌群，通过生物吸附作用降低水中重金属离子浓度；最终清水池设置紫外线杀菌装置，确保回用水微生物指标达标。处理后的清水根据水质分级使用：透明度最高的Ⅰ类水（浊度小于5NTU）供浮选机等精密作业使用；Ⅱ类水用于矿石破碎区的喷雾降尘；Ⅲ类水则作为球磨机等设备的冷却水源。

各水池底部设计为锥形结构，便于沉淀物滑向中心排泥口。浓缩后的矿泥经板框压滤机脱水，形成含水率18%以下的滤饼，定期运送至精矿仓回收金属成分。循环水管网采用 UPVC 防腐管道，地上部分设保温层防冻。浮选车间安装电磁流量计监测用水，水位低于设定值时自动补水。

三、绿色技术支撑系统建设

（一）数字化管控平台应用

矿山数字化管控平台建设需聚焦实际生产需求，可采用"模块化部署+渐进式优化"的实施路径。在资源可视化模块中，将地质勘探数据与采矿CAD图纸叠加显示，通过颜色分层直观反映矿石品位分布，作业人员可随时调取任意剖面的矿体信息。

智能调度模块通过车载GPS与矿石品位检测仪联动，当运输车辆经过矿区主干道时，系统自动比对车载矿石品位与选厂需求。若检测到某批次矿石品位低于选矿阈值，立即引导车辆改道至废石场，减少无效运输能耗。设备健康管理方面，在关键轴承部位安装振动传感器，建立破碎机、提升机等设备的特征频率数据库。当检测到振动幅值超过基线值20%时，自动推送检修工单至维修班组，较传统定期检修方式可减少30%的非计划停机时间。平台界面设计突出实用性，采用矿山人员熟悉的工业控制风格，通过车间大屏、移动端APP同步数据，确保从技术员到一线工人都能快速掌握操作要领。

（二）生态修复协同设计

生态修复方案需与开采作业深度协同。表土剥离环节采用分区作业法：将矿区划分为50×50m的网格单元，使用铲运机按单元顺序剥离20-30cm表土层，避免混合深层贫瘠土壤。堆土场选址在矿区主导风向下风向500米外，底部铺设HDPE防渗膜，四周开挖排水沟防止雨水冲刷。储存期间在土堆表面播种苜蓿、田菁等绿肥作物，既固土保墒又能增加土壤有机质，实测数据显示储存2年的表土有机质含量仅下降1.2%。

开采阶段边坡治理采用"台阶式修复"工艺：每下降10m开采标高即形成一级台阶，台阶宽度根据矿车转弯半径设定为4-6m。在台阶内侧预埋直径30cm的PVC排水管，管壁钻孔形成盲沟排水系统，防止坡面积水引发滑坡。闭矿后立即实施复垦工程，在坡面铺设抗拉强度≥8kN/m的三维土工格室，填充由剥离表土、粉碎秸秆（占比15%）、腐殖酸（占比5%）组成的改良土，采用液压喷播机以6kg/m²的密度喷播紫穗槐、高羊茅等耐旱植物种子。在平台区域开挖30cm深种植槽，按2m×2m间距栽植刺槐、侧柏等乔木，形成立体植被结构。通过该方案，某石灰石矿闭坑3年后植被覆盖度达到76%，土壤侵蚀模数下降至120t/km²·a，达到同类矿区生态修复先进水平。

结论

非煤矿山设计的资源高效利用需贯穿开发全流程，通过空间布局优化提升开采精准度，依托循环体系减少废弃物排放，结合数字技术实现动态管控。这些策略的应用既能提高资源回收效益，又能降低环境治理成本，为矿山企业的绿色转型提供技术路径。

参考文献

[1]吴献.我国非煤矿山智能化发展现状及思考[J].中国金属通报，2023，（09）：4-6.

[2]陈静.基于云服务的露井联采矿水资源高效利用动态跟踪评价系统研发[D]. 山西：太原理工大学，2021.

[3]刘涛，李博，夏蕊，等. 不同工况下可见-近红外光谱的煤矸识别研究[J]. 光谱学与光谱分析，2024，44（3）：821-828.