露天矿陡帮开采技术的优化与应用分析

摘要 随着露天矿开采规模的不断扩大与资源开发需求的增长，传统开采技术面临诸多挑战。陡帮开采技术作为一种能有效提高资源利用率、降低成本的开采方式，在露天矿开采中逐渐得到广泛应用。本文深入剖析露天矿陡帮开采技术的原理、特点及应用现状，系统研究其在开采工艺、设备选型、安全管理等方面的优化策略，并对该技术的应用前景进行展望，旨在为露天矿高效、安全、可持续开采提供有力的技术支撑。

关键词 露天矿；陡帮开采技术；优化策略；应用前景

一、引言

露天矿开采在我国矿产资源开发中占据重要地位，然而，随着开采深度的增加与开采规模的扩大，传统缓帮开采技术暴露出剥岩量大、成本高、资源浪费等问题。陡帮开采技术作为一种创新性的开采方法，通过加陡剥岩工作帮坡角，有效调整采矿与剥岩的时空关系，在减少初期剥岩量、降低生产成本、提高资源回收率等方面展现出显著优势。近年来，随着开采技术的不断进步与对资源高效利用的重视，陡帮开采技术得到了更深入的研究与广泛应用。但在实际应用中，该技术仍面临一些技术难题与安全风险，亟需对其进行优化与完善，以进一步提升露天矿开采效率与效益。

二、露天矿陡帮开采技术概述

（一）陡帮开采技术原理

陡帮开采是指通过特定的工艺方法、技术措施和采剥程序，加陡露天矿剥岩工作帮坡角的开采方式。其核心原理是在保持采矿量不变的前提下，将剥岩帮上的台阶划分为工作台阶和暂不工作台阶，仅要求工作台阶的工作平盘宽度满足最小工作平盘宽度要求，而暂不工作台阶可根据安全及运输通道需求尽量减小宽度，从而减小整个剥岩工作帮上台阶所占平盘宽度，实现剥岩工作帮坡角的加陡。这种方式使得接近露天境界圈附近的部分岩石推迟到后期采出，有效调整了采矿与剥岩的空间关系在时间上的分布。

（二）陡帮开采技术特点

减少初期剥岩量：与传统缓帮开采相比，陡帮开采通过控制暂不工作台阶数和宽度，可显著减少露天矿开采初期的剥岩量，降低初期投资成本，缩短投资回收期。

降低生产成本：由于推迟了部分剥岩量，减少了前期设备投入与运行费用，同时，较短的运距和高效的开采工艺进一步降低了运输和开采成本，提高了矿山经济效益。

提高资源回收率：陡帮开采能够更灵活地适应矿体赋存条件，通过优化开采顺序和参数，减少了矿石的损失和贫化，提高了资源回收率，延长了矿山服务年限。

缩短边坡暴露时间：通过合理安排采剥顺序，可缩短最终边帮的暴露时间，减少边坡因长期暴露受风化、雨水冲刷等自然因素影响而导致的稳定性降低风险，有利于边坡的安全稳定。

（三）陡帮开采作业方式

组合台阶开采方式：将若干相邻台阶组合成一组，以组合台阶为单位进行采剥作业。各台阶之间通过合理的运输通道和作业顺序进行协调，提高采剥效率，适用于矿体厚度较大、赋存条件相对稳定的露天矿。

倾斜条带式开采方式：剥岩帮上以一组台阶形式整体作业，自上而下扩帮推进，在剥岩帮下部设置截碴平台。该方式适用于围岩较稳固、矿体产状较缓的露天矿，可有效提高工作帮坡角，减少剥岩量。

工作台阶追尾式采剥：工作线横向布置纵向推进，各工作台阶依次跟进，后一台阶在前一台阶采完一定距离后开始作业，实现采剥作业的连续进行，提高设备利用率和开采效率。

并段穿爆、分段采装：将相邻台阶合并进行穿孔爆破，然后分段进行采装作业，减少穿孔爆破次数，提高爆破效果和采装效率，降低生产成本。

三、露天矿陡帮开采技术优化策略

（一）开采工艺优化

创新采剥方法：结合矿山实际情况，研发和应用新型采剥方法。例如，采用智能化无人开采技术，通过自动化凿岩台车、遥控铲运机等设备，实现采剥作业的远程控制和自动化操作，减少人员在高风险区域的暴露，提高作业安全性和效率；研究采用连续开采工艺，如轮斗挖掘机 - 带式输送机工艺，提高开采强度和连续性，降低生产成本。

优化台阶参数：根据矿体赋存条件、岩石力学性质及开采设备性能，合理优化台阶高度、宽度和坡面角等参数。增加台阶高度可减少台阶数量，降低剥岩量，但需考虑设备的挖掘能力和边坡稳定性；合理减小台阶宽度可加陡工作帮坡角，但要确保满足安全和运输要求。通过数值模拟和现场试验，确定最优台阶参数组合，提高开采效率和经济效益。

（二）设备选型与配置优化

选用高效设备：根据陡帮开采工艺特点和矿山生产规模，选择适合的高效开采设备。例如，选用大功率、高可靠性的凿岩设备，提高穿孔效率和质量；采用大型、高效的铲装设备，如电动液压铲，提高铲装能力和作业效率；配备合理载重量的运输车辆，优化运输系统，减少运输成本。

优化设备配置：根据采剥作业流程和生产能力要求，合理配置设备数量和类型，确保各工序之间的衔接顺畅，提高设备利用率。采用设备智能化管理系统，实时监测设备运行状态，及时进行设备维护和保养，减少设备故障率，保障生产的连续性。

（三）安全管理优化

建立安全监测系统：针对陡帮开采的安全风险，建立完善的安全监测系统。利用传感器技术、物联网技术等，对边坡位移、应力、爆破震动等参数进行实时监测，通过数据分析和预警模型，及时发现安全隐患，提前采取防范措施，防止事故发生。

加强爆破安全管理：优化爆破设计，采用控制爆破技术，如预裂爆破、微差爆破等，减少爆破震动和飞石对边坡及周边环境的影响。加强爆破作业现场管理，严格执行爆破安全规程，确保爆破作业安全。

完善安全管理制度：建立健全安全管理制度，明确各部门和人员的安全职责，加强安全教育培训，提高员工的安全意识和操作技能。制定应急预案，定期进行演练，提高应对突发事件的能力。

（四）边坡稳定性控制优化

开展边坡稳定性研究：运用数值模拟软件，如FLAC3D、ANSYS等，对陡帮开采过程中的边坡稳定性进行模拟分析，研究不同开采方案、地质条件和边坡参数对边坡稳定性的影响规律。结合现场监测数据，建立边坡稳定性预测模型，为边坡稳定性控制提供科学依据。

优化边坡支护措施：根据边坡稳定性分析结果，采用合理的边坡支护措施。对于稳定性较差的边坡，可采用锚杆、锚索、挡土墙等支护结构，提高边坡的抗滑能力；在边坡表面采用喷射混凝土、挂网等防护措施，防止岩石风化和剥落，增强边坡的稳定性。

合理安排采剥顺序：在陡帮开采过程中，合理安排采剥顺序，避免因采剥顺序不当导致边坡应力集中和变形过大。遵循自上而下、由外向内的开采原则，及时对已形成的边坡进行维护和加固，确保边坡安全稳定。

四、结论

露天矿陡帮开采技术作为一种先进的开采方式，在提高资源利用率、降低生产成本、保障边坡安全等方面具有显著优势，已在国内外露天矿开采中得到广泛应用。然而，为了更好地发挥该技术的优势，应对其在应用过程中面临的问题，需从开采工艺、设备选型、安全管理和边坡稳定性控制等方面进行优化。随着科技的不断发展和对矿产资源开采要求的不断提高，陡帮开采技术将朝着智能化、绿色化和适应复杂地质条件的方向发展，为露天矿高效、安全、可持续开采提供强有力的技术支持。在未来的露天矿开采中，应进一步加强陡帮开采技术的研究与应用，不断推动露天矿开采技术的创新与发展。

参考文献

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