金属矿山开采技术发展现状与展望

引言

金属矿产资源是现代工业发展的重要基石，广泛应用于机械制造、电子信息、能源交通等多个领域，对国家经济建设和社会发展起着至关重要的支撑作用。随着全球工业化和城镇化进程的加速推进，对金属矿产资源的需求持续攀升。经过长期大规模的开采，浅部易采资源逐渐枯竭，金属矿山开采不得不向深部、复杂地质条件区域拓展。我国众多金属矿山开采深度不断增加，部分矿山已进入千米深井开采阶段，面临着高地应力、高温热害、高渗透压等复杂地质环境问题，开采难度和安全风险显著增大 。

、金属矿山露天开采技术现状

1.1 开采工艺

在金属矿山露天开采中，穿孔爆破工艺是关键环节。牙轮钻机和潜孔钻机作为主流穿孔设备，前者凭借高钻进效率与大孔径优势，常用于中硬及以上硬度矿岩的穿孔作业。后者则以灵活机动的特点，适用于小型矿山或复杂地形区域。爆破技术持续革新，微差爆破通过精确控制起爆时间间隔，减少爆破震动对周边环境的影响；预裂爆破能形成平整的爆破边界，降低后续采装难度。数码电子雷管爆破则显著提升了爆破作业的安全性与可控性。采装与运输工艺同样不断发展，大型电铲和液压铲凭借强大的挖掘力与高效作业性能，大幅提高采装效率。运输方式呈现多元化，汽车运输灵活性高，适用于中小规模矿山及地形复杂区域。

2.2 开采设备

金属矿山露天开采设备呈现大型化与智能化发展趋势。大型钻机、电铲和运输车辆的应用，显著提升了开采效率并降低了单位开采成本。大型化设备对操作与维护人员的技术水平要求更高，设备维护成本也相应增加。智能化设备逐渐成为行业发展新方向，无人驾驶矿用卡车通过 GPS 定位与智能控制系统，实现自主规划路线、避障和装卸作业，有效减少人为操作失误，提升作业安全性。智能电铲配备传感器与自动化控制系统，可实时监测挖掘参数，优化作业流程，提高开采精度与效率。

二、金属矿山地下开采技术现状

2.1 采矿方法

空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法是金属矿山地下开采常用的方法。空场采矿法适用于矿石与围岩稳固的条件，在回采时将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房后采矿柱。像全面采矿法，在缓倾斜薄矿体开采中应用广泛，采场内留不规则矿柱支撑顶板。房柱采矿法规则地布置矿柱，以支撑顶板，便于机械化作业，提升开采效率。崩落采矿法则借助崩落围岩实现地压管理，伴随矿石采出，强制或自然崩落围岩填充采空区。分段崩落法将阶段划分为若干分段，自上而下分段回采，崩落矿石从分段底部出矿巷道运出；阶段崩落法则在整个阶段内进行回采，崩落矿石通过底部结构运出，适用于大规模开采厚矿体。充填采矿法在回采时逐步用充填料填充采空区，控制地压、减少地表下沉，还能预防自燃矿石火灾。

2.2 支护技术

金属矿井地下开采的支护技术是对作业安全、巷道稳定起重要作用的技术。传统的木支护、砌碹支护、钢拱架支护均为被动支护，只能被动承受围岩变形。锚杆支护、锚注支护、锚喷支护、锚网喷支护等主动支护方式能改变围岩内部结构，提高岩石自身强度。如全长黏结式锚杆将全长式锚杆与黏结式锚杆结合，大大提升锚固强度。喷射混凝土由干喷发展至湿喷，极大的改善了工作环境，降低了粉尘的危害。

2.3 运输提升技术

运输提升系统是地下矿山的重要组成部分，联系着各开采环节，决定着矿山的正常生产。采场出矿经历了由人工向有轨、无轨运输技术发展的过程，无轨自行设备运输技术成熟稳定，铲运机进行采场短距离出矿，出矿容易、效率高；地下汽车用于井下长距离运矿，国外应用广泛。随着开采深度的增加，提升距离变长，提升技术难度大幅上升，提升成本日益增高。

三、金属矿山开采技术未来展望

3.1 大数据与人工智能技术应用

AI 赋能金属矿山开采。AI 赋能金属矿山的开采工艺优化（通过对海量数据，包括地质数据、设备及生产数据等构建开采模型，实现优化爆破参数和采掘计划、AI 对设备运行数据进行异常模式识别并预测设备潜在故障）、地质建模（结合钻孔数据、地球物理探测信息进行高精度三维地质建模，为资源勘察开采设计提供支撑信息）。

3.2 高效节能开采技术研发

高效节能开采技术是金属矿山绿色发展的关键路径。在凿岩爆破环节，新型脉冲凿岩技术通过高频振动降低钻头磨损，节能型设备研发也取得突破，全电动矿用卡车凭借零尾气排放、能量回收效率高的优势，逐步替代柴油动力车辆。此外，能源回收技术在矿山的应用日益广泛，通过余热回收系统将空压机、提升机等设备产生的废热转化为电能或热能，提升能源综合利用率。高效节能技术将与智能化系统深度融合，通过实时监测能耗数据，动态优化设备运行参数，实现全流程节能降耗。

3.3 环保型开采技术创新

环保型开采技术聚焦于减少废弃物排放与生态影响。无废开采技术通过矿石原位破碎、就地充填等工艺，将开采过程中的废石与尾矿全部回填井下，实现 “零排废”。加拿大 Kidd Creek 铜矿采用膏体充填技术，将尾矿与水泥混合后回填采空区，不仅避免尾矿库占地与环境污染，还增强了矿山稳定性，矿石回收率提高。绿色选矿技术通过生物浸出、微波预处理等创新工艺，降低化学药剂使用量，减少废水排放。

3.4 开采与生态修复协同

开采与生态修复协同发展理念推动金属矿山从 “先破坏后治理” 向 “边开采边修复” 转变。在技术层面，将生态修复措施融入开采设计，如在露天矿开采中采用 “分区开采 - 及时复垦” 模式，每完成一个开采区域，立即进行土壤重构与植被恢复。政策层面，政府通过建立生态修复基金、实施 “以奖代补” 政策，激励企业主动开展修复工作。在管理方面，利用区块链技术构建生态修复监管平台，实现修复进度与效果的实时追溯。

结语

金属矿山开采技术虽取得显著进步，但仍面临深部开采难题、生态破坏等挑战。智能化、绿色化技术的应用，为提高开采效率、降低环境影响提供了有效路径。随着技术创新与多学科融合，金属矿山开采将朝着智能化、绿色化、协同化方向发展，实现资源高效开发与生态环境保护的协同共进，推动行业可持续发展。

参考文献

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