现代化新技术在露天矿山的应用

现代化新技术在露天矿山的应用

摘要：近年来，随着钢铁、煤炭和有色金属等行业的迅猛发展，露天采矿也越

来越受到人们的重视，尤其是新技术新设备的广泛应用，为矿业转型升级，实现

创新发展开辟了新领域——矿山开采的数字化、智能化。本文主要论述现代化技

术在国内露天矿山的应用。

关键词：现代化技术；露天矿山；应用

引言

我国露天矿山在开采期间，因多以单斗卡车间断工艺为主，生产组织和管理

粗犷等，导致设备利用率低下、施工现场计划混乱及生产效率低。在此形势下，

采用现代化新技术创新生产工艺，成为从业人员的关注要点。

1、露天矿山开采作业现状

1.1、开采特点

露天矿山开采作业具有如下特点：①资源友好，体现在资源利用率高，一般

能达到95%以上。②环境友好，开采后的土地可以进行复垦，实现生态环境保护和绿色可持续发展的目标。③安全性高，相比于井下作业，露天开采环境更加安全，常年生产作业死亡率远低于井工开采。④集中开采，由于生产规模大，采用集约化生产模式，能最大程度上降低生产成本。⑤机械化程度高，极大的提高了劳动力生产率，有利于开展现场管理工作和扩大产能。

1.2、存在问题

我国露天矿山的赋存特点，是煤层多、煤层厚、覆盖层厚，开采作业过程中

存在的问题主要有：①开采工艺单一，目前主要依靠单斗卡车间断工艺，不仅开采效率低，而且运营成本较高，影响经济效益。②在环境保护方面有误区，不少矿山企业采用先破坏、后治理的理念，严重影响了矿区的可持续发展。③机械设备更新速度慢，日常维修养护不到位，甚至出现超期运行的情况，影响生产安全。

④施工生产过程中计划混乱，管理粗犷且存在不按设计要求施工和三违现象。

⑤能源消耗大，环境污染严重。

2、3DMine制图软件的应用

2.1、3DMine制图软件概述

3DMine矿业工程软件是国内第一个通过了国土资源部门评审认证的既有传统几何图形法（断面法、块段法）也有距离幂次反比法、地质统计学法进行储量估

算的三维专业软件。3DMine软件是一套用于矿山开采设计、境界优化、采剥总

量计算、矿床地质管理、方量计算、爆破设计管理、井下开拓设计、采掘计划编

制及生产设施数据的三维可视化管理软件。

2.2、露天采矿设计中的应用

露天采矿设计应用露天采矿设计包括：露天境界优化、露天采场设计、中长

期采掘计划编制、短期计划编制、露天爆破设计和矿岩二次圈定等。1）露天境

界优化根据采矿矿石赋存条件，输入开采参数，可以计算得出最优的剥采比并输

出相应的数据及境界图，方便管理人员直观的了解露天采场开采设计。2）露天

采场设计根据采场现状，可以通过多种方法进行采场运输道路设计及优化，自动

生成工作平台，按照需求设计所需的工作台阶坡面角、作业平台宽度。并能进行

排土场设计优化。3）中长期采掘计划编制根据地质赋存条件模型，可以进行采

场采剥情况分析，并能输出计算结果及演算图形，直观了解采场生产演化过程。4）短期计划编制利用该软件，可以直接进行月度、季度及年度采剥计划编制，

且能显示出每个区域的矿岩总量及矿石地质品位，方便供配矿管理。5）矿区公

路设计路面设计、坡度设计、土方工程量计算。6）露天爆破设计和矿岩二次圈

定方便快捷的孔网参数，布孔方式和钻孔参数的选择；自动完成装药设计；可按

照爆破方式和导爆雷管延迟时间进行联网爆破模拟；在三维状态下，快速完成二

次矿岩边界圈定。通过该项技术的应用，能够使生产管理人员更加直观的进行分析，从而制定准确而精细的施工计划，达到精细化管理的目标。

2.3、结合露天矿山GPS卡车调度系统的应用

在引入3DMine矿业工程软件的同时，结合露天矿山GPS卡车调度系统，能

够为露天采矿设备提供自动化的、优化的车铲配比、附属设备指派及科学管理，

从而提高施工现场设备利用率。还能实现对采矿作业人员和设备的实时监控，降

低管理难度和成本。最终达到使用最低的消耗，保证配矿目标，完成最大的产量，提高露天矿生产效率的目的。

3、油电混合动力新技术的应用

3.1、柴油机+电动机混合技术

该技术是使用内燃机、电动机，带动2套液压动力系统、1套执行系统。在

油电转化上，不仅设计了互锁、互通、降压启动等功能，还设置了过载、过流、

漏电保护等系统，同时采用电缆跟踪自动收放装置。该技术的应用优势如下：①和单独燃油相比，在作业效率相同的条件下，用电成本是用油成本的30%；②现场作业期间不仅噪声小，而且不会排放废气，可以保护矿区环境；③配置防爆电机和全封闭电器，具有良好的防火性能，提高开采安全性；④根据实际生产需求，可以配置计量器、作业计时器等元件，实现光、电、液的一体化。

3.2、柴油机+电能混合技术

以电动轮卡车为例，当有电源供应时，此时采用辅助架线供电，柴油发动机

怠速运行；当没有电源供应时，柴油发动机驱动运行。现场生产中，如果遇到下

坡路段，车辆制动产生的电力，可以通过辅助架线传输至电网。该技术的应用优

势如下：①大型机械上坡时，解决了柴油发动机动力不足的问题，可以提高运行速度；②减少了燃油消耗量，替代使用部分电能，可以减少废气排放量，从而保护生态环境；③对运输卡车的性能要求低，尤其是柴油发动机的功率可以适当减小。

4、其他先进技术

（1）地下与露天联合开采。伴随我国露天矿山开采逐渐延深，相关施工单位应当对埋藏较深的急倾斜、大型倾斜矿床逐渐转变为地下与露天的联合开采。（2）半连续工艺技术的开拓运输系统。相关单位应该在深凹的露天矿山应用半

连续工艺技术开拓运输系统，它与以往单一的间断工艺运输系统对比，运营费用

与投资成本的综合费用更低且效率更高。此项技术在我国东鞍山以及大孤山这两

个著名露天铁矿的应用非常成功。（3）排土场、露天边坡稳定性分析以及运用

加固技术。此项成果借助多种方法、技术，对排土场以及露天边坡的稳定性进行

非常全面的分析和评价，进而对存在安全隐患的区域进行加固，为我国露天采矿

的安全作业提供保障。

5、露天矿山开采工艺的发展方向和趋势

目前，我国露天矿山在设备大型化、运输系统自动化方面已经接近国际先进

水平，但在智能化、矿山现代管理以及综合治理等方面差距较大。

5.1、智能化无人矿山

20世纪80年代，西方发达国家就开始在井下矿实施无人开采，至今已建成