韋文光
(南寧交投北部灣礦業(yè)有限公司,廣西 南寧 530028)
隨著科技和時(shí)代的不斷發(fā)展,在露天礦山開采的過程中,越來越多的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)被應(yīng)用于開采過程中,使得開采的效率和質(zhì)量得到了顯著提升,這對(duì)礦業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)和基礎(chǔ)保障。然而在目前仍有許多露天礦山開采工藝中存在一些制約和弊端,使得礦產(chǎn)開采經(jīng)濟(jì)效益無法進(jìn)一步提升,生態(tài)保護(hù)理念無法深度落實(shí)。所以要想促進(jìn)礦業(yè)進(jìn)一步發(fā)展,要從開采工藝著手,不斷改進(jìn)露天礦山開采工藝技術(shù)。
在露天礦山開采過程中,所涉及到第一項(xiàng)工藝流程便是穿孔工藝,通過穿孔工藝能夠使得后續(xù)爆破任務(wù)順利執(zhí)行。在穿孔工藝開展過程中,還會(huì)影響到后續(xù)爆破和采裝,在穿孔工藝中,無論是布孔還是孔鉆選擇,都會(huì)對(duì)實(shí)際爆破效果產(chǎn)生影響。目前在實(shí)際工作中常用穿孔設(shè)備為潛孔鑿巖機(jī),所使用的鉆頭分別為牙輪鉆、淺孔鉆、火鉆等。這一穿孔設(shè)備和鉆頭在具體工作中所能達(dá)到的深度,可最高可達(dá)四十米左右,一般可以滿足在露天礦山開采過程中實(shí)際需求。目前隨著自動(dòng)化技術(shù)不斷深入,鉆孔設(shè)備在投入使用過程中極大地減少了輔助作業(yè)的投入,鉆孔所投入費(fèi)用也會(huì)相對(duì)變低[1]。
爆破工藝是露天礦山開采過程中所涉及到的第二項(xiàng)工藝,在對(duì)露天礦山進(jìn)行穿孔工藝之后,便將炸藥安裝至所設(shè)定好的位置,通過定向爆破形式使礦山整體礦巖破碎或松動(dòng)。這樣才能使得后續(xù)礦山開采工作擁有一定工作條件,定向爆破是露天礦山開采過程中最具工藝性和技術(shù)性的一項(xiàng)工作,而且在工作中也具有一定危險(xiǎn)性,容易在爆破過程中發(fā)生安全事故。
在露天礦山開采過程中排土以及排土場設(shè)置,也是礦業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作,排除工作會(huì)影響開采的工作效率,對(duì)后續(xù)開采工作造成很大影響。而排土場安全又是礦產(chǎn)開采工作中安全管理工作,一旦發(fā)生安全事故,不僅會(huì)使開采工作滯留,還會(huì)引發(fā)一定安全事故災(zāi)害,在社會(huì)中也會(huì)造成不良影響。
采裝工作是露天礦山開采中核心環(huán)節(jié),是指將爆破或挖掘所產(chǎn)生礦物和其他雜質(zhì),轉(zhuǎn)移至運(yùn)輸容器內(nèi)。在露天礦山采裝工作中,所采用采裝設(shè)備大多是由挖掘機(jī)所走產(chǎn)等組成,一些小型露天礦山會(huì)采取人工裝巖或裝巖機(jī)方式。在采裝和運(yùn)輸過程中,不僅對(duì)于開采效率有很大影響,同時(shí)也是礦產(chǎn)開采安全管理工作中非常重要的環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)淺眼藥壺爆破工藝,在實(shí)際爆破工作中效率相對(duì)較低,對(duì)于開采工作而言會(huì)嚴(yán)重影響工作效率,為后續(xù)開采工作制造不必要的麻煩。而在分層開采工作中,采剝率對(duì)于開采實(shí)際工作效率和質(zhì)量有很大的影響,往往使得部分露天開采工作中經(jīng)濟(jì)效益難以進(jìn)一步提升,甚至?xí)霈F(xiàn)虧損狀況。除此之外,露天礦山開采工作涉及到多項(xiàng)工藝,通常需要不同工作人員在現(xiàn)場開展一系列工作,在管理過程中容易對(duì)工作順利開展產(chǎn)生影響,使礦產(chǎn)工作效率難以進(jìn)一步提升。除此之外,露天礦產(chǎn)開采還受天氣的影響,如遇冰雪暴風(fēng)天氣,就必須要終止露天開采工作這也會(huì)使露天開采工作效率受到阻礙。
露天礦山開采在爆破過程中過于產(chǎn)生一系列安全問題,不僅對(duì)于開展工作會(huì)造成很大的影響,而且還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境有諸多不利影響。在爆破過程中會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量飛石,而且飛石所產(chǎn)生距離也十分遠(yuǎn),再加上爆破發(fā)出生噪音和振動(dòng),嚴(yán)重影響周邊環(huán)境。除此之外,在露天開采過程中還會(huì)產(chǎn)生大量粉塵,汽車和其他機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中也會(huì)產(chǎn)生大量廢氣。再加上開采礦石中有害粉塵與大氣水分接觸時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng),也有可能造成其他生態(tài)污染。再加上排土場對(duì)周邊環(huán)境占用也有可能使得山地和農(nóng)田土壤受到生態(tài)破壞,總之在露天礦產(chǎn)開采過程中,目前所采用的工藝或多或少會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成諸多不利影響。
露天礦產(chǎn)開采工作本就存在一定危險(xiǎn),尤其是在爆破工作中定向爆破依然存在諸多隱患,是無法通過計(jì)算和模擬的方式預(yù)估安全事故。在露天礦產(chǎn)開采過程中,常見的事故包括有炸藥庫爆炸、炸藥材料問題導(dǎo)致遲爆早爆、爆破任務(wù)產(chǎn)生濃煙危害等。除了這些意外事故之外,在爆破過程中,本就伴隨包括地震、空氣沖擊波、飛石、噪聲、有害氣體等危害,使得礦石開采工作面臨著諸多危險(xiǎn),再加上排土場和采裝過程中也會(huì)面臨一系列突發(fā)事件,更是使得開采過程面臨很大的安全隱患。
在露天礦山開采過程中,爆破任務(wù)是影響其工作效率和安全問題的重要原因,因此在實(shí)際開采過程中,應(yīng)當(dāng)針對(duì)目前爆破工作進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。首先要分析各種爆破手段,以及針對(duì)定向爆破技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),目前常見的起爆方法有火雷管起爆、電雷管起爆、導(dǎo)爆管起爆和混合起爆的方式,各種起爆方式都各具優(yōu)缺點(diǎn),其中火雷管起爆操作簡單,不受外來影響,成本較低,但是起爆過程安全性相對(duì)較差,也不能精準(zhǔn)控制爆破順序。電雷管方式較為穩(wěn)定,在起爆過程中能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離定向爆破,能夠改善傳統(tǒng)爆破方式下的危險(xiǎn)性,但是這一方式所需準(zhǔn)備時(shí)間相對(duì)較長,而且還會(huì)受到靜電或其他外在電流影響發(fā)生早爆事故。導(dǎo)爆管的方式相較于前兩者方式較為完善,但是其不能通過儀表檢查引爆的線路質(zhì)量,同時(shí)也不可用于瓦斯或煤塵有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境。因此在具體爆破過程中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境選擇爆破方式,也可采用混合起爆方式,對(duì)復(fù)雜礦山環(huán)境進(jìn)行爆破工作,以減少爆破對(duì)于礦產(chǎn)開采造成的諸多不利影響[2]。
除了以上爆破手段之外,目前在實(shí)際開采過程中還出現(xiàn)了新型爆破方式,通過物理爆破的方式將鉆孔工藝和共振技術(shù)應(yīng)用到爆破過程中。相較于定點(diǎn)爆破方式能夠更加穩(wěn)定,也減少了由于爆破所產(chǎn)生的地震、噪聲和飛石。隨著技術(shù)不斷發(fā)展,該項(xiàng)技術(shù)在經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)踐和研究,一定會(huì)廣泛應(yīng)用于日后露天礦產(chǎn)開采中。
排土排水工作對(duì)于礦山開采而言是相對(duì)重要的環(huán)節(jié),然而往往會(huì)被開采方所忽視,對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。首先排土場設(shè)立要考慮到排土場的滑坡、沉陷等對(duì)周圍環(huán)境不利影響,還要在礦產(chǎn)開采結(jié)束之后實(shí)施復(fù)土造田計(jì)劃,其次要加強(qiáng)對(duì)排土場的管理工作,嚴(yán)格要求相關(guān)工作人員按照規(guī)章制度完成排土工作,且不得閑雜人等靠近排土場避免發(fā)生安全事故。排水工作要考慮到礦產(chǎn)開采過程中是否有有害物質(zhì)排出,避免排水工作對(duì)周邊的水質(zhì)和土壤造成污染。
3.2.1 排水工藝改造方法
(1)地面排水:一般在邊坡巖體外部修建排水溝,防止地表水流入邊坡巖體表面裂縫。邊坡頂面也應(yīng)有一定坡度,防止坡頂積水。在有較大開口裂縫的邊坡中,裂縫也必須封堵。
(2)地下水排水:可以排放或降低地下水,以減少地下水的危害。地下水排水包括自然排水和人工排水。
3.2.2 排土場事故的工藝改造措施
(1)對(duì)選定的排土場進(jìn)行水文地質(zhì)和工程地質(zhì)調(diào)查。分析可能發(fā)生的滑坡類型,并評(píng)估排土場各路段的穩(wěn)定性。當(dāng)排土場工程水文地質(zhì)條件較差時(shí),采礦工程設(shè)計(jì)應(yīng)包括處理工程措施、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法、穩(wěn)定性分類等[3]。
(2)注意排土場的施工質(zhì)量。大多數(shù)礦山排土場的基底覆蓋著一層表土或一層風(fēng)化軟巖。這一軟弱面層往往成為排土場滑坡的重要誘因。因此,如果基底或軟巖較薄,應(yīng)在傾倒前進(jìn)行開挖。如果厚度較大,可通過爆破處理,以改善排土場基底的摩擦,增加排土場的穩(wěn)定性。
(3)建設(shè)和完善排土場排水設(shè)施。流入排土場的地表水應(yīng)截流,不得倒入排土場。對(duì)排土場原有地表水和滲入廢石的大氣降水進(jìn)行疏浚??深A(yù)筑滲堤、盲排水溝等排水措施進(jìn)行排水。
(4)修建擋土墻和邊坡。擋土墻和邊坡是在可能出現(xiàn)潛在滑動(dòng)面的位置用堅(jiān)硬巖石修建的工程處理措施。擋土墻和邊坡只有在仔細(xì)設(shè)計(jì)潛在特定滑動(dòng)面并檢查穩(wěn)定性后才能實(shí)施。在沒有可靠的穩(wěn)定性驗(yàn)算的情況下,由于潰壩的危害非常大絕對(duì)禁止在排土場修建重力壩。
(5)排土場植被。加固、擋水、吸水等。
要想提高露天礦產(chǎn)開采的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率和質(zhì)量,就必須要對(duì)礦山的境界、剝采比進(jìn)行計(jì)算了解。在實(shí)際開采過程中最小底寬和最大底寬,選取合適的邊坡角對(duì)礦山進(jìn)行開采,這樣便能夠使得礦產(chǎn)開采的經(jīng)濟(jì)效益得到最大化提升。要通過剝采比和露天礦產(chǎn)的境界,了解實(shí)際開采深度,在開采過程中避免由于開采深度過淺導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效益虧損,或開采深度較高造成安全事故發(fā)生。
確定露天開采境界有幾個(gè)主要原則:
(1)境界剝采比不得大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。這個(gè)原則是nj≤njH,其實(shí)質(zhì)是開采境界內(nèi)境界層礦石的露天開采成本不超過地下開采成本,從而使整個(gè)礦床露天與地下聯(lián)合開采的總成本最小化或總利潤最大化。該原理應(yīng)用簡單方便,已廣泛應(yīng)用于我國露天天然礦山的設(shè)計(jì)中。其最大的缺點(diǎn)是確定的露天開采境界不能直接控制露天礦的投資和生產(chǎn)成本(生產(chǎn)剝采比)。例如,對(duì)于一些不連續(xù)的礦床或上薄層下厚的礦床,或覆蓋層厚或地形復(fù)雜的礦床,應(yīng)用該原理確定境界時(shí),境界剝采比可以滿足要求,初始剝采比可以超過允許值。為了防止錯(cuò)誤結(jié)論,通常有必要驗(yàn)證平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比的原則,即np≤njH[4]。
3.3.2 平均剝采比不得大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比
平均剝采比不得大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比,即np≤njH。該原則的實(shí)質(zhì)是使露天開采境界內(nèi)所有儲(chǔ)量的露天開采總成本小于或等于該部分儲(chǔ)量的地下開采總成本。根據(jù)該原則劃定的露天開采境界,較用Nj≤ njH原則,可能導(dǎo)致資本剝離量大、投資大、基建時(shí)間長。在露天開采過程中,也可能使生產(chǎn)剝采比在一定時(shí)間內(nèi)超過允許值,使企業(yè)長期處于虧損狀態(tài)。對(duì)于一些有價(jià)值的有色、稀有金屬礦床,為了擴(kuò)大露天開采,減少礦石損失和貧化,可以利用這一原則劃定露天開采境界,從而擴(kuò)大露天開采儲(chǔ)量。該原理也可用于確定近水平礦體或雞窩狀礦體的露天開采境界。
3.3.3 生產(chǎn)剝采比不得大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比
生產(chǎn)剝采比不得大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比,即ns≤njH。這一原則的實(shí)質(zhì)是,當(dāng)露天礦在任何生產(chǎn)周期內(nèi)按正常運(yùn)行的工作坡角生產(chǎn)時(shí),其生產(chǎn)剝采比不超過經(jīng)濟(jì)合理的剝采比,反映了露天礦開采生產(chǎn)剝采比的變化規(guī)律。根據(jù)該原則劃定的露天開采境界,較用Nj≤ njH原理,小于Np所描述的原理≤ njH原理,更能體現(xiàn)露天開采的優(yōu)勢(shì)。然而,只有在劃定露天開采境界并據(jù)此確定開發(fā)模式和開采程序后,才能確定生產(chǎn)剝采比。因此,最大生產(chǎn)剝采比的時(shí)間、位置、取值及變化規(guī)律存在很大的不確定性,給開采境界的確定帶來一定的困難。
總的來說露天礦山開采工藝所涉及到的技術(shù)是多方面的,為了提升露天開采工作經(jīng)濟(jì)效益、工作效率,以及保證現(xiàn)場施工安全,我們有必要對(duì)現(xiàn)場施工進(jìn)行各項(xiàng)安全管理工作,并對(duì)開采工藝不斷優(yōu)化,利用科學(xué)技術(shù)改進(jìn)開采工藝,避免定向爆破對(duì)周邊環(huán)境造成污染。