矿山充填自动化控制技术的研究与应用

邓鹏浩张海东

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东烟台261400

摘要：本文针对我国国内矿山的开采技术充填技术如何更好的应用于我国的采矿业，将国内对地下及地表的破坏程度降低到一个新的水平。以及今后的采矿技术、资源的充分回收利用、充填技术在采矿中的应用等方面进行分析，并提出相应的建议，旨在与采矿的同行进行探讨，以促进我国采矿业的持续、稳步、健康、环保及可持续发展。

关键词：采矿技术；机械化；充填；地下采矿；应用

1、前言

伴随着国家经济发展对矿产品需求量的增大，市场经济条件下形成了对国有矿山企业的冲击，个别矿山片面追求经济效益，对安全管理和环境保护意识淡化，导致大多数矿山存在各种地质灾害隐患问题，使矿山生产环境不断恶化，矿山安全事故的潜在隐患不断增多，给国家、企业以及个人造成极大的财产损失，严重制约了国民经济和矿山企业的可持续发展。

2、我国充填采矿技术应用现状

我国的充填采矿技术经历了废石干式充填、分级尾砂水力充填、碎石水力充填、混凝土胶结充填、磨砂胶结充填、分级尾砂或天然砂充填、废石胶结充填、全尾砂胶结充填、赤泥胶结充填和膏体充填的发展过程。但中国矿山数量多，开发与应用的充填工艺与技术类型多，尤其是近十余年来，在新的充填技术的研究开发和推广应用方面均取得了长足的进步。综合起来，中国的充填采矿技术发展大体分以下几个阶段。

第一阶段是20世纪50年代、60年代，均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺。但废石干式充填因其效率低、生产能力小和劳动强度大，满足不了采矿工业的发展，国内干式充填采矿所占比重逐年下降，几乎处于被淘汰的地位。

第二阶段是2O世纪70年代、80年代，开始应用尾砂胶结充填技术，由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率的需要。所以在水砂充填工艺得以发展并推广应用后，开始采用胶结充填技术。这一时期的细砂胶结充填料主要以尾砂、天然砂和棒磨砂等作为充填集料，胶结剂为水泥。

第三阶段是20世纪90年代以来，随着采矿工业的迅速发展，原充填工艺已不能满足回采工艺的要求和进一步降低采矿成本或环境保护的需要。因而发展了高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填和全尾砂胶结充填等技术新。

3、矿山生产中电气自动化控制融入的必要性

3.1基于成本降低及安全性提升的考虑

电气自动化技术覆盖面积较大，具有集成性和综合性的特质，广泛应用于技术和仪表等方面，为矿山生产提供了丰富多样的控制系统。矿产属于不可再生资源，在我国，由于矿山地形地貌形态各异，开采方式不统一，勘探和开采难度极大。矿山生产中不同环节操作不同，仅仅依赖于传统开采理念和手段，不能进行合理、安全开采，甚至有可能因为预期探测的不准确造成矿山塌方。在矿山生产中引入电气自动化控制，如使用液压支架、刮板输送机、带式输送机、刨煤机等，可保障挖掘前勘测的精确度，有助于提升矿井生产力，提高工作效率和安全性。此外，矿产资源挖掘后的运输环节，运用电气自动化设备可增加矿产运输和清理环节矿产资源的利用率，进而增加工程度的整体竞争优势。

3.2基于标准化监管成效提升的需要

电气自动化技术可为矿山生产提供多样化、丰富的控制系统。矿山生产过程中涉及的环节繁杂，每一环节对应用技术及安全等的要求、标准不同，无法全面进行人工监管，如果依托电气自动化控制技术的优势，通过硬件和软件两部分转化自身优势到电气自动化运转体系中，可以达成对矿山生产所需不同环节进行有针对性、标准化监管的目的，让矿山生产更加标准化、智能化、信息化。

3.3基于保障开发技术更新升级的需求

在矿山开发中，应用电气自动化控制可辅助矿产生产更加标准化、技术性、系统化。矿产企业要想实现矿山资源的最大化开发，就必须斟酌开发策略，电气自动化控制包含硬件控制和软件控制，软件决定着电气自动化控制的功能和控制任务可受到的有效指导，技术人员在充分考虑到开发策略调整及软件开发更新后，按照电气自动化控制的标准流程进行软件编程和设计，并运用到自动化控制的实践中，反复求证检验；简化操作是硬件改善的关键措施，应降低硬件控制技术的复杂程度，重视电气自动化控制硬件应用的灵活性，以保障配合软件更新要求，避免软硬件故障。

4、我国地下矿山采矿技术的发展方向

我国地下矿山采矿技术已取得一些较显著的成就，但总体的发展水平仍很低，在未来采矿技术的主要发展方向：优化发展采矿技术、提高机械化程度、无废开采技术和无人化采矿技术等。

4.1优化发展采矿技术

随着科技水平的提高，采矿技术的发展越来越快。为能更适应社会的需要，采矿技术在不断的改进，机械化、自动化程度也越来越高，通过不断改进优化开采工艺，配合科学的生产管理，以取得更好经济效益、环境效益与社会效益。

4.2高度机械化采矿技术

现代采矿技术为能提高效益，降低成本、节约人力和加大安全采矿作业，采矿方法向大参数、大采场、高阶段、连续作业的方向发展。自上世纪80年代以来，各种无轨设备的研制和推广不仅使得凿岩、铲装、运输等主要工序配备了功能齐全的无轨设备，而且几乎所有的辅助作业也逐步实现了机械化。机械化作业效率高、机动性强、产能大，为连续采矿技术的实现创造了条件；同时，机械化必须通过连续化生产才能充分发挥其高效高产的优势，即以整个矿段作为大型采场，在上下连续多个矿段分别平行进行采切、回采、充填工序等，采矿作业分工序在不同的空间和时序上平行进行，整体向前连续推进。此外，要想真正实现采矿的高效高产，除了采场作业的连续生产之外，提升系统、外部运输系统和管理调度系统的优化配套也必不可少。目前这种高度机械化的采矿技术在国内外的发展从工艺技术、设备配套、控制技术等方面均日臻成熟，已开始进入推广使用阶段。机械化采矿技术在今后的应用将会更加广泛。

4.3残留矿体及难采矿床开采技术

我国地下矿山长期开采，因当时技术水平的制约以及乱采乱挖的影响，采区内仍残留有大量的矿石资源。这些残留矿石回收技术复杂，安全条件差，遗留的大量空区和矿柱长期不能得到有效处理。随着近地表资源的不断消耗，采矿逐步向深部发展，地温地压不断增加，尤其是高应力矿区，采场突变失稳风险增高，潜在危害加大。以上问题在利用充填技术后完全可以解决。充填技术在以上矿体开采中的应用，不仅使矿产资源得到了充分开发利用，而且治理了前期开采形成的空区，保证了地表后期的安全稳定。充填法有利于开采矿床后期残留矿体、深部矿床、水下、建筑物下和构筑物下矿床以及有自燃倾向的矿床。近年来采用了无轨设备、高分层落矿及充填系统自动化等技术，使得充填采矿法的采矿成本下降，采场生产能力及劳动生产率大幅提高，在矿体及围岩均稳固的矿山也开始用充填法，并取得了较好的采选综合经济效果。

5、结束语

为保证我国矿产资源的正常需求，必须发展绿色采矿模式，无废料采矿技术已纳入我国中长期科技发展规划，而矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术，无废、少废采矿工艺技术的创新及其技术的工程化集成配套，将成为我国矿山技术的主要发展方向。

参考文献

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