高效低碳采矿装备与技术创新研究论文

　　摘要：采矿业作为全球经济发展的支柱行业，对经济的发展起到了巨大的推动作用。但是随着资源的逐渐枯竭，传统高能耗、低产能的生产模式远远不能满足现代社会经济发展对矿产资源的需求。并且传统的采矿方式对生态环境的污染与破坏比较严重，与可持续发展的理念严重不符。因此应该对采矿装备与技术进行改造与创新，提高开采效率和开采质量，降低采矿过程中环境的破坏与能源的损耗，真正实施高效低碳，不断满足人们对矿产资源需求的同时促进采矿业的可持续发展。

 

　　关键词：高效低碳,采矿装备,技术创新

 

　　随着全球经济的发展人们对矿产资源的需求越来越大，但是矿产资源作为一种不可再生能源，随着开采规模和开采量的增加，逐渐呈现枯竭的状态。采矿行业的节能环境迫在眉睫。然而，传统的采矿设备和技术不仅效率低、能耗高，不仅不能满足经济发展的需要，还加重了环境的负担，导致水资源污染、大气污染、土壤污染等问题的发生。为了不断满足人们对矿产资源的需求和减少矿产开采对生态环境的影响，因此应该对现有的采矿设备和技术进行深入的研究，研发出更多高效低碳的采矿设备和采矿技术，打造绿色矿山，促进开采行业的持续、高效发展。

 

 

 

　　随着全球经济的快速发展以及人口的不断增加，当今社会对矿产资源的需求也越来越大。在工业生产中，矿产资源发挥的作用是巨大的，例如，矿产资源是很多工业生产的驱动能源，比如说电力行业、冶炼行业、交通运输行业等。还有一些行业以矿产资源为生产制造的原材料，比如说汽车制造行业、高尖端精密仪器等。但是全球范围内的矿产资源的储备量是有限的，一旦开采完毕很难实现再生。近几百年来，人类加快了矿产资源的开采，使矿产资源的储备量逐渐减少，甚至有些矿产即将耗尽。此时就产生一个非常严重的问题，是否有可替代的矿产资源？如果没有可替代的矿产资源应该如何减少矿产资源的消耗？此时矿产资源的高效低碳显得尤为重要。

 

　　众所周知，矿产资源大多隐藏在地下。想要开采矿产，那么就需要对矿山进行开挖、爆破，此时不可避免对生态环境造成破坏。同时采矿的过程中所产生的废弃物会导致土壤资源的破坏和水资源的污染，甚至会造成生物多样性的丧失。这些不仅给生态环境造成严重的负面影响，还会影响到人类的身体健康，不利于人与自然、动物的可持续发展。随着矿产资源需求量的不断增加，人们加速了开采的规模和速度，进而加剧了对环境的破坏，采矿行业与环境保护之间的矛盾越来越严重，高效低碳采矿设备和技术的创新已经成了一个亟须解决的问题。

 

 

　　现阶段全球范围内共同面临着两个问题，其中一个就是资源快速消耗的问题，另一个是环境问题。比如说水资源污染、土壤资源污染、大气污染等，这些污染不仅降低了人们的生活质量，还容易导致疾病的发生，严重威胁了人类的身体健康与生命安全。而资源的快速消耗则存在资源不够用的隐忧。而传统的采矿方式主要依靠落后的技术设备，不仅采矿效率低下，并且开采过程中损耗大量的人力、物力及能源，比如说，矿洞的开凿、矿产的运输等机械化程度不高，降低了工作效率和工作质量。可见采矿行业属于能源密集型行业，并且开采的过程中对生态环境带来巨大的破坏，不利于人与自然的和谐相处与可持续发展。

 

 

　　我国的矿产开采起步较晚，与世界先进水平依然有一定的距离。新中国成立时，我国的矿山数量少，且主要依靠人工开采。1949年，全国年产煤3243万吨、石油12万吨、钢铁15.8万吨、有色金属1.3万吨、水泥产量仅66万吨、硫酸产量4万吨、硫铁矿2万吨，年开采量非常低，经过七十多年的发展，我国年矿产开采总量虽然突破了50亿吨大关，但是与国际上采矿大国还是有一段距离的。比如说，虽然现在我国矿产资源开采多采用机械开采，但是这些设备往往使用传统燃料为驱动能源，如挖掘机、矿山卡车等巨大机械设备，由于需要高功率作业，因此运行过程中能耗量是比较大的，并且排放出大量的尾气，加剧了空气污染问题。并且传统的采矿装备与开采技术效率比较低下，比如，老式矿山卡车设计不够精密，载重能力比较有限，这就意味着需要多次运输以及额外的能源损耗，不仅降低了工作效率，还造成了大量的能源消耗。并且由于制造技术和材料的限制，很多采矿设备在使用的过程中容易出现机械部件损耗、损坏等问题，不仅降低了生产的效率，还增加了运营成本。

 

 

　　在我国经济发展的过程中，往往追求低成本和高效率而忽略了环境的保护。采矿行业作为我国经济发展的重要行业也存在这种问题。

 

　　我国采矿过程中使用的技术和设备远远落后于国外水平，但是我国对矿产资源的需求量是比较大的，此时我国的矿产行业往往采取劳动密集型方式来满足生产和生活对矿产资源的需求，这样很难做到产量、产能与环境保护的共同发展，往往是以牺牲环境为代价来实现矿产资源的大力开采。比如说采矿过程中产生的废弃物和废矿水，往往是没有经过处理而直接倾倒或排放，这样对水体土壤及生态环境造成严重的污染。并且随着生态的破坏，一些动植物生存的空间越来越小，生物多样性造成严重的威胁。此外，矿山开采后往往忽略矿洞的回填，容易造成地面的塌陷、土地的沉降等地质灾害的发生，对人们财产、生命安全造成了严重的威胁。随着我国经济的不断增长我国环境问题越发突出，比如，空气中PM2.5含量高、沙尘暴、土壤重金属污染、水资源污染等问题在全国范围内不断上演，不仅影响了人们的正常生活，降低了人们的生活质量，还导致多种疾病的发生，严重威胁人们的身体健康与生命安全。

 

 

　　由于环保观念和意识的缺乏以及技术设备的限制，我国很长时间都没有意识到资源回收和再利用的重要性，对于许多采矿过程中产生的废弃物和副产品并没有采取有效的措施进行处理，进而导致许多资源不能被有效的回收和再利用。比如说金矿石中除了含有金矿外，可能还有其他的矿产，如铜、砷、银等，由于设备与技术的限制，开采过程中产生了大量的矿渣和废弃物，这些矿渣和废弃物可能含有其他金属成分，但是由于当时人们普遍不重视环境保护和金属残留物的二次利用，往往对这些金属残留往往会被直接丢弃或进行简单的处理，导致金属残留物得不到有效的利用，不仅造成了资源的浪费，还造成了环境污染问题的出现。现如今虽然我国环保意识有了很大的提高，也重视资源的回收利用，但由于资源回收利用的技术和设备往往比较昂贵，且操作复杂，对于很多中小型的矿山企业来说，这样会增加他们的经济负担，因此往往不会投入大量的资金来购入先进的设备来回收利用这部分的资源。

 

 

　　目前我国矿山开采主要采用无轨采矿设备，主要包括钻孔、铲桩、运输等主体设备以及喷浆、锚杆、装药等辅助设备，也就是说需要使用的掘进钻车、装运机、采矿钻车、运矿车、铲运机等。应该对这些机械设备进行节能改造与优化设计。掘进凿岩钻车是采矿钻车的一种，传统的掘进凿岩钻车是采用履带式行走机构，这样的设计爬坡能力强，能够在不同地形中行走，但是灵活性比较差。因此，应该对行走机构进行改造，比如说改造成轮胎自行车式，这样既能够满足矿洞行走的需求，还提高了机动灵活性。并且最早的掘进凿岩钻车主要是单臂形式，但是工作效率比较低，可以改造成为双臂、三臂或四臂，大大提高了工作效率。此外，传统的凿岩钻车多采用气压驱动，这种驱动方式虽然缓冲性能比较好，不会拉伤精密仪器，但是传动效率比较低，且力量不够大。可以采用液压模式驱动，这样可以提高传动效率，增加作用力，从而提高工作效率。为了提高掘进凿岩钻车的效率，还可以利用现代创新理念与技术进行设备的改造，比如说研发出钻铲一体、钻锚一体、钻撬一体的多功能掘进凿岩钻车。

 

 

　　矿产资源的开采是一项非常危险的工作，往往需要在高温、高压、有毒气体等恶劣环境下作业。在传统的采矿作业中，需要工人进入这些危险区域作业。这种人工操作的方法，工作效率非常低下，且长期恶劣条件下作业，损害了采矿工人的身体健康，生命安全也得不到有效的保障。现代技术高速发展的今天，市场竞争日益激烈，为了获得更好的经济收益和市场竞争力，矿产企业亟需研发出更为高效、安全、环保的采矿方式。机械设备自动化和智能化发展成了机械设备改造的重要方向。自动化技术在采矿业中的应用，可以利用遥感设备、传感器、人工智能等现代化设备和技术实现操作的自动化，不仅大大提升了工作效率，还有效避免了人工操作的失误，降低了安全事故的风险。比如，对采矿设备安装上远程控制设备，可以利用监控设备、传感器等对采矿现场的工作进行实时监控和远程操控，从而实现了矿产开采的自动化，矿工不用亲自在危险工作环境中作业，大大提高了采矿作业的安全性。同时采矿的自动化可实现规范化操作，提高了采矿的工作效率和工作质量，开采出更为优质的矿产资源，满足人们日常生产和生活的需求，还可以实现现场作业数据的采集，为采矿行业的管理工作提供了数据支持。随着智能化技术的发展，近年来，我国加快了无人智能采矿设备的研发，并取得了一定的成效。我国某矿产企业利用PLC技术、高清摄像机、传感设备等对采矿设备进行了改造，开放出一整套的无人智能开采配套设备，设备中包括了、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带机自移机尾、运输顺槽超前支架、轨道顺槽超前支架、可伸缩无基础顺槽胶带运输机、乳化液泵站系统、智能化系统等，可实现“常态化无人进入工作面采矿”的无人智能采矿。

 

 

　　在传统的矿产开采中，虽然实现了采矿的机械化，但是由于技术和设备的限制，只能实现采矿的半自动化，很多机械设备需要人工操控，采矿效率比较低，且矿产开采质量较差。众所周知，采矿自动化、智能化设备是通过网络传输信号实现数据的传输。3G、4G信号传输速度较慢，自动化、智能化采矿设备在完成一次作业后需要接收到下一个指令后才能再次进行操作。但是由于传输速度较慢，很难承载全自动化智能设备的工作需求。随着网络技术的发展，5G信号以极为高速的传输效率使采矿的智能化、自动化提供了可能。对地下矿山而言，宽厚的矿体以及狭长的矿道会干扰信号的传输，导致智能化采矿设备不能正常工作。因此有必要安装井下5G基站，搭建井下高质量的5G信号网络环境，积极推进5G信号的全面覆盖，构建“云网边端”的工作环境，为智能调度系统的工作提供高质量的传输信号，利用智能系统的边缘计算能力来实现地下矿井智能开采、井下高清视频分析、井下运输、无人驾驶、机器人智能巡警等作业，大大提高了采矿的工作效率，使矿山开采变得更加安全、高效、智能。

 

 

　　传统的采矿工艺，由于设备与技术的落后，只能对矿产进行粗加工和提炼，不仅工作效率低下，并且对环境造成严重的影响。随着科技的不断进步以及环保意识的逐渐增强，应该对采矿工艺、技术进行创新，利用新型的采矿设备和技术，实现矿产的精细加工与高效提炼。比如说，矿山碎矿、磨矿是矿山开采的重要工作流程，碎矿、磨矿工艺的粗放可能导致大量的能源损耗。有研究表明，矿山碎矿、磨矿所产生的能源损耗约占选矿产的65%～70%，尤其是磨矿部分的能源损耗。为了积极响应国家高效低碳政策，应该对碎矿石磨矿工艺进行优化改进。破碎、自磨、球磨、砾石破碎机、球磨机、高压辊磨机等都是常见的碎磨工艺与设备，可根据矿石性质、处理能力、产品粒度、地质构造、矿山寿命、采矿方法和工艺要求等灵活组合及选用，以此提高矿山碎磨质量。近些年，高压辊磨机－球磨、半自磨－球磨两种流程是我国大型矿山的常用磨矿流程，各有优缺点。其中半自磨－球磨流程的流程比较简单，可操作性强，碎磨过程中产生的粉尘比较少，免去了后期处理的麻烦，并且解决了流程不畅的问题，被采矿流程自动化控制，提供了基础条件，并且半自磨机同时具有研磨和破碎的功能，在工作过程中可以省去多条带式传送机及收尘设备，占地面积较小，节省了生产经验的成本。同时这种研磨方式改变了矿浆的电化学性质，以矿石本身为磨矿介质，金属损耗量较低，提高了铅、铜、金、镍等矿物浮选回收率。但是这种碎磨流程中能耗较高，可以以风力发电机、太阳能电池板等为相关装置提供清洁驱动能源，减少采矿过程中对传统能源的依赖，实现高效低碳的采矿。

 

 

　　一直以来我国的采矿业都存在着高能耗、高排放的问题，这严重制约了矿产行业的可持续发展。在采矿过程中，往往会产生大量的废渣、废水，这些废渣、废水中含有大量的有用物质，但是在传统的采矿工艺中很少对这部分物质进行有效的回收与利用，这样不仅造成了资源的浪费，还导致环境问题的产生。因此应该对这部分资源进行回收再利用了。比如说对废渣进行深化与加工，将其中的有价值物质进行有效的提炼和利用，将提炼出的金属矿物制造成金属制品，或将废渣通过一定的工艺生产成建筑材料，这样不仅提高了资源的利用率，还降低了环境污染的风险。众所周知，采矿所产生的废水中含有大量的金属物质、悬浮物或化学物质，容易对周边的土壤和水资源造成污染，应该采用先进的水处理技术进行处理，如沉淀、过滤、氧化等，确保废水的排放符合国家的相关标准。同时将处理过的水资源进行农田灌溉、工业用水等，提高水资源的利用率。

 

 

　　综上所述，高效低碳是时代发展的要求。采矿行业作为一种高能耗、高污染行业，应该利用现代化的技术和设备对生产设备与工艺进行创新与改善，提高生产经营过程当中的工作效率和工作质量，减少生产经营过程中的能源损耗，真正实现高效低碳采矿，促进矿产行业的可持续发展。