摘要：文章主要对金矿采矿工程的整体优化进行研究，旨在促进该行业朝着高效、绿色、安全的方向发展。以某金矿开采为例，相较于传统的采矿技术，在应用新技术和新工艺后，金矿的回收率从78%提升到89%；粉尘浓度由12.5mg/m3降至8.0mg/m3；设备能耗由原来的2600kW·h降至2250kW·h；采场稳定性系数从0.82提高至0.93。新技术和新工艺能显著提高采矿效益和资源利用率、减少环境污染和能耗、加强采场安全、控制措施效果显著、应用价值大。
关键词：金矿采矿工程,仿真结果,实施效果评估
1金矿采矿工程新技术与新工艺背景
伴随着全球经济的平稳增长，黄金在珠宝、投资、电子和航空航天等领域的需求继续增长。其中，黄金饰品是珠宝行业中的贵重首饰之一，受到消费者的青睐，市场的需求比较稳定；投资方面黄金是避险资产，是经济不稳定时期投资者追捧的对象；电子及航空航天产业，黄金由于具有优异的导电性及稳定性，在高端电子元件生产等领域发挥着无可取代的重要作用［1］。为了适应市场不断增长的需求，提升金矿开采效率和产量已经迫在眉睫。政府对于环境保护与资源可持续利用问题的关注也提高到了一个新的水平，且颁布了严格的法规政策来约束传统高污染高能耗的采矿方式，鼓励企业利用绿色高效新技术和新工艺，促进金矿采矿工程朝着绿色化和智能化方向发展［2］。
2新技术与新工艺的主要影响及实施策略
2.1主要影响
从生产效能的层面上看，智能化开采技术使装备实现了自动化和精准化操作，实现了凿岩、装药和运输过程的无缝对接，降低了人工操作的失误和停工等待的时间，显著提高了开采速度和年产量。在资源利用方面，采用精准爆破和高效选矿技术相配合，根据矿石品位和赋存状态自定义爆破参数和选矿流程，减少贫化率和损失率，从而显著提高资源回收率。环境影响方面，绿色和无废开采技术取得了突出的效果。例如，水资源循环利用系统降低了废水外排的程度，处理过的水可以返回到生产过程中，循环利用；废石充填采空区技术既降低了废石在地表堆存的危险，又减少了地表塌陷的发生；植被复垦技术使矿区的生态逐渐恢复活力。在安全方面，智能化的监测系统对设备状态，气体浓度和围岩位移等重要指标进行实时跟踪，并对异常情况进行即时报警，与自动化应急处理装置相结合，为人员撤离和事故处置赢得了宝贵的时间，大大减少了事故的发生［3］。
2.2实施策略
在技术研发方面，企业要加大资金投入力度，联合科研院校建设实验室和研发中心，重点研究智能化控制算法和新型环保药剂的前沿问题，加快成果转化。在人才培育方面，各院校可增加相关专业和课程，企业需进行内部培训和技能竞赛，培养既有采矿理论又有实践技术复合型人才，并构建人才激励机制，吸引高端人才入职。在政策引导方面，政府通过税收减免和财政补贴的优惠政策，为使用新技术的企业提供资金支持；建立行业标准和规范，明确技术准入门槛和环保要求，加大监管执法力度，严肃查处违规行为。还可建立新技术试点示范基地，并采取现场观摩和经验交流会相结合的方式，将成功事例向业内推广，形成可复制的模式，从而加快金矿采矿工程新技术和新工艺的推广应用［4］。
3新技术与新工艺的模拟分析与优化
3.1仿真模型构建
为了更深入地了解金矿采矿工程中新技术和新工艺的实际应用效果，拟构建一个结合离散元法（DEM）和有限元法（FEM）的采矿过程仿真模型。在模型中考虑岩石破碎、运移及采矿设备相互作用等因素，选择4个关键指标表征采矿过程，即岩石破碎率、矿石回收率、设备能耗及采场稳定性系数。
3.1.1岩石破碎率
岩石破碎率是指采矿过程中被破碎的岩石体积与
采场内原始岩石总体积的比值，可通过公式（1）计算：
式中：Vb为被破碎的岩石体积；V0为采场内原始岩石总体积。
3.1.2矿石回收率
矿石回收率表示实际回收的矿石质量与采场内矿石总质量的百分比，可通过公式（2）计算：
式中：Mr为实际回收的矿石质量；M0为采场内矿石总质量。
3.1.3设备能耗量
设备能耗量是指采矿设备在采矿过程中消耗的总能量，可通过公式（3）计算：
式中：Pi为第i台设备的功率；ti为第i台设备的运行时间；n为设备总数。
3.1.4采场稳定性系数
采场稳定性系数是根据有限元法计算得到的采场最大主应力与岩石抗拉强度的比值来衡量，可通过公式（4）计算：
3.2技术阶段划分与流程优化
开拓阶段以形成地表向采场输送、通风和排水为主。采用数值模拟的方法分析了不同开拓方案下采场应力及位移变化情况，并对开拓巷道布置方式进行了优化。以下盘斜井开拓方案为例，仿真结果表明：采场顶部的最大位移达到12mm；底部应力达到15MPa；但在平硐与斜井组合开拓方案下，采场顶部的最大位移减小到8mm；底部的最大应力减小到12MPa。故选用平硐与斜井组合开拓方案可以改善采场稳定性。
采准阶段的主要任务是为回采活动提供必要的环境和条件，这包括但不限于挖掘采准通道和切割槽等。
基于数值模拟结果合理地确定了采准巷道间距及断面尺寸。在采准巷道间距15m、断面尺寸3m×3m的条件下，采场的应力分布比较均匀、巷道周围的位移很小。同时对切割槽位置及形状进行了优化，使用楔形切割槽可以使得爆破后矿石更加易于抛掷且矿石回收率较高。
切割阶段的功能在于形成自由面和创造回采爆破的条件。通过仿真不同切割参数下的爆破效果，得出最佳切割深度及角度。在切割深度3m、切割角度75。较高条件下，矿石爆破后块度分布均匀、大块率下降到较小，利于后续装运。
回采阶段直接关系到矿石产量与品质。在数值模拟分析的基础上，对回采顺序及爆破参数进行优化。采取后退式回采顺序并配合毫秒延期爆破技术，可以降低爆破对围岩造成的损伤和矿石回收率。模拟数据显示，当使用经过优化的回采策略时，矿石的回收效率能够达到82%，同时设备的能源消耗也减少了10%。
3.3数值模拟分析与结果验证
为验证仿真模型的准确性和优化方案的有效性，进行了多次数值模拟分析，并记录了不同工况下的四个关键指标数据，如表1所示。
根据表1可知，岩石破碎率、矿石回收率随炸药单耗增大而逐渐增大，而设备能耗却相应增大；缩小炮孔间距与排距、延长设备工作时间等因素对各项指标也有相同的影响。同时与现场实际监测数据比较发现，模拟结果符合实际情况，证明仿真模型准确，优化方案有效。
4金矿采矿工程中的关键新技术与新工艺
4.1智能化开采技术
在仿真的各种运行条件中，智能化开采技术对于矿石回收率和设备能耗影响特别明显。以凿岩环节为例，常规凿岩作业主要靠人工经验进行，很难准确控制凿岩的深度、角度及强度，造成岩石破碎不均，从而影响后续的爆破效果及矿石回收。在智能化凿岩设备上安装高精度传感器，并加入智能算法，能够对岩石特性进行实时感知，对凿岩参数进行自动调节。在表1的模拟数据中，当使用智能化凿岩技术时，工况2和工况5的矿石回收率分别高达78%和79%，这明显超过了某些传统方法达到的回收率。其原因是智能化设备准确地控制凿岩过程，降低了凿岩偏差导致矿石损失。装载运输环节，采用无人驾驶矿用卡车和智能装载机，对运输流程进行自动化和智能化调度。这些装置在激光雷达和摄像头等感知设备的辅助下，结合高级路径规划算法可以自动躲避障碍物和选择最佳运输路线，极大地提高运输效率。根据设备能耗数据显示，智能化运输设备虽然增加了运输量，但能耗有所下降。在确保运输任务不变的前提下，智能运输系统的能源消耗可降低10%~15%。智能化开采技术还可对生产过程进行远程监控和故障预警。管理人员可在监控中心实时观察各个设备运行状态、生产数据及其他情况。当设备出现异常情况时，该系统能即时报警并给出故障诊断建议，便于维修人员及时进行处理，缩短设备停运时间和增加生产连续性。
4.2绿色采矿技术
绿色采矿技术则是通过修建污水处理站，实现采矿废水的深度处理和循环利用。在所模拟的各种工况中采矿用水量随绿色采矿的采用而明显降低。例如，在经过优化的采矿过程中，处理过的水可以重新用于凿岩、降尘等步骤，从而使水资源的循环利用率提高到85%以上。这样既减少地下水及地表水开采，又降低企业用水成本。绿色采矿技术通过喷雾降尘和通风除尘多种方式，有效地降低了粉尘的浓度。绿色采矿技术重在保护和恢复生态环境，采矿时采用边采边治的方法将受损土地复垦出来；采用植被恢复和土壤改良的技术手段逐步修复矿区生态系统；采场稳定性系数增大说明绿色采矿技术在保持地质环境稳定方面发挥着积极的作用，并为生态修复工作创造有利条件。
5控制措施实施效果评估
5.1现场监测数据
选取矿石回收率、粉尘浓度、设备能耗、采场稳定性系数4个关键指标，在实施控制措施后的3个月内，每周进行一次现场检测，共获取12组数据，如表2所示。
5.2实施效果综合评价
通过分析表2现场监测数据，可以看出控制措施的执行效果显著。其中，矿石的回收率正在逐渐增加，从第1周的78%增长到第12周的89%，这证明了控制策略已经有效地降低了矿石的损失，资源利用率增加。粉尘浓度不断下降，由12.5mg·m3下降到8.0mg·m3，表明绿色采矿技术的粉尘控制措施已取得成效，作业环境得到了很大的改善，工人身体健康得到了保证。随着时间的推移，设备的能量消耗从2600kW·h减少到2250kW·h，这体现了智能开采技术在设备操作中的高效管理和调度，从而有效地减少了能源的使用。采场稳定性系数从0.82升至0.93，说明控制措施强化了采场结构稳定性，降低了安全风险。从整体上看各控制措施协同工作，对资源、环境、能耗和安全都取得了较好的优化效果［5］。
6结论
金矿采矿工程的新技术和新工艺显示出了较强的优越性，智能化开采技术实现了对设备参数的精确控制，显著提高了矿石回收率、减少了设备能耗、确保了生产安全；绿色采矿技术的应用有效地降低了水资源的浪费和粉尘的污染，达到了生态修复的目的，促进了经济的可持续发展；精准爆破技术对爆破参数进行了优化，促进了岩石破碎率的提高，减少了对围岩的损伤；无废开采技术使废弃物资源化，降低了对环境的污染。同时控制措施的落实取得了较好的成效，各关键指标都有了一定的提升，有力地验证了新技术和新工艺的应用价值，对金矿采矿工程的转型升级起到了强有力的支持作用。
参考文献
［1］王祯.金矿采矿工程中采矿技术的应用研究［J］.中国金属通报，2024（8）：31-33.
［2］杨治国.金矿采矿工程中采矿技术的应用分析［J］.数码精品世界，2021（9）：425.
［3］夏修武.露天采矿工程中的采矿技术实践分析［J］.中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术，2024（2）：125-128.
［4］冯玉石，李永芹.金矿采矿工程中采矿技术的应用剖析［J］.世界有色金属，2024（5）：61-63.
［5］王永丰，王铁墨，曹月明，等.金属矿山采矿工程中岩石力学的应用［J］.中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2024（3）：181-184.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/82587.html
