矿山开采技术优化与采掘计划编排研究

矿山开采技术优化与采掘计划编排研究

陆兴顺

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摘要：矿山开采作为国家经济发展和现代化建设的关键支撑，面临着技术革新与管理优化的迫切需求。文章探讨了现代化开采技术、智能化设备、绿色开采方法以及采掘计划的动态调整与算法优化，强调了无人机勘测、遥感技术、自动化装备、MIS系统、充填采矿与原位溶浸技术的应用价值；通过动态编排与优化算法，实现了开采计划与市场需求、地质条件的有效对接，综合评估确保了经济、技术、安全及环境的均衡发展，促进了矿山开采的高效、安全与可持续性。

关键词：矿山开采技术；智能化设备；采掘计划编排

引言：据中国工程院院士蔡美峰指出，日常生活中约95%的能源、80%的原材料以及大部分农业生产资料都依赖于矿业，矿产资源的开采不仅支撑了工业生产，还是国家安全的物质基础。我国90%以上的能源和80%左右的工业原料来源于矿产资源，每年超过50亿吨的矿物原料投入国民经济运行，矿业产值占GDP的30%以上[1]。因此，矿山开采不仅是经济发展的支柱，也是现代化建设的重要保障。

一、矿山开采技术优化

（一）现代化开采技术的应用

利用无人机进行矿区勘测，可快速、准确地获取矿区地形地貌信息，极大地提高了矿区勘测效率，无人机具备灵活性和高分辨率影像采集能力，能够在短时间内完成大面积的矿区勘测任务，节省了大量的人力物力，遥感技术则通过获取矿区的光谱信息，帮助识别矿物分布情况，不同矿物具有不同的光谱特征，通过遥感技术，可以精确识别和定位矿物，提高了矿产资源的勘探效率和准确性。钻探与爆破技术的改进同样为矿山开采带来了显著的提升，现代化钻探技术能够精确控制钻孔位置和深度，确保钻孔质量和效率，通过优化钻孔参数，最大限度地减少了矿石损失和贫化，提高了矿石回收率，现代化爆破技术则通过精确控制爆破参数，降低对环境的影响，减少振动和噪音，保护矿区周边的生态环境，爆破前的精细设计和爆破后的效果评估，使得矿石回收效率显著提高，资源利用率得到最大化。

（二）智能化设备与自动化系统

自动化开采设备的应用，显著提高了矿山开采的效率和安全性。自动化钻机、装载机和运输车等设备，可以在无人操作的情况下完成高强度、高风险的工作任务，自动化设备不仅提高了工作效率，降低了人工成本，还减少了工人在危险环境中的暴露时间，保障了工人的安全，通过远程控制和实时监控，操作人员能够在安全的环境中进行设备的操控，大大降低了事故发生的概率。矿山管理信息系统（MIS）在矿山开采中的应用，进一步提升了管理的科学性和效率，MIS系统通过实时监控矿山开采的各个环节，收集和分析大量的开采数据，帮助管理者及时了解开采进度和资源消耗情况，系统能够根据矿区实际情况，优化资源配置，调整采掘计划，提高矿山管理的灵活性和适应性，通过MIS系统，管理者可以实现对矿山开采全过程的精细化管理，有效提高了矿山的生产效率和经济效益。

（三）绿色开采技术

绿色开采技术在矿山开采中的应用，不仅符合环保要求，还能有效提升资源利用率，充填采矿法是一种利用废石、尾矿等材料充填采空区的方法，防止地表沉降，减少废弃物排放，通过将矿山开采产生的废石和尾矿进行充填处理，不仅解决了废弃物堆放的问题，还有效防止了采空区的地质灾害，保护了生态环境，这种方法符合绿色矿山的要求，得到了广泛应用。原位溶浸采矿是一种适用于某些特定矿种的绿色开采技术，通过在矿体中注入化学药剂，使矿物溶解后抽取，减少了传统开采方法的破坏性，原位溶浸采矿技术无需大规模开挖，避免了对地表和生态环境的严重破坏，减少了矿区的地表沉降和水土流失，这种方法具有工艺简单、环境友好等优点，是未来矿山开采技术发展的重要方向之一[2]。

二、采掘计划编排的方法

（一）动态编排法

动态编排法是针对矿区地质条件和市场需求变化而进行的采掘计划调整方法，旨在提高采掘计划的灵活性和适应性，矿区的地质条件通常具有复杂性和多变性，随着开采工作的深入，对矿区地质结构的了解也逐渐深入；因此，固定不变的采掘计划难以应对实际情况中的各种变化，动态编排法通过实时监控和分析矿区的地质数据，及时调整采掘计划，确保计划能够适应地质条件的变化。市场需求的变化也是影响采掘计划的重要因素，矿产品的市场价格、需求量和供需关系都会对采掘计划产生直接影响，在市场需求旺盛、价格上涨的情况下，加快采掘进度可以提高经济效益；而在市场低迷、价格下跌时，适当放缓采掘进度可以避免资源浪费和经济损失，动态编排法通过对市场需求和价格的实时监测，灵活调整采掘计划，提高矿山开采的经济效益。动态编排法的实施依赖于先进的信息技术和管理系统，通过地质监测设备和市场分析工具，实时获取矿区地质和市场的动态数据，这些数据通过矿山管理信息系统（MIS）进行处理和分析，帮助管理者做出科学的决策，动态编排法不仅提高了采掘计划的灵活性和适应性，还优化了资源配置，减少了资源浪费和环境影响。

（二）优化算法应用

优化算法在采掘计划编排中的应用，为矿山开采提供了科学、精确的决策支持，线性规划是一种常用的优化算法，通过建立数学模型，确定采掘过程中的各项约束条件和目标函数，求解出最优解，在采掘计划编制中，线性规划可以帮助确定最优的开采顺序、开采量和设备配置等，最大限度地提高矿山开采的整体效益。遗传算法是一种基于自然选择和遗传机制的优化算法，具有强大的全局搜索能力和适应性，遗传算法通过模拟自然界中的进化过程，生成一组初始解，经过选择、交叉和变异操作，不断迭代优化，最终找到最优解，在采掘计划编制中，遗传算法可以处理复杂的、多目标的优化问题，如在保证资源回收率、经济效益和环境保护等多个目标之间找到最佳平衡[3]。其他优化算法如模拟退火算法、蚁群算法等，也在采掘计划编制中得到了广泛应用，这些算法通过不同的优化策略和搜索机制，帮助管理者制定科学、合理的采掘计划，提高矿山开采的效率和效益，优化算法的应用，不仅提高了采掘计划的精确性和可操作性，还减少了人为决策的偏差和失误，推动了矿山开采的科学化和智能化发展。

（三）综合评估与调整

综合评估与调整是采掘计划编排过程中必不可少的环节，通过对经济、技术、安全、环境等多方面因素进行综合评估，不断调整和优化采掘计划，确保各项指标达到最佳平衡，经济评估主要关注采掘计划的成本效益，分析不同采掘方案的经济可行性和投资回报率，通过成本收益分析和经济模型计算，选择最具经济效益的采掘计划。技术评估则重点关注采掘计划的技术可行性和工艺优化，不同矿区的地质条件和矿体结构各不相同，采用何种开采技术和工艺对采掘计划的实施至关重要，技术评估通过实验和模拟，分析不同技术方案的优劣，优化采掘工艺，提高资源回收率和开采效率，降低开采成本和环境影响。安全评估是采掘计划编排中的重要环节，确保开采过程中的人员和设备安全，矿山开采工作环境复杂多变，存在多种潜在风险，如塌方、瓦斯爆炸、水害等，通过安全评估，识别和评估采掘过程中的各类安全风险，制定相应的安全措施和应急预案，确保采掘工作的安全可靠。环境评估则关注采掘计划对环境的影响，评估开采过程中的环境保护措施和生态恢复方案，矿山开采对环境的影响主要体现在土地破坏、生态失衡、水土流失和污染等方面，通过环境评估，分析采掘方案对生态环境的影响，制定有效的环境保护措施和生态恢复方案，最大限度地减少开采活动对环境的负面影响，实现矿山开采的绿色可持续发展。

三、结论

矿山开采技术的持续优化与智能化转型，结合环境友好的绿色开采理念，对于提升我国矿产资源开发利用水平具有重要意义，通过融合现代科技，如无人机、遥感、自动化系统与先进算法，不仅显著增强了开采效率与安全性，还促进了资源的最大化利用和环境的和谐共生；采掘计划的科学编排与灵活调整机制，则保障了开采活动紧跟市场需求变化，有效应对了地质复杂性，实现了经济效益与社会责任的双赢。

参考文献：

[1]孙学森,翟建波.国外某有色金属矿山开采技术方案综合优化[J].世界有色金属,2021(2):19.

[2]李锡斌,田世同,田大明.基于时空优化的某露天矿深部开采综合技术研究[J].化工矿物与加工,2021(5):46.

[3]梁敏.地下煤矿开采和矿山土地复垦综合规划研究[J].中国煤炭地质,2023,35(5):75-80.