井下采礦技術(shù)及發(fā)展趨勢探析

田本強+苑雪燕

摘 要：隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，對于井下采礦技術(shù)的要求也是越來越高，一些新工藝、新方法以及新的設備已經(jīng)得到了廣泛應用，不僅提高了采礦效率，還提高了采礦質(zhì)量以及安全性。文章介紹我國礦產(chǎn)資源開采的現(xiàn)狀，包括井下充填技術(shù)的發(fā)展、井下深部開采技術(shù)發(fā)展、井下支護技術(shù)發(fā)展、井下開采設備的發(fā)展，并在此基礎上對于井下無人探測技術(shù)進行了一定程度的分析。

關(guān)鍵詞：技術(shù)；提高；發(fā)展

我國礦產(chǎn)資源比較豐富，礦產(chǎn)資源消耗也比較大，這就要求我們加快礦產(chǎn)開采速度和規(guī)模，更好的滿足經(jīng)濟建設的需要，但是同時也會造成資源過度開采，致使環(huán)境過度破壞，為此我們應該在開采礦產(chǎn)的同時更加注重環(huán)境的保護。這也會對我國經(jīng)濟發(fā)展造成一定的制約。井下開采技術(shù)是一個統(tǒng)稱，是由多種不同的開采技術(shù)組成的，不同的開采技術(shù)適合不同的采礦環(huán)境。長壁開采技術(shù)是較為常見的一種礦產(chǎn)開采方式，其主要適用于煤礦井下開采，此種開采方式具有效率高、礦產(chǎn)初品質(zhì)量穩(wěn)定以及作業(yè)環(huán)節(jié)比較安全的特點。長壁開采工藝不能適用于金屬礦開采。由于井下作業(yè)復雜，不確定因素很多，都會影響著井下作業(yè)人員以及設備的安全，為此采礦會投入大量的人力、物力以及財力，勢必會加大企業(yè)對于開采的成本，針對于以上情況談一下我國礦產(chǎn)資源開采的發(fā)展趨勢。

1 我國礦產(chǎn)資源開采發(fā)展

1.1 井下充填技術(shù)的發(fā)展

井下采礦技術(shù)種類比較多，常見的有干填充技術(shù)、尾砂膠結(jié)技術(shù)、碎石水泥漿膠結(jié)技術(shù)。隨著經(jīng)濟發(fā)展以及對于采礦要求的提高，這些一般的開采工藝并不能夠滿足礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的需求。為此，科研人員正在相關(guān)工藝和技術(shù)方面開始公關(guān)科研，相信隨著技術(shù)更新，較為傳統(tǒng)的采礦模式將會向高濃、高尾砂方向發(fā)展，此種開采工藝不僅可以在一定程度上降低膠結(jié)材料的使用量，還能夠節(jié)約大量的經(jīng)濟投入，在改善機械設備使用條件以及環(huán)境方面有著非常重要的現(xiàn)實意義。

1.2 井下深部開采技術(shù)發(fā)展

隨著經(jīng)濟大開發(fā)，礦產(chǎn)資源地下儲量也在逐漸減少，如何更加高效開采礦產(chǎn)資源成為了我們亟需解決的問題。井下深部開采技術(shù)在一定程度上可以解決上述問題，同時還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益以及社會效益，這里提到的社會效益主要是指采礦技術(shù)升級以及轉(zhuǎn)型所帶來的間接利益。深井開采技術(shù)在我國起步較晚，一些關(guān)鍵技術(shù)和工藝還尚處于初級階段，另外還由于井下深部開采的一些不確定因素所造成的影響，所以在實際井下開采過程中會帶來一些惡性不良情況，比如可能會引發(fā)礦震災害和爆破事故等問題。為此，企業(yè)應該在深部采礦技術(shù)方面多投入人力和物力、財力，加大科研力度，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，促進采礦事業(yè)良性發(fā)展。

1.3 井下支護技術(shù)發(fā)展

由于井下采礦是一種高危險性的作業(yè)，所以井下支護對于采礦是非常有必要的。按序以及按照工藝進行井下礦石開采，不僅可以保證開采環(huán)境安全，還可以保護開采設備運行處于良好狀態(tài)。隨著井下開采技術(shù)的提高，井下支護技術(shù)也在不斷進步，錨桿桁架支護技術(shù)是一種較為全新的工藝。錨桿桁架利用高強度鋼桿以及兩個漲殼式錨桿結(jié)合形成，該技術(shù)性能可靠，安裝方便，所以在井下開采方面取得了較好效果。新型井下支護技術(shù)不僅可以避免采礦安全性，還可以進一步提高采礦企業(yè)的經(jīng)濟利益以及社會利益。

1.4 開采設備研究分析

隨著科技的發(fā)展，未來井下開采設備在技術(shù)方面將會有質(zhì)的提升。以常用的采礦設備來說，未來的設備將會更加智能化、可控化、易用化，采礦設備的工作效率將會逐步提高，安全性能也會得到提升，這樣的結(jié)果與目前人們對設備性能的訴求是相吻合的。目前國際上對于井下無人采礦技術(shù)裝備導航與控制研究正在逐步開展，針對于深井礦床開采技術(shù)條件，采用仿真技術(shù)，研究礦床開采環(huán)境的虛擬化、對于采礦環(huán)境虛擬建模以及機械設備動態(tài)化對于深井礦床開發(fā)有著非常巨大的潛力。

1.4.1 無人采礦仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

無人采礦仿真技術(shù)主要利用控制理論、相似理論、系統(tǒng)統(tǒng)籌學以及計算機信息處理技術(shù)，對采礦過程進行計算機模擬以及仿真分析，探究采礦各個環(huán)節(jié)中的行為，揭示無人采礦環(huán)節(jié)的各項參數(shù)，為無人采礦工藝的提高提供技術(shù)支持。我國采礦工藝以及機械設備與國外先進國家有著一定的差距，國外激光雷達在移動機器人方面已經(jīng)頗有建樹，激光雷達位姿應用已經(jīng)得到廣大礦山的關(guān)注。這主要是由于基于激光雷達的位姿可以較為快捷將采礦信息集成到其它基于激光雷達的算法中，比如障礙物監(jiān)測以及跟蹤，不需要任何標定措施，可以有效提供采礦準確度、安全性，還可以大幅度降低開采成本。由于井下開采作業(yè)的高復雜性以及高度危險性，電子信號穿透性較弱，此時會限制GPS定位系統(tǒng)以及其他視覺可視設備的正常使用。仿真技術(shù)的研究與相關(guān)設備開發(fā)，可以緩解我國井下礦產(chǎn)開采效率低、安全保障薄弱對于我國礦產(chǎn)開采的影響，對于推動礦產(chǎn)開采以及加工也具有一定的現(xiàn)實意義。井下無人開采技術(shù)和設備可以使生產(chǎn)一線工人從危險、艱苦、繁重以及重復性的體力勞動中解放出來，可以為社會帶來不可估量的現(xiàn)實意義

1.4.2 遠程通訊技術(shù)的應用趨勢

通訊系統(tǒng)可以及時、高效地把傳感器所感受到的信息傳給礦產(chǎn)開發(fā)管理人員，然后將加工的指令傳輸給實際操作人員，從而對于礦產(chǎn)開采進行動態(tài)監(jiān)控，在有必要的情況下通過人機接口對設備進行遠距離遙控操作。我國目前在一種基于無線傳感器網(wǎng)絡井下定位的系統(tǒng)方面投入了廣大了人力和物力，設計了大量實驗模型，在此方面也提出了一些解決處理方法，該系統(tǒng)可以研究礦井安全監(jiān)測技術(shù)問題，包括：基于射頻信號強度的移動節(jié)點相對位置定位方法，移動節(jié)點和網(wǎng)關(guān)結(jié)合的精確定位方法，連接井上以及井下有線通信系統(tǒng)，可以實現(xiàn)移動人員以及設備的精確定位?？梢蕴岣吖芾砣藛T對于井下開采作業(yè)管理力度，提升安全管理水平。

我國在相關(guān)技術(shù)方面不斷創(chuàng)新和應用可以打破發(fā)達國家在先進采礦設備研發(fā)以及生產(chǎn)方面的壟斷地位，提升我國機械成品化、先進化以及高效化水平，使我們設備更具有一定的競爭優(yōu)勢。井下無人采礦設備仿真技術(shù)對于礦床開采環(huán)境、設備參數(shù)、工況參數(shù)、工藝流程、行為參數(shù)以及信息傳輸以及控制模擬，建立應用于不同開采環(huán)境的無人控制系統(tǒng)，通過分析開采工藝指標以及效果，進而研發(fā)出更能適應不同開采環(huán)境的生產(chǎn)工藝，為礦山開采以及礦產(chǎn)加工提供一定的科學理論數(shù)據(jù)。為提高我國地下開采礦山管理水平，優(yōu)化開采環(huán)境，促進礦產(chǎn)制品提升有著關(guān)鍵的現(xiàn)實意義。

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