地下礦山采礦方法及技術(shù)探析

李云鵬

摘 要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)在不斷發(fā)展的同時(shí)，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求也在不斷增加，因此對(duì)采礦行業(yè)提出了更高的要求。本文以地下礦山采礦為核心，首先概述了開采作業(yè)的特點(diǎn)和影響因素，然后介紹了常見的采礦方法和發(fā)展趨勢(shì)，最后介紹了開采技術(shù)的最新發(fā)展，以供參考。

關(guān)鍵詞：地下礦山；采礦方法；采礦技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我國(guó)不僅礦產(chǎn)資源豐富，而且礦產(chǎn)使用量也比較大，其對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的支持下，地下礦山采礦作業(yè)越來越普遍，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種開采技術(shù)，要求企業(yè)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善，從而保證井下作業(yè)的安全性，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開采目標(biāo)。

1.地下礦山開采作業(yè)概述

隨著人們對(duì)于礦產(chǎn)資源需求的增加，采礦業(yè)的范圍也從地表擴(kuò)展到地下，地下礦山開采作業(yè)期間，要求工作人員注意兩個(gè)方面，一是安全性，二是整潔性，以便創(chuàng)建一個(gè)健康衛(wèi)生的井下環(huán)境。要發(fā)揮地下礦山開采的優(yōu)勢(shì)，必須做到以下幾點(diǎn)：第一，開采成本低且效益高；第二，機(jī)械設(shè)備使用率高；第三，開采技術(shù)方案的應(yīng)用具有靈活性，不僅適應(yīng)性強(qiáng)，而且對(duì)于環(huán)境的破壞程度小，甚至能夠起到保護(hù)環(huán)境的效果。

2.常見地下礦山采礦方法及發(fā)展趨勢(shì)

按照對(duì)回采過程中空區(qū)的不同處理方法，地下開采的采礦方法主要有3種。

2.1 空?qǐng)霾傻V法

空?qǐng)霾傻V法將礦塊分為礦房和礦柱兩部分，兩步回采。對(duì)回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，利用礦柱或人工支柱進(jìn)行支撐，以控制地壓保證回采。

依據(jù)礦房、礦柱結(jié)構(gòu)的不同和回采工藝的區(qū)別，空?qǐng)霾傻V法主要有淺孔留礦法、全面法、房柱法和分段空?qǐng)龇ǖ取?/p>

由于空?qǐng)龇ɑ夭珊髸?huì)產(chǎn)生大量空區(qū)，近年來在礦山中采用的比例有所下降。其發(fā)展趨勢(shì)主要是無(wú)軌回采設(shè)備的應(yīng)用和大型設(shè)備的應(yīng)用。無(wú)軌設(shè)備可以極大地提高開采的機(jī)械化程度。大型設(shè)備提高了出礦能力和生產(chǎn)效率，降低了出礦成本。

2.2 崩落采礦法

崩落采礦法采用一步驟回采。通過自然或強(qiáng)制崩落頂板圍巖，充填回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，以控制地壓保證回采。

崩落采礦法主要有分層崩落法、有底柱分段崩落法、無(wú)底柱分段崩落法、自然崩落法及階段崩落法等。

其中的無(wú)底柱分段崩落法近年來向高分段、大間距的方向發(fā)展，產(chǎn)生了“大間距集中化無(wú)底柱采礦新工藝”。通過采用高效的地下中深孔氣液聯(lián)動(dòng)設(shè)備，形成與大尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)相匹配的集中化、高強(qiáng)度、大規(guī)模采礦技術(shù)和管理模式，提高了作業(yè)安全性和采礦強(qiáng)度。

2.3 充填采礦法

充填采礦法在回采過程中用充填料充填采空區(qū)，以控制地壓保證回采。

充填采礦法主要有分層充填法、進(jìn)路充填法、削壁充填法、嗣后充填法等。

隨著無(wú)軌設(shè)備在回采中的應(yīng)用和充填工藝及管道技術(shù)的發(fā)展，充填工藝實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)能力顯著提高，礦石的損失、貧化顯著降低，開采成本也相應(yīng)降低。由于環(huán)保的要求，土地使用的限制，膠結(jié)充填又能防止地面沉降，充填采礦法的應(yīng)用越來越廣泛。

3.地下礦山采礦技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

近年來地下礦山采礦技術(shù)不斷發(fā)展，取得了很多進(jìn)步，其中地下連續(xù)開采技術(shù)和深井開采技術(shù)的發(fā)展較為突出：

3.1 地下連續(xù)開采技術(shù)

地下連續(xù)開采技術(shù)是地下采礦的未來發(fā)展趨勢(shì)。主要有兩種主要方式，一是當(dāng)?shù)V體硬度較小時(shí)，開采時(shí)各個(gè)工序連續(xù)平行進(jìn)行施工。二是當(dāng)?shù)V體硬度大時(shí)，開采時(shí)分成若干個(gè)施工段，不同施工段的各個(gè)工序連續(xù)平行進(jìn)行施工。

近年來地下連續(xù)開采取得了重大進(jìn)展，多項(xiàng)地下連續(xù)開采技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在礦山中。地下連續(xù)開采的采礦裝備系列齊全，配套完整，機(jī)械化程度也高，從鑿巖、裝藥到轉(zhuǎn)運(yùn)，全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化配套作業(yè)，各道工序無(wú)須手工體力操作，無(wú)繁重體力勞動(dòng)，裝備無(wú)軌化、液壓化、自動(dòng)化程度較高。完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)軌化、液壓化。在自動(dòng)化方面，已成功地應(yīng)用了無(wú)人駕駛、機(jī)器人作業(yè)等新技術(shù)。特別是地下連續(xù)開采無(wú)礦柱法的出現(xiàn)，解決了以往地下連續(xù)開采技術(shù)的諸多問題。該方法將礦體劃分成礦段，不留礦柱，將切割槽布置在礦段中部，底部結(jié)構(gòu)布置振動(dòng)機(jī)出礦。崩礦過程中同時(shí)進(jìn)行回填，平行進(jìn)行采切、回采、充填的作業(yè)，使采礦工作連續(xù)不間斷的施工。解決了礦柱回收困難的問題，采礦速度大大優(yōu)于傳統(tǒng)采礦方法，避免了資源的浪費(fèi)，提高了地下采礦的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 深井開采技術(shù)

隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，開采深度也自然隨之加深，同時(shí)也對(duì)開采技術(shù)提出了更高的要求。

深井開采首先面臨的就是巖爆問題，國(guó)內(nèi)外對(duì)巖爆的發(fā)生機(jī)理和防止方面取得了一系列的成果。通過對(duì)巖石的微觀結(jié)構(gòu)和聲發(fā)射特征，可以劃定巖爆可能性等級(jí)，結(jié)合巖石所處的應(yīng)力條件，可以判定巖爆是否會(huì)產(chǎn)生。通過有限元法計(jì)算采場(chǎng)頂柱及及其周圍巖體應(yīng)力分布，優(yōu)化回采順序、采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，調(diào)整礦柱規(guī)格，可以避免應(yīng)力集中和能量聚集，預(yù)防巖爆出現(xiàn)、削弱巖爆強(qiáng)度。

在地壓監(jiān)測(cè)方面，除了采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、巖性測(cè)試、位移和應(yīng)力測(cè)量等方法外，還可以建立深井的力學(xué)模型，采用有限元分析軟件對(duì)回采工作影響下的巖體、地表和井巷位移和應(yīng)力變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)和定量分析，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)、穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并制定相應(yīng)的安全措施。

礦山開采中尾礦和廢石的處理問題一直制約著礦山的發(fā)展。在深井開采中，將尾礦和廢石全部充填到井下采空區(qū)，既可以解決深井開采的地壓和巖爆問題，同時(shí)還可以不占或少占土地，減少建設(shè)投資，解決環(huán)境污染的問題，實(shí)現(xiàn)無(wú)廢開采。

深井開采中的地下涌水也是一項(xiàng)重大問題。地下采礦引起的地下水災(zāi)害包括地下突水和地下水位下降兩個(gè)方面，以及由此造成的淹井事故、地表沉降塌陷和地表生態(tài)破壞等問題，深井開采由于開采深度大，上述災(zāi)害的嚴(yán)重性更大，為此國(guó)內(nèi)外在深井地下水害治理與研究方面開展了一系列的研究工作。目前在深井地下水災(zāi)害領(lǐng)域研究成果主要有：采礦過程中地下水的運(yùn)移規(guī)律分析、突水機(jī)理分析、工作面及礦井涌水量預(yù)測(cè)、老窿與巖溶水探測(cè)設(shè)備與技術(shù)、裂隙或構(gòu)造帶涌水通道堵截技術(shù)及材料等。

深井開采中的高溫也是一項(xiàng)重大問題。嚴(yán)重影響開采工作的安全及效率。最新的高溫防護(hù)技術(shù)通過對(duì)深井的高溫產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)合目標(biāo)礦山的實(shí)際情況，采用鉆孔法測(cè)定井下溫度，分析其變化的規(guī)律，監(jiān)測(cè)井下環(huán)境溫度，通過實(shí)際觀測(cè)和熱交換數(shù)值分析法相結(jié)合，可以解讀井巷溫度的變化規(guī)律，從而制定可行的井下降溫措施。降溫措施包括：空氣遇冷降溫法、局部制冷技術(shù)、個(gè)體防護(hù)技術(shù)等。空氣遇冷降溫法是將采礦區(qū)的恒溫帶空氣引入采場(chǎng)來降低工作面溫度，通過熱平衡及熱交換計(jì)算及風(fēng)路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，尋求井下地溫風(fēng)流和高溫風(fēng)流混合，采用空氣預(yù)冷降溫機(jī)理的方法。局部制冷包括冷水逆流噴淋降溫、人工降溫制冷，對(duì)礦井入口風(fēng)流部分或全部采用冷水或制冷機(jī)進(jìn)行降溫。個(gè)體防護(hù)是采用冷卻服（冰背心）改善個(gè)體舒適度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地下礦山采礦是我國(guó)目前礦產(chǎn)開采的重要途徑之一，影響開采效率和質(zhì)量的因素較多，因此應(yīng)該選擇合適的開采方法和技術(shù)。本文闡述了地下開采作業(yè)的簡(jiǎn)單概況，并對(duì)目前一些較為先進(jìn)的開采方法、開采技術(shù)進(jìn)行了介紹，希望為實(shí)際開采工作提供一些經(jīng)驗(yàn)和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]解廷堃，崔宏偉.露井聯(lián)采條件下井工礦對(duì)露天礦邊坡影響的范圍[J].露天采礦技術(shù)，2013（11）：8-10.

[2]向軍.井下人員定位系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2015，15（5）：82，98.

[3]劉忠強(qiáng).地下礦山采礦技術(shù)及方法研究[J].世界有色金屬，2016（24）：230-231.

[4]王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.