多環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)切入點

孫中華

（江西金山礦業(yè)有限公司，江西 上饒 334000）

礦產(chǎn)資源對社會經(jīng)濟發(fā)展具有不可言喻的重要作用，是人們賴以生存和發(fā)展的根本，在國民經(jīng)濟及社會的快速發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，隨著工業(yè)化和城市化進程的不斷加快，人們對于礦產(chǎn)資源的需求呈現(xiàn)出持續(xù)上升的狀態(tài)，供求矛盾的不斷激化，大量銅、鐵、鋁、鉛等金屬礦產(chǎn)資源需要依靠進口，使得資源短缺成為了制約經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)鍵。在目前礦產(chǎn)資源供需緊張的情況下，大部分礦產(chǎn)資源的開采環(huán)境條件也越來越復(fù)雜，開采難度逐漸提高，尤其在對一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、礦體性質(zhì)比較特殊的礦山開采，給采礦作業(yè)技術(shù)提出了更高的要求，不僅要保障采礦安全，還要保證采礦質(zhì)量，因此多環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)的切入也就成為了研究重點。不同地質(zhì)環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)的切入點應(yīng)該是不同的，目前大部分采礦項目在施工過程中并沒有針對不同環(huán)境條件下應(yīng)用采礦作業(yè)技術(shù)，導(dǎo)致開采過程中經(jīng)常出現(xiàn)安全事故，嚴(yán)重危害到了采礦工人的人身安全，以及影響到采礦進度和采礦質(zhì)量，造成嚴(yán)重的社會損失和經(jīng)濟損失。在當(dāng)今注重安全、高效、高質(zhì)量的采礦作業(yè)理念下，如何正確使用采礦作業(yè)技術(shù)、多環(huán)境條件下準(zhǔn)確把握采礦作業(yè)技術(shù)切入點，保證作業(yè)安全和質(zhì)量，成為目前采礦行業(yè)需要重點思考的關(guān)鍵問題，為此提出多環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)切入點研究[1]。

1 多環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)切入點

礦產(chǎn)資源開采區(qū)域復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件大致可分為地質(zhì)構(gòu)造和礦體性質(zhì)兩種，其中地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境條件是指采礦區(qū)域地層在內(nèi)外應(yīng)力作用下因擠壓或者撕裂而形成的裂縫、塌陷地質(zhì)環(huán)境狀態(tài)；在礦產(chǎn)資源開采過程中所面臨的礦體性質(zhì)環(huán)境條件主要為巖體容易發(fā)生變形，尤其是在軟巖性質(zhì)的環(huán)境條件下進行采礦作業(yè)，非常容易產(chǎn)生安全隱患。因此本文針對以上兩種環(huán)境條件，對于采礦作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用分別從不同方面入手。

1.1 地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定環(huán)境條件下采礦作業(yè)

在采礦過程中面臨的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境條件主要包括斷裂、褶皺以及傾斜等。地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定環(huán)境條件會給采礦作業(yè)產(chǎn)生極大的影響，在開采過程中隨著采礦深度的不斷加深，當(dāng)開采位置接近復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時，開采作業(yè)所產(chǎn)生的大幅度振動，會非常容易使地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性遭到破壞，因此在地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定環(huán)境條件下，采礦作業(yè)技術(shù)要以分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)特征為切入點，以地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)特征分析結(jié)果為依據(jù)，確定采礦作業(yè)技術(shù)具體實施過程[2]。

首先需要到開采作業(yè)現(xiàn)場進行取樣，運用鉆探技術(shù)分別鉆取到不同區(qū)域，不同深度的地質(zhì)構(gòu)造巖石樣本。然后根據(jù)《采礦工程地質(zhì)構(gòu)造巖石力學(xué)性能測試方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T56142-64，對采集到的地質(zhì)構(gòu)造巖石樣本進行測試，其中包括塊體密度測試、抗拉強度測試、構(gòu)造變形性質(zhì)測試、構(gòu)造抗壓強度測試等，對測試結(jié)果進行記錄，然后依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定程度確定標(biāo)準(zhǔn)》SL544-2010，對采礦區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定程度進行判定，具體參照如下表所示。

表1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)特征判定表

根據(jù)表1 中的標(biāo)準(zhǔn)對采礦區(qū)域進行分?jǐn)喾治?，最范圍?m×5m，通過對各個區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)特征分析，確定該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定程度，針對不同程度采取不同的采礦作業(yè)技術(shù)和方法。通常情況下，地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)特征比較穩(wěn)定的區(qū)域，采取常用的回填開采作業(yè)技術(shù)即可，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較穩(wěn)定，在開采過程中以廢渣、廢料作為填充物對開采完畢的工作面進行填充[3]。

地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定程度比較差或者非常差的區(qū)域，采取削壁填充采礦作業(yè)技術(shù)，在采場中設(shè)立中央天井，在回風(fēng)的同時也可以作為緊急情況下的安全出口，避免意外的發(fā)生。另外，還要布設(shè)沿脈平巷作為礦石的運輸通道，在采場的兩端建設(shè)計天井輔以木質(zhì)漏斗，作為巖石的排除口，同時也可以用于工作人員的出入口。首先需要做好混凝土墊層的基礎(chǔ)鋪設(shè)工作，然后按照設(shè)計好的比例將水泥、砂子等原料運送至硐室處，隨后進行混凝土的攪拌配制，制作時應(yīng)該隨時檢測混凝土的性能，以保障其滿足墊層鋪設(shè)的需求。在這一工作準(zhǔn)備完畢后，再進行鑿巖爆破施工，第二次的落礦通過第二次的落礦爆破實現(xiàn)，兩次爆破的炮孔都要沿著礦脈的方向不布置，并且要有75°的傾斜，為了優(yōu)化爆破效果，爆破的炮孔都要按照“L”字型分布。在開采作業(yè)施工過程中削壁操作要注意保證混凝土墊層的平整、光滑，在預(yù)留一定坡度時要結(jié)合電耙的工作狀態(tài)進行，這樣可以避免坡度過大導(dǎo)致清掃率降低，削壁時遇到大塊落巖還要對其進行粉碎并通過沿脈巷道排到采場外，以此完成地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定環(huán)境條件下采礦作業(yè)。

1.2 礦體易形變環(huán)境條件下采礦作業(yè)

不同的礦產(chǎn)資源具有不同的巖體性質(zhì)，針對礦體易形變環(huán)境條件，采礦作業(yè)技術(shù)需要從確定采礦支承壓力分布規(guī)律為切入點，采礦支撐壓力顯現(xiàn)的條件包括礦體掩埋較深、礦體力學(xué)性質(zhì)比較軟、礦體應(yīng)力比較大以及礦體傾角比較緩，礦產(chǎn)資源在地下深埋基數(shù)過大，在采礦作業(yè)施工過程中容易因為支承壓力的預(yù)判不足或突然變動引發(fā)巷道塌陷等一系列安全性問題；礦體力學(xué)性質(zhì)軟弱，巖體強度低，穩(wěn)固性差，此時礦體的支承壓力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，地下甚至地面的外界因素都會影響甚至破壞礦體支承壓力的穩(wěn)定性。礦體自身存在一個應(yīng)力場，其包括自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場是原巖應(yīng)力場，由地心引力引起的應(yīng)力場稱之為自重應(yīng)力場，由地質(zhì)構(gòu)造運動而引起的應(yīng)力場稱之為構(gòu)造應(yīng)力場，該應(yīng)力場是天然存在于巖體內(nèi)部與人為因素?zé)o關(guān)，下圖為礦體易形變環(huán)境條件下礦體應(yīng)力場示意圖[4]。

圖1 礦體易形變環(huán)境條件下礦體應(yīng)力場示意圖

巖體應(yīng)力是支承壓力的構(gòu)成主體，應(yīng)力與支撐壓力成正相關(guān)關(guān)系，即巖體應(yīng)力越大則巖體的支持壓力越大，反之巖體應(yīng)力越小則巖體支撐壓力也就越小。礦體傾角比較緩會造成支持壓力分布集中，礦體采出后形成壓力支承真空區(qū)域，是需要重點關(guān)注的支承壓力形成條件。考慮到地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境條件分為蓋層構(gòu)造和基底構(gòu)造，采礦作業(yè)過程中一定會形成采空區(qū)，而采空區(qū)又是誘發(fā)重特大事故的重要因素。因此，地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定環(huán)境條件下，采礦作業(yè)技術(shù)以確定采礦工作面支承壓力的分布規(guī)律入手，利用HFHGK264 數(shù)值模擬軟件，將礦山構(gòu)造地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到該軟件中，對礦山采礦支承壓力分布規(guī)律進行模擬分析，根據(jù)采礦支承壓力分布規(guī)律應(yīng)用填充采礦作業(yè)技術(shù)，這樣保證開采時可以避免采空區(qū)周圍支承壓力區(qū)中巷道破壞，防止礦體難以回采。

在確定了充填采礦支承壓力分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，再計算出采礦填充協(xié)同度，由于采礦填充協(xié)同度的計算是由序參量決定的，為此，可以將采礦作業(yè)過程看做是一個包含若干要素的復(fù)雜系統(tǒng)，通過計算其各要素之間的協(xié)同度確定彼此和諧一致的特征。假定采礦過程中若干要素的集合為L，假設(shè)采礦填充協(xié)同度為N ，則其計算公式如下所示：

綜上所述，當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源開采中面臨礦體易形變環(huán)境條件時，采礦作業(yè)技術(shù)以確定礦體支承壓力分布規(guī)律為切入點，根據(jù)礦體支承壓力分布規(guī)律進行后期的采礦填充施工，可以有效地保證采礦作業(yè)技術(shù)應(yīng)用效果，以及采礦作業(yè)施工安全，以此完成多環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)切入點研究。

2 結(jié)語

本文針對不同環(huán)境條件，對采礦作業(yè)技術(shù)切入點進行了分析，有利于提高采礦作業(yè)技術(shù)應(yīng)用效果以及采礦質(zhì)量。由于此次僅對地質(zhì)構(gòu)造、礦體性質(zhì)兩種環(huán)境條件下采礦作業(yè)技術(shù)切入點進行了研究，并沒有系統(tǒng)性的分析，今后還需要在該方面進行深入探究。