現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用探究

秦 寧

(山西忻州神達(dá)南岔煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700)

引 言

我國是能源消耗的大國，礦產(chǎn)是能源、科研等行業(yè)所必須的資源之一，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占據(jù)了較大的比重?，F(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展使得采礦的機(jī)械化程度不斷提高，為采礦業(yè)帶來了諸多便利。對(duì)于企業(yè)和工作人員來說，現(xiàn)代化的采礦工藝不僅提高了采礦的效率和生產(chǎn)力水平，同時(shí)也極大地增加了開礦工作的安全性。針對(duì)目前采礦工藝的特點(diǎn)，結(jié)合采礦工藝中的難點(diǎn)，分析現(xiàn)代化采礦技術(shù)的不足，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行探究是具有重要意義的。

1 采礦工程存在的問題

采礦工藝技術(shù)在礦產(chǎn)資源的開采中占據(jù)著十分重要的地位，隨著相關(guān)工藝的升級(jí)，使得采礦的效率、安全性逐漸提高。隨著現(xiàn)代化信息、智能技術(shù)的發(fā)展，采礦工藝技術(shù)也在不斷的改進(jìn)和完善，在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，采礦工藝技術(shù)仍將有較大的上升空間。在現(xiàn)階段，采礦工藝技術(shù)仍存在著一些技術(shù)和環(huán)保等方面的問題。

1.1 技術(shù)問題

在以往的采礦工程中，人工開挖所占的比重較大，機(jī)械化水平不高。隨著近年來我國工業(yè)水平的提高，機(jī)械采礦所占的比重越來越大。但是對(duì)于一些圍巖較差、開采難度大的礦區(qū)，需要更自動(dòng)化、智能化的設(shè)備以完成相應(yīng)的開采工作。提升開采效率、降低開采風(fēng)險(xiǎn)仍然是技術(shù)層面需要不斷優(yōu)化的目標(biāo)。

海洋資源具有巨大的開采潛力，在對(duì)于海洋資源的開采中，目前已實(shí)現(xiàn)對(duì)海底石油的有效開采。但是如可燃冰、海底天然氣的開采，在技術(shù)方面仍存在較多未解決的難點(diǎn)。

1.2 環(huán)保問題

礦產(chǎn)資源的開采往往伴隨著環(huán)境污染問題的出現(xiàn)，過去粗放型的采礦模式已對(duì)自然生態(tài)造成了大量負(fù)面影響，如山體滑坡、崩塌等自然災(zāi)害均與礦產(chǎn)資源的開采有關(guān)。除此之外，礦山開采還會(huì)帶來植被破壞、水體污染和生物多樣性下降等不良的生態(tài)影響。在海底石油的開采中，曾多次出現(xiàn)因石油泄漏而引起的海洋污染現(xiàn)象[1]，對(duì)海洋生態(tài)和海洋生物多樣性造成了嚴(yán)重的危害。

因此，必須重視礦山開采對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境的影響。積極做好礦山綠色開采和已破壞地區(qū)的生態(tài)修復(fù)是社會(huì)發(fā)展中迫在眉睫的任務(wù)。

2 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)采礦技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了更新迭代，使得采礦工作的的效率提升、采礦成本下降以及采礦的安全性提升。同樣重要的是現(xiàn)代化采礦技術(shù)使得開采過程趨于環(huán)?；瑢?duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響逐漸降低，目前常見的現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)有以下幾種。

2.1 空?qǐng)霾傻V技術(shù)

空?qǐng)霾傻V技術(shù)是近年來在采礦工程中應(yīng)用較多的一種工藝。與其他采礦技術(shù)相比，空?qǐng)霾傻V技術(shù)的開采效率較高。通過將礦區(qū)的開采區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，形成了兩個(gè)不同的礦區(qū)。這兩個(gè)礦區(qū)分別為礦房和礦柱，其施工作業(yè)形式是不同的。

在進(jìn)行礦區(qū)開采工作時(shí)，先對(duì)礦柱區(qū)域進(jìn)行開采，開采完畢后對(duì)礦房區(qū)域進(jìn)行回采作業(yè)。當(dāng)?shù)V區(qū)的結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定因素時(shí)，則只進(jìn)行礦房區(qū)域的開采。

對(duì)礦房進(jìn)行回采時(shí)，需要利用圍巖和礦柱的支撐進(jìn)行開采工作。當(dāng)完成礦房區(qū)域的開采時(shí)，再將礦柱區(qū)域進(jìn)行完全回采。

在回采工作完成后，需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理。對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理時(shí)，需要填充相應(yīng)的材料或搭建支架，防止地表的下沉和采空區(qū)內(nèi)部的塌陷。

2.2 崩落采礦工藝技術(shù)

崩落采礦技術(shù)是先對(duì)礦洞中的地質(zhì)情況進(jìn)行探明，然后對(duì)穩(wěn)定性較差的圍巖進(jìn)行崩落處理的一種開采工藝。采用崩落采礦技術(shù)可以有效排除礦洞內(nèi)的不穩(wěn)定圍巖危險(xiǎn)，為正常開采提供安全的開采環(huán)境。

崩落采礦技術(shù)根據(jù)有無底柱分為兩種形式。其中，底柱分段崩落法需要對(duì)底柱的高度、橫斷面的尺寸進(jìn)行測(cè)量，以便對(duì)漏斗之間的間距、分段高度等進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行底柱分段崩落法時(shí)，需要相關(guān)工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的獲取。當(dāng)?shù)字鶠槁┒沸蜁r(shí)，則需要將底柱的高度設(shè)計(jì)為5 m～7 m，設(shè)計(jì)分段高度為11 m～13 m。相比于底柱分段崩落法，無底柱分段崩落法的自動(dòng)化化程度較高，對(duì)人力的要求較少，較底柱分段崩落法更為安全。

值得注意的是，當(dāng)使用崩落采礦工藝進(jìn)行開采工作時(shí)，應(yīng)注意崩落的圍巖不能對(duì)礦區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。

2.3 溶浸采礦工藝技術(shù)

溶浸采礦工藝技術(shù)的原理是利用化學(xué)試劑與礦物之間的化學(xué)反應(yīng)作用，對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行處理，使礦物從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)進(jìn)行開采。通過將與已知礦物對(duì)應(yīng)的化學(xué)溶劑注入礦層中與礦物發(fā)生反應(yīng)，將礦物從礦石中分離出來，進(jìn)一步將轉(zhuǎn)化的液體進(jìn)行收集，完成礦物的采集工作。

采用溶浸采礦工藝技術(shù)時(shí)，需要在開采之前對(duì)開采部位進(jìn)行準(zhǔn)確的地質(zhì)勘察，明確各地層礦物的分布、類型，以便選取合適的化學(xué)溶劑。

溶浸采礦工藝的優(yōu)點(diǎn)是安全性較高，且較為環(huán)保，在今后的采礦工程中有著較好的發(fā)展前景。

2.4 充填采礦工藝技術(shù)

當(dāng)遇到礦區(qū)圍巖的穩(wěn)定性較差、開采深度較大等復(fù)雜的開采條件時(shí)，往往采用充填采礦工藝技術(shù)進(jìn)行開采。充填采礦工藝的原理是將礦區(qū)的空缺部分使用特定的材料進(jìn)行填補(bǔ)，以達(dá)到支撐的作用，為開采提供安全的作業(yè)空間。充填采礦技術(shù)的應(yīng)用，使得礦區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性增強(qiáng)，提升了開采的安全性。充填采礦技術(shù)根據(jù)礦區(qū)的結(jié)構(gòu)、回采方向等因素，以及充填材料和運(yùn)輸方式的不同，分為以下幾類，如表1所示。

表1 充填采礦技術(shù)的分類

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特性、圍巖性質(zhì)等確定合適的充填方法進(jìn)行充填開采工作。

3 現(xiàn)代化采礦技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 礦山災(zāi)害預(yù)警機(jī)制

在采礦業(yè)的發(fā)展歷史中，幾乎每一年都有大量的礦難事故發(fā)生。因此，礦山預(yù)警技術(shù)具有較大的發(fā)展前景。結(jié)合當(dāng)前高度信息化的通信技術(shù)和人工智能，研發(fā)全方位的采礦智能預(yù)警系統(tǒng)，可以從勘探、開采、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面對(duì)礦山的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，降低采礦事故發(fā)生的可能性，保障人員的安全。

3.2 智能采礦技術(shù)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械的智能化程度越來越高，人工智能已逐漸在多個(gè)行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用。在智能采礦方面，已有相關(guān)的煤礦采用5G技術(shù)進(jìn)行開采工作[3]，極大的加強(qiáng)了開采的信息化、自動(dòng)化、安全化等。

在人工智能和通信技術(shù)的發(fā)展下，采礦模式將逐漸向無人化、智能化發(fā)展。已有相關(guān)研究[4]表明，5G技術(shù)可用于礦山的遠(yuǎn)程無線操控中。即相關(guān)技術(shù)人員可在地面上進(jìn)行地下機(jī)械的操作工作，遠(yuǎn)程指揮礦井內(nèi)的機(jī)械進(jìn)行采挖，極大地提升了開采的效率和安全性，是未來礦井采礦的趨勢(shì)。

3.3 綠色采礦工藝技術(shù)的發(fā)展

在提倡綠水青山就是金山銀山的今天，社會(huì)對(duì)于綠色環(huán)保的呼吁越來越多，實(shí)行礦產(chǎn)的綠色開采是大勢(shì)所趨。礦山作為過去的“金山銀山”，不應(yīng)在開采后變?yōu)闈M目瘡痍、毫無生機(jī)的“死山”。近年來在各大礦業(yè)的開采技術(shù)中，逐漸重視綠色開采技術(shù)的研發(fā)。綠色開采技術(shù)不僅使得開采的能源消耗較少，更重要的是對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害降低。

當(dāng)然，不能一味的追求綠色環(huán)保而過分限制和制約礦業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代化綠色開采工藝技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，要結(jié)合科技發(fā)展的程度和企業(yè)、生態(tài)的需求。以保護(hù)生態(tài)、減少資源浪費(fèi)為底線，以提高企業(yè)生產(chǎn)效率和安全性為目標(biāo)，發(fā)展現(xiàn)代化綠色采礦工藝技術(shù)。從實(shí)際情況出發(fā)，大力提倡和發(fā)展新能源技術(shù)、綠色采礦技術(shù)。在保住綠水青山的同時(shí)，開采“金山銀山”。

3.4 海上礦產(chǎn)開采技術(shù)的發(fā)展

海洋蘊(yùn)藏著大量的礦產(chǎn)資源，如石油、天然氣、可燃冰等，由于相關(guān)海洋礦產(chǎn)開采的技術(shù)發(fā)展起步較晚，使得有大量的海洋礦場(chǎng)尚待開發(fā)。

海洋礦產(chǎn)資源分為液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)三種，其中對(duì)于海洋石油資源的開采技術(shù)較為成熟，各國通過搭建海上鉆井平臺(tái)以完成對(duì)海底石油的開采。而對(duì)于海底天然氣的開采，由于天然氣水合物埋藏較淺、地層較軟，使得開挖難度較大，成本較高[5]。海底固態(tài)礦產(chǎn)的開采往往伴隨著海洋污染的產(chǎn)生，對(duì)設(shè)備、技術(shù)的要求較高。因此，海洋礦產(chǎn)開采技術(shù)具有較好的發(fā)展前景，同時(shí)也需要相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展，為進(jìn)一步的新能源開采提供技術(shù)支持[6]。

4 結(jié)語

現(xiàn)代化采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，提升了傳統(tǒng)采礦的效率和生產(chǎn)力水平，同時(shí)也使得采礦趨于安全化。新能源的發(fā)現(xiàn)和海洋資源的開采，給現(xiàn)代化采礦工藝帶來了技術(shù)方面的難題。隨著通信技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)應(yīng)緊跟科技的步伐，與無線通訊、人工智能等緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)的不斷更新和完善，以解決目前采礦業(yè)遇到的重難點(diǎn)問題以及未來采礦業(yè)的挑戰(zhàn)。