現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

張 君

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)亨元煤礦，山西 晉中 045400)

引 言

分析我國(guó)采礦行業(yè)發(fā)展情況可知，我國(guó)采礦工藝技術(shù)水平較低，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距，經(jīng)常因?yàn)椴傻V工藝技術(shù)不合理導(dǎo)致資源過度浪費(fèi)，加劇了經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要加大采礦工藝技術(shù)的研究力度，提高現(xiàn)代化水平，以加快礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

1 采礦工藝技術(shù)的基本特性

1.1 以開采條件更新工藝技術(shù)

開采條件不同對(duì)采礦工藝要求也會(huì)存在差異。在采礦工藝更新中，應(yīng)結(jié)合開采條件要求加以合理調(diào)整。如采油填水技術(shù)，在原油開采過程中，可降低對(duì)地下水及地層結(jié)構(gòu)的影響，維護(hù)資源開采質(zhì)量的同時(shí)，削弱對(duì)地層的破壞，增強(qiáng)地層的穩(wěn)定性。

1.2 以資源分布及區(qū)域特征選擇工藝技術(shù)

我國(guó)礦產(chǎn)資源分布呈現(xiàn)西多東少的局面，不管工業(yè)生產(chǎn)水平如何發(fā)展，礦產(chǎn)資源分布情況是不會(huì)變化的。區(qū)域不同，地質(zhì)結(jié)構(gòu)及特征也會(huì)有所不同。在礦產(chǎn)資源開采中，工藝技術(shù)的選擇也將有所差異，這樣才能有效保證區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田建設(shè)不受影響，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展[1]。

1.3 以人員調(diào)整實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的良好應(yīng)用

采礦工程作業(yè)中存在著人員流動(dòng)性大的特征，且由于礦產(chǎn)分布情況的不同，采取的開采機(jī)械設(shè)備各不相同，對(duì)工作人員素質(zhì)能力要求也會(huì)有所差異。對(duì)此，就需要對(duì)開采人員展開科學(xué)把控，除要確保工作人員素質(zhì)能力合格外，還需根據(jù)工程要求進(jìn)行人員的科學(xué)劃分，以促進(jìn)開采工作的順利進(jìn)行，完成開采目標(biāo)。另外，定期實(shí)行開采人員的技能培訓(xùn)，了解和掌握更多先進(jìn)技術(shù)工藝，可以為采礦工程質(zhì)量及安全的保障提供依據(jù)。

2 采礦工程中現(xiàn)代采礦工藝技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 溶浸技術(shù)

溶浸采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用是通過溶浸液的注入使礦石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到開采目標(biāo)的一種有效方式，如圖1所示。該技術(shù)在使用前，需要工作人員做好現(xiàn)場(chǎng)勘查，了解開采區(qū)域地質(zhì)特征，掌握礦產(chǎn)資源分布情況和類型，并根據(jù)勘察數(shù)據(jù)，分析礦產(chǎn)資源的物理和化學(xué)性質(zhì)，之后選擇與之相匹配的溶浸液，倒入開采區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)將固體資源轉(zhuǎn)化成液體，便于開采工作的進(jìn)行。

圖1 溶浸示意圖

2.2 崩落技術(shù)

崩落采礦工藝技術(shù)是利用崩落技術(shù)解決采礦過程中存在的危險(xiǎn)圍巖結(jié)構(gòu)，維護(hù)采礦作業(yè)安全性的一種措施。在采礦作業(yè)前期使用崩落技術(shù)，能夠?qū)⒋嬖诘碾s質(zhì)或危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)剔除，增強(qiáng)工作面的安全性、穩(wěn)定性，避免因操作失誤或保護(hù)不到位而引起安全事故。現(xiàn)階段崩落采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用可分為兩種形式，底柱分段崩落和無底柱分段崩落[2]。前者在使用過程中需要對(duì)橫斷面尺寸、底柱高度等參數(shù)數(shù)據(jù)加以規(guī)劃和計(jì)算，尤其要確保底柱高度及形狀的合理性，以維持作業(yè)面的穩(wěn)定性，提高安全等級(jí)。在設(shè)計(jì)過程中，如果底柱結(jié)構(gòu)為漏斗形，那么對(duì)應(yīng)的底柱和分段高度，應(yīng)保持5 m～7 m、11 m～13 m之間。針對(duì)無底柱分段崩落工藝技術(shù)，主要將其應(yīng)用到機(jī)械化程度較高的工藝中，這有利于減少人工操作，具有較廣的應(yīng)用范圍。

2.3 空?qǐng)黾夹g(shù)

空?qǐng)霾傻V工藝技術(shù)應(yīng)用中，將開采區(qū)域劃分成礦房和礦柱兩部分，按照規(guī)定順序要求逐步開展采礦作業(yè)。該方法可有效提高采礦效率，保障采礦作業(yè)安全性，減少因支撐結(jié)構(gòu)變形而引發(fā)危險(xiǎn)問題?？?qǐng)霾傻V工藝技術(shù)先利用礦房資源，將柱子作為支撐，隨后利用開放空間做到資源的開發(fā)，之后再使用柱子，但是這里需要借助其他技術(shù)設(shè)備和工藝來防止礦室出現(xiàn)變形問題[3]。

2.4 巖體加固技術(shù)

在采礦工程開展中，會(huì)受到地質(zhì)條件、機(jī)械設(shè)備、氣候環(huán)境等多方面因素的影響，導(dǎo)致開采區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)情況，增加了采礦過程的危險(xiǎn)性。巖體加固技術(shù)作為完善巖體結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)，與空?qǐng)觥⑻畛涞炔傻V工藝技術(shù)融合使用，可改善采礦作業(yè)效率和安全，推動(dòng)開采工作的順利開展。加固巖體主要使用的是支護(hù)和注漿，此種方法的利用可以對(duì)破碎的巖體或者流沙予以加固，有利于提升采礦作業(yè)的安全性。

2.5 填充技術(shù)

填充采礦工藝技術(shù)多被應(yīng)用在深層礦井作業(yè)中，屬于人工支護(hù)作業(yè)的一種，利用水沙和膠結(jié)填充物構(gòu)建合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)開采作業(yè)的安全進(jìn)行，如圖2所示。同時(shí)該技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)降低開采難度，快速完成開采任務(wù)目標(biāo)有著積極作用。另外，填充采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用也是控制巖爆、冒落問題的重要手段。隨著采礦技術(shù)的不斷完善，很多技術(shù)人員對(duì)填充物加大了重視度，不斷分析和研究，使用新型填充物，有效加強(qiáng)了礦山采礦的穩(wěn)定性、安全性，符合我國(guó)提倡的綠色環(huán)保理念，填充采礦工藝技術(shù)在采礦工程得到了廣泛使用[4]。

3 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 以資源節(jié)約及環(huán)境保護(hù)為基礎(chǔ)的開采工藝技術(shù)

目前在礦山開采中，涉及到爆破、搬運(yùn)等作業(yè)內(nèi)容，但隨著開采工程規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，爆破及搬運(yùn)工作量也將逐漸增加，開采工作需要消耗較多人力、物力資源，造成了一定的資源浪費(fèi)，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。再者，爆破、搬運(yùn)等作業(yè)的開展會(huì)對(duì)開采區(qū)域地層和周邊環(huán)境帶來較大威脅，與環(huán)境保護(hù)理念相背離。所以在未來發(fā)展中，開采工藝技術(shù)的創(chuàng)新研究應(yīng)充分考慮資源節(jié)約及環(huán)境保護(hù)，做到科學(xué)布局和規(guī)劃，合理設(shè)計(jì)工藝流程，保證資源開采和利用的同時(shí)，保護(hù)自然環(huán)境。

圖2 采煤機(jī)充填開采工藝

3.2 地面沉降預(yù)警

采礦作業(yè)中，隨著開采數(shù)量的增加，深度的延續(xù)，地面沉降問題出現(xiàn)頻率也將增加，對(duì)于區(qū)域地層結(jié)構(gòu)及人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。所以在未來發(fā)展中，要在確保開采作業(yè)質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，適應(yīng)現(xiàn)今技術(shù)，如地理信息技術(shù)、現(xiàn)代化探測(cè)技術(shù)等，對(duì)地層變動(dòng)特征加以觀測(cè)和了解，分析地層穩(wěn)定系數(shù)，了解運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握地層可能出現(xiàn)沉降的可能，并及時(shí)報(bào)警處理，避免坍塌等危險(xiǎn)事故的發(fā)生，保護(hù)開采區(qū)域人員安全。

3.3 放頂煤技術(shù)

我國(guó)煤礦資源埋藏深度較大，煤礦資源分布的環(huán)境也十分特殊，故而煤礦開采工作的難度也有所升高。煤礦企業(yè)開采施工中，放頂煤技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。該技術(shù)在采煤工程施工中也成為人們高度關(guān)注的一項(xiàng)新技術(shù)。在技術(shù)應(yīng)用中，工作人員應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握煤層分布概況，在煤層下明確開采作業(yè)的具體方位，合理利用支撐力確保開采作業(yè)的有序開展。在該開采技術(shù)的支持下，煤礦開采施工安全性明顯升高，且相較于傳統(tǒng)的采煤工藝，放頂煤工藝具有強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于地質(zhì)十分復(fù)雜的采礦工程中，一方面可提高采礦工程施工效率，另一方面也可維護(hù)工程的施工安全。再者，該技術(shù)適用于多種工程，對(duì)煤層埋深的要求不高。人員在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，無需使用進(jìn)口的機(jī)械設(shè)備，有利于控制采礦生產(chǎn)的成本，提高資源利用率[5]。

3.4 小規(guī)模爆破式落煤采煤法

部分采礦工程施工中，小規(guī)模爆破式落煤采煤工藝得以廣泛應(yīng)用，并取得了較為理想的應(yīng)用效果。在采煤的過程中，工作人員需全方位依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件合理選擇支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源化零為整，加大煤炭資源開發(fā)率。若在采礦工程中應(yīng)用小規(guī)模爆破式采煤工藝，施工人員需具備較強(qiáng)的技術(shù)能力，一方面要合理應(yīng)用支護(hù)技術(shù)，另一方面也需完善采礦過程中井下的通風(fēng)條件，保障井下通風(fēng)設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在多種通風(fēng)設(shè)備的支持下，第一時(shí)間排除爆破過程中產(chǎn)生的廢氣，以減輕爆破對(duì)工作人員身體健康造成的負(fù)面影響。與此同時(shí)，在應(yīng)用該工藝時(shí)，還應(yīng)注意礦井內(nèi)進(jìn)水和排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況。應(yīng)用該工藝時(shí)容易發(fā)生漏水問題，若在作業(yè)中無法及時(shí)排除積水，則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患和事故。所以，工作人員就必須加強(qiáng)井下的排水效果。

4 結(jié)語

現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)將成為我國(guó)礦業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，也只有加大現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用，才能提升采礦作業(yè)水平，確保采礦過程的安全性，降低采礦對(duì)地層結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境帶來的破壞，以此促進(jìn)礦業(yè)的穩(wěn)步前行，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益提升貢獻(xiàn)力量。