有色金屬礦山深井采礦技術(shù)探討

王興源

（錫林郭勒盟山金白音呼布礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 026300）

近年來(lái)我國(guó)諸多行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于有色金屬資源的需求量不斷攀升，但是該資源的開(kāi)采量卻呈現(xiàn)出逐年下降的情況，究其原因?yàn)樘幱诘V山淺表層的有色金屬已經(jīng)被挖掘殆盡，過(guò)少的資源數(shù)量難以滿(mǎn)足市場(chǎng)過(guò)高的資源需求量；同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)礦山有色金屬資源分布情況的勘察，可知礦山深部埋藏著儲(chǔ)量豐富的有色金屬資源，但是開(kāi)采作業(yè)難度太大，常規(guī)技術(shù)無(wú)法直接對(duì)資源進(jìn)行開(kāi)采。針對(duì)該問(wèn)題，需要礦山作業(yè)的技術(shù)人員對(duì)深部資源開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究，結(jié)合開(kāi)采的難點(diǎn)問(wèn)題找出最佳的有色金屬礦山深井采礦技術(shù)，有效提升此類(lèi)礦山開(kāi)采作業(yè)的質(zhì)量和效率，依托開(kāi)采獲取的大量資源滿(mǎn)足市場(chǎng)所需，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

一、研究的必要性

目前，淺層的礦床已經(jīng)被開(kāi)采殆盡，有色金屬的深部開(kāi)采將成為采礦的主要研究方向。通過(guò)調(diào)查分析能夠發(fā)現(xiàn)在未來(lái)的十年時(shí)間之內(nèi)我們國(guó)家的有色金屬深部開(kāi)采將會(huì)達(dá)到一千米或以上。而深部開(kāi)采將面臨諸多的關(guān)鍵難題：一是深部高應(yīng)力問(wèn)題，深部高應(yīng)力可能導(dǎo)致破壞性地壓活動(dòng)，包括礦山開(kāi)挖引起的巖爆、塌陷、頂板、突水等動(dòng)力災(zāi)害。二是巖性惡化。淺部硬巖變成深部軟巖，彈性體變成潛塑性體，給支護(hù)和礦山安全帶來(lái)了很大的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響了礦山的開(kāi)采效率和效益。三是深高溫環(huán)境,隨著深層溫度1.7℃/100-3.0℃/100 米梯度增加。

二、現(xiàn)狀分析

國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要的鐵、錳、銅、鉛、鋅、鋁土礦等塊狀礦柱品種無(wú)法滿(mǎn)足需求。每年有60%以上的鐵精礦、70%以上的銅精礦和50%以上的鋁土礦必須從國(guó)外進(jìn)口。主要金屬礦產(chǎn)資源對(duì)國(guó)外的高度依賴(lài)，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展構(gòu)成了潛在的嚴(yán)重威脅。更重要的是，鎢、錫、鉬、銻、螢石、重晶石等中國(guó)優(yōu)勢(shì)礦物的優(yōu)勢(shì)正在減弱甚至喪失，其可供儲(chǔ)量對(duì)2020 年需求的保證程度分別僅為89%、35%、85%、55%、15%、26%。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我們國(guó)家對(duì)開(kāi)采技術(shù)的研究比較晚，對(duì)于深井開(kāi)采技術(shù)來(lái)說(shuō)，基本還處于初步階段，只有少部分礦山進(jìn)入了深井采掘作業(yè)，并在深井建井、采掘設(shè)計(jì)、采掘支護(hù)工藝、供配電、通風(fēng)、排水、地壓監(jiān)測(cè)、巖爆防治等諸多方面取得了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大部分礦山仍然處于保證回收地下資源時(shí)只注重了大規(guī)模的開(kāi)采，忽略了對(duì)開(kāi)采技術(shù)的深入研究。

三、有色金屬礦山采礦技術(shù)的種類(lèi)

（一）連續(xù)采礦技術(shù)

主要包括振動(dòng)機(jī)組工作強(qiáng)化開(kāi)采技術(shù)、原礦車(chē)架帶式輸送機(jī)為主體的出礦技術(shù)以及無(wú)間柱大量采礦技術(shù)。

（二）膠結(jié)充填采礦技術(shù)

隨著回采與充填技術(shù)的快速發(fā)展，在應(yīng)用膠結(jié)充填采礦技術(shù)時(shí)，因?yàn)榈V井條件的差異也會(huì)有所不同，具體分為盤(pán)區(qū)高分層充填采礦技術(shù)、高階段大直徑深孔嗣后充填采礦技術(shù)、分段充填采礦新技術(shù)以及點(diǎn)柱充填采礦技術(shù)。

（三）固體廢料充填技術(shù)

有色金屬礦山在開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生尾砂和廢石等固體廢料，可以利用這些固體廢料來(lái)實(shí)現(xiàn)礦山廢料資源化，大大地降低排放量。

（四）原地溶侵采礦技術(shù)

經(jīng)過(guò)大量地研究和試驗(yàn)，原地溶侵采礦技術(shù)越來(lái)越成熟，在有色金屬礦山開(kāi)采中得到廣泛應(yīng)用。

（五）深井采礦技術(shù)

深井采礦技術(shù)的開(kāi)采條件是指利用一些技術(shù)和工程，將原有的開(kāi)采條件技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)造出更加合適的開(kāi)采條件，比如新研發(fā)的鋼纖維混凝土支護(hù)和高地應(yīng)力卸荷等，能夠提高深部礦床開(kāi)采的效率。

四、深井采礦技術(shù)在有色礦山中的應(yīng)用

（一）高溫礦井排熱通氣技術(shù)

深井采礦技術(shù)中，高溫礦井排熱通氣技術(shù)是其中常見(jiàn)的技術(shù)類(lèi)型之一，主要便是根據(jù)空氣以及巖石之間能夠運(yùn)用熱交換的原理，用以實(shí)現(xiàn)高溫礦井的排熱通氣，同時(shí)在復(fù)雜通風(fēng)的情況之下，還可以應(yīng)用通風(fēng)環(huán)境分析技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于高溫礦井井下情況的科學(xué)分析，之后充分使用礦井上部通道的調(diào)熱機(jī)能，用以全方位保證高溫礦井從井上到井下開(kāi)采過(guò)程中的空氣保持最低的溫度，從而為有色金屬礦山的開(kāi)采提供便利的條件，防止由于礦井溫度過(guò)高而影響開(kāi)采。

（二）高地應(yīng)力卸荷技術(shù)

高地應(yīng)力卸荷技術(shù)也是深井采礦技術(shù)的重要組成部分，主要便是對(duì)于礦山回采階段，將采場(chǎng)局部弱化技術(shù)應(yīng)用于其中，這樣便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于礦山回采順序的科學(xué)設(shè)置以及安排，同時(shí)通過(guò)以上方面技術(shù)對(duì)于巖石應(yīng)力的分布情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而促使向深部轉(zhuǎn)移應(yīng)力的集中部位，防止由于應(yīng)力不均而產(chǎn)生施工安全事故。

（三）鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

在深層礦井開(kāi)采階段，除了高地應(yīng)力卸荷技術(shù)的應(yīng)用之外，還需要充分保證礦井的牢固性與安全性，因此也需要注重將鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用其中，用于防止出現(xiàn)礦井坍塌、落石等方面危險(xiǎn)的發(fā)生。在當(dāng)前發(fā)展的過(guò)程中，鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)已經(jīng)擁有良好的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且在實(shí)際應(yīng)用階段取得良好的成效，因此這也為深井采礦提供了一定的技術(shù)支撐。將鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用在其中，可以使混凝土結(jié)構(gòu)機(jī)體擁有較高的持久力以及韌性，從而有效防止在采礦階段出現(xiàn)巖爆情況所產(chǎn)生的危害。鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用期間，需要注重對(duì)于施工機(jī)械設(shè)備的選擇，例如：噴混凝土作業(yè)臺(tái)、混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)、混凝土運(yùn)輸設(shè)備等方面，在應(yīng)用階段也要注重對(duì)于混凝土拌和度、溫度等方面數(shù)據(jù)指標(biāo)的控制，以此充分提高鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)的質(zhì)量，全面保證礦井在施工開(kāi)采階段的安全性。同時(shí)，通過(guò)鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)也可以確保施工環(huán)境的穩(wěn)定性，對(duì)于其中有可能產(chǎn)生的松動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行有效且合理的控制，使礦井形成較好的緊貼性，保證開(kāi)采安全。

（四）保證結(jié)構(gòu)可靠

深部采礦法可以基于相關(guān)的鋼纖維砼支護(hù)來(lái)保障巷道結(jié)構(gòu)的可靠性，保證生產(chǎn)安全。一般情況下，鋼纖維砼支護(hù)方法多用在基礎(chǔ)條件較好，但砼結(jié)構(gòu)開(kāi)始產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象的位置，經(jīng)妥善處理，可以提高砼基體框架的強(qiáng)度與韌性，管理深部采礦期間的高地應(yīng)力巖爆問(wèn)題。在使用鋼纖維砼支護(hù)方法支護(hù)處置砼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要使用很多機(jī)械設(shè)備，如砼攪拌器、運(yùn)輸機(jī)械、噴砼工作臺(tái)等，可以提高作業(yè)面穩(wěn)固性，管理危險(xiǎn)巖層松動(dòng)，保障生產(chǎn)安全。

（五）技術(shù)問(wèn)題及解決策略

1.深井采礦中巖爆等地質(zhì)問(wèn)題及解決策略。礦井巖爆是在開(kāi)采中非常嚴(yán)重的事故，對(duì)礦井巖爆進(jìn)行預(yù)測(cè)以及控制也是國(guó)內(nèi)外礦山開(kāi)采中的難題，半個(gè)世紀(jì)內(nèi)國(guó)內(nèi)外的諸多科研人員，不斷研究礦井巖爆的問(wèn)題，在巖石破裂時(shí)進(jìn)行很多工作。礦井巖爆是有一定隨機(jī)性以及突發(fā)性的，現(xiàn)階段對(duì)礦井巖爆的研究，還無(wú)法滿(mǎn)足安全開(kāi)采的需求。但是對(duì)于礦井巖爆，現(xiàn)在也有很多預(yù)測(cè)以及控制的方法。結(jié)合礦體構(gòu)造和原巖石應(yīng)力的基本分布，作業(yè)人員要注意開(kāi)采順序的合理性，合理布置采場(chǎng)，減少能量的貯存。對(duì)礦井的能量釋放進(jìn)行科學(xué)控制，在開(kāi)采時(shí)要運(yùn)用回采的方式，以小斷面為切入點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)采，對(duì)可能發(fā)生礦井巖爆的位置，可以用松動(dòng)爆破的方法，或者超前支護(hù)的方式，對(duì)礦井巖爆進(jìn)行防護(hù)。借助先進(jìn)的檢測(cè)科技，運(yùn)用專(zhuān)業(yè)化的科研人員，建立礦井巖爆的檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地應(yīng)力的規(guī)律進(jìn)行研究，從而采用合理的礦井巖爆保護(hù)措施。2.深井采礦中通風(fēng)問(wèn)題及解決策略。深井采礦不斷向縱深方向發(fā)展，規(guī)模擴(kuò)大，生產(chǎn)布局會(huì)不斷變化，這種情況下就需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)做出適當(dāng)?shù)母淖?，讓通風(fēng)系統(tǒng)保持良好的效果，為井下的工作人員提供更好的作業(yè)環(huán)境。通常情況下深井采礦的通風(fēng)系統(tǒng)，主要問(wèn)題是風(fēng)機(jī)的配置效率有待提升，進(jìn)風(fēng)量小以及風(fēng)流調(diào)整被破壞等問(wèn)題。因?yàn)樯罹傻V的地質(zhì)條件是有所區(qū)別的，這種情況下所采用的開(kāi)采方式是不同的，深井采礦通風(fēng)系統(tǒng)也要考慮到各方面的因素，采取合理的優(yōu)化方法?？梢詫?duì)深井采礦的風(fēng)量需求進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，這是對(duì)深井采礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)情況，考慮到整個(gè)深井的通風(fēng)需求，計(jì)算出總需風(fēng)量。然后結(jié)合作業(yè)點(diǎn)的設(shè)置，將風(fēng)量分配給各個(gè)作業(yè)段，結(jié)合需風(fēng)量，設(shè)置風(fēng)扇設(shè)備，避免漏風(fēng)。

（六）有色金屬礦山深井采礦技術(shù)研究的意義和方向

目前，我國(guó)有色金屬礦山的淺層礦床幾乎都被開(kāi)采完了，很多的有色金屬礦山都開(kāi)始進(jìn)行深度開(kāi)采，因此，需要用到深井采礦技術(shù)。深井采礦的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到高溫、高壓以及高地應(yīng)力情況，會(huì)嚴(yán)重影響開(kāi)采的順利開(kāi)展。例如在深井開(kāi)采過(guò)程中一旦發(fā)生巖爆，會(huì)嚴(yán)重威脅到工作人員的生命健康和機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行。這樣就會(huì)大大降低工作效率，加大成本支出。所以，一定要提高深井采礦技術(shù)，有效解決這些問(wèn)題，確保順利開(kāi)展各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)安全、高效、大規(guī)模以及低成本的有色金屬礦山深井開(kāi)采。隨著有色金屬礦床開(kāi)采深度的增加，地溫和地應(yīng)力不斷提高，給深井采礦工作帶來(lái)很多技術(shù)方面的難題，例如，深井的溫度一旦超過(guò)工作人員的最大承受力，就會(huì)降低開(kāi)采效率，增加采礦成本；深井開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生巖爆會(huì)對(duì)工作人員和機(jī)械設(shè)備造成極大的損害。為了提高深井采礦的安全性能，一定要有效解決這些問(wèn)題。相關(guān)部門(mén)和人員在研究有色金屬礦山深井采礦技術(shù)時(shí)，一定要充分考慮以下幾個(gè)方面：第一，研究人員要全面分析深井地壓的特征，掌握深井采礦過(guò)程中地壓可能出現(xiàn)的特征，采用合理方法來(lái)有效控制高應(yīng)力地帶的低壓，避免發(fā)生巖爆。另外，可以引進(jìn)礦山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，隨時(shí)觀(guān)察地壓特征和巖體的穩(wěn)定狀況，從而能夠預(yù)防發(fā)生突發(fā)狀況，還可以及時(shí)預(yù)報(bào)。

第二，研究人員要不斷改善上部礦井通風(fēng)系統(tǒng)或者深井通風(fēng)系統(tǒng)，合理利用循環(huán)通風(fēng)技術(shù)，并深入分析預(yù)防深井熱害的技術(shù)，制定出科學(xué)有效的預(yù)防和治理熱害方案。第三，研究人員要不斷優(yōu)化現(xiàn)有的采礦技術(shù)，并加強(qiáng)對(duì)綜合型技術(shù)研究。

結(jié)語(yǔ)：目前我國(guó)進(jìn)行有色金屬礦山開(kāi)采的技術(shù)類(lèi)型較多，不同的深井采礦技術(shù)有著不同的適用范圍，為了保證井下開(kāi)采的有效性以及安全性，需要礦山企業(yè)對(duì)于相關(guān)技術(shù)的全部?jī)?nèi)容進(jìn)行有效把握，以此提升對(duì)于該技術(shù)使用重要性的認(rèn)識(shí)，繼而可以在技術(shù)應(yīng)用中，在把握有色金屬資源礦山基本情況之下，選用最適合的技術(shù)完成礦山資源開(kāi)采任務(wù)，促使資源產(chǎn)能率顯著提升，礦山企業(yè)可以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。