采礦技術(shù)在采礦工程中的運用與施工安全研究

李強

（五礦二十三冶建設(shè)集團有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

采礦是指開采地殼內(nèi)以及地表資源，比如煤、石油、非金屬礦石等。良好的采礦技術(shù)不僅能大幅縮短施工周期，還能提高采礦作業(yè)效率，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞，減少不必要的經(jīng)濟支出。

1 采礦工程中采礦技術(shù)的運用探究

1.1 露天開采

露天開采是指將礦體上端覆蓋物清除，并從敞露地表的地區(qū)完成所需礦物獲取的過程（圖1），相較于傳統(tǒng)的地下開采，露天開采的資源利用更充分，貧化率較低，適用于大型機械裝置施工，能夠保證高產(chǎn)量、高勞動生產(chǎn)率。其施工流程主要分為：①穿孔爆破。施工人員需要預(yù)先在采場礦巖地區(qū)開鑿出一定深度的定向爆破孔。并對礦巖采取松動處理，之后要準備好沖擊鉆機、壓輪鉆機、銨油炸藥和乳化炸藥。②采裝工作。需要施工人員利用運輸裝置將礦巖裝卸到指定作業(yè)地點，比如挖掘機、輪斗鏟等。③運輸工作。需要施工企業(yè)將礦、巖分別運到選礦廠以及排土場，在運輸方式的選擇上需要充分考慮氣候條件、露天礦生產(chǎn)能力以及圍巖物理力學(xué)性質(zhì)，確保選擇的運輸方式具有良好的經(jīng)濟性。④排土工作。是指將露天場剝離的表土與巖石送到廢石場進行排棄處理。但要注意該工作在采礦過程中存在一定不足之處，即為了滿足大量巖石的排棄要求，需要露天礦深度較大，這就導(dǎo)致工程占用的農(nóng)田偏多，設(shè)備購置費用較高。同時露天開采容易受天氣因素影響，存在一定的應(yīng)用限制。

圖1 露天開采

1.2 井下開采

井下開采是最直接的開采方式，適用于煤炭埋藏較深的施工環(huán)境（圖2），其開采技術(shù)主要分為以下兩種：①柱式采煤技術(shù)，是指在采礦區(qū)域構(gòu)建煤柱作為巷道支撐，而在回采過程中則利用爆破的方式保證工作效率最大化。該技術(shù)所形成的工作面較小，通常需要實現(xiàn)多種作業(yè)方式來滿足開采要求，其優(yōu)點在于采煤方法的可操作性較高，成本支出偏低。缺點在于受周邊環(huán)境影響較大，在開采前需要優(yōu)先完成地質(zhì)勘探，明確煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而制定合理的挖掘深度。②長臂開采技術(shù)，由于煤礦分布狀況復(fù)雜多變，難以準確把握分布規(guī)律，因此在部分地形復(fù)雜的礦層便需要采取長臂開采技術(shù)，利用先進的機械設(shè)備，借助軌道運輸?shù)姆绞健⒁惑w化的運輸過程，使礦巖在膠帶上被快速運出。該開采技術(shù)的煤礦開采效率極高，能夠起到優(yōu)化巷道布置，降低矸石排放的作用。

圖2 井下開采

1.3 空區(qū)處理

空區(qū)處理主要是利用機載激光點云、GIS 平臺實現(xiàn)測繪成果以及影像紋理的導(dǎo)出并制作成三維模型，最終形成可視化的管理平臺，如圖3 所示。當前該平臺已被投入到環(huán)境相對復(fù)雜的礦區(qū)中用以完成信息探測，幫助施工人員更全面地了解空氣、積水等信息，使作業(yè)人員可以更準確地判斷礦區(qū)安全風(fēng)險程度。

圖3 三維可視化空間

1.4 深部采礦

深井開采是指在開采深度超過800m 的礦山進行開采，該技術(shù)適用于地壓較大的開采環(huán)境，能夠有效實現(xiàn)水力提升，改善地表環(huán)境，其主要應(yīng)用方法可分為以下兩種：①空場采礦法。是指依靠圍巖穩(wěn)固性以及人工支柱實現(xiàn)采空區(qū)的支撐，允許大面積的礦床暴露，作業(yè)人員需要將礦塊分為礦房與礦柱，依照先采礦房，后采礦柱的施工原則，進行圍巖支撐力的地壓管理，確保開采空間始終維持敞空狀態(tài)。②崩落法。是指借助深孔爆破的形式使采空區(qū)土巖崩落，完成采空區(qū)的充填，并及時用碎石、水砂、混凝土進行填充，起到支撐頂板、減少覆巖土體壓力的作用。在施工過程中要注意將平地礦溝壑保留下來，并回收礦區(qū)內(nèi)的礦柱，最后再完成礦量回收工作，保證礦床開采資源的最大化利用。

1.5 傾斜礦體開采

傾斜礦體開采主要分為以下3 種形式：①緩傾斜礦體開采。是指傾斜度在25°以內(nèi)的礦體開采，要求礦體厚度處在薄層與中層之間，巖體穩(wěn)定性良好，需要施工人員依照巖體力學(xué)屬性決定礦柱尺寸與連續(xù)性。當?shù)V產(chǎn)資源開采完成后要優(yōu)先完成礦柱價值評估后才可進行回收處置。②傾斜礦體采礦技術(shù)。傾斜礦體的傾斜角度在25°~45°之間，適用于礦層厚度在中厚級以上的施工環(huán)境。在開采過程中需要預(yù)先將厚煤層分成多個與煤層層面平行的分層，之后逐層進行開采。要求施工人員充分結(jié)合巖體力學(xué)性質(zhì)進一步確定礦房大小，借助分條布置形式，方便大型機械設(shè)備的應(yīng)用，同時要配合向下爆破以及預(yù)控頂技術(shù)，通過持續(xù)循環(huán)的方式進行定點截割，并輔助運輸系統(tǒng)、支護系統(tǒng)的運行，使礦山開采工作更高效、更安全。技術(shù)人員在作業(yè)時要充分掌握截割工作的應(yīng)用要點，比如截割距離必須控制在1.2m 以下，且不低于1m，以此確保礦體能夠有效分離，不會出現(xiàn)黏連、短接的情況，產(chǎn)生危險事故。同時截割作業(yè)的開展流程必須按照巷道頂板、煤體切割、持續(xù)循環(huán)的既定順序進行，并對截割機和截割頭定期維護，確保老化、磨損現(xiàn)象能被及時發(fā)現(xiàn)并解決，保證截割工作高效、穩(wěn)定。③急傾斜礦體開采。是指傾斜角度超過40°的礦體，需要借助分段空場法，實現(xiàn)放礦漏斗的擴大處理，在礦房上進行切割拉底平面，將其作為礦房落礦的自由面，之后利用中孔鑿巖機在各分段平巷內(nèi)鑿出扇形炮孔。最后完成裝藥爆破[1]。

1.6 礦井填充

填充開采是指利用填充物對已經(jīng)開采的空白地區(qū)進行填充（圖4），其目的在于支護采空區(qū)兩側(cè)的巖石，為上層回采提供立足底板，適用于礦石與圍巖穩(wěn)定度較低的施工環(huán)境。該技術(shù)的優(yōu)點在于工程量較小，礦石損失較少，能夠有效避免因礦床導(dǎo)致的內(nèi)因火災(zāi)形成。同時要求施工人員預(yù)先完成巷道支護工作，通過利用錨桿支撐的原理，使礦山整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，并運用錨桿鉆機加快巷道支護工作的開展，減少人工的使用，以此減少人為操作失誤產(chǎn)生的可能。此外，工作人員在進行作業(yè)時要把控好錨桿間的距離，使網(wǎng)片搭接的實用效果得到最大化發(fā)揮，從而提高支護流程的質(zhì)量與效率。除此之外，還要預(yù)先進行鉆眼工作，并為其使用超前支護，保證液壓支撐系統(tǒng)的高效運行，能夠切實起到保護工程穩(wěn)定性的作用。

圖4 充填采礦法

2 確保采礦工程施工安全的有效對策

為了確保采礦工程施工能夠安全開展，確保制定的相關(guān)對策科學(xué)、合理，具有一定的針對性，需要對以下影響采礦工程的相關(guān)因素進行深入了解。①地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造是影響采礦工程最為關(guān)鍵的因素，不僅涉及煤巖層的堅硬程度、礦區(qū)構(gòu)造等內(nèi)容，還包括頂部與底板的穩(wěn)定性、掘進面的出水量等，這些要素都會對礦山的掘進速度產(chǎn)生影響，并且如果相關(guān)數(shù)據(jù)無法滿足正常的施工標準，很容易在挖掘過程中出現(xiàn)坍塌、陷落的情況，危及人員的人身安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此在開采的過程中要嚴格控制頂部的間距，為后續(xù)支護工作打下夯實的基礎(chǔ)，并確保巖巷掘進的工作效率[2]。②人員技術(shù)水平?，F(xiàn)階段許多煤礦企業(yè)為了追求高生產(chǎn)量，提高企業(yè)的運營收入，缺少完善、有效的管理機制，沒有結(jié)合長遠發(fā)展的戰(zhàn)略方針進行綜合考慮，使進行開采的技術(shù)人員大多存在技術(shù)能力不強、思想理念落后的問題，部分人員甚至沒有接受系統(tǒng)化的培訓(xùn)與教學(xué)，便上崗進行挖掘工作。這樣不僅難以有效完成開采工作，還無法充分發(fā)揮相應(yīng)設(shè)備的功能，在降低掘進速度的同時，也使企業(yè)的經(jīng)濟負擔進一步加重。

2.1 完善管理制度

①要制定詳細的管理規(guī)定與條例，使管理人員能夠依照相關(guān)要求，開展高質(zhì)量的管理工作，保持現(xiàn)場的井然有序，按照計劃流程完成相應(yīng)施工環(huán)節(jié)，并明確規(guī)定安全管理的內(nèi)容，要求施工人員嚴格遵守，不得擅自進行項目的修訂與更改，要做到事無巨細地向管理人員匯報各階段的工程進度，使現(xiàn)場管理得到切實有效的控制，避免潛在安全隱患。②落實人員的工作責任與工作義務(wù)，培養(yǎng)其良好的使命感與責任感，意識到崗位職責，能夠認真、嚴謹?shù)貙Υ踩芾砉ぷ鳎σ蜃陨韱栴}導(dǎo)致的安全事故負責，保證建設(shè)工程的有序進行。③建立監(jiān)督巡查體系，對施工現(xiàn)場的安全問題進行全面徹底的排查，督促相關(guān)人員盡快做好預(yù)防措施，同時要加強電子設(shè)備的應(yīng)用，安裝監(jiān)控設(shè)備，使信息能夠傳遞至控制室，以此實現(xiàn)遠程管理的目標，降低安全風(fēng)險產(chǎn)生的可能性。④做好部門間的協(xié)調(diào)工作，完成資源、數(shù)據(jù)、信息的及時共享，提高部門間的協(xié)作性，使工序銜接、技術(shù)交底等工作有效開展，例如，當采購部門購置材料、設(shè)備時先要與設(shè)計部門和工程部門取得交流與溝通，明確材料的規(guī)格與性能，控制好資金的投入量，提高材料的性價比；當設(shè)計部門繪制施工圖時，需要聯(lián)系檢測部門，根據(jù)其提供的地質(zhì)信息和水文情況，制定符合施工要求的工程圖紙，以此保障施工質(zhì)量。

2.2 做好安全管理工作

①建設(shè)單位要做好工程地質(zhì)的勘查與檢測，確保周邊環(huán)境滿足施工要求，在進行數(shù)據(jù)測量時可加強人工智能系統(tǒng)和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，將勘測數(shù)據(jù)上傳至云平臺完成信息參數(shù)的在線比對，由相關(guān)程序分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異性的原因，以此提高信息精確性與準確度。②加大污染控制力度。大量的廢棄物和有毒、有害氣體不僅會影響工程的有效開展，降低施工的安全系數(shù)，還會對人體健康產(chǎn)生危害，破壞周邊的水文、土質(zhì)，擾亂居民的日常生活，因此做好污染整治工作勢在必行。針對產(chǎn)生的固體廢棄物進行過濾處理，將污染性高的大顆粒物質(zhì)進行降解處理，確保其污染性徹底消除后再完成排放工作。而對于生活廢水則需要進行稀釋處理即可，使污染物濃度達到安全標準后才能直接排放，對于施工過程中產(chǎn)生的有害氣體，則要安裝排風(fēng)裝置，使氣體被有效收集過濾。③資源的合理使用。提高資源的二次再利用既是減少污染的有效措施，也是保障企業(yè)經(jīng)濟效益的重要手段，建設(shè)單位要制定嚴格的資源使用要求，使相關(guān)人員做好資源的回收再利用，例如，材料試驗過程中使用的水資源可二次用于現(xiàn)場清洗環(huán)節(jié)，安全設(shè)施布置中剩余的邊角料可用于漏縫修補工作[3]。

2.3 增強意外情況的應(yīng)對能力

一方面建設(shè)單位可利用VR 技術(shù)和BIM 技術(shù)，幫助人員隨時隨地進行意外情況的模擬與訓(xùn)練，加強其實際感受，更好地豐富意外情況的應(yīng)對經(jīng)驗，避免由于惡劣條件產(chǎn)生慌忙、焦慮的情緒，從而導(dǎo)致安全事故的進一步擴大。同時建設(shè)單位要組織人員定期外出培訓(xùn)，通過觀摩與實地學(xué)習(xí)知名企業(yè)的工程建設(shè)，借鑒與掌握優(yōu)秀的風(fēng)險應(yīng)對技巧，結(jié)合自身特點與工程需求，提高意外情況的應(yīng)對能力。另一方面要做好惡劣環(huán)境的預(yù)測與分析，提前制定風(fēng)險防范措施，例如，針對暴雨、暴雪天氣，要加強對水文、氣象資料的收集與統(tǒng)計，了解惡劣天氣產(chǎn)生的時間，從而避開開工周期，提高施工現(xiàn)場的管理效率，而對于可能產(chǎn)生的漏電問題，則加大用電安全管理力度，從根源上解決此類問題的產(chǎn)生。

2.4 加強危險源的監(jiān)測與評估

建設(shè)工程的危險源種類繁雜、數(shù)量眾多，在施工過程中，很難將全部因素考慮到位。但風(fēng)險預(yù)控管理體系能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的相關(guān)案例進行高效識別與搜索，并結(jié)合實際施工環(huán)境，實現(xiàn)精準檢測與評估，以此進行危險源的全面排查。例如，風(fēng)險預(yù)控管理體系要求地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)的高精確度，并可以通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)將相關(guān)參數(shù)上傳至云端，進行信息比對與分享，從而確保開采過程中不會由于地質(zhì)問題產(chǎn)生相應(yīng)安全事故。同時，風(fēng)險管理的具有極強的預(yù)警性，能夠?qū)こ涕_展過程中出現(xiàn)的風(fēng)險因素進行全方位評估，并確定危害的影響范圍、傷害程度以及形成概率，最后由管理人員制定預(yù)警方案，從而將事故損失降到最低。

2.5 優(yōu)化作業(yè)區(qū)的通風(fēng)管理

一方面要避免礦區(qū)瓦斯超標，檢查好通風(fēng)死角，及時清理巷道雜物，并在采礦區(qū)上隅角采取局部通風(fēng)處理。另一方面要實現(xiàn)礦井系統(tǒng)的優(yōu)化，改善通風(fēng)條件，提高通風(fēng)效果，充分掌握礦井通風(fēng)阻力，利用通風(fēng)機（圖5）確保井下空氣溫度與濕度符合安全標準[4]。

圖5 通風(fēng)機

3 結(jié)論

綜上所述，通過對采礦技術(shù)在采礦工程中的運用與施工安全進行分析討論，確保采礦工程安全開展，進一步規(guī)范施工人員的開采行為，加強生態(tài)環(huán)境的保護，提高采礦企業(yè)的經(jīng)濟效益，避免安全事故的產(chǎn)生。