采礦工程施工中的不安全技術(shù)因素及策略分析

王德民

（山東能源集團魯西礦業(yè)有限公司，山東 鄆城 274700）

1 采礦工程施工的特點

采礦工程施工作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)領(lǐng)域，具有一系列的獨特性質(zhì)與復雜性，其核心在于從地下提取有價值的礦石或礦物，而這一過程往往伴隨著各種技術(shù)挑戰(zhàn)，在這種背景下，明確采礦工程施工的特點對于每一個專業(yè)人員都至關(guān)重要。地質(zhì)條件多變、環(huán)境風險高、技術(shù)要求嚴格，這些都構(gòu)成采礦工程施工的特點，與普通土木工程相比，礦山施工必須克服多種地質(zhì)條件，如礦石的分布、巖層的硬度和穩(wěn)定性以及地下水的存在，這些地質(zhì)條件的變化性會給工程帶來不可預測的風險，如巖層的突然崩塌或者地下水的突發(fā)涌出。此外，礦山環(huán)境本身也帶來一系列的風險，地下深部的高溫、高濕和低通風條件，可能會引發(fā)各種健康和安全問題，同時，特定的礦石提取過程可能會釋放有害氣體或粉塵增加工人的健康風險。技術(shù)上采礦工程施工要求高度的精確性和規(guī)范性，在不同的地質(zhì)條件下必須選擇合適的開挖和支護方法，確保工程的穩(wěn)定性和安全性，礦石提取和處理的過程也需要高水平的技術(shù)支持，以確保礦石的質(zhì)量和提取的效率。由于礦山施工的特殊性，常規(guī)的施工機械和方法可能并不適用，需要特定的礦山機械和專門的技術(shù)手段[1]。

2 采礦工程施工技術(shù)

2.1 開挖與支護技術(shù)

開挖與支護是采礦工程中的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，涉及從地質(zhì)結(jié)構(gòu)中安全、高效地移除礦石并確保施工區(qū)域的穩(wěn)定性。開挖技術(shù)的選擇和應(yīng)用直接取決于地質(zhì)條件，如巖層的硬度、穩(wěn)定性以及地下水的分布和流動特性，尖端的開挖方法，如機械化開挖和爆破技術(shù)都是為最大化資源的提取和工作效率，同時最小化與之相關(guān)的風險。特定的開挖技術(shù)如定向鉆探和微爆破可用于精確地移除特定區(qū)域的巖石，避免對附近結(jié)構(gòu)或礦體造成不必要的損壞，但這些方法的應(yīng)用都需要高度的技術(shù)知識和經(jīng)驗。另一方面，支護技術(shù)確保開挖區(qū)域的穩(wěn)定性，防止巖層崩塌或移位，這通常涉及使用各種支撐結(jié)構(gòu)如木支撐、鋼支撐或先進的液態(tài)混凝土注漿。這些支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安裝需要考慮到地質(zhì)條件、開挖深度和預期的工作負荷，在復雜的地質(zhì)條件下可能需要結(jié)合多種支護技術(shù)，以實現(xiàn)最佳的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 巖石破碎與礦石提取方法

巖石破碎是將大塊巖石分解為可供進一步處理的較小片段的過程，而礦石提取是從這些碎片中分離有價值的礦物的方法。巖石破碎技術(shù)的選擇依賴于礦石的物理特性和經(jīng)濟因素，常用的方法包括壓力破碎、沖擊破碎和磨削。其中，壓力破碎適用于硬度較高的巖石，通過施加持續(xù)的壓力使巖石產(chǎn)生裂縫并分解。而沖擊破碎利用高速的沖擊力對巖石進行破碎更適用于中等硬度的巖石。磨削則是通過摩擦和沖擊將巖石磨成粉末，一旦巖石被破碎就可以開始礦石的提取過程，傳統(tǒng)的提取方法如浮選、磁選和化學浸出，都是為從巖石中分離出有價值的礦物，這些方法的選擇基于礦石的化學成分、物理特性和經(jīng)濟可行性。

2.3 高效能源與設(shè)備應(yīng)用

在采礦工程施工中，高效能源與設(shè)備的應(yīng)用不僅關(guān)乎經(jīng)濟效益，還直接影響作業(yè)的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。傳統(tǒng)的礦井通常依賴于柴油發(fā)電機和內(nèi)燃機等設(shè)備，這些不僅能效低下，而且會產(chǎn)生大量的碳排放和其他環(huán)境污染物。因此，越來越多的關(guān)注被放在如何更有效地使用能源和設(shè)備上，如電動設(shè)備逐漸取代燃料驅(qū)動的機械不僅提高能效，而且減少礦井內(nèi)的有毒氣體和熱量[2]。

除了能源效率，設(shè)備的可靠性和耐用性也是關(guān)鍵考量因素。高度自動化和機器人技術(shù)在提高生產(chǎn)效率的同時，也有助于減少作業(yè)中的人為錯誤和安全隱患。例如，無人駕駛裝載機和礦車已經(jīng)在一些先進的礦場中得到應(yīng)用，它們可以在更復雜和危險的環(huán)境中作業(yè)，而不會對操作人員的安全構(gòu)成威脅。此外，實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析也是現(xiàn)代采礦設(shè)備的重要組成部分，通過裝配有各種傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備可以實時收集關(guān)于設(shè)備狀態(tài)、工作環(huán)境和資源利用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后可以用于更精確地控制設(shè)備、 預防事故以及優(yōu)化整個采礦流程。

3 采礦工程施工不安全技術(shù)因素

3.1 施工現(xiàn)場環(huán)境風險識別

施工現(xiàn)場環(huán)境風險的識別是保障采礦工程安全的基石，這其中涉及的風險源可以是自然的、 由工程操作導致的或是由外部環(huán)境變化所引發(fā)的。識別這些風險源是為確保在施工中不出現(xiàn)不必要的事故，同時保障工人的生命安全和整個工程的經(jīng)濟效益。地質(zhì)條件變化如巖層斷裂、地下水流向的改變或者有害氣體的存在，都可能在無預警的情況下造成嚴重后果。為更有效地識別這些風險，需要對施工現(xiàn)場進行細致的地質(zhì)勘探，利用地震、聲波、電磁和其他地質(zhì)物理方法來確定潛在的危險區(qū)域。同樣，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也在風險識別中起到關(guān)鍵作用。例如，通過安裝氣體探測器可以及時發(fā)現(xiàn)有害氣體的泄漏，從而采取相應(yīng)的安全措施。此外，對施工現(xiàn)場的微氣候變化也需要保持警惕，如溫度、濕度的變化可能導致材料性能的變化或引發(fā)其他與施工相關(guān)的風險[3]。

3.2 設(shè)備故障與人為操作失誤

在采礦工程施工中設(shè)備故障和人為操作失誤是兩大主要的不安全因素。設(shè)備的可靠性是確保施工順利進行的關(guān)鍵，一個微小的設(shè)備故障，如液壓系統(tǒng)的泄漏或電子控制系統(tǒng)的短路都可能導致整個施工現(xiàn)場的停工，甚至引發(fā)嚴重的安全事故。因此，對所有施工設(shè)備進行定期的檢查、維護和更新是至關(guān)重要的。而且隨著技術(shù)的進步，更加先進和智能的設(shè)備維護和故障診斷系統(tǒng)逐漸被采納，如基于大數(shù)據(jù)和機器學習的預測性維護技術(shù)，能夠在故障發(fā)生前預測和預防其發(fā)生。與此同時，人為操作失誤也是必須重視的問題，盡管現(xiàn)代的采礦設(shè)備越來越自動化，但人的因素仍然是不可忽視的風險源。錯誤的操作，忽視安全規(guī)定或是工作時的疲勞和粗心都可能導致嚴重的后果，這就要求對工人進行嚴格的培訓，確保他們熟悉設(shè)備的操作方法和施工現(xiàn)場的安全規(guī)定，同時建立一個有效的錯誤報告和分析系統(tǒng)，及時糾正錯誤并預防其再次發(fā)生。

3.3 深部礦井氣體與液態(tài)冒涌風險

深部礦井的開采伴隨著多種氣體和液態(tài)介質(zhì)的存在，這其中尤以甲烷、一氧化碳和硫化氫等有害氣體為主，這些氣體在一定的濃度下可能引發(fā)爆炸或?qū)と说慕】翟斐蓢乐匚：?。甲烷作為一種輕烴，常常在煤礦中以礦井瓦斯的形式存在，而一氧化碳則可能由于火災(zāi)或不完全燃燒的礦石產(chǎn)生。硫化氫是一種高度有毒的氣體，其毒性甚至超過氰化物，主要在含硫的礦石開采中產(chǎn)生。識別和管理這些氣體的風險是采礦工程中的一項核心任務(wù)，使用先進的氣體檢測設(shè)備以及建立有效的氣體管理和控制系統(tǒng)，是確保礦井內(nèi)氣體濃度處于安全范圍內(nèi)的關(guān)鍵。此外，深部礦井液態(tài)冒涌也是一大潛在危險，地下液體如地下水或油可能因為采礦活動而突然涌入礦井導致礦井被淹或設(shè)備損壞。為防止這種風險需要對地下液體進行定期監(jiān)測，并在礦井設(shè)計中加入防止液體冒涌的措施[4]。

3.4 通風與排水系統(tǒng)缺陷分析

礦井內(nèi)的空氣必須保持清新，以確保工人的健康和安全。而且隨著礦井深度的增加，地溫也會上升，這使得通風系統(tǒng)變得更加關(guān)鍵。一個優(yōu)化的通風系統(tǒng)不僅可以為工人提供新鮮空氣，還可以幫助稀釋有毒和可燃的氣體，從而減少礦井內(nèi)部的爆炸風險。然而，通風系統(tǒng)的設(shè)計和維護需要深入的技術(shù)分析，任何小的缺陷如風扇的故障、風道的堵塞或破損都可能導致礦井內(nèi)空氣的質(zhì)量迅速下降。相似的，排水系統(tǒng)對于預防礦井被淹和設(shè)備受損也是至關(guān)重要的，有效的排水設(shè)計需要考慮礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和采礦方法。同時，排水系統(tǒng)的維護也需要定期進行，確保其正常運行并及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

4 采礦工程施工中的安全強化措施

4.1 施工現(xiàn)場安全培訓與教育

礦井施工環(huán)境的特殊性使得現(xiàn)場人員面臨多種潛在危險，從有毒氣體泄露、設(shè)備故障到地下液態(tài)冒涌等。為確保每位工人都能夠理解和應(yīng)對這些風險，施工現(xiàn)場安全培訓與教育成為不可或缺的環(huán)節(jié)。工人需要通過嚴格的培訓程序，深入學習各種設(shè)備的操作規(guī)程、 應(yīng)急預案以及風險預防方法。此外，實時模擬實踐也是培訓中的關(guān)鍵組成部分，使工人能在真實場景下模擬各種應(yīng)急情況的處理，從而提高其在真實緊急情況下的應(yīng)對能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被引入礦井安全培訓中，使工人能在無風險的環(huán)境下體驗各種可能的危險情境，進一步增強他們的安全意識和操作技能，考核和評估也是培訓中必不可少的部分，以確保每位工人都能達到預定的技能和知識水平[5]。

4.2 現(xiàn)代化監(jiān)控與應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)

現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合傳感器技術(shù)、 無線通信以及數(shù)據(jù)分析，可以實時監(jiān)測礦井內(nèi)的各種參數(shù)，如氣體濃度、溫度、濕度和設(shè)備狀態(tài)，這些參數(shù)被實時傳輸?shù)街醒肟刂剖?，由專業(yè)的工程師和技術(shù)人員進行分析和監(jiān)控，任何異常情況都會立即觸發(fā)警報，使得工程團隊可以迅速做出決策和響應(yīng)。此外，應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)也是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，一旦檢測到潛在的危險，系統(tǒng)會自動啟動應(yīng)急預案，如自動關(guān)閉風扇、啟動應(yīng)急排風或切斷電源等。同時，通過無線通信技術(shù)，工人也可以實時與控制室通信獲取實時的安全指導和建議。除此之外，監(jiān)控系統(tǒng)還結(jié)合了地理信息系統(tǒng)和三維建模，為工程團隊提供礦井的三維可視化模型，幫助他們更直觀地了解礦井的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。

4.3 礦井環(huán)境改善與防災(zāi)技術(shù)應(yīng)用

礦井環(huán)境尤其是深部礦井，常受到各種自然和人為因素的影響，如高溫、高濕、有毒或易燃氣體積聚等，這些都可能導致安全事故的發(fā)生。因此，改善礦井環(huán)境和應(yīng)用先進的防災(zāi)技術(shù)成為確保礦井施工安全的重要手段?，F(xiàn)代礦井環(huán)境改善技術(shù)往往涉及多個領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，包括機械工程、環(huán)境科學和信息技術(shù)等。例如，通過采用高效率的通風系統(tǒng)可以有效降低礦井內(nèi)的溫度和濕度，同時排放有害氣體，提供更為舒適的工作環(huán)境，這種通風系統(tǒng)往往結(jié)合傳感器技術(shù)，根據(jù)礦井內(nèi)部的實時環(huán)境參數(shù)自動調(diào)整風扇的轉(zhuǎn)速和方向，從而實現(xiàn)最佳的通風效果[6]。此外，礦井的防水和防滲技術(shù)也取得顯著的進步，有效地減少了水源對礦井結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的破壞。現(xiàn)代礦井還廣泛應(yīng)用各種災(zāi)害預警和預測技術(shù)，如地震預警、水害預測和氣體積聚預警等，這些預警系統(tǒng)通過實時監(jiān)測礦井內(nèi)部的各種參數(shù)，如地震波、水流速度和氣體濃度等，結(jié)合先進的數(shù)據(jù)分析算法，能夠及時預測潛在的災(zāi)害風險，并給予工程團隊足夠的應(yīng)對時間。除了上述技術(shù)，礦井還廣泛應(yīng)用各種新型的防護材料和施工方法，如使用高強度、耐腐蝕的材料進行礦井支護以及采用無人機和機器人進行礦井的巡檢和維護等。

5 結(jié)語

采礦工程施工中的安全問題是礦業(yè)界一直亟須解決的關(guān)鍵難題。通過深入分析工程施工的特點及其相關(guān)技術(shù)，本研究揭示多種不安全因素，并針對性地提出一系列改善策略，特別是針對施工環(huán)境風險、設(shè)備故障、深部礦井風險和通風排水系統(tǒng)的缺陷，采納如現(xiàn)場安全培訓、現(xiàn)代化監(jiān)控、礦井環(huán)境改善和防災(zāi)技術(shù)等多種強化措施，這些建議為礦業(yè)界提供了一個全面的參考，旨在提高礦井施工的安全性和效率，從而確保工人安全和礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開采。