地下礦山采礦方法及技術探析

李云鵬

摘 要：我國經(jīng)濟社會在不斷發(fā)展的同時，對于礦產(chǎn)資源的需求也在不斷增加，因此對采礦行業(yè)提出了更高的要求。本文以地下礦山采礦為核心，首先概述了開采作業(yè)的特點和影響因素，然后介紹了常見的采礦方法和發(fā)展趨勢，最后介紹了開采技術的最新發(fā)展，以供參考。

關鍵詞：地下礦山；采礦方法；采礦技術；發(fā)展

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A

我國不僅礦產(chǎn)資源豐富，而且礦產(chǎn)使用量也比較大，其對于國家經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。在科學技術進步的支持下，地下礦山采礦作業(yè)越來越普遍，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種開采技術，要求企業(yè)根據(jù)工程實際情況進行選擇，并對其進行改進和完善，從而保證井下作業(yè)的安全性，實現(xiàn)礦產(chǎn)開采目標。

1.地下礦山開采作業(yè)概述

隨著人們對于礦產(chǎn)資源需求的增加，采礦業(yè)的范圍也從地表擴展到地下，地下礦山開采作業(yè)期間，要求工作人員注意兩個方面，一是安全性，二是整潔性，以便創(chuàng)建一個健康衛(wèi)生的井下環(huán)境。要發(fā)揮地下礦山開采的優(yōu)勢，必須做到以下幾點：第一，開采成本低且效益高；第二，機械設備使用率高；第三，開采技術方案的應用具有靈活性，不僅適應性強，而且對于環(huán)境的破壞程度小，甚至能夠起到保護環(huán)境的效果。

2.常見地下礦山采礦方法及發(fā)展趨勢

按照對回采過程中空區(qū)的不同處理方法，地下開采的采礦方法主要有3種。

2.1 空場采礦法

空場采礦法將礦塊分為礦房和礦柱兩部分，兩步回采。對回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，利用礦柱或人工支柱進行支撐，以控制地壓保證回采。

依據(jù)礦房、礦柱結構的不同和回采工藝的區(qū)別，空場采礦法主要有淺孔留礦法、全面法、房柱法和分段空場法等。

由于空場法回采后會產(chǎn)生大量空區(qū)，近年來在礦山中采用的比例有所下降。其發(fā)展趨勢主要是無軌回采設備的應用和大型設備的應用。無軌設備可以極大地提高開采的機械化程度。大型設備提高了出礦能力和生產(chǎn)效率，降低了出礦成本。

2.2 崩落采礦法

崩落采礦法采用一步驟回采。通過自然或強制崩落頂板圍巖，充填回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，以控制地壓保證回采。

崩落采礦法主要有分層崩落法、有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法、自然崩落法及階段崩落法等。

其中的無底柱分段崩落法近年來向高分段、大間距的方向發(fā)展，產(chǎn)生了“大間距集中化無底柱采礦新工藝”。通過采用高效的地下中深孔氣液聯(lián)動設備，形成與大尺寸結構參數(shù)相匹配的集中化、高強度、大規(guī)模采礦技術和管理模式，提高了作業(yè)安全性和采礦強度。

2.3 充填采礦法

充填采礦法在回采過程中用充填料充填采空區(qū)，以控制地壓保證回采。

充填采礦法主要有分層充填法、進路充填法、削壁充填法、嗣后充填法等。

隨著無軌設備在回采中的應用和充填工藝及管道技術的發(fā)展，充填工藝實現(xiàn)了機械化、自動化，生產(chǎn)能力顯著提高，礦石的損失、貧化顯著降低，開采成本也相應降低。由于環(huán)保的要求，土地使用的限制，膠結充填又能防止地面沉降，充填采礦法的應用越來越廣泛。

3.地下礦山采礦技術的應用發(fā)展

近年來地下礦山采礦技術不斷發(fā)展，取得了很多進步，其中地下連續(xù)開采技術和深井開采技術的發(fā)展較為突出：

3.1 地下連續(xù)開采技術

地下連續(xù)開采技術是地下采礦的未來發(fā)展趨勢。主要有兩種主要方式，一是當?shù)V體硬度較小時，開采時各個工序連續(xù)平行進行施工。二是當?shù)V體硬度大時，開采時分成若干個施工段，不同施工段的各個工序連續(xù)平行進行施工。

近年來地下連續(xù)開采取得了重大進展，多項地下連續(xù)開采技術已經(jīng)應用在礦山中。地下連續(xù)開采的采礦裝備系列齊全，配套完整，機械化程度也高，從鑿巖、裝藥到轉運，全部實現(xiàn)了機械化配套作業(yè)，各道工序無須手工體力操作，無繁重體力勞動，裝備無軌化、液壓化、自動化程度較高。完全實現(xiàn)了無軌化、液壓化。在自動化方面，已成功地應用了無人駕駛、機器人作業(yè)等新技術。特別是地下連續(xù)開采無礦柱法的出現(xiàn)，解決了以往地下連續(xù)開采技術的諸多問題。該方法將礦體劃分成礦段，不留礦柱，將切割槽布置在礦段中部，底部結構布置振動機出礦。崩礦過程中同時進行回填，平行進行采切、回采、充填的作業(yè)，使采礦工作連續(xù)不間斷的施工。解決了礦柱回收困難的問題，采礦速度大大優(yōu)于傳統(tǒng)采礦方法，避免了資源的浪費，提高了地下采礦的經(jīng)濟效益。

3.2 深井開采技術

隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，開采深度也自然隨之加深，同時也對開采技術提出了更高的要求。

深井開采首先面臨的就是巖爆問題，國內外對巖爆的發(fā)生機理和防止方面取得了一系列的成果。通過對巖石的微觀結構和聲發(fā)射特征，可以劃定巖爆可能性等級，結合巖石所處的應力條件，可以判定巖爆是否會產(chǎn)生。通過有限元法計算采場頂柱及及其周圍巖體應力分布，優(yōu)化回采順序、采場的結構參數(shù)，調整礦柱規(guī)格，可以避免應力集中和能量聚集，預防巖爆出現(xiàn)、削弱巖爆強度。

在地壓監(jiān)測方面，除了采用現(xiàn)場觀測、巖性測試、位移和應力測量等方法外，還可以建立深井的力學模型，采用有限元分析軟件對回采工作影響下的巖體、地表和井巷位移和應力變化進行動態(tài)和定量分析，對其發(fā)展趨勢、穩(wěn)定性進行預測評價，并制定相應的安全措施。

礦山開采中尾礦和廢石的處理問題一直制約著礦山的發(fā)展。在深井開采中，將尾礦和廢石全部充填到井下采空區(qū)，既可以解決深井開采的地壓和巖爆問題，同時還可以不占或少占土地，減少建設投資，解決環(huán)境污染的問題，實現(xiàn)無廢開采。

深井開采中的地下涌水也是一項重大問題。地下采礦引起的地下水災害包括地下突水和地下水位下降兩個方面，以及由此造成的淹井事故、地表沉降塌陷和地表生態(tài)破壞等問題，深井開采由于開采深度大，上述災害的嚴重性更大，為此國內外在深井地下水害治理與研究方面開展了一系列的研究工作。目前在深井地下水災害領域研究成果主要有：采礦過程中地下水的運移規(guī)律分析、突水機理分析、工作面及礦井涌水量預測、老窿與巖溶水探測設備與技術、裂隙或構造帶涌水通道堵截技術及材料等。

深井開采中的高溫也是一項重大問題。嚴重影響開采工作的安全及效率。最新的高溫防護技術通過對深井的高溫產(chǎn)生機理進行研究，結合目標礦山的實際情況，采用鉆孔法測定井下溫度，分析其變化的規(guī)律，監(jiān)測井下環(huán)境溫度，通過實際觀測和熱交換數(shù)值分析法相結合，可以解讀井巷溫度的變化規(guī)律，從而制定可行的井下降溫措施。降溫措施包括：空氣遇冷降溫法、局部制冷技術、個體防護技術等。空氣遇冷降溫法是將采礦區(qū)的恒溫帶空氣引入采場來降低工作面溫度，通過熱平衡及熱交換計算及風路網(wǎng)絡優(yōu)化，尋求井下地溫風流和高溫風流混合，采用空氣預冷降溫機理的方法。局部制冷包括冷水逆流噴淋降溫、人工降溫制冷，對礦井入口風流部分或全部采用冷水或制冷機進行降溫。個體防護是采用冷卻服（冰背心）改善個體舒適度。

結語

綜上所述，地下礦山采礦是我國目前礦產(chǎn)開采的重要途徑之一，影響開采效率和質量的因素較多，因此應該選擇合適的開采方法和技術。本文闡述了地下開采作業(yè)的簡單概況，并對目前一些較為先進的開采方法、開采技術進行了介紹，希望為實際開采工作提供一些經(jīng)驗和參考。

參考文獻

[1]解廷堃，崔宏偉.露井聯(lián)采條件下井工礦對露天礦邊坡影響的范圍[J].露天采礦技術，2013（11）：8-10.

[2]向軍.井下人員定位系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應用[J].采礦技術，2015，15（5）：82，98.

[3]劉忠強.地下礦山采礦技術及方法研究[J].世界有色金屬，2016（24）：230-231.

[4]王運敏.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.