有色金屬礦山深井采礦技術研究

章錦榮，杜德崗，蔣玉青

（昆明坤澤礦業技術有限責任公司，云南 昆明 650000）

由于各項技術及產業的發展不斷提升與擴大，對有色金屬的需求量變得越來越大。據相關部門調查研究，當下我們國家的有色金屬產銷量每年已經達到了一千萬噸以上，有色金屬開采也逐步從表層開采轉戰到深部。在這樣的嚴峻背景下對深井開采技術提出了迫切的需求。

1 研究的必要性

據統計，現階段我們國家每年有色金屬需求缺口基本保持在五千萬噸。2017年，科技部、國土資源部、水利部日前聯合印發《“十三五”資源領域科技創新專項規劃》，明確“十三五”期間，礦產資源（金屬、非金屬、鹽湖等）類型領域的科技創新發展思路、發展目標、重點技術發展方向、重點任務和保障措施。響應國家政策要求，對資源開發可共享技術進行標準化推廣，提升行業內企業的整體基礎技術實力，促進更多基礎技術的標準化轉化是企業提升核心競爭力的有效途徑。

目前，淺層的礦床已經被開采殆盡，有色金屬的深部開采將成為采礦的主要研究方向[1]。通過調查分析能夠發現在未來的十年時間之內我們國家的有色金屬深部開采將會達到一千米或以上。而深部開采將面臨諸多的關鍵難題：一是深部高應力問題，深部高應力可能導致破壞性地壓活動，包括礦山開挖引起的巖爆、塌陷、頂板、突水等動力災害。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，給支護和礦山安全帶來了很大的負擔，嚴重影響了礦山的開采效率和效益。三是深高溫環境,隨著深層溫度1.7℃/100-3.0℃/100米梯度增加。

2 深井開采的含義

在南非、加拿大等礦業發達國家，礦山深達800m～1000m被稱為深井開采。在德國，深度在800m～1000m以上的礦山稱為深井，深度在1200m以上的礦山稱為超深井。日本的“臨界深度”為6億米，而英國和波蘭的“臨界深度”為7.5億米。

3 現狀分析

國民經濟需要的鐵、錳、銅、鉛、鋅、鋁土礦等塊狀礦柱品種無法滿足需求。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外進口。主要金屬礦產資源對國外的高度依賴，對我國國民經濟的發展構成了潛在的嚴重威脅。更重要的是，鎢、錫、鉬、銻、螢石、重晶石等中國優勢礦物的優勢正在減弱甚至喪失，其可供儲量對2020年需求的保證程度分別僅為89%、35%、85%、55%、15%、26%。與發達國家相比較，我們國家對開采技術的研究比較晚，對于深井開采技術來說，基本還處于初步階段，只有少部分礦山進入了深井采掘作業，并在深井建井、采掘設計、采掘支護工藝、供配電、通風、排水、地壓監測、巖爆防治等諸多方面取得了一定的實踐經驗，大部分礦山仍然處于保證回收地下資源時只注重了大規模的開采，忽略了對開采技術的深入研究[3]。

4 技術研究方向

（1）采礦設備方面。針對有色金屬礦山賦存規模小、賦存變化大的薄礦脈，應研制相應的低層鉆鏟設備，優化配套開采技術，提高薄礦脈機械化開采水平。此外,投資科技應該增加、系統規劃和頂層設計數字礦山建設應加強技術創新、管理創新和制度創新應采取的手段促進新舊轉型和可持續發展傳統有色金屬礦山企業的驅動力。

（2）巖爆方面。巖爆地質問題，礦井當中的巖爆預測及控制問題一直是所有人關注的重點，相關科研人員也都做了幾十年的研究。但是因為巖爆本身的突發性以及隨機性，即使當下科研人一直在進行研究，但還是無法對巖爆實施有效的預測及控制，與礦井的開采安全要求仍舊有非常大的差距。巖爆預測應密切結合采礦的過程,數值模擬方法,如定量計算未來采礦引起的擾動能量的大小,時間和空間分布巖體及其變化在開采的過程中,可以借助地震能量在地震學和大小之間的關系,對未來發展趨勢的采礦誘發的巖爆預測和震級的規則。

（3）通風建設。現階段深井正朝著縱深的方面發展，再加上其規模以及生產布局等也都在不斷擴大和變化，要是此時沒有對原本的通風系統進行改變就會使得通風系統的效果無法得到有效保證。應該要將礦井所需要的風量進行精確計算，據實際的生產需求去深入考慮礦井對風的需求，以此計算出來總體的風量需求[4]。應該要注重中段風量的分配情況。最后，要加強通風設備的完善工作，且依據礦井對于風量的需求配備合適的設備設施等，設置必要的調風、調阻通風構筑物（風門、風橋、風窗、風墻等），確保井下作業面的有效風量。

（4）標準建設。國內外沒有專門針對深井采掘作業提出技術規范要求，現目前國內運行的各類有色金屬地下礦山采掘作業指導規范性文件，仍基于前期國內有色金屬采礦屬于淺層礦藏的情況，對深井開采存在的高地壓應力、巖爆、高涌水及深井提升運輸沒有明確的涉及，現行標準規范在此領域存在缺失。建立和采用標準可以提高安全生產，集成不同類型的設備，消除技術壁壘，提高工藝流程的互操作性。全球礦業標準規范組織正在打破孤立發展的理念，幫助礦業形成全球化思維和標準化思維。

5 結語

在我們國家農業、工業以及科研等行業都需要大量的有色金屬，在經濟飛速發展之下其需求量也都在不斷提升淺層的礦床已經被開采殆盡，深部資源蘊藏復雜，且安全風險極高，開采難度極大，如何在有限的資源環境下，提升資源開發利用效率，以滿足基本的發展需求，還需要相關部門及人員的繼續研究和努力。