淺析金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)

吳玉偉，楊啟軍

（青海黃河礦業(yè)有限責(zé)任公司，西寧 810016）

1 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

簡而言之，金屬礦開采即經(jīng)過“采準(zhǔn)—切割—回采”三個(gè)連續(xù)性的工藝環(huán)節(jié)，從地下原始礦床中開采獲取到金屬礦石的過程。近幾年來，受惠于業(yè)內(nèi)科學(xué)技術(shù)和知識(shí)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化發(fā)展，我國采礦業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)了由純?nèi)斯は驒C(jī)械化、由手動(dòng)控制向自動(dòng)化的質(zhì)化突破，一方面大大增加了金屬礦開采工作的質(zhì)量和效率，另一方面也促使用著開采的金屬礦山基地?cái)?shù)量日益增多。現(xiàn)階段，地下連續(xù)開采技術(shù)是我國采礦業(yè)應(yīng)用較為廣泛的先進(jìn)技術(shù)，其工作方式主要有兩種：第一，當(dāng)金屬礦的體積較小、硬度較弱時(shí)，不同的開采環(huán)節(jié)可進(jìn)行連續(xù)同步施工；第二，當(dāng)金屬礦的體積較大、硬度較強(qiáng)時(shí)，整體開采過程應(yīng)被協(xié)調(diào)、有序地分為若干個(gè)工作節(jié)點(diǎn)，并由此進(jìn)行分段式、銜接式的施工活動(dòng)，以保證在不影響金屬礦開采質(zhì)量的同時(shí)，盡可能地提升采礦活動(dòng)的工作效率[1]。

從當(dāng)前來看，許多西方國家已實(shí)現(xiàn)了采礦技術(shù)、采礦裝備及其配套設(shè)備的齊全完整，并在探礦、鑿巖、裝藥、轉(zhuǎn)運(yùn)等多個(gè)工序中實(shí)現(xiàn)了全套的機(jī)械化配置。同時(shí)，隨著智能技術(shù)、液壓裝置技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域的不斷鉆研，一些西方國家已經(jīng)將無人駕駛設(shè)備、無軌設(shè)備等高新配備應(yīng)用到了金屬礦地下開采工作當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了采礦工作整體質(zhì)量的巨大突破。由此可見，我國的采礦業(yè)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，促使著業(yè)內(nèi)人員必須將借鑒國際先進(jìn)技術(shù)與迎合我國環(huán)境實(shí)際結(jié)合起來，積極實(shí)現(xiàn)我國由“礦業(yè)大國”向“礦業(yè)強(qiáng)國”的理想轉(zhuǎn)變。

2 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用的金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)與傳統(tǒng)開采方法相比，主要表現(xiàn)出了以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

第一，工作條件的顯著改善。現(xiàn)階段大多數(shù)的采礦施工環(huán)節(jié)不再需要純?nèi)肆Φ慕槿耄沟脥徫还ぷ魅藛T更多的是通過操作臺(tái)、操作系統(tǒng)等設(shè)備平臺(tái)完成作業(yè)，在很大程度上減少了工作人員處在地下、礦井、坑道等非正常環(huán)境的時(shí)間，降低了工作人員的工作壓力和工作風(fēng)險(xiǎn)；

第二，綜合生產(chǎn)能力的大力提高。在金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的應(yīng)用過程中，采礦施工的各環(huán)節(jié)達(dá)到了“環(huán)環(huán)相扣”的良好銜接效果，避免了傳統(tǒng)工作中因協(xié)調(diào)性差、工序信息不對(duì)稱等問題而出現(xiàn)的流程中斷。同時(shí)，通過先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)、信息管理技術(shù)的輔助，人員還可對(duì)各類采礦機(jī)械設(shè)備的工作參數(shù)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)施出及時(shí)有效的遠(yuǎn)程控制，為連續(xù)化的金屬礦開采施工提供了設(shè)備條件支持。這樣一來，基于公式“效率=產(chǎn)出量/時(shí)間”我們便可得知，在連續(xù)開采技術(shù)提升生產(chǎn)速度的同時(shí)，采礦單位的生產(chǎn)效率也將得到顯著提升。

第三，工作安全得以保障。在過去，基于金屬礦開采作業(yè)的特殊性，工作人員會(huì)面臨到爆破、火災(zāi)、機(jī)械傷害、觸電傷害等多種直接性的事故風(fēng)險(xiǎn)，以及粉塵、噪聲、有毒物質(zhì)等長期性的工作威脅，給人員的健康安全埋下了極大隱患。而在應(yīng)用金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)后，借助懸臂排土機(jī)、螺旋式采礦機(jī)等作業(yè)人員需求少、自動(dòng)化程度高的設(shè)備，有效地避免了人員與采礦環(huán)境的直接接觸，從而顯著降低了開采工作的危險(xiǎn)性[2]。

第四，金屬礦產(chǎn)品回收率較高。在應(yīng)用金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)后，施工人員無需傳統(tǒng)的爆破、鉆孔等破壞性手段，即可通過切割、落礦、搬運(yùn)等方式完成采礦任務(wù)，將金屬礦產(chǎn)品從礦床中自然分離出來。這樣一來，基于“金屬礦產(chǎn)品回收量=礦床開采總量-無用礦產(chǎn)量”的公式我們可以得知，持續(xù)開采技術(shù)大大避免了因采礦動(dòng)作過強(qiáng)硬而對(duì)金屬礦整體結(jié)構(gòu)造成的影響，提升了金屬礦產(chǎn)品的整體利用價(jià)值，同時(shí)也有助于地改善礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)情況。

3 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與展望

3.1 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的應(yīng)用工藝類型

第一，房式回采振動(dòng)連續(xù)采礦工藝。在這一工藝中，整體的金屬礦區(qū)被分化成了多個(gè)采礦段，并不做任何的間柱設(shè)置，主要依靠分解震動(dòng)運(yùn)輸車實(shí)現(xiàn)金屬礦石產(chǎn)品的運(yùn)送。通過這樣的過程，采礦、回采、充填、出礦、運(yùn)礦等工序環(huán)節(jié)將會(huì)處于即獨(dú)立又聯(lián)系的整體狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的施工銜接；第二，無間柱連續(xù)分層充填采礦工藝。在這一工藝中，礦區(qū)被看作是一個(gè)整體性的回采單元，要求采礦團(tuán)隊(duì)采取跳躍式的采切作業(yè)方式，相鄰或平行的采礦點(diǎn)不可作連續(xù)開采。第三，深井連續(xù)推進(jìn)采礦工藝。在這一工藝中，采礦團(tuán)隊(duì)主要采取沿固定路線連續(xù)開采的方式，從而在最大程度上避免礦產(chǎn)資源的損失和遺漏。同時(shí)，還應(yīng)在施工地點(diǎn)設(shè)置主動(dòng)支護(hù)設(shè)備，為落礦、搬運(yùn)、充填等工作的安全性打好基礎(chǔ)。

3.2 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用策略

第一，要實(shí)施出符合連續(xù)開采技術(shù)的金屬礦開采設(shè)計(jì)。在面對(duì)不同類型的礦床條件時(shí)，相關(guān)工作人員要對(duì)采場(chǎng)最后底盤尺寸實(shí)施差異性的科學(xué)控制，如表1。

表1 不同類型礦床的最后底盤尺寸

同時(shí)，在保障人員及設(shè)備安全、工序平穩(wěn)與運(yùn)行的前提下，專業(yè)技術(shù)人員還應(yīng)根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施采礦點(diǎn)所在區(qū)域的監(jiān)測(cè)工作，如表2。

表2 采礦監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

最后，在以石灰?guī)r、白云巖等質(zhì)地為主的金屬礦床連續(xù)開采過程中，相關(guān)人員還應(yīng)對(duì)開礦的深度進(jìn)行合理把控，如表3。

表3 石灰?guī)r、白云巖等金屬礦床的開采深度

第二，要加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)機(jī)制。雖然在一定的技術(shù)改良背景下，金屬礦地下連續(xù)開采工作的危險(xiǎn)性得以顯著降低，但安全問題仍然是采礦工作人員在施工中所必須要注意的重點(diǎn)問題。在連續(xù)的地下開采工作中，一旦設(shè)備參數(shù)設(shè)置有誤，或?qū)ΦV床的整體結(jié)構(gòu)把握不當(dāng)，將很容易因開采過深等原因而造成礦頂巖層出現(xiàn)懸空，并擠壓形成片幫現(xiàn)象。當(dāng)片幫現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，工作人員及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即會(huì)面臨巖層剝落、礦體坍塌的危險(xiǎn)，據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，此類危險(xiǎn)事件占采礦事故的25%以上。所以，在實(shí)際的金屬礦地下連續(xù)開采工作當(dāng)中，相關(guān)人員一定要秉持起高度的風(fēng)險(xiǎn)管理眼光，做好施工前安全設(shè)計(jì)、施工中安全預(yù)警管理以及事故應(yīng)急策略等一系列安全防護(hù)工作，以此避免人員及財(cái)產(chǎn)受到影響。

3.3 金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)的未來展望

總體來講，基于國際采礦技術(shù)的發(fā)展以及我國科研人員的不斷鉆研，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無軌化、液壓化等采礦技術(shù)裝備的開發(fā)應(yīng)用，但仍具備很大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間。首先，相關(guān)工作人員應(yīng)重視到“質(zhì)量”與“投入”之間的關(guān)系，在降低資金成本、人力成本、時(shí)間成本的同時(shí)，保證甚至提高工作的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)采礦效率的質(zhì)化提升。這就需要專業(yè)技術(shù)人員結(jié)合不同礦床的固有特點(diǎn)，增強(qiáng)改良現(xiàn)有設(shè)備的適應(yīng)性和針對(duì)性，并將CAD、BIM等三維建模技術(shù)融入到采礦領(lǐng)域當(dāng)中，促成金屬礦開采項(xiàng)目設(shè)計(jì)與管理的高速化、便捷化。其次，為了提升金屬礦產(chǎn)品的整體質(zhì)量，相關(guān)人員還應(yīng)積極學(xué)習(xí)和引進(jìn)國際上的先進(jìn)技術(shù)，通過不斷的實(shí)踐和打磨，尋找出靈敏度高、收益效果好的采礦方法；

此外，為了迎合當(dāng)前時(shí)代智能化與生態(tài)化的行業(yè)發(fā)展理念，相關(guān)人員還應(yīng)積極投入到“智能數(shù)字化礦山體系”的研究構(gòu)建當(dāng)中，運(yùn)用傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦區(qū)域乃至周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理，從而在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)采礦工作對(duì)所處環(huán)境的影響，在保證穩(wěn)定安全實(shí)施開采活動(dòng)的前提下，做好礦床環(huán)境的補(bǔ)償處理工作，降低礦產(chǎn)資源的不必要浪費(fèi)。

4 總結(jié)

總而言之，將地下連續(xù)開采技術(shù)應(yīng)用到金屬礦采集工作中，是現(xiàn)代采礦業(yè)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)展的必要途徑。分析可知，在設(shè)備優(yōu)良、設(shè)計(jì)合理的前提下應(yīng)用地下連續(xù)開采技術(shù)，可以有效地提升采礦活動(dòng)中安全保障、成本控制、施工效率、資源節(jié)約等多個(gè)工作環(huán)節(jié)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)采礦活動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一。

[1]周科平，陳慶發(fā)，胡建華.地下鋁土礦采礦環(huán)境再造連續(xù)采礦理念[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（02）：168-172.

[2]徐東升，戴興國，廖國燕.金屬礦地下連續(xù)開采技術(shù)探討[J].中國礦山工程，2007（02）：36-40.

[3]鄧建，古德生，李夕兵.無間柱連續(xù)采礦與兩步驟采礦的地壓規(guī)律對(duì)比研究[J].有色金屬，2000（04）：1-3.