金屬礦山地下采礦方式探討

蔣孟昱

（山東黃金礦業(yè)（玲瓏）有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

隨著物質(zhì)文明和現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人類對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量也在與日俱增。地下采礦是人類獲取地下資源的有效手段之一，而采礦方式的選擇又是地下采礦的核心。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)前世界礦物年產(chǎn)量超過500億噸，而我國(guó)的礦物量超過70億噸，且每年還在不斷增長(zhǎng)[1]。雖然我國(guó)礦山資源豐富，但受各地礦床賦存條件、采礦技術(shù)水平等因素的影響，使得各地金屬礦山的開采量各有不同。同時(shí)，因我國(guó)多數(shù)礦床多為貧礦或小型礦，加上金屬礦山的采礦技術(shù)水平不高，使得我國(guó)金屬礦山的生產(chǎn)能力相對(duì)較低[2]。基于此，探究新的地下采礦方式就顯得十分重要。

1 我國(guó)金屬礦山采礦方法研究現(xiàn)狀

礦產(chǎn)資源開采是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)之一，涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，諸如鋼鐵、煤炭等[3]。采礦方法作為礦山生產(chǎn)中的最為關(guān)鍵的部分，其方法的科學(xué)高效與否，不僅關(guān)系著礦山生產(chǎn)安全和生產(chǎn)率等，還直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效益。礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用，不僅有利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還有利于增加社會(huì)財(cái)富。但我國(guó)在金屬礦山采礦技術(shù)、裝備以及管理上相對(duì)較為落后，使得我國(guó)的礦產(chǎn)資源經(jīng)過大規(guī)模開采后，不可避免地存在著安全隱患大、多中段分散作業(yè)等弊端，嚴(yán)重影響著我國(guó)礦山的可持續(xù)發(fā)展[4]。加上傳統(tǒng)采礦方法的選擇受采礦專家的經(jīng)驗(yàn)影響較大，具有一定的片面性和主觀性。因此，探尋科學(xué)的采礦方式對(duì)于金屬礦山的地下采集具有十分重要的影響。

近年來，人工智能被引入采礦方法的選擇領(lǐng)域，解決了經(jīng)驗(yàn)判斷等不確定性推理問題。最常應(yīng)用的方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)決策法、灰色系統(tǒng)理論、價(jià)值工程論、多目標(biāo)決策理論、突變級(jí)數(shù)論等以及多種方法的聯(lián)合[5]。其中，模糊數(shù)學(xué)法是指選擇采礦方法時(shí)，將與目標(biāo)礦山的地質(zhì)技術(shù)條件與候選采礦方法相比較，并且計(jì)算出與候選采礦方法所要求的地質(zhì)技術(shù)條件之間的模糊相似程度，選擇條件最近似的作為目標(biāo)礦山上的采礦方法[6]。雖然這種方法，更加的客觀科學(xué)，但由于隸屬函數(shù)的構(gòu)造方法不同，導(dǎo)致其決策結(jié)果具有一定的主觀隨機(jī)性。多目標(biāo)決策法，這種方法降低了采礦方法中主觀因素的干擾，但是它的求解方法受人的主觀影響，使得其決策選擇的采礦方法也可能與實(shí)際不符。灰色系統(tǒng)理論法主要包括灰色局勢(shì)決策法和關(guān)聯(lián)分析法。采用灰色系統(tǒng)理論可以有效量化采礦過程中的影響因素，與此同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)決策值均化的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法快速選擇出最優(yōu)采礦方案，最后所確定的方案可能與礦山開采實(shí)際情況有所差異[7]。價(jià)值工程法實(shí)際是依照技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比情況選擇最優(yōu)方案，雖然使用此方法選擇出的方案經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，但是技術(shù)上并不一定可行，可能會(huì)不符合礦山的實(shí)際情況。突變級(jí)數(shù)法是一種綜合評(píng)價(jià)方法，雖然計(jì)算簡(jiǎn)單快捷，但其可能會(huì)導(dǎo)致決策值均化。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法能很好地解決采礦方法中的方案選擇等問題，但是不能很好地解決收斂緩慢及避免局部最小問題的發(fā)生[8]。

雖然在金屬礦山的地下采礦方式上，我國(guó)的礦產(chǎn)界進(jìn)行了一定的研究，但是地下開采方式的關(guān)鍵技術(shù)仍處于理論探索階段。同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)大規(guī)模建設(shè)的帶動(dòng)下，對(duì)金屬等資源的需求量也在日益增長(zhǎng)。因此，盡早實(shí)現(xiàn)地下采礦方式的科學(xué)化。

2 金屬礦床地下采礦方法

圖1 目前我國(guó)地下金屬礦山采礦方法比例

在國(guó)家科教興國(guó)戰(zhàn)略的倡導(dǎo)下，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新提出了新的要求。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：許多的礦山經(jīng)營(yíng)人思想較為落后，過度關(guān)注眼前利益，不顧礦產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，從而大大加劇了礦山開采的壽命[9]。因此，創(chuàng)新采礦方法對(duì)保證采礦業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

2.1 空?qǐng)霾傻V法

將礦塊分為礦柱和礦房再進(jìn)行開采是空?qǐng)霾傻V法開采方式，首要步驟開采礦房，在開采礦柱。得到圍巖和礦柱的有效支撐后方進(jìn)行回采礦房，當(dāng)完成礦房、礦柱的回采后，科學(xué)處理采空區(qū)。現(xiàn)階段最常用的采礦方法包括：淺眼采礦法、分段采礦法、全面采礦法、階段礦房法、房柱采礦法[10]。具體如下。

礦山開采階段所使用全面采礦法是將礦體分成礦塊后再進(jìn)行采礦，回采工作可對(duì)逆傾斜面和走向面進(jìn)行。在圍巖的承載力的作用下形成了回采空?qǐng)觯萌斯ぶе⒌V巖柱、巖石垛輔助維護(hù)全面采礦的安全性。淺眼留礦采礦法主要是通過分層的方式進(jìn)行回采，待礦房全部回采完畢后，將存留在礦房中的礦石全部放出。階段礦房采礦法是用深孔回采礦房的一種空?qǐng)霾傻V法，而分段礦房采礦法把階段劃分為分段，在每個(gè)分段水平上布置礦房和礦柱，繼而在各分段的出礦巷道運(yùn)出。

2.2 崩落采礦法

崩落采礦法是隨回采工作面的推進(jìn)，崩落圍巖，在覆蓋巖塊下出礦。該方法是利用借助圍巖來管理和控制地壓，可分為壁式崩落采礦法、分層崩落采礦法、分段崩落采礦法、階段崩落采礦法等等。該方法具有簡(jiǎn)單易行，采礦成本低等優(yōu)勢(shì)。

2.3 充填采礦法與支柱采礦法

充填采礦法是指隨著回采面的推進(jìn)，逐步充填采空區(qū)的一種采礦方法。這種采礦方法是保證地下開采中礦時(shí)損失最低的一種采礦方法，不僅可以為后續(xù)的回采工作創(chuàng)造安全且方便的條件，而且還能預(yù)防礦石的自燃。在礦產(chǎn)界，充填法主要用于圍巖不穩(wěn)或圍巖與礦體均不穩(wěn)固的有色金屬富礦或貴金屬等。而支柱充填采礦法主要分為：橫撐支柱采礦法、下向分層混凝土護(hù)板采礦法、方框支架充填采礦法。

2.4 溶浸采礦法

溶浸采礦法作為一種新型的采礦方法，可以直接從地下進(jìn)行金屬提取。這種方法融合了采、選、冶技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，首先選擇適用于當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)的特殊溶浸劑，在選取溶浸劑時(shí)要綜合考慮礦物的物化性質(zhì)。接著借助鉆孔技術(shù)把溶浸劑注入礦體中，從而實(shí)現(xiàn)金屬物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)化，達(dá)到金屬物質(zhì)提取的目的。可以看出，溶浸采礦法一方面可以最大程度上的減少采礦過程中對(duì)于礦區(qū)環(huán)境的破壞，另一方面能夠有效降低采礦中的成本投入。

2.5 機(jī)械化連續(xù)采礦技術(shù)

目前，在煤礦等礦山的開采中已經(jīng)將機(jī)械化連續(xù)采礦技術(shù)應(yīng)用其中。這種方法主要是對(duì)采礦的工序以及設(shè)備進(jìn)行組合，形成一種連續(xù)的采礦系統(tǒng)。但是這種技術(shù)不僅需要對(duì)采礦的工藝與技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，還需要將先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)和管理模式納入采礦管理過程中，從而實(shí)現(xiàn)高效采礦。機(jī)械化連續(xù)采礦技術(shù)，在硬度較軟的礦山開采中效果較佳，但是在金屬礦山這種硬度較大的礦山中效果不甚理想。主要是源于金屬礦山的開采條件往往較為復(fù)雜，難以連續(xù)采用同一個(gè)技術(shù)模式。要想使這種方案在金屬礦山中達(dá)到理想的效果，仍需要不斷地探索。

3 金屬礦山地下采礦方式的發(fā)展趨勢(shì)

采礦業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，相信在未來會(huì)更更廣闊的發(fā)展前景。選擇最佳的地下采礦方式，才能達(dá)到礦山開采的安全高效，獲得最好的效益。發(fā)展趨勢(shì)如下。

隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，未來在金屬礦山的地下采礦中，會(huì)有越來越多的自動(dòng)化設(shè)備甚至遙控技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于其中，從而使得采礦的效率大大提高。同時(shí)，在未來以長(zhǎng)壁法采礦為例，諸如環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和地震監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)在采礦業(yè)中得到大力應(yīng)用。這對(duì)于保證采礦業(yè)中技術(shù)工人的安全和礦山的安全具有至關(guān)重要的意義。此外，相信在不久的未來，伴隨著數(shù)字信息化的不斷推廣，數(shù)字信息化也必將應(yīng)用于礦山采礦中。數(shù)字礦產(chǎn)業(yè)必將帶來礦山的信息化，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)業(yè)的飛躍。地下采礦的發(fā)展趨勢(shì)，在未來是不斷簡(jiǎn)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)，利用新的工藝技術(shù)和新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，達(dá)到地下采礦的智能化和機(jī)器化，實(shí)現(xiàn)資源的最大回收利用。

相信在未來，通過對(duì)金屬礦山企業(yè)進(jìn)行積極合理高效的規(guī)劃，不僅能夠有效降低礦山企業(yè)的人力成本，還能夠提高金屬礦山行業(yè)的開采水平與開采效率。同時(shí)，隨著自動(dòng)化設(shè)備在金屬礦山企業(yè)中的應(yīng)用，未來會(huì)有更多的外來資源投入到金屬礦山企業(yè)中，進(jìn)一步促進(jìn)礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，促進(jìn)其更快更好地發(fā)展，從而推動(dòng)金屬礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)資源的要求急劇增加，采礦業(yè)已成為支柱產(chǎn)業(yè)之一。但由于開采深度的不斷增加，露天開采已經(jīng)不適合我國(guó)礦山生產(chǎn)的需要，越來越多的礦山轉(zhuǎn)入地下開采。金屬礦山地下采礦逐漸轉(zhuǎn)入深部采礦，所涉及的不確定性因素也越來越多，對(duì)采礦方法的要求也越來越嚴(yán)格。選擇正確且高效的采礦方法，對(duì)于提高礦山的生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。如果礦山的采礦方法選擇不當(dāng)，不僅會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，還會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，采取科學(xué)合理的方法，精準(zhǔn)高效的選擇出最佳的采礦方法，可以實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，主要依據(jù)礦山的實(shí)際情況，包括礦采區(qū)所能達(dá)到的生產(chǎn)能力；礦塊中工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率；設(shè)備和采準(zhǔn)工程的投資多少；采礦的直接成本；礦石損失情況等。這種要求我們?cè)诓煌牡V山中，所采取的采礦方式要及時(shí)調(diào)整，從實(shí)際出發(fā)，因地制宜。在本文中，主要對(duì)金屬礦山的地下采礦方式進(jìn)行了分析，但受金屬礦山本身復(fù)雜性等因素的影響，使得本文在深度上仍存在很多的不足，需要進(jìn)一步深入的探討。