多環境條件下采礦作業技術切入點

孫中華

（江西金山礦業有限公司，江西 上饒 334000）

礦產資源對社會經濟發展具有不可言喻的重要作用，是人們賴以生存和發展的根本，在國民經濟及社會的快速發展中占據著十分重要的地位，隨著工業化和城市化進程的不斷加快，人們對于礦產資源的需求呈現出持續上升的狀態，供求矛盾的不斷激化，大量銅、鐵、鋁、鉛等金屬礦產資源需要依靠進口，使得資源短缺成為了制約經濟社會發展的關鍵。在目前礦產資源供需緊張的情況下，大部分礦產資源的開采環境條件也越來越復雜，開采難度逐漸提高，尤其在對一些地質結構不穩定、礦體性質比較特殊的礦山開采，給采礦作業技術提出了更高的要求，不僅要保障采礦安全，還要保證采礦質量，因此多環境條件下采礦作業技術的切入也就成為了研究重點。不同地質環境條件下采礦作業技術的切入點應該是不同的，目前大部分采礦項目在施工過程中并沒有針對不同環境條件下應用采礦作業技術，導致開采過程中經常出現安全事故，嚴重危害到了采礦工人的人身安全，以及影響到采礦進度和采礦質量，造成嚴重的社會損失和經濟損失。在當今注重安全、高效、高質量的采礦作業理念下，如何正確使用采礦作業技術、多環境條件下準確把握采礦作業技術切入點，保證作業安全和質量，成為目前采礦行業需要重點思考的關鍵問題，為此提出多環境條件下采礦作業技術切入點研究[1]。

1 多環境條件下采礦作業技術切入點

礦產資源開采區域復雜地質環境條件大致可分為地質構造和礦體性質兩種，其中地質構造環境條件是指采礦區域地層在內外應力作用下因擠壓或者撕裂而形成的裂縫、塌陷地質環境狀態；在礦產資源開采過程中所面臨的礦體性質環境條件主要為巖體容易發生變形，尤其是在軟巖性質的環境條件下進行采礦作業，非常容易產生安全隱患。因此本文針對以上兩種環境條件，對于采礦作業技術的應用分別從不同方面入手。

1.1 地質構造不穩定環境條件下采礦作業

在采礦過程中面臨的復雜地質構造環境條件主要包括斷裂、褶皺以及傾斜等。地質構造不穩定環境條件會給采礦作業產生極大的影響，在開采過程中隨著采礦深度的不斷加深，當開采位置接近復雜地質構造時，開采作業所產生的大幅度振動，會非常容易使地質構造的穩定性遭到破壞，因此在地質構造不穩定環境條件下，采礦作業技術要以分析地質結構力學特征為切入點，以地質構造力學特征分析結果為依據，確定采礦作業技術具體實施過程[2]。

首先需要到開采作業現場進行取樣，運用鉆探技術分別鉆取到不同區域，不同深度的地質構造巖石樣本。然后根據《采礦工程地質構造巖石力學性能測試方法標準》GB/T56142-64，對采集到的地質構造巖石樣本進行測試，其中包括塊體密度測試、抗拉強度測試、構造變形性質測試、構造抗壓強度測試等，對測試結果進行記錄，然后依據中華人民共和國行業標準《地質構造穩定程度確定標準》SL544-2010，對采礦區域地質構造穩定程度進行判定，具體參照如下表所示。

表1 地質結構力學特征判定表

根據表1 中的標準對采礦區域進行分斷分析，最范圍為5m×5m，通過對各個區域內地質構造力學特征分析，確定該區域地質構造穩定程度，針對不同程度采取不同的采礦作業技術和方法。通常情況下，地質構造力學特征比較穩定的區域，采取常用的回填開采作業技術即可，該區域地質構造比較穩定，在開采過程中以廢渣、廢料作為填充物對開采完畢的工作面進行填充[3]。

地質構造穩定程度比較差或者非常差的區域，采取削壁填充采礦作業技術，在采場中設立中央天井，在回風的同時也可以作為緊急情況下的安全出口，避免意外的發生。另外，還要布設沿脈平巷作為礦石的運輸通道，在采場的兩端建設計天井輔以木質漏斗，作為巖石的排除口，同時也可以用于工作人員的出入口。首先需要做好混凝土墊層的基礎鋪設工作，然后按照設計好的比例將水泥、砂子等原料運送至硐室處，隨后進行混凝土的攪拌配制，制作時應該隨時檢測混凝土的性能，以保障其滿足墊層鋪設的需求。在這一工作準備完畢后，再進行鑿巖爆破施工，第二次的落礦通過第二次的落礦爆破實現，兩次爆破的炮孔都要沿著礦脈的方向不布置，并且要有75°的傾斜，為了優化爆破效果，爆破的炮孔都要按照“L”字型分布。在開采作業施工過程中削壁操作要注意保證混凝土墊層的平整、光滑，在預留一定坡度時要結合電耙的工作狀態進行，這樣可以避免坡度過大導致清掃率降低，削壁時遇到大塊落巖還要對其進行粉碎并通過沿脈巷道排到采場外，以此完成地質構造不穩定環境條件下采礦作業。

1.2 礦體易形變環境條件下采礦作業

不同的礦產資源具有不同的巖體性質，針對礦體易形變環境條件，采礦作業技術需要從確定采礦支承壓力分布規律為切入點，采礦支撐壓力顯現的條件包括礦體掩埋較深、礦體力學性質比較軟、礦體應力比較大以及礦體傾角比較緩，礦產資源在地下深埋基數過大，在采礦作業施工過程中容易因為支承壓力的預判不足或突然變動引發巷道塌陷等一系列安全性問題；礦體力學性質軟弱，巖體強度低，穩固性差，此時礦體的支承壓力處于不穩定狀態，地下甚至地面的外界因素都會影響甚至破壞礦體支承壓力的穩定性。礦體自身存在一個應力場，其包括自重應力場和構造應力場是原巖應力場，由地心引力引起的應力場稱之為自重應力場，由地質構造運動而引起的應力場稱之為構造應力場，該應力場是天然存在于巖體內部與人為因素無關，下圖為礦體易形變環境條件下礦體應力場示意圖[4]。

圖1 礦體易形變環境條件下礦體應力場示意圖

巖體應力是支承壓力的構成主體，應力與支撐壓力成正相關關系，即巖體應力越大則巖體的支持壓力越大，反之巖體應力越小則巖體支撐壓力也就越小。礦體傾角比較緩會造成支持壓力分布集中，礦體采出后形成壓力支承真空區域，是需要重點關注的支承壓力形成條件?？紤]到地質構造環境條件分為蓋層構造和基底構造，采礦作業過程中一定會形成采空區，而采空區又是誘發重特大事故的重要因素。因此，地質構造不穩定環境條件下，采礦作業技術以確定采礦工作面支承壓力的分布規律入手，利用HFHGK264 數值模擬軟件，將礦山構造地質數據導入到該軟件中，對礦山采礦支承壓力分布規律進行模擬分析，根據采礦支承壓力分布規律應用填充采礦作業技術，這樣保證開采時可以避免采空區周圍支承壓力區中巷道破壞，防止礦體難以回采。

在確定了充填采礦支承壓力分布規律的基礎上，再計算出采礦填充協同度，由于采礦填充協同度的計算是由序參量決定的，為此，可以將采礦作業過程看做是一個包含若干要素的復雜系統，通過計算其各要素之間的協同度確定彼此和諧一致的特征。假定采礦過程中若干要素的集合為L，假設采礦填充協同度為N ，則其計算公式如下所示：

綜上所述，當礦產資源開采中面臨礦體易形變環境條件時，采礦作業技術以確定礦體支承壓力分布規律為切入點，根據礦體支承壓力分布規律進行后期的采礦填充施工，可以有效地保證采礦作業技術應用效果，以及采礦作業施工安全，以此完成多環境條件下采礦作業技術切入點研究。

2 結語

本文針對不同環境條件，對采礦作業技術切入點進行了分析，有利于提高采礦作業技術應用效果以及采礦質量。由于此次僅對地質構造、礦體性質兩種環境條件下采礦作業技術切入點進行了研究，并沒有系統性的分析，今后還需要在該方面進行深入探究。