關(guān)于金屬礦山井下開采采礦方法分析

陳吉祥，邵永鵬

（甘肅新洲礦業(yè)有限公司，甘肅 張掖 735108）

金屬礦石的作用是顯而易見的，但是由于礦石主要存在的位置是地下，在開采過(guò)程中容易出現(xiàn)各種安全事故，例如地面坍塌、瓦斯的泄出造成爆炸等，對(duì)施工人員的生命與財(cái)產(chǎn)安全都有著巨大的威脅。雖然目前我國(guó)的金屬礦山開采技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)了，但是仍然存在一些不足之處，優(yōu)化井下金屬礦的開采技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，為我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。將現(xiàn)代化信息化技術(shù)應(yīng)用到礦石的開采中，研發(fā)新的勘測(cè)技術(shù)與開采技術(shù)，保證金屬礦石開采施工的順利進(jìn)行[1]。

1 金屬礦山井下開采的現(xiàn)狀

1.1 采礦技術(shù)相對(duì)落后

由于金屬礦山的地理位置，導(dǎo)致我國(guó)仍然存在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的礦產(chǎn)企業(yè)在采礦過(guò)程中技術(shù)相對(duì)落后，沒有專業(yè)的大型開采設(shè)備，導(dǎo)致采礦成本過(guò)高而且效率比較低，造成資源的浪費(fèi)，企業(yè)的利潤(rùn)也很少。采礦工作的施工人員流動(dòng)性較大，對(duì)施工技術(shù)的掌握與了解不是特別熟練，甚至一部分施工人員憑借工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，不重視施工安全，在金屬礦開采的過(guò)程中容易造成安全事故的發(fā)生。采礦企業(yè)規(guī)模小，不重視人才的培養(yǎng)與施工的安全，導(dǎo)致技術(shù)人才的流失，在施工中欠缺技術(shù)指導(dǎo)，造成企業(yè)的發(fā)展遲緩，采礦工作開展的十分困難[2]。

1.2 對(duì)環(huán)境破壞比較嚴(yán)重

由于我國(guó)采礦技術(shù)的相對(duì)落后，在采礦過(guò)程中容易對(duì)周圍的環(huán)境造成破壞。例如水污染、空氣污染、水土流失、地面沉降、生物多樣性的破壞等。水污染主要是由于在采礦過(guò)程中，使地表水或地下水中含有重金屬和有毒元素，造成礦山水的污染。水污染容易造成周圍的河道、土壤甚至整個(gè)水系統(tǒng)的破壞，影響周圍居民的生活用水與農(nóng)業(yè)灌溉用水，給人們的生活帶來(lái)潛在的威脅。金屬礦的開采還容易造成固體廢棄物的污染，很多礦山周圍出現(xiàn)隨意傾倒的固體排棄物導(dǎo)致河道淤塞，泄洪不斷。金屬礦山爆破后的粉塵以及廢石的氧化釋放出大量的有毒氣體，造成該區(qū)域的空氣污染，對(duì)周圍的居民以及生物造成嚴(yán)重的傷害。

2 金屬礦山井下開采的方法

2.1 空?qǐng)鲩_采法

空?qǐng)鲩_采法應(yīng)用的主要條件是金屬礦山中的礦石特別穩(wěn)固，在回采時(shí)主要依靠自身的穩(wěn)固性進(jìn)行支撐，并且在開采過(guò)程中，允許有大露面的礦床。空?qǐng)霾傻V法的成本比較低，而且采礦率很高，是很多采礦企業(yè)的首選。它主要是將礦場(chǎng)分為礦房與礦柱兩部分，在開采過(guò)程中，先進(jìn)行礦床開采，后開采礦柱。由于空?qǐng)霾傻V法不需要進(jìn)行人工支撐，因此在施工前務(wù)必要監(jiān)測(cè)好礦山的地質(zhì)條件，保證其支撐強(qiáng)度。在施工過(guò)程中要做好頂板的施工與管理，保證其穩(wěn)定性，使用空?qǐng)霾傻V法，一定要正確地確定回采順序和礦塊的結(jié)構(gòu)與尺寸，保證施工的順利進(jìn)行以及生產(chǎn)安全。

2.2 留礦采礦法

留礦采礦法是將礦塊分成礦房和礦柱，在礦房回采時(shí)要進(jìn)行分層處理，并且按照從下而上的順序，將崩出的礦石放出一部分，其余的則存放在礦房中，作為繼續(xù)開采工作的平臺(tái)。留礦采礦法的生產(chǎn)成本低，而且生產(chǎn)能力大，早期的很多礦場(chǎng)開采都有所使用。但是由于留存的礦石量較多，堆放的時(shí)間比較長(zhǎng)，造成礦石暴露在空氣中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、面積過(guò)大，導(dǎo)致空氣被有毒氣體所污染，因此該方法沒有被大力的推廣。后期人們逐漸地改善了施工工藝，降低了污染系數(shù)，很多采礦企業(yè)又開始對(duì)其進(jìn)行使用。在留礦采礦法的施工時(shí)，要注意頂板與圍巖的支撐加固，保證施工安全[3]。

2.3 充填采礦法

充填采礦法是指在開采與搬運(yùn)礦石的同時(shí)，將空區(qū)進(jìn)行填充的方法，它的目的是加強(qiáng)礦山中巖石的支護(hù)，為礦石的上層回采做好堅(jiān)實(shí)的底板。充填采礦法適合在圍巖基礎(chǔ)不穩(wěn)固、礦床不能暴露太多的情況下使用，在施工中要對(duì)礦床進(jìn)行保護(hù)。充填采礦法在應(yīng)用中是非常廣泛的，尤其是尾砂充填和膠結(jié)充填技術(shù)。充填采礦法的優(yōu)勢(shì)是可以在最大限度地將礦產(chǎn)資源回收，保護(hù)環(huán)境，可以減少由于礦床開采而造成內(nèi)因火災(zāi)的情況，在有色金屬和貴重金屬礦石的開采中應(yīng)用特別廣泛。在施工期間務(wù)必做好礦石的清理工作，保證施工安全。

2.4 支柱采礦法

支柱采礦法是地下金屬礦山與非金屬礦山開采的常用方法，在進(jìn)行礦山開采時(shí)，首先要對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行勘測(cè)，符合支柱采礦法的情況下才可以開始施工。首先要將支撐支柱鋸切成幾段可以移除的部位，保留其支撐部分，并將其從底部延伸到壁頂，起到支撐的作用。支柱采礦法主要適用于礦體與圍巖不穩(wěn)固的情況下，為了防止由于回采而造成坍塌事故，要做好工作面礦壁的維護(hù)工作，在回采過(guò)程中不斷地進(jìn)行支架的搭設(shè)，加強(qiáng)施工安全，保證采礦工作的順利進(jìn)行。

2.5 崩落采礦法

崩落采礦法是在礦石回采的過(guò)程中，以強(qiáng)制或自然的崩落方法用圍巖進(jìn)行充填，實(shí)現(xiàn)地壓的管理。崩落采礦法通過(guò)對(duì)運(yùn)輸巷道的切割，將采場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，降低施工人員的工作量與采礦成本，是科學(xué)管理地壓的一種新方式。崩落采礦法的使用前提是地表允許塌落，對(duì)礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)有廣泛的使用范圍。該方法不需要將礦區(qū)進(jìn)行劃分，在回采的過(guò)程中是不斷地進(jìn)行施工，無(wú)需對(duì)采空區(qū)進(jìn)行額外的處理。崩落采礦法的生產(chǎn)效率高，而且使用靈活，作業(yè)更加安全，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用也十分廣泛。在施工時(shí)要注意由于崩落而引起的地表塌陷區(qū)的匯水問(wèn)題，避免災(zāi)害的發(fā)生[4]。

3 優(yōu)化金屬礦山井下開采施工技術(shù)

3.1 機(jī)械的連續(xù)掘進(jìn)技術(shù)

考慮到金屬礦山開采的長(zhǎng)期發(fā)展，可以采用機(jī)械掘進(jìn)的方法來(lái)替代傳統(tǒng)的爆破采礦技術(shù)。爆破采礦技術(shù)會(huì)破壞圍巖的穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)安全事故，而且爆破把礦石和廢石都震落下來(lái)，增加了施工人員的工作量，對(duì)礦山周圍的環(huán)境也會(huì)造成破壞。機(jī)械設(shè)備的連續(xù)切割可以準(zhǔn)確地開采出所需要的礦石，降低礦石貧化率，還可以實(shí)現(xiàn)切割落礦、裝載、運(yùn)輸?shù)仁┕ろ?xiàng)目連續(xù)進(jìn)行，為連續(xù)采礦創(chuàng)造了條件。

3.2 采選一體化開采技術(shù)

采選一體化技術(shù)是指根據(jù)金屬礦產(chǎn)的資源特點(diǎn)，在地下深部建立選礦廠，實(shí)現(xiàn)礦石短距離的提升，對(duì)金屬礦的選擇與輸送采用一體化的方法，不需要在地面建設(shè)礦庫(kù)，減少礦庫(kù)的管理費(fèi)用，對(duì)周圍的環(huán)境起到一定的保護(hù)作用。金屬礦石開采時(shí)，直接在井下做好預(yù)選，將廢石篩去，降低礦石的提升量。在井下篩選完成后，直接進(jìn)行破碎與研磨，將其輸送到選礦廠，不僅投資低，適應(yīng)能力強(qiáng)，還不受外界環(huán)境的干擾，自動(dòng)化施工程度高，技術(shù)可靠。而且廢石與尾礦留在井下，還可以原地利用，進(jìn)行采空區(qū)的充填，降低了對(duì)周圍環(huán)境的污染與破壞，是實(shí)現(xiàn)無(wú)廢開采的重要前提。

3.3 無(wú)廢物礦山開采技術(shù)

無(wú)廢開采技術(shù)是指在金屬礦山井下開采的過(guò)程中，盡量減少?gòu)U物的產(chǎn)出與排放，提高資源的利用率，減少環(huán)境污染。

無(wú)廢物礦山開采技術(shù)是指在金屬礦山井下開采時(shí)采用無(wú)污染的材料進(jìn)行充填，比較常見的充填方式是干式充填、水力輸送充填、高濃度膠結(jié)充填、膏體充填等。無(wú)污染充填方式可以有效地保護(hù)耕地，有效地避免第四系及風(fēng)化帶的水涌入井下，降低涌水的威脅，減少排水的費(fèi)用，對(duì)周圍的環(huán)境也起到了保護(hù)作用。創(chuàng)建綠色礦山一直是我國(guó)礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略保障的必然要求，今年我國(guó)的無(wú)廢害開采技術(shù)已經(jīng)獲得了很大的進(jìn)步，是我國(guó)的礦山開采發(fā)展的關(guān)鍵。

3.4 激光掘進(jìn)開采技術(shù)

激光掘進(jìn)技術(shù)是利用激光束所發(fā)出的熱量對(duì)金屬礦山的局部進(jìn)行迅速地加熱，實(shí)現(xiàn)礦石的破碎與分解。激光掘進(jìn)技術(shù)解決了金屬礦井下施工的錨桿定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提升巷道掘進(jìn)時(shí)的成形效果，為頂板支護(hù)提供參照依據(jù)，提高掘進(jìn)質(zhì)量，為標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)提高技術(shù)保障。激光掘進(jìn)技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的金屬刀具，提升了破巖效率，如果遇到特殊的地質(zhì)情況時(shí)，還可以避免地質(zhì)出現(xiàn)上軟下硬的情況，解決了金屬刀具容易出現(xiàn)異常損壞的難題，節(jié)約了刀具成本以及換刀的風(fēng)險(xiǎn)，提高了金屬礦山井下開采的施工效率，降低施工成本。

3.5 數(shù)字化與智能化開采技術(shù)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬礦的開采中也可以應(yīng)用數(shù)字化與智能化技術(shù)。在金屬礦開采的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)設(shè)備及作業(yè)自動(dòng)化、智能化，對(duì)礦石的開采管理與決策進(jìn)行數(shù)字化改革。金屬礦山數(shù)字化可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境的可視化，結(jié)合計(jì)算軟件，能夠準(zhǔn)確地描述出礦山的活動(dòng)范圍以及內(nèi)在礦巖地質(zhì)的構(gòu)造，對(duì)礦巖挖開后的應(yīng)力變化及時(shí)更新。通過(guò)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行指揮，指導(dǎo)礦山的爆破、運(yùn)輸以及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高鉆機(jī)定位的精準(zhǔn)度，減少井下人員，提高施工的安全性與可靠性。金屬礦開采技術(shù)的智能化改革，可以有效地對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、設(shè)備、人員進(jìn)行全方位的控制，通過(guò)終端設(shè)備掌握施工狀況與技術(shù)參數(shù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，建立適合當(dāng)時(shí)施工狀態(tài)的安全生產(chǎn)模型，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)意識(shí)識(shí)別，災(zāi)害提前預(yù)警，節(jié)約能源消耗。智能化生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)少人化甚至無(wú)人化開采礦山，精確的定位系統(tǒng)與通信系統(tǒng)，綜合提升施工人員的安全意識(shí)與防護(hù)能力[5,6]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前金屬礦產(chǎn)資源出現(xiàn)全球性的緊缺，是每個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展都需要的重要資源。傳統(tǒng)的開采技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)不能滿足我國(guó)當(dāng)前的資源開采要求，因此我們必須將新的技術(shù)與礦石開采相結(jié)合，提高礦產(chǎn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力提升我國(guó)的數(shù)字化礦山建設(shè)。將數(shù)字化礦山技術(shù)研究開發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)融入到教學(xué)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)智能化開采金屬礦與綠色安全的開采目標(biāo)，減少采礦中的安全事故。