復雜地質條件下礦山工程開采管理技術研究

錢民國，李田豐

（浙江交投龍新礦業有限公司，浙江 衢州 324400）

人類很早就開始開發、利用礦產資源，并且未來的生存發展也離不開礦產資源。在上世紀，我國礦業發展較為迅速，不斷擴大開發礦產資源的規模，強有力地支撐了我國的經濟發展。當前我國對于礦產資源的需求依然很旺盛，因此需要加強開發利用礦產資源以滿足我國的發展需求。但開發礦產資源時，盡管促進了我國經濟的不斷發展，但開發中對環境的破壞與污染，對于持續性的經濟發展又帶來了很大隱患與危害。其帶來的負面問題具體包括：在選礦、采礦時會生成大量有害、有毒氣體、礦渣、尾礦以及伴隨著噪聲等污染，對周圍的大氣與土壤造成嚴重污染；尾礦庫、廢石堆擠占了很多農田等。因此對礦山工程開采管理至關重要，特別是在復雜地質條件下?；诖藢碗s地質條件下礦山工程安全開采管理水平技術進行深入研究。

1 使用綠色采礦技術

隨著工業的發展，對礦產資源的需求不斷增加。目前，發展中國家與發達國家都把開發和擁有資源作為戰略措施來考慮。因此，在礦業發展中出現了大量綠色、低成本、安全、高效的礦業方法和技術。要跟上先進技術的步伐，進行綠色高效資源開發。

在復雜地質條件下，為預防出現采空塌陷問題，對綠色采礦技術進行大規模應用。在一些礦山礦體工程中。采用充填技術來采礦，也就是在開采的過程中同步對礦山工程進行填充。該創新技術可操作性強，更適用于帶狀分布和脈狀分布的礦體工程。這類工程的采空區也是條狀的，容易充填。

充填技術需要根據情況不同，采用不同的充填料：

（1）矸石作為礦山工程的充填材料在地下制備和破碎，以提高效率。

（2）為了保證上板密封，防止氣流通過采空區，要求充填材料不收縮，進行大面積充填。

（3）要求填充材料在低應力條件下是剛性的，以最小化巖體變形和位移。

（4）對填充材料的質量沒有嚴格要求，但要求填充量大，填充后不應收縮。

（5）需要高質量的剛性填料來降低彈性體積閉合和巖爆的風險。

在充填過程中，需要考慮以下幾個問題：首先定量認識載荷作用下發生的一系列礦山礦體變形過程，為礦山工程的高效、平穩、安全開采奠定基礎。目前，世界上使用的充填技術主要包括膠結充填技術、干式充填技術以及水砂充填技術等。其中較為常用的是膠結充填技術，該技術可分為尾礦水力分段充填技術、水力充填技術等。對于復雜的地質條件，更適合的是尾礦水力分段充填技術；對現有系統的優化設計技術進行研究，了解構成高質量填料的粒度分布進行情況，水力旋流器的制備填料工藝的分析中，了解到了填料輸送的相關技術如磨損、腐蝕、壓力損失等技術進行研究，從而優化整體的填料系統設計；專注于實用可而靠的系統設計。有必要對新型的、多樣化的充填技術進行研究與開發，同時有效結合開采中的充填作業運行周期與采礦作業運行周期，使開采更加高效、污染更少。以及必須重視和加強礦山開采管理充填系統的相關工作。

然而，對于一些采空區整體范圍較大的沉積采礦工程，如采礦工程，充填法是不適用的，不僅成本很高，而且很難達到理想的效果。建議將目前的頂板下沉采礦法改為不同方向的自下而上采礦法，即由深到淺的采礦法，可有效防止礦山采空區的反復塌陷。

伴生礦物與礦體共采技術：通過這種技術能夠對廢棄礦產資源實施有效利用。這種技術更適合應用于復雜地質條件下的礦產資源開采工程。在地下開采工程中，開采會對地層壓力產生很大的影響，當開采卸荷時，采礦孔裂隙的毛管力減小，而有害氣體會隨著壓力驟然上升，采礦中原有的孔隙裂隙系統會受到有害氣體壓力沖擊，孔隙擴大，造成氣體解吸的遷移的加速。因此，合理利用開采壓力引發的巖層移動規律，有效開展井下有害氣體抽采和地面礦層氣開發工作，是礦產資源開采的關鍵技術問題。

智能化地下礦山開采技術：在這項技術中，積極使用新型管理系統、智能遠程控制系統以及大型機械設備，高度智能的礦山三維自動化設備與系統是進行綠色、高效礦山開采的關鍵實現手段。盡管該技術很難大面積運用，但對于一些復雜地質條件，可以先行對該技術進行應用。對斜坡道與豎井進行聯合化開發，其中所開發的豎井的具體作用是礦體的提升以及井下通風。使用新型鑿巖臺車進行巷道掘進工作，對新型三維電子測量儀進行配置，實施精確地定位與鉆孔。采場鑿巖則采用新型遙控鑿巖臺車，最大孔深可達55m，孔直徑可達150mm。車輛配置激光系統實施精確定位，同時使用無人駕駛技術，可連續二十四小時不間斷地運行，提高效率與安全性。該設備年放礦能力可以達到三百萬噸。采場的提升、裝載以及鉆孔均為智能自動進行的，鑿巖臺車與鏟運機等器械也引進無人駕駛技術。通過新型遙控鏟運機裝載礦石，可達500t/h的單機效率，輸送系統有兩種，分別為軌道輸送和皮帶輸送。自動軌道運輸車通常由八輛礦車組成，礦車均為自動卸車，可進行連續裝卸，帶式輸送機將礦石從破碎站直接運輸至計量裝置，并利用豎井箕斗進行裝卸，整個過程可實現遠程遙控式處理。

礦山開采工程中地下氣化開采技術：該技術主要應用于礦產資源開采，作為一種綠色開采技術，地下氣化開采可以解決苯和酚這種致癌物質在礦井中的擴散問題，避免污染、毒化地下水資源。

深井開采很容易造成極大、范圍極廣的環境破壞與污染，對于深井來說，需要采取深井專用的開采技術。采用新型提升機，提升設備能力，使其滿足大型深井的要求。隨著開采深度的增加，巖體溫度也隨之升高，采用井下通風和風冷兩種處理方式。除了努力降低溫度的同時，還要注意減少開采中地下制冷設備、柴油設備以及機械設備自身散熱問題。構建地壓監控井下測量系統，該系統的構建直接關系到采礦的順利進行。在井下對微震監測裝置進行安裝，進行全天候監測。深部開采也會由于礦體結構的高溫，導致裝配炸藥和硫化礦的自爆和自燃，需要對其進行監控。

2 綜合運用復墾技術

礦山塌陷區地質結構復墾要因地制宜。在地表沉降深度較淺的地區，地表沉降深度較深的地區可采用回填法進行復墾。針對復雜的地質條件，探索了覆蓋地質結構發展及建設用地、復墾建水庫等4種綜合治理復墾模式。

3 擇優防治礦山地下水技術

當前使用的防治礦山地下水技術共三種，分別為供排結合技術、帷幕注漿堵水技術以及全面疏干技術。其中全面疏干法是我國采礦中應用最廣泛的處理地下水害技術，然而這種技術會造成礦區及周圍地下水位的極大幅度下降，對水資源造成很大破壞，顯然已經不再適用，特別是在復雜地質條件下。帷幕注漿堵水技術更加適合在復雜地質條件下使用。這種技術主要通過打造帷幕注漿大型工程對地下水資源進行保護，能夠取得良好的堵水效果，同時具有良好的社會效益、環境效益以及經濟效益。

礦山施工注漿堵水技術的施工圖如圖1所示。

圖1 礦山施工注漿堵水技術的施工圖

4 綜合治理技術

應采取綜合措施改善礦山環境。礦山開采的噪聲和排放的粉塵、廢渣、廢氣以及廢水均需要有嚴格的相關排放標準，各礦山工程需要嚴格遵守。在復雜地質條件下，許多礦山品味較低且環保治理成本很大，必須禁止該類礦山的生產與建設，構建清潔礦與低廢料型礦山工程。

5 結語

我國建國以后礦業發展速度極快，到1997年，我國國有礦山數量已經超過一萬個，個體采礦點數量接近一萬個，礦山數量則超過一萬五千個，使我國在世界上成為一個礦業大國。然而礦業近年來的飛速發展對生態環境造成了極大破壞，特別是在復雜地質條件下，礦山開采帶來的污染會更加嚴重并且難以治理，因此必須加強礦山工程環保管理工作。對礦山工程環保管理的多種技術進行研究，對于復雜地質條件的礦山生態環境改善有重大意義，同時也可以將其推廣至不同地質條件的地區。