采礦技術在采礦工程中的運用與施工安全研究

李強

（五礦二十三冶建設集團有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

采礦是指開采地殼內以及地表資源，比如煤、石油、非金屬礦石等。良好的采礦技術不僅能大幅縮短施工周期，還能提高采礦作業效率，降低對生態環境的破壞，減少不必要的經濟支出。

1 采礦工程中采礦技術的運用探究

1.1 露天開采

露天開采是指將礦體上端覆蓋物清除，并從敞露地表的地區完成所需礦物獲取的過程（圖1），相較于傳統的地下開采，露天開采的資源利用更充分，貧化率較低，適用于大型機械裝置施工，能夠保證高產量、高勞動生產率。其施工流程主要分為：①穿孔爆破。施工人員需要預先在采場礦巖地區開鑿出一定深度的定向爆破孔。并對礦巖采取松動處理，之后要準備好沖擊鉆機、壓輪鉆機、銨油炸藥和乳化炸藥。②采裝工作。需要施工人員利用運輸裝置將礦巖裝卸到指定作業地點，比如挖掘機、輪斗鏟等。③運輸工作。需要施工企業將礦、巖分別運到選礦廠以及排土場，在運輸方式的選擇上需要充分考慮氣候條件、露天礦生產能力以及圍巖物理力學性質，確保選擇的運輸方式具有良好的經濟性。④排土工作。是指將露天場剝離的表土與巖石送到廢石場進行排棄處理。但要注意該工作在采礦過程中存在一定不足之處，即為了滿足大量巖石的排棄要求，需要露天礦深度較大，這就導致工程占用的農田偏多，設備購置費用較高。同時露天開采容易受天氣因素影響，存在一定的應用限制。

圖1 露天開采

1.2 井下開采

井下開采是最直接的開采方式，適用于煤炭埋藏較深的施工環境（圖2），其開采技術主要分為以下兩種：①柱式采煤技術，是指在采礦區域構建煤柱作為巷道支撐，而在回采過程中則利用爆破的方式保證工作效率最大化。該技術所形成的工作面較小，通常需要實現多種作業方式來滿足開采要求，其優點在于采煤方法的可操作性較高，成本支出偏低。缺點在于受周邊環境影響較大，在開采前需要優先完成地質勘探，明確煤層地質結構，從而制定合理的挖掘深度。②長臂開采技術，由于煤礦分布狀況復雜多變，難以準確把握分布規律，因此在部分地形復雜的礦層便需要采取長臂開采技術，利用先進的機械設備，借助軌道運輸的方式、一體化的運輸過程，使礦巖在膠帶上被快速運出。該開采技術的煤礦開采效率極高，能夠起到優化巷道布置，降低矸石排放的作用。

圖2 井下開采

1.3 空區處理

空區處理主要是利用機載激光點云、GIS 平臺實現測繪成果以及影像紋理的導出并制作成三維模型，最終形成可視化的管理平臺，如圖3 所示。當前該平臺已被投入到環境相對復雜的礦區中用以完成信息探測，幫助施工人員更全面地了解空氣、積水等信息，使作業人員可以更準確地判斷礦區安全風險程度。

圖3 三維可視化空間

1.4 深部采礦

深井開采是指在開采深度超過800m 的礦山進行開采，該技術適用于地壓較大的開采環境，能夠有效實現水力提升，改善地表環境，其主要應用方法可分為以下兩種：①空場采礦法。是指依靠圍巖穩固性以及人工支柱實現采空區的支撐，允許大面積的礦床暴露，作業人員需要將礦塊分為礦房與礦柱，依照先采礦房，后采礦柱的施工原則，進行圍巖支撐力的地壓管理，確保開采空間始終維持敞空狀態。②崩落法。是指借助深孔爆破的形式使采空區土巖崩落，完成采空區的充填，并及時用碎石、水砂、混凝土進行填充，起到支撐頂板、減少覆巖土體壓力的作用。在施工過程中要注意將平地礦溝壑保留下來，并回收礦區內的礦柱，最后再完成礦量回收工作，保證礦床開采資源的最大化利用。

1.5 傾斜礦體開采

傾斜礦體開采主要分為以下3 種形式：①緩傾斜礦體開采。是指傾斜度在25°以內的礦體開采，要求礦體厚度處在薄層與中層之間，巖體穩定性良好，需要施工人員依照巖體力學屬性決定礦柱尺寸與連續性。當礦產資源開采完成后要優先完成礦柱價值評估后才可進行回收處置。②傾斜礦體采礦技術。傾斜礦體的傾斜角度在25°~45°之間，適用于礦層厚度在中厚級以上的施工環境。在開采過程中需要預先將厚煤層分成多個與煤層層面平行的分層，之后逐層進行開采。要求施工人員充分結合巖體力學性質進一步確定礦房大小，借助分條布置形式，方便大型機械設備的應用，同時要配合向下爆破以及預控頂技術，通過持續循環的方式進行定點截割，并輔助運輸系統、支護系統的運行，使礦山開采工作更高效、更安全。技術人員在作業時要充分掌握截割工作的應用要點，比如截割距離必須控制在1.2m 以下，且不低于1m，以此確保礦體能夠有效分離，不會出現黏連、短接的情況，產生危險事故。同時截割作業的開展流程必須按照巷道頂板、煤體切割、持續循環的既定順序進行，并對截割機和截割頭定期維護，確保老化、磨損現象能被及時發現并解決，保證截割工作高效、穩定。③急傾斜礦體開采。是指傾斜角度超過40°的礦體，需要借助分段空場法，實現放礦漏斗的擴大處理，在礦房上進行切割拉底平面，將其作為礦房落礦的自由面，之后利用中孔鑿巖機在各分段平巷內鑿出扇形炮孔。最后完成裝藥爆破[1]。

1.6 礦井填充

填充開采是指利用填充物對已經開采的空白地區進行填充（圖4），其目的在于支護采空區兩側的巖石，為上層回采提供立足底板，適用于礦石與圍巖穩定度較低的施工環境。該技術的優點在于工程量較小，礦石損失較少，能夠有效避免因礦床導致的內因火災形成。同時要求施工人員預先完成巷道支護工作，通過利用錨桿支撐的原理，使礦山整體結構保持穩定，并運用錨桿鉆機加快巷道支護工作的開展，減少人工的使用，以此減少人為操作失誤產生的可能。此外，工作人員在進行作業時要把控好錨桿間的距離，使網片搭接的實用效果得到最大化發揮，從而提高支護流程的質量與效率。除此之外，還要預先進行鉆眼工作，并為其使用超前支護，保證液壓支撐系統的高效運行，能夠切實起到保護工程穩定性的作用。

圖4 充填采礦法

2 確保采礦工程施工安全的有效對策

為了確保采礦工程施工能夠安全開展，確保制定的相關對策科學、合理，具有一定的針對性，需要對以下影響采礦工程的相關因素進行深入了解。①地質構造。地質構造是影響采礦工程最為關鍵的因素，不僅涉及煤巖層的堅硬程度、礦區構造等內容，還包括頂部與底板的穩定性、掘進面的出水量等，這些要素都會對礦山的掘進速度產生影響，并且如果相關數據無法滿足正常的施工標準，很容易在挖掘過程中出現坍塌、陷落的情況，危及人員的人身安全，造成巨大的經濟損失。因此在開采的過程中要嚴格控制頂部的間距，為后續支護工作打下夯實的基礎，并確保巖巷掘進的工作效率[2]。②人員技術水平。現階段許多煤礦企業為了追求高生產量，提高企業的運營收入，缺少完善、有效的管理機制，沒有結合長遠發展的戰略方針進行綜合考慮，使進行開采的技術人員大多存在技術能力不強、思想理念落后的問題，部分人員甚至沒有接受系統化的培訓與教學，便上崗進行挖掘工作。這樣不僅難以有效完成開采工作，還無法充分發揮相應設備的功能，在降低掘進速度的同時，也使企業的經濟負擔進一步加重。

2.1 完善管理制度

①要制定詳細的管理規定與條例，使管理人員能夠依照相關要求，開展高質量的管理工作，保持現場的井然有序，按照計劃流程完成相應施工環節，并明確規定安全管理的內容，要求施工人員嚴格遵守，不得擅自進行項目的修訂與更改，要做到事無巨細地向管理人員匯報各階段的工程進度，使現場管理得到切實有效的控制，避免潛在安全隱患。②落實人員的工作責任與工作義務，培養其良好的使命感與責任感，意識到崗位職責，能夠認真、嚴謹地對待安全管理工作，并對因自身問題導致的安全事故負責，保證建設工程的有序進行。③建立監督巡查體系，對施工現場的安全問題進行全面徹底的排查，督促相關人員盡快做好預防措施，同時要加強電子設備的應用，安裝監控設備，使信息能夠傳遞至控制室，以此實現遠程管理的目標，降低安全風險產生的可能性。④做好部門間的協調工作，完成資源、數據、信息的及時共享，提高部門間的協作性，使工序銜接、技術交底等工作有效開展，例如，當采購部門購置材料、設備時先要與設計部門和工程部門取得交流與溝通，明確材料的規格與性能，控制好資金的投入量，提高材料的性價比；當設計部門繪制施工圖時，需要聯系檢測部門，根據其提供的地質信息和水文情況，制定符合施工要求的工程圖紙，以此保障施工質量。

2.2 做好安全管理工作

①建設單位要做好工程地質的勘查與檢測，確保周邊環境滿足施工要求，在進行數據測量時可加強人工智能系統和神經元網絡的應用，將勘測數據上傳至云平臺完成信息參數的在線比對，由相關程序分析數據產生差異性的原因，以此提高信息精確性與準確度。②加大污染控制力度。大量的廢棄物和有毒、有害氣體不僅會影響工程的有效開展，降低施工的安全系數，還會對人體健康產生危害，破壞周邊的水文、土質，擾亂居民的日常生活，因此做好污染整治工作勢在必行。針對產生的固體廢棄物進行過濾處理，將污染性高的大顆粒物質進行降解處理，確保其污染性徹底消除后再完成排放工作。而對于生活廢水則需要進行稀釋處理即可，使污染物濃度達到安全標準后才能直接排放，對于施工過程中產生的有害氣體，則要安裝排風裝置，使氣體被有效收集過濾。③資源的合理使用。提高資源的二次再利用既是減少污染的有效措施，也是保障企業經濟效益的重要手段，建設單位要制定嚴格的資源使用要求，使相關人員做好資源的回收再利用，例如，材料試驗過程中使用的水資源可二次用于現場清洗環節，安全設施布置中剩余的邊角料可用于漏縫修補工作[3]。

2.3 增強意外情況的應對能力

一方面建設單位可利用VR 技術和BIM 技術，幫助人員隨時隨地進行意外情況的模擬與訓練，加強其實際感受，更好地豐富意外情況的應對經驗，避免由于惡劣條件產生慌忙、焦慮的情緒，從而導致安全事故的進一步擴大。同時建設單位要組織人員定期外出培訓，通過觀摩與實地學習知名企業的工程建設，借鑒與掌握優秀的風險應對技巧，結合自身特點與工程需求，提高意外情況的應對能力。另一方面要做好惡劣環境的預測與分析，提前制定風險防范措施，例如，針對暴雨、暴雪天氣，要加強對水文、氣象資料的收集與統計，了解惡劣天氣產生的時間，從而避開開工周期，提高施工現場的管理效率，而對于可能產生的漏電問題，則加大用電安全管理力度，從根源上解決此類問題的產生。

2.4 加強危險源的監測與評估

建設工程的危險源種類繁雜、數量眾多，在施工過程中，很難將全部因素考慮到位。但風險預控管理體系能夠根據數據庫內的相關案例進行高效識別與搜索，并結合實際施工環境，實現精準檢測與評估，以此進行危險源的全面排查。例如，風險預控管理體系要求地質勘測數據的高精確度，并可以通過數據系統將相關參數上傳至云端，進行信息比對與分享，從而確保開采過程中不會由于地質問題產生相應安全事故。同時，風險管理的具有極強的預警性，能夠對工程開展過程中出現的風險因素進行全方位評估，并確定危害的影響范圍、傷害程度以及形成概率，最后由管理人員制定預警方案，從而將事故損失降到最低。

2.5 優化作業區的通風管理

一方面要避免礦區瓦斯超標，檢查好通風死角，及時清理巷道雜物，并在采礦區上隅角采取局部通風處理。另一方面要實現礦井系統的優化，改善通風條件，提高通風效果，充分掌握礦井通風阻力，利用通風機（圖5）確保井下空氣溫度與濕度符合安全標準[4]。

圖5 通風機

3 結論

綜上所述，通過對采礦技術在采礦工程中的運用與施工安全進行分析討論，確保采礦工程安全開展，進一步規范施工人員的開采行為，加強生態環境的保護，提高采礦企業的經濟效益，避免安全事故的產生。