地下金屬礦山采礦連續(xù)工藝分析

黎東

摘要：地下金屬礦山的開采屬于傳統(tǒng)行業(yè)，是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。本文基于地下金屬礦山的連續(xù)開采工藝，首先闡述該工藝在應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)，接著分析現(xiàn)階段該技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題，然后研究空場、崩落、填充、一步驟房式回采振動(dòng)機(jī)組、深部開采與原地進(jìn)行溶浸的技術(shù)要點(diǎn)，最后探討該工藝未來發(fā)展前景，以供參考。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦山；采礦技術(shù)；連續(xù)工藝

DOI：10.12433/zgkjtz.20240406

開采礦產(chǎn)為了滿足市場的多元需求，而地下金屬礦山開采技術(shù)逐漸向著連續(xù)化開采方向發(fā)展，充分利用規(guī)模效應(yīng)、機(jī)械設(shè)備等提高地下金屬礦山的開采效率可有效提升開采質(zhì)量。相關(guān)部門及單位在進(jìn)行地下金屬礦山開采過程中，應(yīng)充分引入連續(xù)工藝，提高開采效率，結(jié)合相應(yīng)的施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，以及連續(xù)工藝開采技術(shù)中存在的問題，進(jìn)行地下金屬礦山開采方案的優(yōu)化調(diào)整，并將此作為未來技術(shù)研究方向。

一、連續(xù)采礦工藝在地下金屬礦山應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

（一）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，制定開采計(jì)劃

在開展連續(xù)工藝地下金屬礦山開采過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分利用數(shù)字化技術(shù)，結(jié)合開采現(xiàn)場的實(shí)際情況，制定相應(yīng)的開采計(jì)劃。在選定地下金屬礦山開采區(qū)域后，相應(yīng)的技術(shù)人員要進(jìn)行現(xiàn)場勘測，利用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，仔細(xì)分析開采現(xiàn)場的自然環(huán)境、地質(zhì)信息等，制定完備的開采計(jì)劃，保證施工安全。

在開采之前，需要做好相應(yīng)的安全防護(hù)工作，確定相應(yīng)的通風(fēng)、行人等區(qū)域。同時(shí)，挖掘垂直和豎向溜井，其中，前者深度大約在75m，后者在挖掘時(shí)要以橫向平硐為基準(zhǔn)，形成階段平硐。在主平硐與階段平硐之間要挖掘盲立井，確保地下金屬礦山巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行巖體爆破過程中，為了確保施工安全，需要科學(xué)計(jì)算爆破距離。

（二）合理選擇連續(xù)開采技術(shù)，保證工程建設(shè)效果

地下金屬礦山進(jìn)行連續(xù)性開采時(shí)，有著多種開采技術(shù)，相應(yīng)的技術(shù)人員要結(jié)合礦山開采區(qū)域的實(shí)際情況或不同的開采階段，合理選擇開采技術(shù)，在保證地下金屬礦山開采效率及質(zhì)量的同時(shí)，提高地下金屬礦山開采的安全性。需要注意的是，在進(jìn)行地下金屬礦山連續(xù)性開采過程中，要引入先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，保證工程質(zhì)量以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二、連續(xù)采礦工藝在地下金屬礦山應(yīng)用中存在的問題

（一）設(shè)備問題

現(xiàn)階段，我國地下金屬礦山連續(xù)開采工藝正處于發(fā)展階段，雖然已有著較大的進(jìn)步，但地下金屬礦山開采設(shè)備仍存在一定的問題，例如，鑿巖設(shè)備落后。目前，地下金屬礦山開采過程中主要選用傳統(tǒng)的氣動(dòng)鑿巖設(shè)備，工作效率較差，成本過高，且施工過程中會產(chǎn)生較嚴(yán)重的噪聲污染，開采質(zhì)量不高。

（二）管理問題

現(xiàn)階段，我國地下金屬礦山連續(xù)性開采管理問題較為嚴(yán)重，相當(dāng)一部分施工人員的文化水平不高。缺少對地下金屬礦山連續(xù)性開采技術(shù)規(guī)范的重視，難以進(jìn)行系統(tǒng)化的人員管理。同時(shí)，地下金屬礦山連續(xù)性開采技術(shù)存在諸多交叉作業(yè)，各部門之間職責(zé)不清，缺乏溝通，也嚴(yán)重影響了地下金屬礦山連續(xù)性開采效率。

（三）技術(shù)問題

現(xiàn)階段，我國地下礦山開采技術(shù)水平仍有待提高，相應(yīng)的技術(shù)普及情況較差，導(dǎo)致大部分地區(qū)的開采技術(shù)存在問題。同時(shí)，地下金屬礦山連續(xù)開采工藝的信息化技術(shù)水平較差，對信息化技術(shù)的采納度不足，嚴(yán)重影響了地下金屬礦山開采質(zhì)量。

三、連續(xù)采礦工藝在地下金屬礦山應(yīng)用中的主要技術(shù)

（一）連續(xù)采礦工藝中的空場開采技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)采礦工藝中的空場開采技術(shù)主要通過連續(xù)回采的方式對礦房、地下礦體進(jìn)行連續(xù)開采與運(yùn)送。其中，出、落、鑿礦是需要重復(fù)且連續(xù)進(jìn)行。該技術(shù)成本較低、效率較高，是我國連續(xù)性地下金屬礦山開采工作中常見的技術(shù)方法，適用于地下金屬礦山巖體較穩(wěn)定的地下金屬礦山開采區(qū)，以及存在少量礦柱支撐的地下金屬礦山開采區(qū)。該技術(shù)應(yīng)用過程中，充分利用開采區(qū)域礦體的自然支撐力，合理控制開采區(qū)域礦石及圍巖暴露面積及時(shí)間。

首先，合理劃分礦塊，可分為礦柱和礦房，遵循“先房后柱”的開采順序，進(jìn)行地下金屬礦山開采。在此過程中，要對自然支撐力進(jìn)行地壓處理，確保開采空間處于空曠狀態(tài)。其次，在進(jìn)行回采之前，對礦房空區(qū)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而提高地下金屬礦山開采的連續(xù)性。最后，明確相應(yīng)的礦塊結(jié)構(gòu)以及參數(shù)，從而確定相應(yīng)回采順序，提高地下金屬礦山連續(xù)性開采的安全性。

在進(jìn)行空場開采時(shí)，為了保證周圍巖體安全，避免對開采區(qū)域周圍地質(zhì)產(chǎn)生破壞，從而引發(fā)安全事故，需要重視頂板管理。對于地下開采區(qū)域的空間、巖體等進(jìn)行仔細(xì)勘測，結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)變形規(guī)律等，控制地壓活動(dòng)，制定相應(yīng)的防范措施。

（二）連續(xù)采礦工藝中的崩落開采技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)采礦工藝中的崩落開采技術(shù)相比于空場開采技術(shù)而言，在回采過程中，不需要區(qū)分礦房和礦柱的開采順序，只需要依據(jù)開采工作的進(jìn)程，在地下金屬礦山區(qū)域采用自然或強(qiáng)制的手段對圍巖充填采空區(qū)進(jìn)行崩落處理。該技術(shù)主要適用于上盤圍巖呈塊狀，能自然崩落的中等以上穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，主要是指急傾斜原礦體。該技術(shù)在運(yùn)用過程中，可簡化開采區(qū)域的場地結(jié)構(gòu)，減少開采工作量，有效控制地下金屬礦山的開采成本。

首先，在該技術(shù)應(yīng)用之前，要沿著地下金屬礦山邊界區(qū)域進(jìn)行環(huán)形運(yùn)輸巷道的挖掘，便于后期金屬礦石運(yùn)輸。其次，在礦體的上、下盤進(jìn)行巷道切割，形成切割區(qū)域。最后，在塹溝內(nèi)向上開鑿，鉆取扇形炮孔，進(jìn)行礦體爆破，完成后退回采相關(guān)工作。

崩落開采技術(shù)主要應(yīng)用于我國有色地下金屬礦山的開采。現(xiàn)階段，相關(guān)單位及技術(shù)人員已對該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，引入了計(jì)算機(jī)模擬、數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)技術(shù)，研發(fā)無底柱分段崩落方法，可以提高地下金屬礦山開采強(qiáng)度，具有極強(qiáng)的可操作性，且易于進(jìn)行技術(shù)推廣。目前，在我國南方應(yīng)用較為廣泛，例如，著名的四川南江礦業(yè)便使用該方法進(jìn)行地下金屬礦連續(xù)開采工作。

（三）連續(xù)采礦工藝中的填充開采技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)采礦工藝中的填充開采技術(shù)主要在利用巖體落礦、搬運(yùn)等作業(yè)技術(shù)的同時(shí)，用填充料對于采空區(qū)進(jìn)行填充處理，從而保證周圍巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，便于后續(xù)進(jìn)行分層回采，避免地表沉降，優(yōu)化礦柱受力情況。

一方面，該技術(shù)需要利用充填井將壓縮的空氣注入地下，實(shí)現(xiàn)氣體轉(zhuǎn)換，將地下開采區(qū)域的污染物利用大氣或生物降解的方式進(jìn)行處理，避免對開采區(qū)域周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，符合我國綠色可持續(xù)發(fā)展理念。同時(shí)，該技術(shù)能對采空區(qū)周圍巖體進(jìn)行支護(hù)處理，使巖體受力情況達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，提高礦石的穩(wěn)定性，減緩地壓釋放速率，確保工程建設(shè)安全。

另一方面，該技術(shù)在應(yīng)用過程中會在礦井頂板及周圍區(qū)域進(jìn)行壓頂支護(hù)處理。在進(jìn)行地下深層金屬礦山連續(xù)開采過程中，結(jié)合相應(yīng)的礦山區(qū)域的實(shí)際情況，利用信息化技術(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的崩落時(shí)間控制，有效控制地表移動(dòng)速度，確保地下金屬礦山在連續(xù)開采過程中的安全性。同時(shí)，該技術(shù)會對采空區(qū)帷幕隔墻進(jìn)行填充處理，沿長壁式走向進(jìn)行推進(jìn)，利用水壓支柱對采礦區(qū)域進(jìn)行支護(hù)處理。

（四）連續(xù)采礦工藝中的一步驟房式回采振動(dòng)機(jī)組出礦開采技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)采礦工藝中的一步驟房式回采振動(dòng)機(jī)組出礦開采技術(shù)與傳統(tǒng)房式采礦技術(shù)相比，工作效率更高，能實(shí)現(xiàn)對于資源的合理配置，降低使用成本。傳統(tǒng)的房式采礦技術(shù)需要?jiǎng)澐值V房與礦柱，并有嚴(yán)格的開采順序。在完成礦房開采后礦柱的承重能力會遭到破壞，所以在進(jìn)行第二次回采時(shí)會增加成本，并在傳統(tǒng)房式采礦技術(shù)應(yīng)用過程中，對井巷工程及管線進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)致井下工作線延長、礦柱回收時(shí)間增加，嚴(yán)重影響連續(xù)開采效率。

一步驟房式回采振動(dòng)機(jī)組出礦開采技術(shù)是將回收階段轉(zhuǎn)化為開采階段，將礦塊進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑恳粏卧牡V塊回采過程中，利用向下平行側(cè)深孔技術(shù)進(jìn)行爆破處理，不保留間柱，利用回采振動(dòng)機(jī)組直接進(jìn)行出礦處理。選用節(jié)式振動(dòng)機(jī)組進(jìn)行礦石運(yùn)輸，形成一條連續(xù)性的地下金屬礦山開采作業(yè)鏈。在開采過程中，進(jìn)行爆破處理時(shí)要緊靠填充空區(qū)，保留一側(cè)隔離礦壁作為圍巖支撐。在每一單元礦段出礦后，進(jìn)行強(qiáng)制爆破處理。隨后，連續(xù)且重復(fù)開展采切、回采、充填等作業(yè)環(huán)節(jié)，提高地下金屬礦連續(xù)開采效率。該技術(shù)的應(yīng)用可極大避免資源浪費(fèi)，利用“強(qiáng)采強(qiáng)出”的方式縮短圍巖暴露時(shí)間，保證地下金屬礦山開采的作業(yè)安全以及周圍巖體的穩(wěn)定性。

（五）連續(xù)采礦工藝中的深部開采與原地進(jìn)行溶浸的采礦技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)采礦工藝中的深部開采與原地進(jìn)行溶浸采礦技術(shù)主要應(yīng)用于地下金屬礦山深部開采垂直深度在600m以上的礦山。該技術(shù)主要根據(jù)金屬礦石的化學(xué)、物理屬性，對金屬礦石進(jìn)行溶液浸潤，將溶浸液注入礦層之中，使礦石和化學(xué)溶浸液形成化學(xué)反應(yīng)，從而有針對性地提取礦石中的有用物質(zhì)，并進(jìn)行固—液轉(zhuǎn)化，隨后進(jìn)行液礦回收。該技術(shù)的適用范圍廣泛，對于金屬礦石開采而言，不需要進(jìn)行地表開采，不會產(chǎn)生廢石等污染，可以提高金屬礦產(chǎn)資源的利用率。

近年來，該技術(shù)是我國地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)的主要研究方向之一，現(xiàn)階段適用的開采深度也在原先地下深度600m的基礎(chǔ)上增加了350m。該技術(shù)對于環(huán)境較為友好，能夠很好地滿足我國綠色可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境理念。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)加大研究力度，不斷延長開采深度。

四、連續(xù)采礦工藝在地下金屬礦山應(yīng)用中的技術(shù)發(fā)展方向

（一）綠色化開采

在綠色可持續(xù)發(fā)展理念的影響下，綠色化開采技術(shù)將成為地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。因此，相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對于無廢開采技術(shù)的研究，避免在地下金屬礦山開采過程中產(chǎn)生大量的廢棄物，浪費(fèi)資源，影響生態(tài)環(huán)境。

現(xiàn)階段，國際社會對礦山開采過程中的環(huán)境保護(hù)的重視程度在不斷提高，并制訂了相應(yīng)的礦山開采廢棄物排放要求及標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國在進(jìn)行地下金屬礦山連續(xù)開采過程中，應(yīng)積極引入先進(jìn)的綠色技術(shù)設(shè)備，提高地下金屬礦山連續(xù)開采的綜合管理能力，避免資源浪費(fèi)。同時(shí)，合理選擇開采技術(shù)，避免地下金屬礦山連續(xù)開采過程中對地質(zhì)產(chǎn)生不利影響，提升地下金屬礦山連續(xù)開采的綠色化水平。

（二）信息化開采

地下金屬礦山在進(jìn)行連續(xù)開采過程中存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了確保地下金屬礦山連續(xù)開采的安全，降低開采成本，需要充分利用信息化技術(shù)。一方面，優(yōu)化升級開采設(shè)備，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，保證連續(xù)開采工作的精細(xì)化水平，確保設(shè)備及各環(huán)節(jié)之間有效銜接。另一方面，利用信息化技術(shù)，開發(fā)機(jī)械無人操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備操控，減少對人工開采技術(shù)的依賴，促進(jìn)智能化開采技術(shù)的可視化，增強(qiáng)可操作性，保證作業(yè)安全，提高作業(yè)效率。

（三）大規(guī)模化開采

隨著市場對金屬礦石的需求量不斷增加，大規(guī)模化開采技術(shù)將成為地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)的一大研究趨勢，應(yīng)在確保地下金屬礦山開采質(zhì)量的同時(shí)，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)技術(shù)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模金屬礦山的開采。

現(xiàn)階段，我國大規(guī)模地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)處于起步階段，仍有較大的進(jìn)步空間。但在進(jìn)行該技術(shù)研究的過程中，需要充分考慮金屬礦山過度開發(fā)的危害，提高地下金屬礦山的資源利用率，保證大規(guī)模化開采技術(shù)在研究及發(fā)展過程中，不會破壞我國金屬資源貯藏安全。

（四）無軌開采

無軌開采將成為我國未來地下金屬礦山連續(xù)開采的重要模式之一。相應(yīng)的技術(shù)人員應(yīng)不斷優(yōu)化采礦設(shè)備，結(jié)合輔助機(jī)械，提高采礦工作質(zhì)量。同時(shí)，不斷研發(fā)自動(dòng)化采礦設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，優(yōu)化設(shè)備算法，根據(jù)開采區(qū)域的實(shí)際情況，設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行軌跡，從而促進(jìn)地下金屬礦山連續(xù)開采的自動(dòng)化發(fā)展。

五、結(jié)語

目前，我國地下金屬礦山連續(xù)開采工藝技術(shù)雖然已取得一定的發(fā)展，但仍有著較大的進(jìn)步空間。為了優(yōu)化我國地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)，相關(guān)企業(yè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段該工藝技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化升級，從而提高該工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊慶元，魏誠.地下金屬礦山充填采礦技術(shù)分析[J].冶金管理，2023（04）：84-88.

[2]高航，張浩瀚.地下金屬礦山復(fù)雜難采二步資源大規(guī)模采礦技術(shù)分析[J].低碳世界，2023，13（02）：55-57.

[3]姜定海.地下金屬礦山采礦技術(shù)進(jìn)展探討[J].中國金屬通報(bào)，2021（11）：31-32.

[4]曹貞兵.地下金屬礦山采礦技術(shù)進(jìn)展及研究方向[J].中國金屬通報(bào)，2020（13）：7-8.