李云鵬

摘 要：我國經(jīng)濟社會在不斷發(fā)展的同時，對于礦產(chǎn)資源的需求也在不斷增加，因此對采礦行業(yè)提出了更高的要求。本文以地下礦山采礦為核心，首先概述了開采作業(yè)的特點和影響因素，然后介紹了常見的采礦方法和發(fā)展趨勢，最后介紹了開采技術的最新發(fā)展，以供參考。

關鍵詞：地下礦山；采礦方法；采礦技術；發(fā)展

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A

我國不僅礦產(chǎn)資源豐富，而且礦產(chǎn)使用量也比較大，其對于國家經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。在科學技術進步的支持下，地下礦山采礦作業(yè)越來越普遍，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種開采技術，要求企業(yè)根據(jù)工程實際情況進行選擇，并對其進行改進和完善，從而保證井下作業(yè)的安全性，實現(xiàn)礦產(chǎn)開采目標。

1.地下礦山開采作業(yè)概述

隨著人們對于礦產(chǎn)資源需求的增加，采礦業(yè)的范圍也從地表擴展到地下，地下礦山開采作業(yè)期間，要求工作人員注意兩個方面，一是安全性，二是整潔性，以便創(chuàng)建一個健康衛(wèi)生的井下環(huán)境。要發(fā)揮地下礦山開采的優(yōu)勢，必須做到以下幾點：第一，開采成本低且效益高；第二，機械設備使用率高；第三，開采技術方案的應用具有靈活性，不僅適應性強，而且對于環(huán)境的破壞程度小，甚至能夠起到保護環(huán)境的效果。

2.常見地下礦山采礦方法及發(fā)展趨勢

按照對回采過程中空區(qū)的不同處理方法，地下開采的采礦方法主要有3種。

2.1 空場采礦法

空場采礦法將礦塊分為礦房和礦柱兩部分，兩步回采。對回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，利用礦柱或人工支柱進行支撐，以控制地壓保證回采。

依據(jù)礦房、礦柱結構的不同和回采工藝的區(qū)別，空場采礦法主要有淺孔留礦法、全面法、房柱法和分段空場法等。

由于空場法回采后會產(chǎn)生大量空區(qū)，近年來在礦山中采用的比例有所下降。其發(fā)展趨勢主要是無軌回采設備的應用和大型設備的應用。無軌設備可以極大地提高開采的機械化程度。大型設備提高了出礦能力和生產(chǎn)效率，降低了出礦成本。

2.2 崩落采礦法

崩落采礦法采用一步驟回采。通過自然或強制崩落頂板圍巖，充填回采過程中所產(chǎn)生的空區(qū)，以控制地壓保證回采。

崩落采礦法主要有分層崩落法、有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法、自然崩落法及階段崩落法等。

其中的無底柱分段崩落法近年來向高分段、大間距的方向發(fā)展，產(chǎn)生了“大間距集中化無底柱采礦新工藝”。通過采用高效的地下中深孔氣液聯(lián)動設備，形成與大尺寸結構參數(shù)相匹配的集中化、高強度、大規(guī)模采礦技術和管理模式，提高了作業(yè)安全性和采礦強度。

2.3 充填采礦法

充填采礦法在回采過程中用充填料充填采空區(qū)，以控制地壓保證回采。

充填采礦法主要有分層充填法、進路充填法、削壁充填法、嗣后充填法等。

隨著無軌設備在回采中的應用和充填工藝及管道技術的發(fā)展，充填工藝實現(xiàn)了機械化、自動化，生產(chǎn)能力顯著提高，礦石的損失、貧化顯著降低，開采成本也相應降低。由于環(huán)保的要求，土地使用的限制，膠結充填又能防止地面沉降，充填采礦法的應用越來越廣泛。

3.地下礦山采礦技術的應用發(fā)展

近年來地下礦山采礦技術不斷發(fā)展，取得了很多進步，其中地下連續(xù)開采技術和深井開采技術的發(fā)展較為突出：

3.1 地下連續(xù)開采技術

地下連續(xù)開采技術是地下采礦的未來發(fā)展趨勢。主要有兩種主要方式，一是當?shù)V體硬度較小時，開采時各個工序連續(xù)平行進行施工。二是當?shù)V體硬度大時，開采時分成若干個施工段，不同施工段的各個工序連續(xù)平行進行施工。

近年來地下連續(xù)開采取得了重大進展，多項地下連續(xù)開采技術已經(jīng)應用在礦山中。地下連續(xù)開采的采礦裝備系列齊全，配套完整，機械化程度也高，從鑿巖、裝藥到轉運，全部實現(xiàn)了機械化配套作業(yè)，各道工序無須手工體力操作，無繁重體力勞動，裝備無軌化、液壓化、自動化程度較高。完全實現(xiàn)了無軌化、液壓化。在自動化方面，已成功地應用了無人駕駛、機器人作業(yè)等新技術。特別是地下連續(xù)開采無礦柱法的出現(xiàn)，解決了以往地下連續(xù)開采技術的諸多問題。該方法將礦體劃分成礦段，不留礦柱，將切割槽布置在礦段中部，底部結構布置振動機出礦。崩礦過程中同時進行回填，平行進行采切、回采、充填的作業(yè)，使采礦工作連續(xù)不間斷的施工。解決了礦柱回收困難的問題，采礦速度大大優(yōu)于傳統(tǒng)采礦方法，避免了資源的浪費，提高了地下采礦的經(jīng)濟效益。

3.2 深井開采技術

隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，開采深度也自然隨之加深，同時也對開采技術提出了更高的要求。

深井開采首先面臨的就是巖爆問題，國內(nèi)外對巖爆的發(fā)生機理和防止方面取得了一系列的成果。通過對巖石的微觀結構和聲發(fā)射特征，可以劃定巖爆可能性等級，結合巖石所處的應力條件，可以判定巖爆是否會產(chǎn)生。通過有限元法計算采場頂柱及及其周圍巖體應力分布，優(yōu)化回采順序、采場的結構參數(shù)，調整礦柱規(guī)格，可以避免應力集中和能量聚集，預防巖爆出現(xiàn)、削弱巖爆強度。

在地壓監(jiān)測方面，除了采用現(xiàn)場觀測、巖性測試、位移和應力測量等方法外，還可以建立深井的力學模型，采用有限元分析軟件對回采工作影響下的巖體、地表和井巷位移和應力變化進行動態(tài)和定量分析，對其發(fā)展趨勢、穩(wěn)定性進行預測評價，并制定相應的安全措施。

礦山開采中尾礦和廢石的處理問題一直制約著礦山的發(fā)展。在深井開采中，將尾礦和廢石全部充填到井下采空區(qū)，既可以解決深井開采的地壓和巖爆問題，同時還可以不占或少占土地，減少建設投資，解決環(huán)境污染的問題，實現(xiàn)無廢開采。

深井開采中的地下涌水也是一項重大問題。地下采礦引起的地下水災害包括地下突水和地下水位下降兩個方面，以及由此造成的淹井事故、地表沉降塌陷和地表生態(tài)破壞等問題，深井開采由于開采深度大，上述災害的嚴重性更大，為此國內(nèi)外在深井地下水害治理與研究方面開展了一系列的研究工作。目前在深井地下水災害領域研究成果主要有：采礦過程中地下水的運移規(guī)律分析、突水機理分析、工作面及礦井涌水量預測、老窿與巖溶水探測設備與技術、裂隙或構造帶涌水通道堵截技術及材料等。

深井開采中的高溫也是一項重大問題。嚴重影響開采工作的安全及效率。最新的高溫防護技術通過對深井的高溫產(chǎn)生機理進行研究，結合目標礦山的實際情況，采用鉆孔法測定井下溫度，分析其變化的規(guī)律，監(jiān)測井下環(huán)境溫度，通過實際觀測和熱交換數(shù)值分析法相結合，可以解讀井巷溫度的變化規(guī)律，從而制定可行的井下降溫措施。降溫措施包括：空氣遇冷降溫法、局部制冷技術、個體防護技術等?？諝庥隼浣禍胤ㄊ菍⒉傻V區(qū)的恒溫帶空氣引入采場來降低工作面溫度，通過熱平衡及熱交換計算及風路網(wǎng)絡優(yōu)化，尋求井下地溫風流和高溫風流混合，采用空氣預冷降溫機理的方法。局部制冷包括冷水逆流噴淋降溫、人工降溫制冷，對礦井入口風流部分或全部采用冷水或制冷機進行降溫。個體防護是采用冷卻服（冰背心）改善個體舒適度。

結語

綜上所述，地下礦山采礦是我國目前礦產(chǎn)開采的重要途徑之一，影響開采效率和質量的因素較多，因此應該選擇合適的開采方法和技術。本文闡述了地下開采作業(yè)的簡單概況，并對目前一些較為先進的開采方法、開采技術進行了介紹，希望為實際開采工作提供一些經(jīng)驗和參考。

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