蔣孟昱

（山東黃金礦業(yè)（玲瓏）有限公司，山東 招遠 265400）

隨著物質(zhì)文明和現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人類對于礦產(chǎn)資源的需求量也在與日俱增。地下采礦是人類獲取地下資源的有效手段之一，而采礦方式的選擇又是地下采礦的核心。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：當前世界礦物年產(chǎn)量超過500億噸，而我國的礦物量超過70億噸，且每年還在不斷增長[1]。雖然我國礦山資源豐富，但受各地礦床賦存條件、采礦技術(shù)水平等因素的影響，使得各地金屬礦山的開采量各有不同。同時，因我國多數(shù)礦床多為貧礦或小型礦，加上金屬礦山的采礦技術(shù)水平不高，使得我國金屬礦山的生產(chǎn)能力相對較低[2]?；诖耍骄啃碌牡叵虏傻V方式就顯得十分重要。

1 我國金屬礦山采礦方法研究現(xiàn)狀

礦產(chǎn)資源開采是我國國民經(jīng)濟基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)之一，涉及國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，諸如鋼鐵、煤炭等[3]。采礦方法作為礦山生產(chǎn)中的最為關(guān)鍵的部分，其方法的科學(xué)高效與否，不僅關(guān)系著礦山生產(chǎn)安全和生產(chǎn)率等，還直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效益。礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用，不僅有利于經(jīng)濟的發(fā)展，還有利于增加社會財富。但我國在金屬礦山采礦技術(shù)、裝備以及管理上相對較為落后，使得我國的礦產(chǎn)資源經(jīng)過大規(guī)模開采后，不可避免地存在著安全隱患大、多中段分散作業(yè)等弊端，嚴重影響著我國礦山的可持續(xù)發(fā)展[4]。加上傳統(tǒng)采礦方法的選擇受采礦專家的經(jīng)驗影響較大，具有一定的片面性和主觀性。因此，探尋科學(xué)的采礦方式對于金屬礦山的地下采集具有十分重要的影響。

近年來，人工智能被引入采礦方法的選擇領(lǐng)域，解決了經(jīng)驗判斷等不確定性推理問題。最常應(yīng)用的方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)決策法、灰色系統(tǒng)理論、價值工程論、多目標決策理論、突變級數(shù)論等以及多種方法的聯(lián)合[5]。其中，模糊數(shù)學(xué)法是指選擇采礦方法時，將與目標礦山的地質(zhì)技術(shù)條件與候選采礦方法相比較，并且計算出與候選采礦方法所要求的地質(zhì)技術(shù)條件之間的模糊相似程度，選擇條件最近似的作為目標礦山上的采礦方法[6]。雖然這種方法，更加的客觀科學(xué)，但由于隸屬函數(shù)的構(gòu)造方法不同，導(dǎo)致其決策結(jié)果具有一定的主觀隨機性。多目標決策法，這種方法降低了采礦方法中主觀因素的干擾，但是它的求解方法受人的主觀影響，使得其決策選擇的采礦方法也可能與實際不符?；疑到y(tǒng)理論法主要包括灰色局勢決策法和關(guān)聯(lián)分析法。采用灰色系統(tǒng)理論可以有效量化采礦過程中的影響因素，與此同時也會出現(xiàn)決策值均化的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法快速選擇出最優(yōu)采礦方案，最后所確定的方案可能與礦山開采實際情況有所差異[7]。價值工程法實際是依照技術(shù)經(jīng)濟指標的對比情況選擇最優(yōu)方案，雖然使用此方法選擇出的方案經(jīng)濟效益最優(yōu)，但是技術(shù)上并不一定可行，可能會不符合礦山的實際情況。突變級數(shù)法是一種綜合評價方法，雖然計算簡單快捷，但其可能會導(dǎo)致決策值均化。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法能很好地解決采礦方法中的方案選擇等問題，但是不能很好地解決收斂緩慢及避免局部最小問題的發(fā)生[8]。

雖然在金屬礦山的地下采礦方式上，我國的礦產(chǎn)界進行了一定的研究，但是地下開采方式的關(guān)鍵技術(shù)仍處于理論探索階段。同時，在經(jīng)濟大規(guī)模建設(shè)的帶動下，對金屬等資源的需求量也在日益增長。因此，盡早實現(xiàn)地下采礦方式的科學(xué)化。

2 金屬礦床地下采礦方法

圖1 目前我國地下金屬礦山采礦方法比例

在國家科教興國戰(zhàn)略的倡導(dǎo)下，對各行各業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新提出了新的要求。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：許多的礦山經(jīng)營人思想較為落后，過度關(guān)注眼前利益，不顧礦產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，從而大大加劇了礦山開采的壽命[9]。因此，創(chuàng)新采礦方法對保證采礦業(yè)的長久發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

2.1 空場采礦法

將礦塊分為礦柱和礦房再進行開采是空場采礦法開采方式，首要步驟開采礦房，在開采礦柱。得到圍巖和礦柱的有效支撐后方進行回采礦房，當完成礦房、礦柱的回采后，科學(xué)處理采空區(qū)。現(xiàn)階段最常用的采礦方法包括：淺眼采礦法、分段采礦法、全面采礦法、階段礦房法、房柱采礦法[10]。具體如下。

礦山開采階段所使用全面采礦法是將礦體分成礦塊后再進行采礦，回采工作可對逆傾斜面和走向面進行。在圍巖的承載力的作用下形成了回采空場，用人工支柱、礦巖柱、巖石垛輔助維護全面采礦的安全性。淺眼留礦采礦法主要是通過分層的方式進行回采，待礦房全部回采完畢后，將存留在礦房中的礦石全部放出。階段礦房采礦法是用深孔回采礦房的一種空場采礦法，而分段礦房采礦法把階段劃分為分段，在每個分段水平上布置礦房和礦柱，繼而在各分段的出礦巷道運出。

2.2 崩落采礦法

崩落采礦法是隨回采工作面的推進，崩落圍巖，在覆蓋巖塊下出礦。該方法是利用借助圍巖來管理和控制地壓，可分為壁式崩落采礦法、分層崩落采礦法、分段崩落采礦法、階段崩落采礦法等等。該方法具有簡單易行，采礦成本低等優(yōu)勢。

2.3 充填采礦法與支柱采礦法

充填采礦法是指隨著回采面的推進，逐步充填采空區(qū)的一種采礦方法。這種采礦方法是保證地下開采中礦時損失最低的一種采礦方法，不僅可以為后續(xù)的回采工作創(chuàng)造安全且方便的條件，而且還能預(yù)防礦石的自燃。在礦產(chǎn)界，充填法主要用于圍巖不穩(wěn)或圍巖與礦體均不穩(wěn)固的有色金屬富礦或貴金屬等。而支柱充填采礦法主要分為：橫撐支柱采礦法、下向分層混凝土護板采礦法、方框支架充填采礦法。

2.4 溶浸采礦法

溶浸采礦法作為一種新型的采礦方法，可以直接從地下進行金屬提取。這種方法融合了采、選、冶技術(shù)的有機結(jié)合，首先選擇適用于當?shù)氐V產(chǎn)的特殊溶浸劑，在選取溶浸劑時要綜合考慮礦物的物化性質(zhì)。接著借助鉆孔技術(shù)把溶浸劑注入礦體中，從而實現(xiàn)金屬物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)化，達到金屬物質(zhì)提取的目的?？梢钥闯?，溶浸采礦法一方面可以最大程度上的減少采礦過程中對于礦區(qū)環(huán)境的破壞，另一方面能夠有效降低采礦中的成本投入。

2.5 機械化連續(xù)采礦技術(shù)

目前，在煤礦等礦山的開采中已經(jīng)將機械化連續(xù)采礦技術(shù)應(yīng)用其中。這種方法主要是對采礦的工序以及設(shè)備進行組合，形成一種連續(xù)的采礦系統(tǒng)。但是這種技術(shù)不僅需要對采礦的工藝與技術(shù)進行創(chuàng)新，還需要將先進的管理經(jīng)驗和管理模式納入采礦管理過程中，從而實現(xiàn)高效采礦。機械化連續(xù)采礦技術(shù)，在硬度較軟的礦山開采中效果較佳，但是在金屬礦山這種硬度較大的礦山中效果不甚理想。主要是源于金屬礦山的開采條件往往較為復(fù)雜，難以連續(xù)采用同一個技術(shù)模式。要想使這種方案在金屬礦山中達到理想的效果，仍需要不斷地探索。

3 金屬礦山地下采礦方式的發(fā)展趨勢

采礦業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，相信在未來會更更廣闊的發(fā)展前景。選擇最佳的地下采礦方式，才能達到礦山開采的安全高效，獲得最好的效益。發(fā)展趨勢如下。

隨著技術(shù)的發(fā)展進步，未來在金屬礦山的地下采礦中，會有越來越多的自動化設(shè)備甚至遙控技術(shù)將會應(yīng)用于其中，從而使得采礦的效率大大提高。同時，在未來以長壁法采礦為例，諸如環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和地震監(jiān)控系統(tǒng)也會在采礦業(yè)中得到大力應(yīng)用。這對于保證采礦業(yè)中技術(shù)工人的安全和礦山的安全具有至關(guān)重要的意義。此外，相信在不久的未來，伴隨著數(shù)字信息化的不斷推廣，數(shù)字信息化也必將應(yīng)用于礦山采礦中。數(shù)字礦產(chǎn)業(yè)必將帶來礦山的信息化，實現(xiàn)礦產(chǎn)業(yè)的飛躍。地下采礦的發(fā)展趨勢，在未來是不斷簡化采場結(jié)構(gòu)，利用新的工藝技術(shù)和新設(shè)備，實現(xiàn)機械化開采，達到地下采礦的智能化和機器化，實現(xiàn)資源的最大回收利用。

相信在未來，通過對金屬礦山企業(yè)進行積極合理高效的規(guī)劃，不僅能夠有效降低礦山企業(yè)的人力成本，還能夠提高金屬礦山行業(yè)的開采水平與開采效率。同時，隨著自動化設(shè)備在金屬礦山企業(yè)中的應(yīng)用，未來會有更多的外來資源投入到金屬礦山企業(yè)中，進一步促進礦山企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，促進其更快更好地發(fā)展，從而推動金屬礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對資源的要求急劇增加，采礦業(yè)已成為支柱產(chǎn)業(yè)之一。但由于開采深度的不斷增加，露天開采已經(jīng)不適合我國礦山生產(chǎn)的需要，越來越多的礦山轉(zhuǎn)入地下開采。金屬礦山地下采礦逐漸轉(zhuǎn)入深部采礦，所涉及的不確定性因素也越來越多，對采礦方法的要求也越來越嚴格。選擇正確且高效的采礦方法，對于提高礦山的生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。如果礦山的采礦方法選擇不當，不僅會影響生產(chǎn)的正常進行，還會帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，采取科學(xué)合理的方法，精準高效的選擇出最佳的采礦方法，可以實現(xiàn)效益的最大化。

采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟分析，主要依據(jù)礦山的實際情況，包括礦采區(qū)所能達到的生產(chǎn)能力；礦塊中工人的勞動生產(chǎn)率；設(shè)備和采準工程的投資多少；采礦的直接成本；礦石損失情況等。這種要求我們在不同的礦山中，所采取的采礦方式要及時調(diào)整，從實際出發(fā)，因地制宜。在本文中，主要對金屬礦山的地下采礦方式進行了分析，但受金屬礦山本身復(fù)雜性等因素的影響，使得本文在深度上仍存在很多的不足，需要進一步深入的探討。