王興源

（錫林郭勒盟山金白音呼布礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 026300）

近年來我國諸多行業(yè)在發(fā)展過程中，對于有色金屬資源的需求量不斷攀升，但是該資源的開采量卻呈現(xiàn)出逐年下降的情況，究其原因為處于礦山淺表層的有色金屬已經(jīng)被挖掘殆盡，過少的資源數(shù)量難以滿足市場過高的資源需求量；同時經(jīng)過對礦山有色金屬資源分布情況的勘察，可知礦山深部埋藏著儲量豐富的有色金屬資源，但是開采作業(yè)難度太大，常規(guī)技術(shù)無法直接對資源進(jìn)行開采。針對該問題，需要礦山作業(yè)的技術(shù)人員對深部資源開采技術(shù)進(jìn)行重點研究，結(jié)合開采的難點問題找出最佳的有色金屬礦山深井采礦技術(shù)，有效提升此類礦山開采作業(yè)的質(zhì)量和效率，依托開采獲取的大量資源滿足市場所需，實現(xiàn)礦山企業(yè)的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

一、研究的必要性

目前，淺層的礦床已經(jīng)被開采殆盡，有色金屬的深部開采將成為采礦的主要研究方向。通過調(diào)查分析能夠發(fā)現(xiàn)在未來的十年時間之內(nèi)我們國家的有色金屬深部開采將會達(dá)到一千米或以上。而深部開采將面臨諸多的關(guān)鍵難題：一是深部高應(yīng)力問題，深部高應(yīng)力可能導(dǎo)致破壞性地壓活動，包括礦山開挖引起的巖爆、塌陷、頂板、突水等動力災(zāi)害。二是巖性惡化。淺部硬巖變成深部軟巖，彈性體變成潛塑性體，給支護(hù)和礦山安全帶來了很大的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響了礦山的開采效率和效益。三是深高溫環(huán)境,隨著深層溫度1.7℃/100-3.0℃/100 米梯度增加。

二、現(xiàn)狀分析

國民經(jīng)濟(jì)需要的鐵、錳、銅、鉛、鋅、鋁土礦等塊狀礦柱品種無法滿足需求。每年有60%以上的鐵精礦、70%以上的銅精礦和50%以上的鋁土礦必須從國外進(jìn)口。主要金屬礦產(chǎn)資源對國外的高度依賴，對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展構(gòu)成了潛在的嚴(yán)重威脅。更重要的是，鎢、錫、鉬、銻、螢石、重晶石等中國優(yōu)勢礦物的優(yōu)勢正在減弱甚至喪失，其可供儲量對2020 年需求的保證程度分別僅為89%、35%、85%、55%、15%、26%。與發(fā)達(dá)國家相比較，我們國家對開采技術(shù)的研究比較晚，對于深井開采技術(shù)來說，基本還處于初步階段，只有少部分礦山進(jìn)入了深井采掘作業(yè)，并在深井建井、采掘設(shè)計、采掘支護(hù)工藝、供配電、通風(fēng)、排水、地壓監(jiān)測、巖爆防治等諸多方面取得了一定的實踐經(jīng)驗，大部分礦山仍然處于保證回收地下資源時只注重了大規(guī)模的開采，忽略了對開采技術(shù)的深入研究。

三、有色金屬礦山采礦技術(shù)的種類

（一）連續(xù)采礦技術(shù)

主要包括振動機(jī)組工作強化開采技術(shù)、原礦車架帶式輸送機(jī)為主體的出礦技術(shù)以及無間柱大量采礦技術(shù)。

（二）膠結(jié)充填采礦技術(shù)

隨著回采與充填技術(shù)的快速發(fā)展，在應(yīng)用膠結(jié)充填采礦技術(shù)時，因為礦井條件的差異也會有所不同，具體分為盤區(qū)高分層充填采礦技術(shù)、高階段大直徑深孔嗣后充填采礦技術(shù)、分段充填采礦新技術(shù)以及點柱充填采礦技術(shù)。

（三）固體廢料充填技術(shù)

有色金屬礦山在開采過程中，會產(chǎn)生尾砂和廢石等固體廢料，可以利用這些固體廢料來實現(xiàn)礦山廢料資源化，大大地降低排放量。

（四）原地溶侵采礦技術(shù)

經(jīng)過大量地研究和試驗，原地溶侵采礦技術(shù)越來越成熟，在有色金屬礦山開采中得到廣泛應(yīng)用。

（五）深井采礦技術(shù)

深井采礦技術(shù)的開采條件是指利用一些技術(shù)和工程，將原有的開采條件技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)造出更加合適的開采條件，比如新研發(fā)的鋼纖維混凝土支護(hù)和高地應(yīng)力卸荷等，能夠提高深部礦床開采的效率。

四、深井采礦技術(shù)在有色礦山中的應(yīng)用

（一）高溫礦井排熱通氣技術(shù)

深井采礦技術(shù)中，高溫礦井排熱通氣技術(shù)是其中常見的技術(shù)類型之一，主要便是根據(jù)空氣以及巖石之間能夠運用熱交換的原理，用以實現(xiàn)高溫礦井的排熱通氣，同時在復(fù)雜通風(fēng)的情況之下，還可以應(yīng)用通風(fēng)環(huán)境分析技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)，實現(xiàn)對于高溫礦井井下情況的科學(xué)分析，之后充分使用礦井上部通道的調(diào)熱機(jī)能，用以全方位保證高溫礦井從井上到井下開采過程中的空氣保持最低的溫度，從而為有色金屬礦山的開采提供便利的條件，防止由于礦井溫度過高而影響開采。

（二）高地應(yīng)力卸荷技術(shù)

高地應(yīng)力卸荷技術(shù)也是深井采礦技術(shù)的重要組成部分，主要便是對于礦山回采階段，將采場局部弱化技術(shù)應(yīng)用于其中，這樣便可以實現(xiàn)對于礦山回采順序的科學(xué)設(shè)置以及安排，同時通過以上方面技術(shù)對于巖石應(yīng)力的分布情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而促使向深部轉(zhuǎn)移應(yīng)力的集中部位，防止由于應(yīng)力不均而產(chǎn)生施工安全事故。

（三）鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)

在深層礦井開采階段，除了高地應(yīng)力卸荷技術(shù)的應(yīng)用之外，還需要充分保證礦井的牢固性與安全性，因此也需要注重將鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用其中，用于防止出現(xiàn)礦井坍塌、落石等方面危險的發(fā)生。在當(dāng)前發(fā)展的過程中，鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)已經(jīng)擁有良好的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且在實際應(yīng)用階段取得良好的成效，因此這也為深井采礦提供了一定的技術(shù)支撐。將鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用在其中，可以使混凝土結(jié)構(gòu)機(jī)體擁有較高的持久力以及韌性，從而有效防止在采礦階段出現(xiàn)巖爆情況所產(chǎn)生的危害。鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)實際應(yīng)用期間，需要注重對于施工機(jī)械設(shè)備的選擇，例如：噴混凝土作業(yè)臺、混凝土攪拌運輸車、混凝土運輸設(shè)備等方面，在應(yīng)用階段也要注重對于混凝土拌和度、溫度等方面數(shù)據(jù)指標(biāo)的控制，以此充分提高鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)的質(zhì)量，全面保證礦井在施工開采階段的安全性。同時，通過鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)也可以確保施工環(huán)境的穩(wěn)定性，對于其中有可能產(chǎn)生的松動問題進(jìn)行有效且合理的控制，使礦井形成較好的緊貼性，保證開采安全。

（四）保證結(jié)構(gòu)可靠

深部采礦法可以基于相關(guān)的鋼纖維砼支護(hù)來保障巷道結(jié)構(gòu)的可靠性，保證生產(chǎn)安全。一般情況下，鋼纖維砼支護(hù)方法多用在基礎(chǔ)條件較好，但砼結(jié)構(gòu)開始產(chǎn)生開裂現(xiàn)象的位置，經(jīng)妥善處理，可以提高砼基體框架的強度與韌性，管理深部采礦期間的高地應(yīng)力巖爆問題。在使用鋼纖維砼支護(hù)方法支護(hù)處置砼結(jié)構(gòu)時，需要使用很多機(jī)械設(shè)備，如砼攪拌器、運輸機(jī)械、噴砼工作臺等，可以提高作業(yè)面穩(wěn)固性，管理危險巖層松動，保障生產(chǎn)安全。

（五）技術(shù)問題及解決策略

1.深井采礦中巖爆等地質(zhì)問題及解決策略。礦井巖爆是在開采中非常嚴(yán)重的事故，對礦井巖爆進(jìn)行預(yù)測以及控制也是國內(nèi)外礦山開采中的難題，半個世紀(jì)內(nèi)國內(nèi)外的諸多科研人員，不斷研究礦井巖爆的問題，在巖石破裂時進(jìn)行很多工作。礦井巖爆是有一定隨機(jī)性以及突發(fā)性的，現(xiàn)階段對礦井巖爆的研究，還無法滿足安全開采的需求。但是對于礦井巖爆，現(xiàn)在也有很多預(yù)測以及控制的方法。結(jié)合礦體構(gòu)造和原巖石應(yīng)力的基本分布，作業(yè)人員要注意開采順序的合理性，合理布置采場，減少能量的貯存。對礦井的能量釋放進(jìn)行科學(xué)控制，在開采時要運用回采的方式，以小斷面為切入點進(jìn)行開采，對可能發(fā)生礦井巖爆的位置，可以用松動爆破的方法，或者超前支護(hù)的方式，對礦井巖爆進(jìn)行防護(hù)。借助先進(jìn)的檢測科技，運用專業(yè)化的科研人員，建立礦井巖爆的檢測系統(tǒng)，對地應(yīng)力的規(guī)律進(jìn)行研究，從而采用合理的礦井巖爆保護(hù)措施。2.深井采礦中通風(fēng)問題及解決策略。深井采礦不斷向縱深方向發(fā)展，規(guī)模擴(kuò)大，生產(chǎn)布局會不斷變化，這種情況下就需要對通風(fēng)系統(tǒng)做出適當(dāng)?shù)母淖?，讓通風(fēng)系統(tǒng)保持良好的效果，為井下的工作人員提供更好的作業(yè)環(huán)境。通常情況下深井采礦的通風(fēng)系統(tǒng)，主要問題是風(fēng)機(jī)的配置效率有待提升，進(jìn)風(fēng)量小以及風(fēng)流調(diào)整被破壞等問題。因為深井采礦的地質(zhì)條件是有所區(qū)別的，這種情況下所采用的開采方式是不同的，深井采礦通風(fēng)系統(tǒng)也要考慮到各方面的因素，采取合理的優(yōu)化方法?？梢詫ι罹傻V的風(fēng)量需求進(jìn)行準(zhǔn)確計算，這是對深井采礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)情況，考慮到整個深井的通風(fēng)需求，計算出總需風(fēng)量。然后結(jié)合作業(yè)點的設(shè)置，將風(fēng)量分配給各個作業(yè)段，結(jié)合需風(fēng)量，設(shè)置風(fēng)扇設(shè)備，避免漏風(fēng)。

（六）有色金屬礦山深井采礦技術(shù)研究的意義和方向

目前，我國有色金屬礦山的淺層礦床幾乎都被開采完了，很多的有色金屬礦山都開始進(jìn)行深度開采，因此，需要用到深井采礦技術(shù)。深井采礦的過程中經(jīng)常會遇到高溫、高壓以及高地應(yīng)力情況，會嚴(yán)重影響開采的順利開展。例如在深井開采過程中一旦發(fā)生巖爆，會嚴(yán)重威脅到工作人員的生命健康和機(jī)械設(shè)備的安全運行。這樣就會大大降低工作效率，加大成本支出。所以，一定要提高深井采礦技術(shù)，有效解決這些問題，確保順利開展各項工作，實現(xiàn)安全、高效、大規(guī)模以及低成本的有色金屬礦山深井開采。隨著有色金屬礦床開采深度的增加，地溫和地應(yīng)力不斷提高，給深井采礦工作帶來很多技術(shù)方面的難題，例如，深井的溫度一旦超過工作人員的最大承受力，就會降低開采效率，增加采礦成本；深井開采過程中發(fā)生巖爆會對工作人員和機(jī)械設(shè)備造成極大的損害。為了提高深井采礦的安全性能，一定要有效解決這些問題。相關(guān)部門和人員在研究有色金屬礦山深井采礦技術(shù)時，一定要充分考慮以下幾個方面：第一，研究人員要全面分析深井地壓的特征，掌握深井采礦過程中地壓可能出現(xiàn)的特征，采用合理方法來有效控制高應(yīng)力地帶的低壓，避免發(fā)生巖爆。另外，可以引進(jìn)礦山微震監(jiān)測系統(tǒng)，隨時觀察地壓特征和巖體的穩(wěn)定狀況，從而能夠預(yù)防發(fā)生突發(fā)狀況，還可以及時預(yù)報。

第二，研究人員要不斷改善上部礦井通風(fēng)系統(tǒng)或者深井通風(fēng)系統(tǒng)，合理利用循環(huán)通風(fēng)技術(shù)，并深入分析預(yù)防深井熱害的技術(shù)，制定出科學(xué)有效的預(yù)防和治理熱害方案。第三，研究人員要不斷優(yōu)化現(xiàn)有的采礦技術(shù)，并加強對綜合型技術(shù)研究。

結(jié)語：目前我國進(jìn)行有色金屬礦山開采的技術(shù)類型較多，不同的深井采礦技術(shù)有著不同的適用范圍，為了保證井下開采的有效性以及安全性，需要礦山企業(yè)對于相關(guān)技術(shù)的全部內(nèi)容進(jìn)行有效把握，以此提升對于該技術(shù)使用重要性的認(rèn)識，繼而可以在技術(shù)應(yīng)用中，在把握有色金屬資源礦山基本情況之下，選用最適合的技術(shù)完成礦山資源開采任務(wù)，促使資源產(chǎn)能率顯著提升，礦山企業(yè)可以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。