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礦開采技術(shù)與掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)探析

2021-11-30 03:55:40李明杰
世界有色金屬 2021年24期
關(guān)鍵詞:礦層礦產(chǎn)機(jī)械設(shè)備

李明杰

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦,河南 平頂山 467000)

我國幅員遼闊,地大物博,內(nèi)含的資源儲備量十分可觀,然而,礦產(chǎn)資源的生長周期過長,即使儲存量十分豐富,伴隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的飛速增長,如果不能合理的進(jìn)行規(guī)劃與使用,那么早晚也會有掏空待盡的一天。在當(dāng)今社會,就礦產(chǎn)資源的使用情況來說,歷經(jīng)我國工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展后,我國境內(nèi)的露天礦產(chǎn)可開采量已經(jīng)所剩不多[1]。于是,開采者便將目光聚焦到了礦的開采上。而地下礦產(chǎn)資源的開采過程,較之露天開采難度上有很大的增加。這主要是由于:礦開采中需要面對復(fù)雜的地質(zhì)以及水文條件。并且,由于一系列的影響因素,礦在開采的過程之中,還需要面對眾多安全的突發(fā)情況。相比露天礦產(chǎn)資源開采,其不僅開采難度大幅度提升,在安全系數(shù)上也大幅度的下降。面臨這樣的現(xiàn)狀,傳統(tǒng)的開采技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出了極大的不適應(yīng)性,這警示我們需要在傳統(tǒng)的開采技術(shù)之上進(jìn)行創(chuàng)新與改革。隨著一系列的技術(shù)革命,大量的新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)已然面世。掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)作為一項全新的礦開采技術(shù),在充分控制風(fēng)險性的同時表現(xiàn)出了前所未有的高效,是我們改進(jìn)礦開采技術(shù)的重點(diǎn)所在,值得深入探討[2]。

1 礦開采技術(shù)分析

隨著時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國礦開采技術(shù)不斷更新與進(jìn)步,一些礦開采先進(jìn)的技術(shù)也到了推廣和應(yīng)用,本文旨在深入研究開采技術(shù),探討先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用價值。

1.1 綜采技術(shù)

在我國的礦產(chǎn)資源開采業(yè)之中,納入使用的開采技術(shù)眾多。其中:綜采技術(shù)是其重要組成部分。綜采技術(shù)的全稱叫做綜合機(jī)械類開采技術(shù)。顧名思義,這項技術(shù)就是指:在具體的操作環(huán)節(jié)中,以機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行為基礎(chǔ)而運(yùn)作。綜采技術(shù)在眾多的礦開采技術(shù)之中擁有簡潔高效的優(yōu)勢,得益于此,綜采技術(shù)才能夠保持長期穩(wěn)固的地位。礦產(chǎn)綜采技術(shù)優(yōu)勢特點(diǎn)鮮明,可以提高礦產(chǎn)開采的安全性,避免礦產(chǎn)開采中安全風(fēng)險、安全事故頻繁發(fā)生;簡化礦產(chǎn)開采工藝流程,加快礦產(chǎn)開采的速度;礦產(chǎn)開采中不需要投入大量的人力,具有人員少以及高效率的特點(diǎn)。礦產(chǎn)綜采技術(shù)應(yīng)用中也有一定的不足之處,機(jī)械化設(shè)備較重,應(yīng)用范圍受到限制,主要用到頂板堅硬、礦層穩(wěn)固的礦區(qū);機(jī)械化設(shè)備采購成本較高,使用中要求開采人員要具有較高的機(jī)械操作水平。然而,事實(shí)上,這項技術(shù)也同樣存在使用弊端。這主要表現(xiàn)在它的環(huán)境適應(yīng)范圍限制性之上。如前文所說,綜采技術(shù)是以機(jī)械設(shè)備的使用為基礎(chǔ)支撐,因此,在以此項技術(shù)進(jìn)行礦開采時,需要提前對開采環(huán)境進(jìn)行測試。相對來說在質(zhì)地堅硬的礦區(qū)中,綜采技術(shù)的發(fā)揮效益最大。反之,如果礦區(qū)不夠堅硬,或者是礦層松散,都很容易產(chǎn)生各種突發(fā)性危險。

1.2 普采技術(shù)

與大規(guī)模使用器械的綜采技術(shù)相對應(yīng)的,還有大量應(yīng)用人力的普采技術(shù)。自然,在當(dāng)今這個時代,全部依靠人力的操作已經(jīng)少之又少。普采技術(shù),雖然說是要大量依賴人工,但其中也涉及有一定的簡單設(shè)備使用。與綜采技術(shù)相比,普采技術(shù)的工作效率相對比較低,不過由于缺少大批的設(shè)備的投入,其使用成本也保持在比較低的水準(zhǔn)。

這樣的開采技術(shù)更適合于在礦體密集地區(qū)進(jìn)行小規(guī)模的開采,這一方面是由于普采技術(shù)對于礦區(qū)地質(zhì)的挑剔性很低、適應(yīng)性較強(qiáng);另一方面也是由于大部分采礦企業(yè)在進(jìn)行預(yù)算的時候,并不會針對開采層面進(jìn)行專門估計;再有就是大規(guī)模的人工進(jìn)行環(huán)節(jié),可以充分保障開采質(zhì)量,提升經(jīng)濟(jì)效益。但是,在使用樸彩技術(shù)時也需要注意安全問題。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,近幾年由于應(yīng)用普采技術(shù)而導(dǎo)致的突發(fā)性事故數(shù)量眾多,這對礦開采業(yè)中普采技術(shù)的使用前景形成了一定的阻礙。

1.3 炮采技術(shù)

除卻綜采技術(shù)與普采技術(shù),炮采技術(shù)是礦開采工作中另一種比較常見的使用技術(shù),它也叫做炮掘技術(shù),其工作原理是:利用爆破帶來的沖擊力進(jìn)行礦區(qū)的開拓,其應(yīng)用場域主要集中在巷道地形。有關(guān)炮采技術(shù)的應(yīng)用,有以下三個固定環(huán)節(jié)組成,它們分別是:爆破、裝矸以及運(yùn)矸。炮采技術(shù)在眾多的礦開采技術(shù)中之所以能夠得到開采者的長期青睞,是由于其具有成本低、普遍適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。它對環(huán)境的要求不是很高,在很多礦產(chǎn)資源開采區(qū)域都可以得以使用。炮采技術(shù)也存在不足之處,礦產(chǎn)開采安全系數(shù)不高,開采事故發(fā)生率較高,不利于提高采礦的整體效率;需要大量的炮眼,才能最大化縮短爆破時間,爆破結(jié)束之后,巷道巖壁才能具有較高的平直度,如果炮眼達(dá)不到要求的數(shù)量,礦產(chǎn)開采安全以及質(zhì)量也會受到較大的影響。但是,雖然炮采技術(shù)在我國的礦開采業(yè)中應(yīng)用時長并不算短,甚至于經(jīng)驗(yàn)層面也可稱之為豐富,但是,實(shí)施爆破依舊具有很強(qiáng)的風(fēng)險性。這就要求實(shí)施者必須要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)過硬的技術(shù)水準(zhǔn),否則很容易造成意外傷害。這種傷害不僅會帶來財產(chǎn)和利潤上的損失,更有可能導(dǎo)致大規(guī)模危害人身安全的情況出現(xiàn)。

1.4 地下深礦開采技術(shù)

礦地下深層開采比較困難,開采的環(huán)境也比較惡劣,容易遇到各種突發(fā)情況,在對采礦工作的開展具有較大的考驗(yàn)。

在對地下深礦進(jìn)行開采時,首先要做的是要將礦井的各種巷道進(jìn)行記錄,記錄后對各種巷道的科學(xué)性和合理性進(jìn)行探討,這樣才能保證礦工在地下的安全性,防止意外情況發(fā)生后,能夠獲得良好的救助通道。另外,還要了解地下深礦礦井的通風(fēng)問題和壓力問題,防止意外情況發(fā)生后,礦工能夠獲取良好的通風(fēng)。在進(jìn)行深礦開采的過程中,發(fā)現(xiàn)礦層和巖石層有矸石時,需要采取合理的方式將矸石擊碎,然后將擊碎的材料進(jìn)行地下深礦的回填,這樣既降低了事故發(fā)生的可能性,也降低了深礦開發(fā)的成本[3]。

1.5 機(jī)械化開采技術(shù)

當(dāng)進(jìn)行地下深礦開采的過程中,可能會遇到巖石層或者礦產(chǎn)層較厚的時候,需要借助機(jī)械的力量,開展高效率的礦開采工作。在機(jī)械化開采時,首先要將足夠長的長臂安裝在開采區(qū),然后對相應(yīng)的礦層進(jìn)行松動,在松動的過程中,必然會從頂上落下礦塊,這樣就需要對從頂上落下的礦塊進(jìn)行粉碎,運(yùn)輸?shù)降厣蟍4]。綜上,在利用機(jī)械開礦的時候,要根據(jù)不同礦層的深度進(jìn)行實(shí)際考察,采用合適的機(jī)械方法進(jìn)行開采。

2 礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

世界上每年都會發(fā)生許多次礦難,在礦開采的過程中有些意外無法避免,因?yàn)橐恍┑胤降牡刭|(zhì)條件比較復(fù)雜,存在各種安全性隱患,需要安全工作人員進(jìn)行仔細(xì)的排查。在進(jìn)行安全工作管理的過程中,首先要做的是開鑿各種各樣的巷道,這些巷道不僅可以運(yùn)輸?shù)V工和機(jī)械設(shè)備,一旦發(fā)生意外,這些巷道能夠保證通風(fēng)條件和運(yùn)輸救援人員。隨著技術(shù)的改進(jìn),我國的礦掘進(jìn)技術(shù)也在不斷的發(fā)展,現(xiàn)在在煤礦中應(yīng)用最多的是錨桿支護(hù)技術(shù)。

這個技術(shù)可以增強(qiáng)巖層的受力面和強(qiáng)度,從而可以減少因?yàn)榫蜻M(jìn)過程中發(fā)生的坍塌事故。為了提高安全管理工作和安全技術(shù),最大限度的減少坍塌事故,對掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的研究是十分必要的。

2.1 礦內(nèi)巷道高效掘進(jìn)技術(shù)

首先,要合理選用機(jī)械設(shè)備。在礦開采掘進(jìn)的過程中,首先,要根據(jù)地質(zhì)條件和巷道的長度等實(shí)際情況選擇規(guī)格合適的機(jī)械設(shè)備,防止因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備的不合理導(dǎo)致意外情況的發(fā)生。在掘進(jìn)時候,還要根據(jù)掘進(jìn)的實(shí)際情況,選擇性能合理的機(jī)械設(shè)備。根據(jù)我國目前的掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,掘進(jìn)機(jī)能夠在保證安全的前提下,高效率的挖掘巷道,但是根據(jù)巷道的長度和礦層的硬度,合理的選擇掘進(jìn)機(jī),因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)型號不同性能也不同[5]。

在礦開采工作中,巷道是我們需要長期面對的普遍地形之一。巷道對于通風(fēng)、排水、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)都會發(fā)揮重要作用。因此,我們需要對礦開采工程進(jìn)行妥善規(guī)劃。除此以外,礦的開采量與掘進(jìn)回采有著強(qiáng)大的關(guān)聯(lián)性,而這一切環(huán)節(jié),都無法脫離先進(jìn)的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的支撐。就我國目前在礦巷道高效掘進(jìn)技術(shù)的探索歷程看來,其在實(shí)際中的實(shí)用性表現(xiàn)是不容小覷的。目前,在我國,這項技術(shù)的使用主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn):第一種是綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù),顧名思義,這項技術(shù)的使用,依舊需要大量的機(jī)械進(jìn)行支撐。在具體的運(yùn)作過程中,由于其裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單,穩(wěn)定性也較強(qiáng),在加之以加油裝置的加持,使綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,在面對突發(fā)情況的表現(xiàn)十分優(yōu)異,安全性良好;另外,掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)技術(shù),也是礦巷道內(nèi)高效掘進(jìn)技術(shù)的重要組成部分之一。這項技術(shù)是新時代礦開采在技術(shù)創(chuàng)新方面的成就與表現(xiàn),首先它放棄了傳統(tǒng)技術(shù)在設(shè)備需求上的懸臂式掘進(jìn)機(jī)和連續(xù)采礦機(jī),轉(zhuǎn)而使用了可以同時滿足多項能效的一體化機(jī)械設(shè)備。這樣的機(jī)械更新與變革,使得其在技術(shù)水準(zhǔn)上得到了質(zhì)的飛躍。但掘錨機(jī)組掘錨設(shè)備購置成本較高,一般企業(yè)很難在資金上提供支持。

2.2 噴漿支護(hù)技術(shù)與錨桿支護(hù)技術(shù)

噴漿支護(hù)技術(shù)也是掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的重要組成部分之一。它的工作原理是:通過壓縮空氣形成動力向上噴射水泥砂漿作為基礎(chǔ)的支護(hù)層。這種技術(shù)的安全性相對較高,但是有利必有弊。

相對于高效的采礦巷道高效掘進(jìn)技術(shù),噴漿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用范圍比較受限。這種技術(shù)在使用的過程之中,對于礦區(qū)穩(wěn)定性具有較高的要求。另外,在上文我們已經(jīng)提及:地下礦產(chǎn)資源的開采工作中,對于巷道的規(guī)劃是所有工作中的重中之重。那么,在支護(hù)環(huán)節(jié)對于其形成穩(wěn)定支護(hù),無疑就也是一項關(guān)鍵性的重要環(huán)節(jié)。

為了深化對于這一環(huán)節(jié)的先行性工作,錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的采用到礦區(qū)工作之中。錨桿支護(hù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性強(qiáng)且密度足夠大,能夠最大限度上保證安全。并且,與其他安全性高的技術(shù)相較,其在掘進(jìn)效率上也并不落后。由是,錨桿支護(hù)技術(shù)如今才能夠作為一項關(guān)鍵技術(shù)而得到廣泛的認(rèn)可與頻繁地使用。

2.3 U型鋼支護(hù)技術(shù)

礦開采的過程中是十分危險的,歷史上和過去發(fā)生的礦難數(shù)不勝數(shù),在開采的過程中,最常見遇到的緊急情況是礦層破裂,從而引起災(zāi)難性坍塌事件[6]。

為了避礦層坍塌,保證采礦過程中安全性,安全性工作一定要科學(xué)合理。因此,為了避免坍塌事故的發(fā)生,最常用的頒發(fā)是在礦下進(jìn)行U型鋼支護(hù),防止礦層斷裂,避免坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 坡頂支護(hù)技術(shù)

在掘進(jìn)支護(hù)過程中,為了更好地發(fā)揮其效果,可以采取坡頂法。在開采掘進(jìn)的過程中,如果發(fā)生巖層斷裂,可以運(yùn)用掘進(jìn)機(jī)沖擊,從而頂板圍巖能夠適當(dāng)?shù)谋4妗A硗?,還可以利用拋網(wǎng)的方式進(jìn)行支護(hù)工作。

2.5 后退臥底支護(hù)技術(shù)

在開礦掘進(jìn)的過程中,有時候會產(chǎn)生下移的情況,為了保障在采礦過程的安全性,一旦發(fā)生下移應(yīng)該快速采取后退臥底支護(hù)技術(shù),用后退臥底的方式馬上進(jìn)行支護(hù)。

在支護(hù)的過程中,要判斷斷層是否有力的支撐點(diǎn),斷層是否堅固,上下是否超過2.5米以上,再采用后退臥底的方式進(jìn)行支護(hù),這樣可以能夠最大限度的保證礦層和巷道的穩(wěn)固性。

2.6 礦開采技術(shù)的其他注意事項

礦在開采的過程中會遇到各種各樣的情況,有些情況的發(fā)生可以依靠科學(xué)的防護(hù)措施避免,有些意外情況因?yàn)榈刭|(zhì)條件比較復(fù)雜的原因無法避免。在開采的過程中,人員的素質(zhì)、使用的設(shè)備等情況都是不一樣的,因此應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況,采用的合適的機(jī)械設(shè)備,在采礦的過程中還要注意各種突發(fā)情況的發(fā)生,注意各種防護(hù)細(xì)節(jié),加強(qiáng)開采過程中的安全管理工作,在保證效率的同時也要兼顧安全各項工作的落實(shí)。

綜上,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,礦開采的技術(shù)設(shè)備也在不斷的升級,但是技術(shù)在提升的過程中,礦安全工作和防護(hù)也要跟上。隨著我國工業(yè)的進(jìn)步,市場上各種礦企業(yè)采用了各種新技術(shù)促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高,并且也在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索新的生產(chǎn)技術(shù),這些新技術(shù)一方面可以提高礦開采的安全管理水平,提高礦開采的安全性,防止各種事故的發(fā)生,另一方面,新技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以節(jié)省人力成本,提高工作效率,為我國的能源安全和能源保證提供堅實(shí)的技術(shù)保障。

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