井下采矿技术及发展趋势探析

田本强+苑雪燕

摘 要：随着我国经济建设的快速发展，对于井下采矿技术的要求也是越来越高，一些新工艺、新方法以及新的设备已经得到了广泛应用，不仅提高了采矿效率，还提高了采矿质量以及安全性。文章介绍我国矿产资源开采的现状，包括井下充填技术的发展、井下深部开采技术发展、井下支护技术发展、井下开采设备的发展，并在此基础上对于井下无人探测技术进行了一定程度的分析。

关键词：技术；提高；发展

我国矿产资源比较丰富，矿产资源消耗也比较大，这就要求我们加快矿产开采速度和规模，更好的满足经济建设的需要，但是同时也会造成资源过度开采，致使环境过度破坏，为此我们应该在开采矿产的同时更加注重环境的保护。这也会对我国经济发展造成一定的制约。井下开采技术是一个统称，是由多种不同的开采技术组成的，不同的开采技术适合不同的采矿环境。长壁开采技术是较为常见的一种矿产开采方式，其主要适用于煤矿井下开采，此种开采方式具有效率高、矿产初品质量稳定以及作业环节比较安全的特点。长壁开采工艺不能适用于金属矿开采。由于井下作业复杂，不确定因素很多，都会影响着井下作业人员以及设备的安全，为此采矿会投入大量的人力、物力以及财力，势必会加大企业对于开采的成本，针对于以上情况谈一下我国矿产资源开采的发展趋势。

1 我国矿产资源开采发展

1.1 井下充填技术的发展

井下采矿技术种类比较多，常见的有干填充技术、尾砂胶结技术、碎石水泥浆胶结技术。随着经济发展以及对于采矿要求的提高，这些一般的开采工艺并不能够满足矿产行业发展的需求。为此，科研人员正在相关工艺和技术方面开始公关科研，相信随着技术更新，较为传统的采矿模式将会向高浓、高尾砂方向发展，此种开采工艺不仅可以在一定程度上降低胶结材料的使用量，还能够节约大量的经济投入，在改善机械设备使用条件以及环境方面有着非常重要的现实意义。

1.2 井下深部开采技术发展

随着经济大开发，矿产资源地下储量也在逐渐减少，如何更加高效开采矿产资源成为了我们亟需解决的问题。井下深部开采技术在一定程度上可以解决上述问题，同时还可以提高企业的经济效益以及社会效益，这里提到的社会效益主要是指采矿技术升级以及转型所带来的间接利益。深井开采技术在我国起步较晚，一些关键技术和工艺还尚处于初级阶段，另外还由于井下深部开采的一些不确定因素所造成的影响，所以在实际井下开采过程中会带来一些恶性不良情况，比如可能会引发矿震灾害和爆破事故等问题。为此，企业应该在深部采矿技术方面多投入人力和物力、财力，加大科研力度，提高企业的经济效益，促进采矿事业良性发展。

1.3 井下支护技术发展

由于井下采矿是一种高危险性的作业，所以井下支护对于采矿是非常有必要的。按序以及按照工艺进行井下矿石开采，不仅可以保证开采环境安全，还可以保护开采设备运行处于良好状态。随着井下开采技术的提高，井下支护技术也在不断进步，锚杆桁架支护技术是一种较为全新的工艺。锚杆桁架利用高强度钢杆以及两个涨壳式锚杆结合形成，该技术性能可靠，安装方便，所以在井下开采方面取得了较好效果。新型井下支护技术不仅可以避免采矿安全性，还可以进一步提高采矿企业的经济利益以及社会利益。

1.4 开采设备研究分析

随着科技的发展，未来井下开采设备在技术方面将会有质的提升。以常用的采矿设备来说，未来的设备将会更加智能化、可控化、易用化，采矿设备的工作效率将会逐步提高，安全性能也会得到提升，这样的结果与目前人们对设备性能的诉求是相吻合的。目前国际上对于井下无人采矿技术装备导航与控制研究正在逐步开展，针对于深井矿床开采技术条件，采用仿真技术，研究矿床开采环境的虚拟化、对于采矿环境虚拟建模以及机械设备动态化对于深井矿床开发有着非常巨大的潜力。

1.4.1 无人采矿仿真技术研究现状

无人采矿仿真技术主要利用控制理论、相似理论、系统统筹学以及计算机信息处理技术，对采矿过程进行计算机模拟以及仿真分析，探究采矿各个环节中的行为，揭示无人采矿环节的各项参数，为无人采矿工艺的提高提供技术支持。我国采矿工艺以及机械设备与国外先进国家有着一定的差距，国外激光雷达在移动机器人方面已经颇有建树，激光雷达位姿应用已经得到广大矿山的关注。这主要是由于基于激光雷达的位姿可以较为快捷将采矿信息集成到其它基于激光雷达的算法中，比如障碍物监测以及跟踪，不需要任何标定措施，可以有效提供采矿准确度、安全性，还可以大幅度降低开采成本。由于井下开采作业的高复杂性以及高度危险性，电子信号穿透性较弱，此时会限制GPS定位系统以及其他视觉可视设备的正常使用。仿真技术的研究与相关设备开发，可以缓解我国井下矿产开采效率低、安全保障薄弱对于我国矿产开采的影响，对于推动矿产开采以及加工也具有一定的现实意义。井下无人开采技术和设备可以使生产一线工人从危险、艰苦、繁重以及重复性的体力劳动中解放出来，可以为社会带来不可估量的现实意义

1.4.2 远程通讯技术的应用趋势

通讯系统可以及时、高效地把传感器所感受到的信息传给矿产开发管理人员，然后将加工的指令传输给实际操作人员，从而对于矿产开采进行动态监控，在有必要的情况下通过人机接口对设备进行远距离遥控操作。我国目前在一种基于无线传感器网络井下定位的系统方面投入了广大了人力和物力，设计了大量实验模型，在此方面也提出了一些解决处理方法，该系统可以研究矿井安全监测技术问题，包括：基于射频信号强度的移动节点相对位置定位方法，移动节点和网关结合的精确定位方法，连接井上以及井下有线通信系统，可以实现移动人员以及设备的精确定位。可以提高管理人员对于井下开采作业管理力度，提升安全管理水平。

我国在相关技术方面不断创新和应用可以打破发达国家在先进采矿设备研发以及生产方面的垄断地位，提升我国机械成品化、先进化以及高效化水平，使我们设备更具有一定的竞争优势。井下无人采矿设备仿真技术对于矿床开采环境、设备参数、工况参数、工艺流程、行为参数以及信息传输以及控制模拟，建立应用于不同开采环境的无人控制系统，通过分析开采工艺指标以及效果，进而研发出更能适应不同开采环境的生产工艺，为矿山开采以及矿产加工提供一定的科学理论数据。为提高我国地下开采矿山管理水平，优化开采环境，促进矿产制品提升有着关键的现实意义。

参考文献

[1] 张海波，宋卫东，许英霞.充填采矿技术应用发展及存在问题研究[J].有色金属（矿山部分），2012，12.

[2] 吴和平，吴玲，张毅，杨立兵.井下无人采矿技术装备导航与控制关键技术[J].有色金属（矿山部分），2003，07.

[3] 赵文斌，阎南，蔡增祥.浅论我国金属矿山采矿技术现状与发展趋势[J].有色金属设计，2010，03.

[4] 谢龙水.我国深海采矿技术研究的阶段性成果及今后工作方向[J].湖南有色金属，2008.

[5] 魏建中，张保，杨福波.铜陵有色采矿技术与装备水平创新实践[J].采矿技术，2008，01.