刍议地下矿山开采技术及其趋势

杨瑞

（新疆阿舍勒铜业股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

刍议地下矿山开采技术及其趋势

杨瑞

（新疆阿舍勒铜业股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

伴随着人口的增长，建筑业、煤炭业等行业的发展，对于矿产资源的需求量增大，同时科技的进步与开矿技术的发展，为世界矿业带来发展机遇。本文简要介绍了现阶段主要应用的地下矿山开采技术，并提出未来地下矿山开采技术主要的发展趋势，从而在保护环境的前提下，加速矿区产能，促进行业发展。

矿山开采；开采技术；发展趋势

矿物质为人类的生存及发展提供了能源和资源，对于矿产资源的保护及合理开采、应用应引起重视。20世纪90年代末期，采矿工业就为全世界提供了200亿吨的矿产资源 ，总金额高达 2万亿美元 ，占全世界资产总产值的7%。因此矿产工业无论在哪一个阶段，都是推动全球经济持续发展的基础，更要加以重视。

1 地下矿山开采技术

1.1 地下采矿系统简介

地下矿山的开采系统中包括地下开采系统以及地面系统。地下开采系统的中心是矿块，包括以井巷、巷道、线路、管道以及各种装备组建而成的矿井的运输、上升、排水、通风、供水、电力、填充、压气输送以及内外压力平衡等系统，以及矿井下的车厂、井下破碎室、地下储藏库、地下炸药库等。地上系统则包括矿山口部的建筑以及各种开矿设备，地上的运输工具、选矿环节、机器维修、地上为地下供电、地下填充系统用填充材料的制作与填充等，以及生产用材料的存放仓库、炸药的存放仓库、尾矿废矿的储存空地、办公以及生活居住场地或建筑，这些系统相互连接组成了采矿地面系统。地下矿山开采的主要场所是地下的矿田，根据矿床矿田的实际情况以及开矿需求，将地下矿田划分为井字，模仿井田制，对矿田进行挖掘开矿。在进行井田开矿的同时，要设置更多的井口，以保障地下矿工的安全，以及由地下向地面运输效率的提升。受开采深度影响，不同深度的开采，应用不同的开采技术，以及会收获到不一样的经济效果，并伴随着矿井深度的增加，开矿的条件也越来越复杂，难度也越来越高，成本也随之提升。

1.2 地下采矿设备简介

（1）凿岩设备。现阶段我国所有的采矿部门在矿山开采中，仍在使用气动凿岩机，高效液压凿岩机在国外已经得到大范围推广并广泛使用，而在我国还没有进行必要的推广以及应用。我国虽然有自主研制液压凿岩设备，但都未得到大面积的生产、推广以及应用。一小部分开矿单位应用采矿凿岩钻车，但这些钻车设备多为进口，增加了采矿成本，且国内还没有自主研发并投入使用的先例。

（2）运输设备。电耙仍然是大部分矿山的主要出矿及运输设备，另外，一大部分矿山开始引进并应用柴油铲运机以及电动铲运机，部分矿山却仍在采用过去效率及收益低下的风动铲斗装岩机以及电动铲斗装岩机，机车用作牵引对石矿进行运送，有部分矿山则应用铲插机、立爪式装岩机进行装载，再应用梭式运输设备进行岩石运输。

（3）矿井的挖掘设备。矿井挖掘最常规应用到的方法是吊罐法，另外一部分占比较大的掘进方法是普通法，这种方法对劳动力的要求比较大，劳动力支出成本也会提升，以钻机作为主要挖掘设备的钻进方法,虽然有推广及应用，但范围小不普遍。目前我国地下矿山应用的凿岩机多为国产机型，天井钻机也多为国产机型，未来的应用目标一是要进行自主研发与推广，另外，就是要求自主研发与推广的设备水平赶超进口机器。

1.3 地下采矿技术简介

在地下矿山开采的过程中，常应用到的技术是充填采矿法和空场采矿法。

（1）充填采矿法。充填采矿法是一种人工支互的采矿方法。在采矿房或者矿块中，伴随回采工作面推进，于采空区输送填充物，从而进行地压管理、减少围岩崩落以及地表移动现象的产生，并且在填充物填充体上进行回采。这种方法广泛应用于开采现场围岩不稳定的稀有宝石或矿石；也应用于地表情况不稳定，采矿条件复杂的开采场地，如水体周围，大型建筑物的地下等。其方法的应用优势在于方法的适用性强，应用这种方式进行初步采矿，矿石的回采率高，工作现场安全可以保障，填充材料可以是工业上的废料或是部分生活垃圾，做到废物的合理应用，也保护了地表形态，但缺点在于工艺较为复杂、成本高。

施工中根据常用填充材料的不同，可以将充填采矿法分为3类。第一类，干式充填法。其主要应用的填充物是开采出的碎石、废渣等，经过打碎后，通过机器或人力输送至采矿区。第二类，水力充填法。其主要充填物并不是水，而是细砂、碎石，水力为主要输送途径，输送至采矿区。第三类，胶结充填法。它是采矿行业最早应用的充填方式，生产效率低，所需工程量大，导致采矿的成本升高，其主要填充物为水泥、砂石、碎石以及胶凝材料等混合而成的浆状物质，在物质凝固后具有极强的强度，能够作用于管道水力输送至采矿区。

（2）空场采矿法。该采矿方法是将露天采矿场的崩矿技术结合到地下采矿当中，在地下矿区的部分场地，先通过切割形成槽体，之后将切割好的槽体作为自由面以及补偿空间，应用大直径深空进行全阶段崩矿，由出矿系统将采矿区内崩落的矿石运出。地下矿山的持续采集包括矿区的连续回采、岩体矿体的连续开采、运送等。连续开采以及运输技术一直被认为是国家的重点攻破科技项目，国家对此投入巨大，并在实际的应用中取得了不错的成效。

崩落采矿法包括无底柱分段崩落法和自然崩落法。我国在无砥柱分段崩落法的应用上，始终存在不足。对这些缺陷进行优化，增大进路间距，提升可操作性，易于推广和应用。应用低贫化放矿技术，在矿层岩石面达到矿口时停止其放出，保障矿石面的完整，减少矿岩的混杂。此技术工艺要求低，操作简单，带来的收益大，推广前景广阔。自然崩落法的优势在于其产能大、成本低，适用于矿体较大、矿化均匀易崩落的矿区。拉低矿石面积，破坏矿区的内力平衡，之后形成新的平衡，矿石受新的自然力呈现周期装自然崩落。采矿设施方面，我国已经尽全力向矿区无轨化、自动化、半自动化方向发展，并取得较大进步，并研制多种铲运机、钻车、钻机凿岩机等设备。

2 地下矿山开采技术的发展趋势

无论是现阶段还是在采矿行业形成的初期，对于矿区资源的开采，开采过程中及开采作业后，对环境以及自然力的破坏与影响始终难以解决，如矿区在开采后，运输携带出的矿沙、碎渣等对地面环境造成污染，在大风天气中，由于风力的携带作用，将矿石砂粉尘吹散至空气中，对大气同样造成污染；再有，对地下矿产资源的过度开采，导致地下组织出现空挡，极易产生地表沉降以及地面塌陷等现象，危及地下作业人员以及地面行人、居民的生命财产安全。且地下开矿对于环境的影响不仅局限于对自然环境的破环，同时，也影响着人类社会的环境。我国的矿产资源蕴藏面积广泛，其面积占我国国土总面积的5.7%，并且煤田主要分布在我国西北、华北、东北、华东地区，而这些地区正巧为我国主要的经济开放区以及农业生产区，开矿对社会环境的影响，就体现在对农业生产系统、经济开放之间存在的冲突，既要保障在开矿中对于农田的破坏以及开矿场地对农田的占用，也要避免开矿对于地表形态、地面建筑的破坏，而影响城市面貌、贸易往来以及对外开放。所以在未来阶段采矿技术的发展趋势，主要是侧重于可持续发展以及对地表形态的保护。

例如在实际开采过程中，可以将全部的尾砂都应用到充填技术当中，将尾砂重新运输并填充到回采空区，既降低了沉降的可能，又实现了废物利用的持续发展理念。现阶段，在我国的地下开采作业中，空场采矿法的应用占55%，充填法则占有15%，可以在每一个矿区应用尾砂充填技术，解决尾砂的处理难题，也节省了场地、资金以及填充物的支出。

采矿工艺发展的主要方向是提升采矿产量，其探究的重点在于对充填采矿法、空场采矿法的改进，以及崩落采矿法中的阶段自然崩落采矿法与强制崩落采矿法的改善与提升，促进施工的低成本、高效率。研发高效率的大穿孔设备、液压凿岩设备、矿井钻进设备以及一铲运机为主要部分的运输设备，震动出矿和连续采矿的相关设备，采矿辅助设备等，尽最大能力实现矿山开采的无轨化，降低对自然环境的改造与破环，促进采矿的高效化与自动化、半自动化。促进采矿作业的机械化，研发设备，以提升设备安全性。未来加强对复杂地形、地质等采掘难度较大的矿区的开采研究，如深矿区开采、易碎矿体开采、老矿区的开采与二次开采，以及对周边环境的改善与对自然灾害的预防。

3 结语

地下矿山的开采对于自然环境的影响重大，尤其将影响到地表形态，造成地表沉降，地面塌陷等现象的发生，危及城市形态以及地下作业人员、地上行人居民的生命财产安全。在地下矿山的开采过程中，应用适当的充填开采技术及空场开采技术来有效抑制地表沉降现象的发生。在今后的开采技术发展过程中，可以以提升产能、环境保护为首要目标，从而降低矿山开采对环境的影响程度，促进矿山开采以及环境保护的双赢。

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TD67

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1671-0711（2017）12（上）-0180-02