采矿技术在采矿工程中的运用与施工安全研究

李强

（五矿二十三冶建设集团有限公司，湖南长沙 410000）

0 引言

采矿是指开采地壳内以及地表资源，比如煤、石油、非金属矿石等。良好的采矿技术不仅能大幅缩短施工周期，还能提高采矿作业效率，降低对生态环境的破坏，减少不必要的经济支出。

1 采矿工程中采矿技术的运用探究

1.1 露天开采

露天开采是指将矿体上端覆盖物清除，并从敞露地表的地区完成所需矿物获取的过程（图1），相较于传统的地下开采，露天开采的资源利用更充分，贫化率较低，适用于大型机械装置施工，能够保证高产量、高劳动生产率。其施工流程主要分为：①穿孔爆破。施工人员需要预先在采场矿岩地区开凿出一定深度的定向爆破孔。并对矿岩采取松动处理，之后要准备好冲击钻机、压轮钻机、铵油炸药和乳化炸药。②采装工作。需要施工人员利用运输装置将矿岩装卸到指定作业地点，比如挖掘机、轮斗铲等。③运输工作。需要施工企业将矿、岩分别运到选矿厂以及排土场，在运输方式的选择上需要充分考虑气候条件、露天矿生产能力以及围岩物理力学性质，确保选择的运输方式具有良好的经济性。④排土工作。是指将露天场剥离的表土与岩石送到废石场进行排弃处理。但要注意该工作在采矿过程中存在一定不足之处，即为了满足大量岩石的排弃要求，需要露天矿深度较大，这就导致工程占用的农田偏多，设备购置费用较高。同时露天开采容易受天气因素影响，存在一定的应用限制。

图1 露天开采

1.2 井下开采

井下开采是最直接的开采方式，适用于煤炭埋藏较深的施工环境（图2），其开采技术主要分为以下两种：①柱式采煤技术，是指在采矿区域构建煤柱作为巷道支撑，而在回采过程中则利用爆破的方式保证工作效率最大化。该技术所形成的工作面较小，通常需要实现多种作业方式来满足开采要求，其优点在于采煤方法的可操作性较高，成本支出偏低。缺点在于受周边环境影响较大，在开采前需要优先完成地质勘探，明确煤层地质结构，从而制定合理的挖掘深度。②长臂开采技术，由于煤矿分布状况复杂多变，难以准确把握分布规律，因此在部分地形复杂的矿层便需要采取长臂开采技术，利用先进的机械设备，借助轨道运输的方式、一体化的运输过程，使矿岩在胶带上被快速运出。该开采技术的煤矿开采效率极高，能够起到优化巷道布置，降低矸石排放的作用。

图2 井下开采

1.3 空区处理

空区处理主要是利用机载激光点云、GIS 平台实现测绘成果以及影像纹理的导出并制作成三维模型，最终形成可视化的管理平台，如图3 所示。当前该平台已被投入到环境相对复杂的矿区中用以完成信息探测，帮助施工人员更全面地了解空气、积水等信息，使作业人员可以更准确地判断矿区安全风险程度。

图3 三维可视化空间

1.4 深部采矿

深井开采是指在开采深度超过800m 的矿山进行开采，该技术适用于地压较大的开采环境，能够有效实现水力提升，改善地表环境，其主要应用方法可分为以下两种：①空场采矿法。是指依靠围岩稳固性以及人工支柱实现采空区的支撑，允许大面积的矿床暴露，作业人员需要将矿块分为矿房与矿柱，依照先采矿房，后采矿柱的施工原则，进行围岩支撑力的地压管理，确保开采空间始终维持敞空状态。②崩落法。是指借助深孔爆破的形式使采空区土岩崩落，完成采空区的充填，并及时用碎石、水砂、混凝土进行填充，起到支撑顶板、减少覆岩土体压力的作用。在施工过程中要注意将平地矿沟壑保留下来，并回收矿区内的矿柱，最后再完成矿量回收工作，保证矿床开采资源的最大化利用。

1.5 倾斜矿体开采

倾斜矿体开采主要分为以下3 种形式：①缓倾斜矿体开采。是指倾斜度在25°以内的矿体开采，要求矿体厚度处在薄层与中层之间，岩体稳定性良好，需要施工人员依照岩体力学属性决定矿柱尺寸与连续性。当矿产资源开采完成后要优先完成矿柱价值评估后才可进行回收处置。②倾斜矿体采矿技术。倾斜矿体的倾斜角度在25°~45°之间，适用于矿层厚度在中厚级以上的施工环境。在开采过程中需要预先将厚煤层分成多个与煤层层面平行的分层，之后逐层进行开采。要求施工人员充分结合岩体力学性质进一步确定矿房大小，借助分条布置形式，方便大型机械设备的应用，同时要配合向下爆破以及预控顶技术，通过持续循环的方式进行定点截割，并辅助运输系统、支护系统的运行，使矿山开采工作更高效、更安全。技术人员在作业时要充分掌握截割工作的应用要点，比如截割距离必须控制在1.2m 以下，且不低于1m，以此确保矿体能够有效分离，不会出现黏连、短接的情况，产生危险事故。同时截割作业的开展流程必须按照巷道顶板、煤体切割、持续循环的既定顺序进行，并对截割机和截割头定期维护，确保老化、磨损现象能被及时发现并解决，保证截割工作高效、稳定。③急倾斜矿体开采。是指倾斜角度超过40°的矿体，需要借助分段空场法，实现放矿漏斗的扩大处理，在矿房上进行切割拉底平面，将其作为矿房落矿的自由面，之后利用中孔凿岩机在各分段平巷内凿出扇形炮孔。最后完成装药爆破[1]。

1.6 矿井填充

填充开采是指利用填充物对已经开采的空白地区进行填充（图4），其目的在于支护采空区两侧的岩石，为上层回采提供立足底板，适用于矿石与围岩稳定度较低的施工环境。该技术的优点在于工程量较小，矿石损失较少，能够有效避免因矿床导致的内因火灾形成。同时要求施工人员预先完成巷道支护工作，通过利用锚杆支撑的原理，使矿山整体结构保持稳定，并运用锚杆钻机加快巷道支护工作的开展，减少人工的使用，以此减少人为操作失误产生的可能。此外，工作人员在进行作业时要把控好锚杆间的距离，使网片搭接的实用效果得到最大化发挥，从而提高支护流程的质量与效率。除此之外，还要预先进行钻眼工作，并为其使用超前支护，保证液压支撑系统的高效运行，能够切实起到保护工程稳定性的作用。

图4 充填采矿法

2 确保采矿工程施工安全的有效对策

为了确保采矿工程施工能够安全开展，确保制定的相关对策科学、合理，具有一定的针对性，需要对以下影响采矿工程的相关因素进行深入了解。①地质构造。地质构造是影响采矿工程最为关键的因素，不仅涉及煤岩层的坚硬程度、矿区构造等内容，还包括顶部与底板的稳定性、掘进面的出水量等，这些要素都会对矿山的掘进速度产生影响，并且如果相关数据无法满足正常的施工标准，很容易在挖掘过程中出现坍塌、陷落的情况，危及人员的人身安全，造成巨大的经济损失。因此在开采的过程中要严格控制顶部的间距，为后续支护工作打下夯实的基础，并确保岩巷掘进的工作效率[2]。②人员技术水平。现阶段许多煤矿企业为了追求高生产量，提高企业的运营收入，缺少完善、有效的管理机制，没有结合长远发展的战略方针进行综合考虑，使进行开采的技术人员大多存在技术能力不强、思想理念落后的问题，部分人员甚至没有接受系统化的培训与教学，便上岗进行挖掘工作。这样不仅难以有效完成开采工作，还无法充分发挥相应设备的功能，在降低掘进速度的同时，也使企业的经济负担进一步加重。

2.1 完善管理制度

①要制定详细的管理规定与条例，使管理人员能够依照相关要求，开展高质量的管理工作，保持现场的井然有序，按照计划流程完成相应施工环节，并明确规定安全管理的内容，要求施工人员严格遵守，不得擅自进行项目的修订与更改，要做到事无巨细地向管理人员汇报各阶段的工程进度，使现场管理得到切实有效的控制，避免潜在安全隐患。②落实人员的工作责任与工作义务，培养其良好的使命感与责任感，意识到岗位职责，能够认真、严谨地对待安全管理工作，并对因自身问题导致的安全事故负责，保证建设工程的有序进行。③建立监督巡查体系，对施工现场的安全问题进行全面彻底的排查，督促相关人员尽快做好预防措施，同时要加强电子设备的应用，安装监控设备，使信息能够传递至控制室，以此实现远程管理的目标，降低安全风险产生的可能性。④做好部门间的协调工作，完成资源、数据、信息的及时共享，提高部门间的协作性，使工序衔接、技术交底等工作有效开展，例如，当采购部门购置材料、设备时先要与设计部门和工程部门取得交流与沟通，明确材料的规格与性能，控制好资金的投入量，提高材料的性价比；当设计部门绘制施工图时，需要联系检测部门，根据其提供的地质信息和水文情况，制定符合施工要求的工程图纸，以此保障施工质量。

2.2 做好安全管理工作

①建设单位要做好工程地质的勘查与检测，确保周边环境满足施工要求，在进行数据测量时可加强人工智能系统和神经元网络的应用，将勘测数据上传至云平台完成信息参数的在线比对，由相关程序分析数据产生差异性的原因，以此提高信息精确性与准确度。②加大污染控制力度。大量的废弃物和有毒、有害气体不仅会影响工程的有效开展，降低施工的安全系数，还会对人体健康产生危害，破坏周边的水文、土质，扰乱居民的日常生活，因此做好污染整治工作势在必行。针对产生的固体废弃物进行过滤处理，将污染性高的大颗粒物质进行降解处理，确保其污染性彻底消除后再完成排放工作。而对于生活废水则需要进行稀释处理即可，使污染物浓度达到安全标准后才能直接排放，对于施工过程中产生的有害气体，则要安装排风装置，使气体被有效收集过滤。③资源的合理使用。提高资源的二次再利用既是减少污染的有效措施，也是保障企业经济效益的重要手段，建设单位要制定严格的资源使用要求，使相关人员做好资源的回收再利用，例如，材料试验过程中使用的水资源可二次用于现场清洗环节，安全设施布置中剩余的边角料可用于漏缝修补工作[3]。

2.3 增强意外情况的应对能力

一方面建设单位可利用VR 技术和BIM 技术，帮助人员随时随地进行意外情况的模拟与训练，加强其实际感受，更好地丰富意外情况的应对经验，避免由于恶劣条件产生慌忙、焦虑的情绪，从而导致安全事故的进一步扩大。同时建设单位要组织人员定期外出培训，通过观摩与实地学习知名企业的工程建设，借鉴与掌握优秀的风险应对技巧，结合自身特点与工程需求，提高意外情况的应对能力。另一方面要做好恶劣环境的预测与分析，提前制定风险防范措施，例如，针对暴雨、暴雪天气，要加强对水文、气象资料的收集与统计，了解恶劣天气产生的时间，从而避开开工周期，提高施工现场的管理效率，而对于可能产生的漏电问题，则加大用电安全管理力度，从根源上解决此类问题的产生。

2.4 加强危险源的监测与评估

建设工程的危险源种类繁杂、数量众多，在施工过程中，很难将全部因素考虑到位。但风险预控管理体系能够根据数据库内的相关案例进行高效识别与搜索，并结合实际施工环境，实现精准检测与评估，以此进行危险源的全面排查。例如，风险预控管理体系要求地质勘测数据的高精确度，并可以通过数据系统将相关参数上传至云端，进行信息比对与分享，从而确保开采过程中不会由于地质问题产生相应安全事故。同时，风险管理的具有极强的预警性，能够对工程开展过程中出现的风险因素进行全方位评估，并确定危害的影响范围、伤害程度以及形成概率，最后由管理人员制定预警方案，从而将事故损失降到最低。

2.5 优化作业区的通风管理

一方面要避免矿区瓦斯超标，检查好通风死角，及时清理巷道杂物，并在采矿区上隅角采取局部通风处理。另一方面要实现矿井系统的优化，改善通风条件，提高通风效果，充分掌握矿井通风阻力，利用通风机（图5）确保井下空气温度与湿度符合安全标准[4]。

图5 通风机

3 结论

综上所述，通过对采矿技术在采矿工程中的运用与施工安全进行分析讨论，确保采矿工程安全开展，进一步规范施工人员的开采行为，加强生态环境的保护，提高采矿企业的经济效益，避免安全事故的产生。