金属矿山井下开采方法及安全管控措施论文

 

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　　摘要：随着社会的发展与科技的进步，冶金行业已成为了国家经济发展的重要命脉，其涉及到的领域十分广泛，如钢铁、有色金属、贵金属、稀有金属都属于其领域范畴。这些领域的存在与发展几乎均依赖金属矿山的开采，据调查显示，目前金属矿山所提供的矿产资源在相关领域内仍然占据了超过90%的比重，这不仅在一定程度上促进了国内经济的发展，更满足了随着社会发展而骤增的矿产资源需求量。因此，金属矿山的开采目前仍然是金属领域及矿业领域炙手可热的研究课题。针对这一情况，本文将对连续采矿技术概念、金属矿山的采矿现状进行阐述，并以此为依据分析科学的井下开采采矿方法，最后对其相关安全管控措施做出探究，以此为相关从业者提供理论参考。
　
　　关键词：金属矿山；井下开采；采矿方法；采矿现状；安全管控措施

　　近年来，我国采矿行业的发展日新月异，目前在井下采矿领域已应用了连续采矿技术，而连续采矿技术作为全球范围内广泛应用的一类采矿技术，其应用标志着我国的采矿行业已基本达到全球先进水平，基本实现了井下操作的智能化、机械化与连续化。金属矿山的井下开采涉及到的作业项目一般较多，就目前而言，其主要涉及的作业内容包括但并不仅仅限于施行安全维护、采矿施工的实施等等，这些内容皆是开采工程的重中之重，但在此之前，要确保矿建工程顺利开展，首先需要保证的便是矿建施工的质量，唯有对矿建施工的质量做出保证，井下开采采矿作业方才能够得以顺利开展，这已经对相关领域及单位带来了一定的技术要求。而与此同时，近年来随着我国基建工程等诸多工程规模的扩大，国家方面针对金属矿产时采矿力度也逐步增大，这更增加了金属矿山井下采矿的技术要求与开采压力。由此可见，为了同时确保金属矿的开采效率与质量，开采方面不仅需要熟练地掌握井下开采采矿技术与方法，还需要做好安全管控措施，实现经济效益、效率、质量以及安全系数的多向提升。

　　1　连续采矿技术概述

　　连续采矿技术可以从狭义与广义二种途径来理解。从狭义上来说，连续采矿技术可以理解为连续采矿作业线，目前比较常见的形式是在露天矿中采用“斗轮式挖装机配胶带机”而形成的露天矿连续采矿生产线，而在井下开采中。在这些生产线中，矿石能够源源不断地从工作面采出并通过自动运输技术与设备自动运输到集矿内，其优势在于能够确保各个工序互相衔接，确保采矿流程的连续进行。从广义上来说，连续采矿技术的意义比狭义上的意义更为自由，在广义上一般不再追求“并行作业”，而是将创新工艺一记设备对采矿工序做出组合，实现有机配合。相比起传统采矿技术，连续采矿技术在井下采矿时于资源调度方面有着得天独厚的优势，能够利用机械有效提高作业效率并同时控制作业成本。

　　2　金属矿山的采矿现状

　　前文提及的连续采矿技术目前已经在国内得到广泛应用，这标志着我国的采矿行业正式步入了全球先进行列。但这还远远不够，相较于许多连续采矿应用时间较长的发达国家，我国虽然在井下连续采矿方面已取得了显著的科研以及实践效果，但在开采效率与开采质量方面仍然与部分先进国家存有一定差距。

　　2.1　优质矿源不足

　　在针对金属矿山的采矿领域内，最严重的问题当属优质矿源的不足。对于采矿行业来说，矿源的优劣与采矿效率、质量以及安全系数存有直接关联。从目前来看，国内的金属矿山资源一般金属矿源较少，这就导致了一个问题，即大型金属矿源的总量较少，而中小型金属矿源较多，其中大多数负责中小型金属矿山的企业本身实力不足且技术不佳，作业成本较高，致使相关开发企业或单位利润降低，而相关企业或单位为了确保利润只能肆意开采，如此一来不仅导致能源虚耗问题，更会导致安全问题的发生。尤其从实际开采方面来说，井下开采的规模与复杂性远超其余类型的采矿工程，因而对施工技术与方法的要求更见严苛，而这也是目前我国诸多金属采矿单位存在的主要弊病之一，由于施工技术与方法不尽先进，施工进度本就无法得到保障，然而此时部分金属采矿单位还一味追求开采产量，是以安全事故频发不足为奇。换句话说，目前井下金属采矿工程多存在一定的“盲目性”，这种盲目性促使金属采矿单位对施工质量产生了忽视，转而将注意力尽数集中于开采进度之上，兼之开采单位投入的人力与物力不足，久之开采的质量与水平自然停滞不前。
 

 

　　2.2　井下采矿技术地域差距较大

　　目前国内的区域经济发展仍然存在较大差距，在经济发展阶段，地域的经济发展受各方面因素制约，让不同地域的经济发展产生了明显差别，而技术一般受经济催动，因而在技术方面也存在较大程度的地域性差异，井下采矿技术便是典型明证。在矿产较为丰富且土质较为坚实的地区，由于其井下采矿工作实施较早，因此井下采矿技术一般较为纯熟；而矿产资源较为贫瘠或土质较为湿润的地区，由于其井下采矿工作实施较晚，因此井下采矿技术一般比较落后。这一点从偏远地区方面便可以得知，目前我国境内部分偏远地区在井下采矿方面仍然未做到技术性的全面普及，即便应用了先进技术，采矿成本也相对较高，效率与质量方面也难得保证。

　　2.3　优质人力资源缺乏

　　人力资源是当代社会下最宝贵的资源之一，在当今信息化时代下，人工智能尚未得到普及，故此各行各业仍无法与人力脱离，金属采矿亦不例外，甚至其对人力的依赖性比其余行业较强，而这种强大的依赖性正是目前对金属矿山井下采矿质量构成影响的另一重要因素。在目前的井下采矿工作中，无论技术还是材料皆受人力控制，而由于管理与施工人员本身界具有一定的主观性，要对其实施彻底控制几无可能，举例而言，在井下采矿作业中常常会有由于管理人员或施工人员刚愎自用、自作主张而酿成大祸的事故发生，这种状况持续日久便成为了影响矿建工程施工质量的重要因素。

　　2.4　周围环境易遭破坏

　　在地下采矿时，其操作不合理或是受外界环境干扰易引起坍塌问题，而且还会导致地形变化，造成矿山在继续开采时产生矿山资源耗费问题。环境污染容度存在一定界限，于金属矿山采矿期间，若对其长远发展的规律无法提供较大的支撑，将会使之受到严重影响，期间会产生较大的大自然反噬现象，对于社会的发展造成阻碍。

　　3　常见的金属矿山井下采矿方法

　　所谓“采矿方法”，即确保采矿方能够以安全且经济的方式将处在矿块、矿柱以及矿房内的矿石开采出来的手段，其主要内容主要涉及对矿块的精准切割、对矿石回采以及对采矿区的处置等多方面的工作。经过调查与实践，在井下采矿方面的采矿方法一般通过对采矿地压的控制方法差异进行划分，目前国内比较常见的金属矿山井下采矿方法主要包括以下几类。

　　3.1　充填式采矿法

　　随着矿业开采的不断进行，原有的采空区很容易发生塌方。为此，必须采用充填方法将填料注满到采空区，作为支撑采空区防止塌陷的发生。这是确保矿井生产平稳、稳定的重要措施。在围岩不稳定的情况下，采用填充采矿法是一种有效的采矿方式。充填采矿通常用于矿山地质条件较差、运输不便等地区；在有火焰和水源的情况下，这个办法是可行的。采用充填技术可以极大地改善矿山的矿山安全，而且对于环保问题也较少。根据填料和填料输送的不同，一般将其分为三类。第一种方式为干填料，它是利用风能输送或机械输送的方式将砂物料送入矿山，这种方式通常用于欠发达的区域。然而，随着现代采矿技术的发展，这种采矿方式变得更加的陈旧和繁琐，而且其运行费用也十分昂贵，近年来，许多国家都放弃了采用该技术。第二种是水力充填法，即将水泥与填料混合均匀，形成一种泥浆，通过泵压法将填料送入采空区，在填料固化之后，可以为采空区的稳定输送介质。第三种是粘合，即用来填充混凝土；石灰、砂子和砂砾混合起来，由管子将这些混合物送入采空区。胶结填充不仅工艺简单，工作速度快，因此目前在国内井下采矿方面应用仍然较为广泛。　

　　3.2　空场采矿法

　　空场采矿法是指将采场分为两部分，逐个开采的采矿方法。第一部分是矿房，另一部分是矿柱。根据矿块和矿壁的结构差异及开采作业特点，该采矿方法可分为房柱采矿法、阶段采矿法和综合采矿法。这种采矿方法的最大特点是，采场室内的空场没有及时处理，而是用来进行放矿和采矿作业。矿房开采完成后，应按照矿房开采顺序在空场进行矿柱开采作业。空场矿柱布置形式及是否留设矿柱，应根据矿岩性质及开采形式确定。通常，这种采矿方法只能在围岩和矿石相对稳定的环境中使用。这种采矿方法允许矿区在特定时间内大面积暴露。值得注意的是，由于这种采矿方法具有一定的危险性，因此在安全处理方面应当投入更多的重视。一是加强顶板控制。对开采过程中产生的顶板、围岩及空间进行探测和观察，掌握上述移动、变形、变化的内容，以便在冒落发生前提出科学的预防措施，确保采矿作业人员及设施的安全。其次，根据监测信息、岩石力学和矿体地质情况，选择爆破形式和回采顺序，减少冒落危害。此外，根据矿石品位大小、破碎带位置、地质构造、采场面积及结构选择科学的矿柱和矿柱管理，以及地压和顶板养护。最后，返回矿房时，不要损坏顶板。在进行深孔爆破时，要严格控制钻孔深度和方位，不得穿过临时回采矿柱。其实我国在多年的发展过程中就可以熟练的运用这种方法，我国对这种方法的认识和运用能力已经非常成熟，所以它具有比较大的运用范围。

　　3.3　深井开采法

　　目前国内的浅层金属矿山资源正处于不断减少的状态下，在这种情况下，深井开采法也就因此而诞生，这种开采方法主要用于对大地深处金属矿产进行开采，这里的“深井”一般指实际深度大于一千米的矿山。在金属矿山井下采矿领域内，深井采矿算得上最“精髓”的部分，在实际采矿时，深井采矿不仅难度较大，整个采矿工作也比较困难，作业顺序相对冗杂。与此同时，深井采矿的过程既还要处理矿井高温与高地压等问题，保证在矿山开采时严格控制开采场地地压和运输问题等情况的出现。

　　3.4　崩落开采

　　采用这种采矿方法是为了严格管理地压。采用多种方法使围岩坍塌，充填采空区。这种采矿方法多用于围岩不稳定、矿体基态相对稳定的情况。值得注意的是，在采用该方案和采矿方法之前，有必要制定一个规范的、详细的方案。在具体操作中，一定要严格按照预期的规划步骤进行处理，防止安全事故的发生。围岩崩塌后，应立即运矿，将废石充填采空区。最后，要高度重视围岩支护作业，以保证金属矿山开采的正常发展。
 

　　除了上述的四类采矿方法外，其余采矿方法还有很多，如收缩采矿，技术指标比较显著，效益较高。在选择采矿方法之前，采矿方应事先详细调查采矿技术条件和地质环境，以便采用最适合的采矿方法进行采矿，在确保采矿效率和安全性的基础上灵活选择采矿方法，如此方可对采矿效率与质量提供保障。

　　4　金属矿山井下开采安全管控措施

　　相比起过去，金属矿山的井下开采安全性提升了不少，开采方一般会严格按照法律，法规要求落实各项安全措施，因此出事故的几率比较小，但是由于地下的未知因素偏多，加上矿山劳动强度偏大，工人注意力不可能一直保持集中，因此仍然属于高危行业。针对这一情况，开采方必须持续加大安全管控力度。依据当今金属矿山的实际状况，比较有效的策略主要包括以下几点。

　　4.1　爆破安全管理

　　爆破作业是金属矿山井下开采比较常见的作业类型，同时也是最容易出现事故的作业类型。要想避免该类作业所导致的安全事故问题，首先就要从严格规范爆破安全制度入手。第一，爆破技术人员必须接受过严格的爆破技术训练和专业的安全教育，并能够掌握科学精确的爆破安全规程和正确的安全操作方法。第二，爆破作业的爆破准备、药包加工以及爆破检查等环节都必须保证科学、准确和无遗漏。第三，在正式进行爆破之前，还要对爆破环境以及天气情况等进行了解，严禁在夜间、雷雨、黄昏等时间实施爆破作业。除了以上三点外，在每次进行爆破前，采矿方都应当二次确认炮孔，确保未出现卡孔、积水等问题，最终起爆前需确保所有人员撤离至安全地点。同时爆破完毕后，相关人员还要能够严格按照规定的等待时间进入爆破地点进行检查。

　　4.2　采装安全管理

　　虽然目前国内许多矿山井下开采工程实现了机械化，但以金属矿采装为主的许多工作仍然需要人力完成，作为持续时间最长的人力工作，采装安全自然而然就成为了井下开采安全管控的重要构成部分。在采装安全方面，比较重要的内容主要是挖掘机、装载机的装载问题与其余各类设备、车辆的运转以及运输问题。在此方面，采矿方需要确保以下内容。一，挖掘机以及各类设备的报警问题，即确保挖掘机及其余设备的警报器与喇叭状态良好，在实施各类作业前发出相应信号，同时在其工作时，应当确保没有人在挖掘机工作面内活动与停留。二，禁止向相关的运输设备装载过满和装载不均，以免引起翻车等意外事故，在实际装卸货物时，汽车司机不得无故停留在司机驾驶室以及装载设备活动范围之内。在实际装载期间，严禁工作人员在活动区以及工作区内吸烟。

　　4.3　防尘管理

　　由于井下开采本身处于一个相对封闭的空间，且工作本身又极易产生尘土，因此必须做好相应的防尘措施，一来避免烟尘对工作人员的生命安全及身体健康带来危害，二来污染问题的发生。一般而言，对采矿方来说，最科学的防尘措施当属于确保封闭尘源，在封闭尘源的管理下，采矿方还需要做好个人防护工作。一般而言，比较有效的措施主要包括以下几点。第一，矿山井下采矿在生产过程中难免会在采矿过程中接触到有效物质，为了祛除这些有效物质，最好的方法无外乎通风排毒。第二，当发现出现意外泄露等问题时，一定要先采取通风排毒措施、穿戴好相关的防毒面具之后才能进入现场，实施抢救。最后则是建立健全科学的卫生设施，做好定期健康检查与环境监测等。

　　4.4　防水及排水管理

　　防水排水是井下开采最重要的作业项目之一，对于整个矿区安全有着巨大的影响，因此，无论是进行设计以及施工过程中都要确保工程的科学性和有效性，确保其安全无误。在常规的矿区排水设计过程中，一般有以下四种排水设施：第一种是具有山坡特征的金属矿，针对这种矿，一般可以采取实施自流排水系统。第二种则是适用于过水面积较小，水流量不大的矿区，针对这种矿，可以使用底部集中排水系统。第三种适合那些开采较深，水流量较大的矿区，也就是使用分段截流排水系统。还有一种是适用于涌水量非常大的金属矿，这种矿区可以采取地下井巷排水系统。这四种排水系统可以相互使用，因实际情况而使用。除了排水需要注重以外，防水也要注重，在日常矿区运作中，对于一些防水的设施和防水材料也要经常性地进行检查，确保其在出现问题时能够第一时间派上用场。

　　5　结语

　　综上所述，金属矿山的井下开采是金属采矿方面最重要的地下工程类项目，它不仅需要依据金属矿山的时机状况灵活选择开采方法，还需要做好安全管控措施，令开采效率、质量以及安全性得到全面保障。在后续的发展中，采矿方还需要不断引进新技术与新理念，建立“数字矿山”的未来矿山新体系，通过自动化运输设备、遥控采矿技术、采矿机器人项目几设备的发展促进采矿业的智能发展，实现人工采矿到“无人采矿”的转变。