井下采礦技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探析

田本強(qiáng)+苑雪燕

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)于井下采礦技術(shù)的要求也是越來越高，一些新工藝、新方法以及新的設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，不僅提高了采礦效率，還提高了采礦質(zhì)量以及安全性。文章介紹我國(guó)礦產(chǎn)資源開采的現(xiàn)狀，包括井下充填技術(shù)的發(fā)展、井下深部開采技術(shù)發(fā)展、井下支護(hù)技術(shù)發(fā)展、井下開采設(shè)備的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上對(duì)于井下無人探測(cè)技術(shù)進(jìn)行了一定程度的分析。

關(guān)鍵詞：技術(shù)；提高；發(fā)展

我國(guó)礦產(chǎn)資源比較豐富，礦產(chǎn)資源消耗也比較大，這就要求我們加快礦產(chǎn)開采速度和規(guī)模，更好的滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，但是同時(shí)也會(huì)造成資源過度開采，致使環(huán)境過度破壞，為此我們應(yīng)該在開采礦產(chǎn)的同時(shí)更加注重環(huán)境的保護(hù)。這也會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定的制約。井下開采技術(shù)是一個(gè)統(tǒng)稱，是由多種不同的開采技術(shù)組成的，不同的開采技術(shù)適合不同的采礦環(huán)境。長(zhǎng)壁開采技術(shù)是較為常見的一種礦產(chǎn)開采方式，其主要適用于煤礦井下開采，此種開采方式具有效率高、礦產(chǎn)初品質(zhì)量穩(wěn)定以及作業(yè)環(huán)節(jié)比較安全的特點(diǎn)。長(zhǎng)壁開采工藝不能適用于金屬礦開采。由于井下作業(yè)復(fù)雜，不確定因素很多，都會(huì)影響著井下作業(yè)人員以及設(shè)備的安全，為此采礦會(huì)投入大量的人力、物力以及財(cái)力，勢(shì)必會(huì)加大企業(yè)對(duì)于開采的成本，針對(duì)于以上情況談一下我國(guó)礦產(chǎn)資源開采的發(fā)展趨勢(shì)。

1 我國(guó)礦產(chǎn)資源開采發(fā)展

1.1 井下充填技術(shù)的發(fā)展

井下采礦技術(shù)種類比較多，常見的有干填充技術(shù)、尾砂膠結(jié)技術(shù)、碎石水泥漿膠結(jié)技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及對(duì)于采礦要求的提高，這些一般的開采工藝并不能夠滿足礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的需求。為此，科研人員正在相關(guān)工藝和技術(shù)方面開始公關(guān)科研，相信隨著技術(shù)更新，較為傳統(tǒng)的采礦模式將會(huì)向高濃、高尾砂方向發(fā)展，此種開采工藝不僅可以在一定程度上降低膠結(jié)材料的使用量，還能夠節(jié)約大量的經(jīng)濟(jì)投入，在改善機(jī)械設(shè)備使用條件以及環(huán)境方面有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 井下深部開采技術(shù)發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)大開發(fā)，礦產(chǎn)資源地下儲(chǔ)量也在逐漸減少，如何更加高效開采礦產(chǎn)資源成為了我們亟需解決的問題。井下深部開采技術(shù)在一定程度上可以解決上述問題，同時(shí)還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益，這里提到的社會(huì)效益主要是指采礦技術(shù)升級(jí)以及轉(zhuǎn)型所帶來的間接利益。深井開采技術(shù)在我國(guó)起步較晚，一些關(guān)鍵技術(shù)和工藝還尚處于初級(jí)階段，另外還由于井下深部開采的一些不確定因素所造成的影響，所以在實(shí)際井下開采過程中會(huì)帶來一些惡性不良情況，比如可能會(huì)引發(fā)礦震災(zāi)害和爆破事故等問題。為此，企業(yè)應(yīng)該在深部采礦技術(shù)方面多投入人力和物力、財(cái)力，加大科研力度，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)采礦事業(yè)良性發(fā)展。

1.3 井下支護(hù)技術(shù)發(fā)展

由于井下采礦是一種高危險(xiǎn)性的作業(yè)，所以井下支護(hù)對(duì)于采礦是非常有必要的。按序以及按照工藝進(jìn)行井下礦石開采，不僅可以保證開采環(huán)境安全，還可以保護(hù)開采設(shè)備運(yùn)行處于良好狀態(tài)。隨著井下開采技術(shù)的提高，井下支護(hù)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，錨桿桁架支護(hù)技術(shù)是一種較為全新的工藝。錨桿桁架利用高強(qiáng)度鋼桿以及兩個(gè)漲殼式錨桿結(jié)合形成，該技術(shù)性能可靠，安裝方便，所以在井下開采方面取得了較好效果。新型井下支護(hù)技術(shù)不僅可以避免采礦安全性，還可以進(jìn)一步提高采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益以及社會(huì)利益。

1.4 開采設(shè)備研究分析

隨著科技的發(fā)展，未來井下開采設(shè)備在技術(shù)方面將會(huì)有質(zhì)的提升。以常用的采礦設(shè)備來說，未來的設(shè)備將會(huì)更加智能化、可控化、易用化，采礦設(shè)備的工作效率將會(huì)逐步提高，安全性能也會(huì)得到提升，這樣的結(jié)果與目前人們對(duì)設(shè)備性能的訴求是相吻合的。目前國(guó)際上對(duì)于井下無人采礦技術(shù)裝備導(dǎo)航與控制研究正在逐步開展，針對(duì)于深井礦床開采技術(shù)條件，采用仿真技術(shù)，研究礦床開采環(huán)境的虛擬化、對(duì)于采礦環(huán)境虛擬建模以及機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)化對(duì)于深井礦床開發(fā)有著非常巨大的潛力。

1.4.1 無人采礦仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

無人采礦仿真技術(shù)主要利用控制理論、相似理論、系統(tǒng)統(tǒng)籌學(xué)以及計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，對(duì)采礦過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬以及仿真分析，探究采礦各個(gè)環(huán)節(jié)中的行為，揭示無人采礦環(huán)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù)，為無人采礦工藝的提高提供技術(shù)支持。我國(guó)采礦工藝以及機(jī)械設(shè)備與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家有著一定的差距，國(guó)外激光雷達(dá)在移動(dòng)機(jī)器人方面已經(jīng)頗有建樹，激光雷達(dá)位姿應(yīng)用已經(jīng)得到廣大礦山的關(guān)注。這主要是由于基于激光雷達(dá)的位姿可以較為快捷將采礦信息集成到其它基于激光雷達(dá)的算法中，比如障礙物監(jiān)測(cè)以及跟蹤，不需要任何標(biāo)定措施，可以有效提供采礦準(zhǔn)確度、安全性，還可以大幅度降低開采成本。由于井下開采作業(yè)的高復(fù)雜性以及高度危險(xiǎn)性，電子信號(hào)穿透性較弱，此時(shí)會(huì)限制GPS定位系統(tǒng)以及其他視覺可視設(shè)備的正常使用。仿真技術(shù)的研究與相關(guān)設(shè)備開發(fā)，可以緩解我國(guó)井下礦產(chǎn)開采效率低、安全保障薄弱對(duì)于我國(guó)礦產(chǎn)開采的影響，對(duì)于推動(dòng)礦產(chǎn)開采以及加工也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。井下無人開采技術(shù)和設(shè)備可以使生產(chǎn)一線工人從危險(xiǎn)、艱苦、繁重以及重復(fù)性的體力勞動(dòng)中解放出來，可以為社會(huì)帶來不可估量的現(xiàn)實(shí)意義

1.4.2 遠(yuǎn)程通訊技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)

通訊系統(tǒng)可以及時(shí)、高效地把傳感器所感受到的信息傳給礦產(chǎn)開發(fā)管理人員，然后將加工的指令傳輸給實(shí)際操作人員，從而對(duì)于礦產(chǎn)開采進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在有必要的情況下通過人機(jī)接口對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控操作。我國(guó)目前在一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)井下定位的系統(tǒng)方面投入了廣大了人力和物力，設(shè)計(jì)了大量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停诖朔矫嬉蔡岢隽艘恍┙鉀Q處理方法，該系統(tǒng)可以研究礦井安全監(jiān)測(cè)技術(shù)問題，包括：基于射頻信號(hào)強(qiáng)度的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置定位方法，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)結(jié)合的精確定位方法，連接井上以及井下有線通信系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)人員以及設(shè)備的精確定位。可以提高管理人員對(duì)于井下開采作業(yè)管理力度，提升安全管理水平。

我國(guó)在相關(guān)技術(shù)方面不斷創(chuàng)新和應(yīng)用可以打破發(fā)達(dá)國(guó)家在先進(jìn)采礦設(shè)備研發(fā)以及生產(chǎn)方面的壟斷地位，提升我國(guó)機(jī)械成品化、先進(jìn)化以及高效化水平，使我們?cè)O(shè)備更具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。井下無人采礦設(shè)備仿真技術(shù)對(duì)于礦床開采環(huán)境、設(shè)備參數(shù)、工況參數(shù)、工藝流程、行為參數(shù)以及信息傳輸以及控制模擬，建立應(yīng)用于不同開采環(huán)境的無人控制系統(tǒng)，通過分析開采工藝指標(biāo)以及效果，進(jìn)而研發(fā)出更能適應(yīng)不同開采環(huán)境的生產(chǎn)工藝，為礦山開采以及礦產(chǎn)加工提供一定的科學(xué)理論數(shù)據(jù)。為提高我國(guó)地下開采礦山管理水平，優(yōu)化開采環(huán)境，促進(jìn)礦產(chǎn)制品提升有著關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義。

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