現代化采礦工藝技術在采礦工程中的應用探究

秦 寧

(山西忻州神達南岔煤業有限公司，山西 忻州 036700)

引 言

我國是能源消耗的大國，礦產是能源、科研等行業所必須的資源之一，在社會經濟的發展中占據了較大的比重。現代化工業的發展使得采礦的機械化程度不斷提高，為采礦業帶來了諸多便利。對于企業和工作人員來說，現代化的采礦工藝不僅提高了采礦的效率和生產力水平，同時也極大地增加了開礦工作的安全性。針對目前采礦工藝的特點，結合采礦工藝中的難點，分析現代化采礦技術的不足，并對其發展前景進行探究是具有重要意義的。

1 采礦工程存在的問題

采礦工藝技術在礦產資源的開采中占據著十分重要的地位，隨著相關工藝的升級，使得采礦的效率、安全性逐漸提高。隨著現代化信息、智能技術的發展，采礦工藝技術也在不斷的改進和完善，在未來較長的一段時間內，采礦工藝技術仍將有較大的上升空間。在現階段，采礦工藝技術仍存在著一些技術和環保等方面的問題。

1.1 技術問題

在以往的采礦工程中，人工開挖所占的比重較大，機械化水平不高。隨著近年來我國工業水平的提高，機械采礦所占的比重越來越大。但是對于一些圍巖較差、開采難度大的礦區，需要更自動化、智能化的設備以完成相應的開采工作。提升開采效率、降低開采風險仍然是技術層面需要不斷優化的目標。

海洋資源具有巨大的開采潛力，在對于海洋資源的開采中，目前已實現對海底石油的有效開采。但是如可燃冰、海底天然氣的開采，在技術方面仍存在較多未解決的難點。

1.2 環保問題

礦產資源的開采往往伴隨著環境污染問題的出現，過去粗放型的采礦模式已對自然生態造成了大量負面影響，如山體滑坡、崩塌等自然災害均與礦產資源的開采有關。除此之外，礦山開采還會帶來植被破壞、水體污染和生物多樣性下降等不良的生態影響。在海底石油的開采中，曾多次出現因石油泄漏而引起的海洋污染現象[1]，對海洋生態和海洋生物多樣性造成了嚴重的危害。

因此，必須重視礦山開采對于自然生態環境的影響。積極做好礦山綠色開采和已破壞地區的生態修復是社會發展中迫在眉睫的任務。

2 現代化采礦工藝技術的應用

現代化采礦工藝技術是對傳統采礦技術的不斷完善和發展，不僅在技術上實現了更新迭代，使得采礦工作的的效率提升、采礦成本下降以及采礦的安全性提升。同樣重要的是現代化采礦技術使得開采過程趨于環保化，對生態環境的負面影響逐漸降低，目前常見的現代化采礦工藝技術有以下幾種。

2.1 空場采礦技術

空場采礦技術是近年來在采礦工程中應用較多的一種工藝。與其他采礦技術相比，空場采礦技術的開采效率較高。通過將礦區的開采區域進行分區，形成了兩個不同的礦區。這兩個礦區分別為礦房和礦柱，其施工作業形式是不同的。

在進行礦區開采工作時，先對礦柱區域進行開采，開采完畢后對礦房區域進行回采作業。當礦區的結構存在不穩定因素時，則只進行礦房區域的開采。

對礦房進行回采時，需要利用圍巖和礦柱的支撐進行開采工作。當完成礦房區域的開采時，再將礦柱區域進行完全回采。

在回采工作完成后，需要對采空區進行處理。對采空區進行處理時，需要填充相應的材料或搭建支架，防止地表的下沉和采空區內部的塌陷。

2.2 崩落采礦工藝技術

崩落采礦技術是先對礦洞中的地質情況進行探明，然后對穩定性較差的圍巖進行崩落處理的一種開采工藝。采用崩落采礦技術可以有效排除礦洞內的不穩定圍巖危險，為正常開采提供安全的開采環境。

崩落采礦技術根據有無底柱分為兩種形式。其中，底柱分段崩落法需要對底柱的高度、橫斷面的尺寸進行測量，以便對漏斗之間的間距、分段高度等進行科學合理的設計。在進行底柱分段崩落法時，需要相關工作人員進行現場參數的獲取。當底柱為漏斗型時，則需要將底柱的高度設計為5 m～7 m，設計分段高度為11 m～13 m。相比于底柱分段崩落法，無底柱分段崩落法的自動化化程度較高，對人力的要求較少，較底柱分段崩落法更為安全。

值得注意的是，當使用崩落采礦工藝進行開采工作時，應注意崩落的圍巖不能對礦區的結構穩定性造成影響。

2.3 溶浸采礦工藝技術

溶浸采礦工藝技術的原理是利用化學試劑與礦物之間的化學反應作用，對礦產資源進行處理，使礦物從固體轉變為液態進行開采。通過將與已知礦物對應的化學溶劑注入礦層中與礦物發生反應，將礦物從礦石中分離出來，進一步將轉化的液體進行收集，完成礦物的采集工作。

采用溶浸采礦工藝技術時，需要在開采之前對開采部位進行準確的地質勘察，明確各地層礦物的分布、類型，以便選取合適的化學溶劑。

溶浸采礦工藝的優點是安全性較高，且較為環保，在今后的采礦工程中有著較好的發展前景。

2.4 充填采礦工藝技術

當遇到礦區圍巖的穩定性較差、開采深度較大等復雜的開采條件時，往往采用充填采礦工藝技術進行開采。充填采礦工藝的原理是將礦區的空缺部分使用特定的材料進行填補，以達到支撐的作用，為開采提供安全的作業空間。充填采礦技術的應用，使得礦區的結構穩定性性增強，提升了開采的安全性。充填采礦技術根據礦區的結構、回采方向等因素，以及充填材料和運輸方式的不同，分為以下幾類，如表1所示。

表1 充填采礦技術的分類

在實際應用中，應根據結構特性、圍巖性質等確定合適的充填方法進行充填開采工作。

3 現代化采礦技術的發展前景

3.1 礦山災害預警機制

在采礦業的發展歷史中，幾乎每一年都有大量的礦難事故發生。因此，礦山預警技術具有較大的發展前景。結合當前高度信息化的通信技術和人工智能，研發全方位的采礦智能預警系統，可以從勘探、開采、運輸等多個方面對礦山的潛在風險進行預警，降低采礦事故發生的可能性，保障人員的安全。

3.2 智能采礦技術

隨著5G網絡和互聯網技術的不斷發展，機械的智能化程度越來越高，人工智能已逐漸在多個行業中實現了成功應用。在智能采礦方面，已有相關的煤礦采用5G技術進行開采工作[3]，極大的加強了開采的信息化、自動化、安全化等。

在人工智能和通信技術的發展下，采礦模式將逐漸向無人化、智能化發展。已有相關研究[4]表明，5G技術可用于礦山的遠程無線操控中。即相關技術人員可在地面上進行地下機械的操作工作，遠程指揮礦井內的機械進行采挖，極大地提升了開采的效率和安全性，是未來礦井采礦的趨勢。

3.3 綠色采礦工藝技術的發展

在提倡綠水青山就是金山銀山的今天，社會對于綠色環保的呼吁越來越多，實行礦產的綠色開采是大勢所趨。礦山作為過去的“金山銀山”，不應在開采后變為滿目瘡痍、毫無生機的“死山”。近年來在各大礦業的開采技術中，逐漸重視綠色開采技術的研發。綠色開采技術不僅使得開采的能源消耗較少，更重要的是對生態環境的損害降低。

當然，不能一味的追求綠色環保而過分限制和制約礦業的發展?，F代化綠色開采工藝技術的開發和應用，要結合科技發展的程度和企業、生態的需求。以保護生態、減少資源浪費為底線，以提高企業生產效率和安全性為目標，發展現代化綠色采礦工藝技術。從實際情況出發，大力提倡和發展新能源技術、綠色采礦技術。在保住綠水青山的同時，開采“金山銀山”。

3.4 海上礦產開采技術的發展

海洋蘊藏著大量的礦產資源，如石油、天然氣、可燃冰等，由于相關海洋礦產開采的技術發展起步較晚，使得有大量的海洋礦場尚待開發。

海洋礦產資源分為液態、氣態和固態三種，其中對于海洋石油資源的開采技術較為成熟，各國通過搭建海上鉆井平臺以完成對海底石油的開采。而對于海底天然氣的開采，由于天然氣水合物埋藏較淺、地層較軟，使得開挖難度較大，成本較高[5]。海底固態礦產的開采往往伴隨著海洋污染的產生，對設備、技術的要求較高。因此，海洋礦產開采技術具有較好的發展前景，同時也需要相關技術和設備的不斷發展，為進一步的新能源開采提供技術支持[6]。

4 結語

現代化采礦技術的不斷發展，提升了傳統采礦的效率和生產力水平，同時也使得采礦趨于安全化。新能源的發現和海洋資源的開采，給現代化采礦工藝帶來了技術方面的難題。隨著通信技術和人工智能的不斷發展，現代化采礦工藝技術應緊跟科技的步伐，與無線通訊、人工智能等緊密結合，實現現代化采礦工藝技術的不斷更新和完善，以解決目前采礦業遇到的重難點問題以及未來采礦業的挑戰。