有色金屬礦山深井采礦技術探討

王興源

（錫林郭勒盟山金白音呼布礦業有限公司，內蒙古 錫林郭勒盟 026300）

近年來我國諸多行業在發展過程中，對于有色金屬資源的需求量不斷攀升，但是該資源的開采量卻呈現出逐年下降的情況，究其原因為處于礦山淺表層的有色金屬已經被挖掘殆盡，過少的資源數量難以滿足市場過高的資源需求量；同時經過對礦山有色金屬資源分布情況的勘察，可知礦山深部埋藏著儲量豐富的有色金屬資源，但是開采作業難度太大，常規技術無法直接對資源進行開采。針對該問題，需要礦山作業的技術人員對深部資源開采技術進行重點研究，結合開采的難點問題找出最佳的有色金屬礦山深井采礦技術，有效提升此類礦山開采作業的質量和效率，依托開采獲取的大量資源滿足市場所需，實現礦山企業的長遠可持續發展。

一、研究的必要性

目前，淺層的礦床已經被開采殆盡，有色金屬的深部開采將成為采礦的主要研究方向。通過調查分析能夠發現在未來的十年時間之內我們國家的有色金屬深部開采將會達到一千米或以上。而深部開采將面臨諸多的關鍵難題：一是深部高應力問題，深部高應力可能導致破壞性地壓活動，包括礦山開挖引起的巖爆、塌陷、頂板、突水等動力災害。二是巖性惡化。淺部硬巖變成深部軟巖，彈性體變成潛塑性體，給支護和礦山安全帶來了很大的負擔，嚴重影響了礦山的開采效率和效益。三是深高溫環境,隨著深層溫度1.7℃/100-3.0℃/100 米梯度增加。

二、現狀分析

國民經濟需要的鐵、錳、銅、鉛、鋅、鋁土礦等塊狀礦柱品種無法滿足需求。每年有60%以上的鐵精礦、70%以上的銅精礦和50%以上的鋁土礦必須從國外進口。主要金屬礦產資源對國外的高度依賴，對我國國民經濟的發展構成了潛在的嚴重威脅。更重要的是，鎢、錫、鉬、銻、螢石、重晶石等中國優勢礦物的優勢正在減弱甚至喪失，其可供儲量對2020 年需求的保證程度分別僅為89%、35%、85%、55%、15%、26%。與發達國家相比較，我們國家對開采技術的研究比較晚，對于深井開采技術來說，基本還處于初步階段，只有少部分礦山進入了深井采掘作業，并在深井建井、采掘設計、采掘支護工藝、供配電、通風、排水、地壓監測、巖爆防治等諸多方面取得了一定的實踐經驗，大部分礦山仍然處于保證回收地下資源時只注重了大規模的開采，忽略了對開采技術的深入研究。

三、有色金屬礦山采礦技術的種類

（一）連續采礦技術

主要包括振動機組工作強化開采技術、原礦車架帶式輸送機為主體的出礦技術以及無間柱大量采礦技術。

（二）膠結充填采礦技術

隨著回采與充填技術的快速發展，在應用膠結充填采礦技術時，因為礦井條件的差異也會有所不同，具體分為盤區高分層充填采礦技術、高階段大直徑深孔嗣后充填采礦技術、分段充填采礦新技術以及點柱充填采礦技術。

（三）固體廢料充填技術

有色金屬礦山在開采過程中，會產生尾砂和廢石等固體廢料，可以利用這些固體廢料來實現礦山廢料資源化，大大地降低排放量。

（四）原地溶侵采礦技術

經過大量地研究和試驗，原地溶侵采礦技術越來越成熟，在有色金屬礦山開采中得到廣泛應用。

（五）深井采礦技術

深井采礦技術的開采條件是指利用一些技術和工程，將原有的開采條件技術進行改進，創造出更加合適的開采條件，比如新研發的鋼纖維混凝土支護和高地應力卸荷等，能夠提高深部礦床開采的效率。

四、深井采礦技術在有色礦山中的應用

（一）高溫礦井排熱通氣技術

深井采礦技術中，高溫礦井排熱通氣技術是其中常見的技術類型之一，主要便是根據空氣以及巖石之間能夠運用熱交換的原理，用以實現高溫礦井的排熱通氣，同時在復雜通風的情況之下，還可以應用通風環境分析技術以及網絡智能化技術，實現對于高溫礦井井下情況的科學分析，之后充分使用礦井上部通道的調熱機能，用以全方位保證高溫礦井從井上到井下開采過程中的空氣保持最低的溫度，從而為有色金屬礦山的開采提供便利的條件，防止由于礦井溫度過高而影響開采。

（二）高地應力卸荷技術

高地應力卸荷技術也是深井采礦技術的重要組成部分，主要便是對于礦山回采階段，將采場局部弱化技術應用于其中，這樣便可以實現對于礦山回采順序的科學設置以及安排，同時通過以上方面技術對于巖石應力的分布情況進行科學調整，進而促使向深部轉移應力的集中部位，防止由于應力不均而產生施工安全事故。

（三）鋼纖維混凝土支護技術

在深層礦井開采階段，除了高地應力卸荷技術的應用之外，還需要充分保證礦井的牢固性與安全性，因此也需要注重將鋼纖維混凝土支護技術應用其中，用于防止出現礦井坍塌、落石等方面危險的發生。在當前發展的過程中，鋼纖維混凝土支護技術已經擁有良好的技術標準，并且在實際應用階段取得良好的成效，因此這也為深井采礦提供了一定的技術支撐。將鋼纖維混凝土支護技術應用在其中，可以使混凝土結構機體擁有較高的持久力以及韌性，從而有效防止在采礦階段出現巖爆情況所產生的危害。鋼纖維混凝土支護技術實際應用期間，需要注重對于施工機械設備的選擇，例如：噴混凝土作業臺、混凝土攪拌運輸車、混凝土運輸設備等方面，在應用階段也要注重對于混凝土拌和度、溫度等方面數據指標的控制，以此充分提高鋼纖維混凝土支護技術的質量，全面保證礦井在施工開采階段的安全性。同時，通過鋼纖維混凝土支護技術也可以確保施工環境的穩定性，對于其中有可能產生的松動問題進行有效且合理的控制，使礦井形成較好的緊貼性，保證開采安全。

（四）保證結構可靠

深部采礦法可以基于相關的鋼纖維砼支護來保障巷道結構的可靠性，保證生產安全。一般情況下，鋼纖維砼支護方法多用在基礎條件較好，但砼結構開始產生開裂現象的位置，經妥善處理，可以提高砼基體框架的強度與韌性，管理深部采礦期間的高地應力巖爆問題。在使用鋼纖維砼支護方法支護處置砼結構時，需要使用很多機械設備，如砼攪拌器、運輸機械、噴砼工作臺等，可以提高作業面穩固性，管理危險巖層松動，保障生產安全。

（五）技術問題及解決策略

1.深井采礦中巖爆等地質問題及解決策略。礦井巖爆是在開采中非常嚴重的事故，對礦井巖爆進行預測以及控制也是國內外礦山開采中的難題，半個世紀內國內外的諸多科研人員，不斷研究礦井巖爆的問題，在巖石破裂時進行很多工作。礦井巖爆是有一定隨機性以及突發性的，現階段對礦井巖爆的研究，還無法滿足安全開采的需求。但是對于礦井巖爆，現在也有很多預測以及控制的方法。結合礦體構造和原巖石應力的基本分布，作業人員要注意開采順序的合理性，合理布置采場，減少能量的貯存。對礦井的能量釋放進行科學控制，在開采時要運用回采的方式，以小斷面為切入點進行開采，對可能發生礦井巖爆的位置，可以用松動爆破的方法，或者超前支護的方式，對礦井巖爆進行防護。借助先進的檢測科技，運用專業化的科研人員，建立礦井巖爆的檢測系統，對地應力的規律進行研究，從而采用合理的礦井巖爆保護措施。2.深井采礦中通風問題及解決策略。深井采礦不斷向縱深方向發展，規模擴大，生產布局會不斷變化，這種情況下就需要對通風系統做出適當的改變，讓通風系統保持良好的效果，為井下的工作人員提供更好的作業環境。通常情況下深井采礦的通風系統，主要問題是風機的配置效率有待提升，進風量小以及風流調整被破壞等問題。因為深井采礦的地質條件是有所區別的，這種情況下所采用的開采方式是不同的，深井采礦通風系統也要考慮到各方面的因素，采取合理的優化方法。可以對深井采礦的風量需求進行準確計算，這是對深井采礦的通風系統進行優化的基礎，結合生產情況，考慮到整個深井的通風需求，計算出總需風量。然后結合作業點的設置，將風量分配給各個作業段，結合需風量，設置風扇設備，避免漏風。

（六）有色金屬礦山深井采礦技術研究的意義和方向

目前，我國有色金屬礦山的淺層礦床幾乎都被開采完了，很多的有色金屬礦山都開始進行深度開采，因此，需要用到深井采礦技術。深井采礦的過程中經常會遇到高溫、高壓以及高地應力情況，會嚴重影響開采的順利開展。例如在深井開采過程中一旦發生巖爆，會嚴重威脅到工作人員的生命健康和機械設備的安全運行。這樣就會大大降低工作效率，加大成本支出。所以，一定要提高深井采礦技術，有效解決這些問題，確保順利開展各項工作，實現安全、高效、大規模以及低成本的有色金屬礦山深井開采。隨著有色金屬礦床開采深度的增加，地溫和地應力不斷提高，給深井采礦工作帶來很多技術方面的難題，例如，深井的溫度一旦超過工作人員的最大承受力，就會降低開采效率，增加采礦成本；深井開采過程中發生巖爆會對工作人員和機械設備造成極大的損害。為了提高深井采礦的安全性能，一定要有效解決這些問題。相關部門和人員在研究有色金屬礦山深井采礦技術時，一定要充分考慮以下幾個方面：第一，研究人員要全面分析深井地壓的特征，掌握深井采礦過程中地壓可能出現的特征，采用合理方法來有效控制高應力地帶的低壓，避免發生巖爆。另外，可以引進礦山微震監測系統，隨時觀察地壓特征和巖體的穩定狀況，從而能夠預防發生突發狀況，還可以及時預報。

第二，研究人員要不斷改善上部礦井通風系統或者深井通風系統，合理利用循環通風技術，并深入分析預防深井熱害的技術，制定出科學有效的預防和治理熱害方案。第三，研究人員要不斷優化現有的采礦技術，并加強對綜合型技術研究。

結語：目前我國進行有色金屬礦山開采的技術類型較多，不同的深井采礦技術有著不同的適用范圍，為了保證井下開采的有效性以及安全性，需要礦山企業對于相關技術的全部內容進行有效把握，以此提升對于該技術使用重要性的認識，繼而可以在技術應用中，在把握有色金屬資源礦山基本情況之下，選用最適合的技術完成礦山資源開采任務，促使資源產能率顯著提升，礦山企業可以獲得更多的經濟效益。