試論深井開采技術(shù)在有色金屬礦山中的應(yīng)用

劉莉暉

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院,甘肅張掖 734000）

有色金屬礦產(chǎn)是工業(yè)生產(chǎn)的基本資料和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要支撐，我國有色金屬礦產(chǎn)儲量豐富，資源類型多樣，以往由于開采技術(shù)有限，主要作業(yè)于淺層礦床，伴隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，淺層礦產(chǎn)的逐漸消耗殆盡，深部礦床開采成為必然選擇。礦產(chǎn)深井開采所顯現(xiàn)的自然現(xiàn)象，集中表現(xiàn)在地溫、地壓隨開采深度的增加而增大；開采深度越大，面臨的問題越多，開采所需的技術(shù)要求也就越高。筆者結(jié)合自身知識積累對相關(guān)內(nèi)容作以下分析和探討。

1 基本概念解析及開采認(rèn)識

1.1 有色金屬礦產(chǎn)

有色金屬的定義有狹義和廣義之分，狹義的有色金屬指的是除含鐵成分的其它金屬，所以又被稱之為非鐵金屬；廣義的有色金屬在此基礎(chǔ)上涵蓋了有色合金，即以一種含量超過50%的有色金屬為主，多種其他元素混合而成的合金體。比較直觀的定義就是，除黑色金屬礦產(chǎn)之外的其他金屬礦產(chǎn)資源統(tǒng)稱。按照有色金屬的基體成分，還可以將其細(xì)分為重金屬、輕金屬、貴金屬和稀有金屬等。

1.2 深井開采技術(shù)

深井開采相對于淺層和中井開采而言，其衡量標(biāo)準(zhǔn)就是礦井深度，對于這個(gè)深度值國際上多有差異，南非和德國等標(biāo)準(zhǔn)為800～1000m；英國為750m，日本僅為600m，我國深井深度可以達(dá)到1000～2000m；根據(jù)礦產(chǎn)成礦地質(zhì)、自然地理構(gòu)造的差異及開采作業(yè)實(shí)際需要，不同礦產(chǎn)的礦井深度也會存在一定差異，目前世界和行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)為800～1000m。深井開采技術(shù)就是礦產(chǎn)資源深井開采作業(yè)過程中所應(yīng)用的專項(xiàng)技術(shù)。

1.3 深井開采認(rèn)識

有色金屬礦山的深井開采是為了更好地滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的需求，源于淺表金屬資源的大量開采耗盡，既是一種必然之舉，也是被動性要求。一方面只有不斷提高開采深度和開采技術(shù)才能獲得較高的開采率，才能更好地滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要；另一方面，由于有色金屬屬于不可再生資源，其藏量隨開采力度的增大而減少，最終面臨枯竭，同時(shí)鉆井開采也會對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、地貌結(jié)構(gòu)等帶來不同程度的破壞，因此必須注意使用合理的開采技術(shù)和運(yùn)行方式。

2 有色金屬礦山深井開采中的常見問題

深井及超深井礦產(chǎn)開采是基于特殊環(huán)境下的開采作業(yè)，由于會對開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境造成影響，因而可能引發(fā)一系列負(fù)面效應(yīng)，比較常見的有巖爆、高溫、高應(yīng)力、采場閉合及地震活動等，這些情況都將增加有色金屬礦產(chǎn)深井開采作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)和成本投入。下面以幾種最典型的開采問題為例進(jìn)行分析：

2.1 巖爆問題

巖爆是在開挖或其他外界擾動下，地下工程巖體中聚積的彈性變形勢能被突然釋放，導(dǎo)致圍巖爆裂、彈射的動力現(xiàn)象。巖體中存在的高地應(yīng)力是導(dǎo)致巖爆產(chǎn)生的主要條件，地應(yīng)力隨巖層埋深的增加而加大，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力強(qiáng)于巖石本身的強(qiáng)度時(shí)，則將巖石擠壓破裂彈射出來。巖爆具有很強(qiáng)的突發(fā)性、隨機(jī)性和危害性，對深井作業(yè)人員和設(shè)備都會造成極大的危害。

2.2 通風(fēng)不暢

井下通風(fēng)不良是危及深井作業(yè)安全的重要因素。金屬礦深井由于深入地層空間，地表空氣無法進(jìn)入，加之金屬礦產(chǎn)資源本身存在毒性和污染，使得礦井空氣更加惡劣。造成有色金屬礦深井通風(fēng)問題的主要因素有：沒有設(shè)計(jì)專用的通風(fēng)井，導(dǎo)致礦井深部風(fēng)量嚴(yán)重缺乏；通風(fēng)線路設(shè)計(jì)過長，增大風(fēng)阻使得風(fēng)壓較低，無法有效輸送足量的新鮮空氣；風(fēng)源受到井下粉塵及金屬毒性污染。

2.3 高溫滲水

礦井深部不僅空氣稀少而且高溫高濕，高熱是由于存在多種熱力作用，除了井下地?zé)帷⒖諝鈮嚎s熱外，機(jī)械作業(yè)摩擦、燈光照射及巖礦爆炸等都會產(chǎn)生大量的熱量，從而使得井下溫度增高[1]。隨著巖體溫度的快速上升，圍巖大量散熱帶來一系列熱害作用，嚴(yán)重影響到深井下的有色金屬礦產(chǎn)資源開采作業(yè)安全和效率。同時(shí)，有色金屬深井往往會穿過地下水層，復(fù)雜的地下水文地質(zhì)使得礦井巖體受到地壓、水壓的共同作用產(chǎn)生裂隙，地下水在高壓下滲透巖體，造成礦井頂板漏水、底板突水甚至坍塌等危害。

3 有色金屬礦產(chǎn)深井開采技術(shù)

3.1 高地應(yīng)力卸荷技術(shù)

在有色金屬礦山的回采階段，采用采場局部弱化技術(shù)科學(xué)設(shè)置礦山回采順序，同時(shí)全面分析并合理調(diào)整巖石應(yīng)力的分布情況，促使高地應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)移到深部空間，以此避免礦井內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力分布不均，減少發(fā)生安全事故的幾率。另外，為最大限度應(yīng)用高地應(yīng)力卸荷技術(shù)，增加巖石強(qiáng)度和其承壓能力，必須保證承重應(yīng)力的負(fù)荷處在巖石的三向應(yīng)力狀態(tài)，以讓巖石均衡受力實(shí)現(xiàn)內(nèi)外應(yīng)力沖抵，避免某一力量過大造成巖體結(jié)構(gòu)破壞，從而有效降低有色金屬礦山深井開采中的巖爆問題[2]。

3.2 高溫礦井排熱通氣技術(shù)

礦井熱害隨開采深度增加，井下機(jī)電設(shè)備的增加而日趨嚴(yán)重。礦井熱害的處理一般采取降溫技術(shù)，分為人工制冷降溫和通風(fēng)降溫。人工制冷降溫技術(shù)是依靠動力裝置來達(dá)到降溫制冷目的，經(jīng)過制冷、輸冷、傳冷和排熱一系列技術(shù)措施，使礦井得以系統(tǒng)化制冷，從而有效地解決深井的高溫?zé)岷栴}。深井的通風(fēng)降溫主要使用高溫礦井排熱通氣技術(shù)，它利用空氣和巖石之間的熱交換原理，實(shí)現(xiàn)對高溫礦井的排熱通氣。針對于相對復(fù)雜的深井通風(fēng)問題，也可以使用新型均壓通風(fēng)技術(shù)，通過開發(fā)配套的均壓監(jiān)測，漏風(fēng)通道檢查，新型阻漏材料、阻漏方法以及均壓自動調(diào)節(jié)等技術(shù)配合實(shí)施均壓通風(fēng)，可在不停產(chǎn)、不封閉的條件下，減少漏風(fēng)和瓦斯涌出，抑制自燃發(fā)生，提高有色金屬深井開采作業(yè)的安全性[3]。此外，為提高深井開采作業(yè)的安全性，必須將大量新鮮的空氣持續(xù)不斷地輸入深井下，以此沖淡井下CO2、CO 及瓦斯等有毒有害空氣濃度，為井下作業(yè)人員創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境。應(yīng)建立井下區(qū)域式通風(fēng)系統(tǒng)，每個(gè)區(qū)域均設(shè)置一組進(jìn)、回風(fēng)井，該設(shè)計(jì)能夠縮短通風(fēng)線路，降低風(fēng)阻系數(shù)且保證各區(qū)域享有獨(dú)立、安全通風(fēng)，從而提高礦井的通風(fēng)能力和抗災(zāi)能力。

3.3 深井地下水綜合防治技術(shù)

有色金屬礦山深井開采中很容易受到地下水的侵襲，為防止井底深積水保障正常的開采施工，必須采取有針對性的防治技術(shù)措施。一是做好采前防控，嚴(yán)格按照先探后掘、先治后采的防控原則，在進(jìn)行有色金屬礦山深井開采前，先對礦山所處區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、水文特征等進(jìn)行勘查、分析，明確礦井水源的異常位置，提前制定防控預(yù)案；二是加強(qiáng)采中防治，不同成礦地質(zhì)下的有色金屬礦山，其地下水系也往往較為復(fù)雜，由此造成深井開采中的水害多樣化，要想實(shí)現(xiàn)有效治理，必須結(jié)合其地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)綜合應(yīng)用“防、堵、疏、排、截”的系統(tǒng)治理手段，即提前預(yù)防、加強(qiáng)封堵、及時(shí)疏通、分區(qū)排放、分段截流，避免或減輕頂板透水、井底突水、巖壁滲水等水害事故的危害。

4 結(jié)語

有色金屬礦山的深井開采必須做到作業(yè)安全與生產(chǎn)質(zhì)量的同步。基于礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜性及深井開采技術(shù)要求，實(shí)施期間應(yīng)綜合考慮可能存在的開采風(fēng)險(xiǎn)，靈活選用正確的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃、合理開采、降本增效、安全運(yùn)行，從而確保多種效益。