采礦工程施工中的不安全技術因素及策略分析

王德民

（山東能源集團魯西礦業有限公司，山東 鄆城 274700）

1 采礦工程施工的特點

采礦工程施工作為現代工業的基礎領域，具有一系列的獨特性質與復雜性，其核心在于從地下提取有價值的礦石或礦物，而這一過程往往伴隨著各種技術挑戰，在這種背景下，明確采礦工程施工的特點對于每一個專業人員都至關重要。地質條件多變、環境風險高、技術要求嚴格，這些都構成采礦工程施工的特點，與普通土木工程相比，礦山施工必須克服多種地質條件，如礦石的分布、巖層的硬度和穩定性以及地下水的存在，這些地質條件的變化性會給工程帶來不可預測的風險，如巖層的突然崩塌或者地下水的突發涌出。此外，礦山環境本身也帶來一系列的風險，地下深部的高溫、高濕和低通風條件，可能會引發各種健康和安全問題，同時，特定的礦石提取過程可能會釋放有害氣體或粉塵增加工人的健康風險。技術上采礦工程施工要求高度的精確性和規范性，在不同的地質條件下必須選擇合適的開挖和支護方法，確保工程的穩定性和安全性，礦石提取和處理的過程也需要高水平的技術支持，以確保礦石的質量和提取的效率。由于礦山施工的特殊性，常規的施工機械和方法可能并不適用，需要特定的礦山機械和專門的技術手段[1]。

2 采礦工程施工技術

2.1 開挖與支護技術

開挖與支護是采礦工程中的核心技術環節，涉及從地質結構中安全、高效地移除礦石并確保施工區域的穩定性。開挖技術的選擇和應用直接取決于地質條件，如巖層的硬度、穩定性以及地下水的分布和流動特性，尖端的開挖方法，如機械化開挖和爆破技術都是為最大化資源的提取和工作效率，同時最小化與之相關的風險。特定的開挖技術如定向鉆探和微爆破可用于精確地移除特定區域的巖石，避免對附近結構或礦體造成不必要的損壞，但這些方法的應用都需要高度的技術知識和經驗。另一方面，支護技術確保開挖區域的穩定性，防止巖層崩塌或移位，這通常涉及使用各種支撐結構如木支撐、鋼支撐或先進的液態混凝土注漿。這些支護結構的設計和安裝需要考慮到地質條件、開挖深度和預期的工作負荷，在復雜的地質條件下可能需要結合多種支護技術，以實現最佳的穩定性和安全性。

2.2 巖石破碎與礦石提取方法

巖石破碎是將大塊巖石分解為可供進一步處理的較小片段的過程，而礦石提取是從這些碎片中分離有價值的礦物的方法。巖石破碎技術的選擇依賴于礦石的物理特性和經濟因素，常用的方法包括壓力破碎、沖擊破碎和磨削。其中，壓力破碎適用于硬度較高的巖石，通過施加持續的壓力使巖石產生裂縫并分解。而沖擊破碎利用高速的沖擊力對巖石進行破碎更適用于中等硬度的巖石。磨削則是通過摩擦和沖擊將巖石磨成粉末，一旦巖石被破碎就可以開始礦石的提取過程，傳統的提取方法如浮選、磁選和化學浸出，都是為從巖石中分離出有價值的礦物，這些方法的選擇基于礦石的化學成分、物理特性和經濟可行性。

2.3 高效能源與設備應用

在采礦工程施工中，高效能源與設備的應用不僅關乎經濟效益，還直接影響作業的安全性和環境可持續性。傳統的礦井通常依賴于柴油發電機和內燃機等設備，這些不僅能效低下，而且會產生大量的碳排放和其他環境污染物。因此，越來越多的關注被放在如何更有效地使用能源和設備上，如電動設備逐漸取代燃料驅動的機械不僅提高能效，而且減少礦井內的有毒氣體和熱量[2]。

除了能源效率，設備的可靠性和耐用性也是關鍵考量因素。高度自動化和機器人技術在提高生產效率的同時，也有助于減少作業中的人為錯誤和安全隱患。例如，無人駕駛裝載機和礦車已經在一些先進的礦場中得到應用，它們可以在更復雜和危險的環境中作業，而不會對操作人員的安全構成威脅。此外，實時監控和數據分析也是現代采礦設備的重要組成部分，通過裝配有各種傳感器和監控系統的設備可以實時收集關于設備狀態、工作環境和資源利用的數據，這些數據經過分析后可以用于更精確地控制設備、 預防事故以及優化整個采礦流程。

3 采礦工程施工不安全技術因素

3.1 施工現場環境風險識別

施工現場環境風險的識別是保障采礦工程安全的基石，這其中涉及的風險源可以是自然的、 由工程操作導致的或是由外部環境變化所引發的。識別這些風險源是為確保在施工中不出現不必要的事故，同時保障工人的生命安全和整個工程的經濟效益。地質條件變化如巖層斷裂、地下水流向的改變或者有害氣體的存在，都可能在無預警的情況下造成嚴重后果。為更有效地識別這些風險，需要對施工現場進行細致的地質勘探，利用地震、聲波、電磁和其他地質物理方法來確定潛在的危險區域。同樣，環境監測技術也在風險識別中起到關鍵作用。例如，通過安裝氣體探測器可以及時發現有害氣體的泄漏，從而采取相應的安全措施。此外，對施工現場的微氣候變化也需要保持警惕，如溫度、濕度的變化可能導致材料性能的變化或引發其他與施工相關的風險[3]。

3.2 設備故障與人為操作失誤

在采礦工程施工中設備故障和人為操作失誤是兩大主要的不安全因素。設備的可靠性是確保施工順利進行的關鍵，一個微小的設備故障，如液壓系統的泄漏或電子控制系統的短路都可能導致整個施工現場的停工，甚至引發嚴重的安全事故。因此，對所有施工設備進行定期的檢查、維護和更新是至關重要的。而且隨著技術的進步，更加先進和智能的設備維護和故障診斷系統逐漸被采納，如基于大數據和機器學習的預測性維護技術，能夠在故障發生前預測和預防其發生。與此同時，人為操作失誤也是必須重視的問題，盡管現代的采礦設備越來越自動化，但人的因素仍然是不可忽視的風險源。錯誤的操作，忽視安全規定或是工作時的疲勞和粗心都可能導致嚴重的后果，這就要求對工人進行嚴格的培訓，確保他們熟悉設備的操作方法和施工現場的安全規定，同時建立一個有效的錯誤報告和分析系統，及時糾正錯誤并預防其再次發生。

3.3 深部礦井氣體與液態冒涌風險

深部礦井的開采伴隨著多種氣體和液態介質的存在，這其中尤以甲烷、一氧化碳和硫化氫等有害氣體為主，這些氣體在一定的濃度下可能引發爆炸或對工人的健康造成嚴重危害。甲烷作為一種輕烴，常常在煤礦中以礦井瓦斯的形式存在，而一氧化碳則可能由于火災或不完全燃燒的礦石產生。硫化氫是一種高度有毒的氣體，其毒性甚至超過氰化物，主要在含硫的礦石開采中產生。識別和管理這些氣體的風險是采礦工程中的一項核心任務，使用先進的氣體檢測設備以及建立有效的氣體管理和控制系統，是確保礦井內氣體濃度處于安全范圍內的關鍵。此外，深部礦井液態冒涌也是一大潛在危險，地下液體如地下水或油可能因為采礦活動而突然涌入礦井導致礦井被淹或設備損壞。為防止這種風險需要對地下液體進行定期監測，并在礦井設計中加入防止液體冒涌的措施[4]。

3.4 通風與排水系統缺陷分析

礦井內的空氣必須保持清新，以確保工人的健康和安全。而且隨著礦井深度的增加，地溫也會上升，這使得通風系統變得更加關鍵。一個優化的通風系統不僅可以為工人提供新鮮空氣，還可以幫助稀釋有毒和可燃的氣體，從而減少礦井內部的爆炸風險。然而，通風系統的設計和維護需要深入的技術分析，任何小的缺陷如風扇的故障、風道的堵塞或破損都可能導致礦井內空氣的質量迅速下降。相似的，排水系統對于預防礦井被淹和設備受損也是至關重要的，有效的排水設計需要考慮礦井的地質結構、水文地質條件和采礦方法。同時，排水系統的維護也需要定期進行，確保其正常運行并及時發現潛在的問題。

4 采礦工程施工中的安全強化措施

4.1 施工現場安全培訓與教育

礦井施工環境的特殊性使得現場人員面臨多種潛在危險，從有毒氣體泄露、設備故障到地下液態冒涌等。為確保每位工人都能夠理解和應對這些風險，施工現場安全培訓與教育成為不可或缺的環節。工人需要通過嚴格的培訓程序，深入學習各種設備的操作規程、 應急預案以及風險預防方法。此外，實時模擬實踐也是培訓中的關鍵組成部分，使工人能在真實場景下模擬各種應急情況的處理，從而提高其在真實緊急情況下的應對能力。隨著技術的發展，虛擬現實技術也被引入礦井安全培訓中，使工人能在無風險的環境下體驗各種可能的危險情境，進一步增強他們的安全意識和操作技能，考核和評估也是培訓中必不可少的部分，以確保每位工人都能達到預定的技能和知識水平[5]。

4.2 現代化監控與應急響應系統

現代化的監控系統結合傳感器技術、 無線通信以及數據分析，可以實時監測礦井內的各種參數，如氣體濃度、溫度、濕度和設備狀態，這些參數被實時傳輸到中央控制室，由專業的工程師和技術人員進行分析和監控，任何異常情況都會立即觸發警報，使得工程團隊可以迅速做出決策和響應。此外，應急響應系統也是監控系統的重要組成部分，一旦檢測到潛在的危險，系統會自動啟動應急預案，如自動關閉風扇、啟動應急排風或切斷電源等。同時，通過無線通信技術，工人也可以實時與控制室通信獲取實時的安全指導和建議。除此之外，監控系統還結合了地理信息系統和三維建模，為工程團隊提供礦井的三維可視化模型，幫助他們更直觀地了解礦井的結構和狀態。

4.3 礦井環境改善與防災技術應用

礦井環境尤其是深部礦井，常受到各種自然和人為因素的影響，如高溫、高濕、有毒或易燃氣體積聚等，這些都可能導致安全事故的發生。因此，改善礦井環境和應用先進的防災技術成為確保礦井施工安全的重要手段。現代礦井環境改善技術往往涉及多個領域的交叉應用，包括機械工程、環境科學和信息技術等。例如，通過采用高效率的通風系統可以有效降低礦井內的溫度和濕度，同時排放有害氣體，提供更為舒適的工作環境，這種通風系統往往結合傳感器技術，根據礦井內部的實時環境參數自動調整風扇的轉速和方向，從而實現最佳的通風效果[6]。此外，礦井的防水和防滲技術也取得顯著的進步，有效地減少了水源對礦井結構和工作環境的破壞?，F代礦井還廣泛應用各種災害預警和預測技術，如地震預警、水害預測和氣體積聚預警等，這些預警系統通過實時監測礦井內部的各種參數，如地震波、水流速度和氣體濃度等，結合先進的數據分析算法，能夠及時預測潛在的災害風險，并給予工程團隊足夠的應對時間。除了上述技術，礦井還廣泛應用各種新型的防護材料和施工方法，如使用高強度、耐腐蝕的材料進行礦井支護以及采用無人機和機器人進行礦井的巡檢和維護等。

5 結語

采礦工程施工中的安全問題是礦業界一直亟須解決的關鍵難題。通過深入分析工程施工的特點及其相關技術，本研究揭示多種不安全因素，并針對性地提出一系列改善策略，特別是針對施工環境風險、設備故障、深部礦井風險和通風排水系統的缺陷，采納如現場安全培訓、現代化監控、礦井環境改善和防災技術等多種強化措施，這些建議為礦業界提供了一個全面的參考，旨在提高礦井施工的安全性和效率，從而確保工人安全和礦產資源的可持續開采。