井下采礦技術(shù)及井下采礦發(fā)展趨勢(shì)

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礦產(chǎn)資源一般埋藏于地下，需要進(jìn)行井下開(kāi)采。但是，井下環(huán)境復(fù)雜、惡劣，使得井下采礦工作難且危險(xiǎn)系數(shù)高。為此，在井下采礦中，采用與礦區(qū)實(shí)際情況相符的合理的采礦技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全、高效采礦的關(guān)鍵。本文分析井下采礦技術(shù)特征，通過(guò)介紹幾種先進(jìn)的技術(shù)來(lái)剖析井下采礦技術(shù)的發(fā)展走向。礦產(chǎn)資源是社會(huì)存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，大約80%的原料、95%的能源、70%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和30%的飲用水源自礦產(chǎn)資源，也就是說(shuō)社會(huì)變遷和生產(chǎn)力的發(fā)展在一定程度上取決于礦產(chǎn)資源。但是，礦產(chǎn)是一種不可再生的、空間分布不均衡的、賦存狀態(tài)復(fù)雜且數(shù)量可變的資源。對(duì)此，為了穩(wěn)定國(guó)家經(jīng)濟(jì)和推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，深入研究礦產(chǎn)資源井下開(kāi)采技術(shù)非常必要，即：及時(shí)掌握井下采礦的發(fā)展趨勢(shì)，適時(shí)改進(jìn)井下采礦技術(shù)，以滿足井下采礦對(duì)安全、質(zhì)量和效率的要求。

1井下采礦技術(shù)特征

1.1井下采礦技術(shù)類型多樣

近年來(lái)，我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)采技術(shù)發(fā)展快是不爭(zhēng)的事實(shí)，但是盲目開(kāi)采卻引發(fā)了能源資源短缺、環(huán)境破壞和生態(tài)失衡等問(wèn)題，從而威脅到了整個(gè)人類社會(huì)的健康發(fā)展。井下采礦技術(shù)類型多樣，適應(yīng)于不同的井下作業(yè)環(huán)境。目前，長(zhǎng)壁開(kāi)采技術(shù)是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的井下采礦技術(shù)，其最常見(jiàn)于井下開(kāi)采中，因其表現(xiàn)出操作簡(jiǎn)便、作業(yè)高效且安全的特點(diǎn)。

1.2井下采礦技術(shù)復(fù)雜

相較于露天采礦，井下采礦施工條件更復(fù)雜，面臨的安全形勢(shì)更嚴(yán)峻?？梢?jiàn)，井下開(kāi)采是一項(xiàng)高難度的工事，首先要求投入充足的財(cái)力、人力和屋里，以實(shí)現(xiàn)井下安全作業(yè)；其次，在在井下采礦作業(yè)前，做好一切安全準(zhǔn)備工作，以保障作業(yè)人員安全為前提，并做好施工設(shè)備的安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn)工作，以免因設(shè)備故障引起坍塌、火災(zāi)等井下采礦事故。

1.3井下采礦技術(shù)更新快

時(shí)代在進(jìn)步，井下采礦技術(shù)更新不斷加快已經(jīng)成為了不爭(zhēng)的事實(shí)。面對(duì)這一社會(huì)形勢(shì)，采礦企業(yè)唯有不斷更新和完善采礦技術(shù)，緊隨時(shí)代步伐，研發(fā)新的井下采礦技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)的技術(shù)人才，才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中獲勝?？傊?，井下采礦技術(shù)具有較強(qiáng)的針對(duì)性、創(chuàng)新性，要求與人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展。

2井下采礦技術(shù)

2.1深井開(kāi)采技術(shù)

目前，深井開(kāi)采技術(shù)（或稱井下深部開(kāi)采技術(shù)）是一項(xiàng)應(yīng)用最多的井下采礦技術(shù)，其施工工藝見(jiàn)圖1。結(jié)合圖1，在深井開(kāi)采中，礦層、巖層的壓力將會(huì)隨著開(kāi)采深度的增加而增大，所以要求開(kāi)采人員準(zhǔn)確計(jì)算不同礦層的垂直距離、巖層的承壓力，準(zhǔn)確定位巷道的位置，并利用專業(yè)的泄壓設(shè)備泄壓，從而保障深井安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在深井開(kāi)采中，用水量一般會(huì)隨著開(kāi)采深度的增加而增多，要求采礦人員在整個(gè)開(kāi)采作業(yè)中合理抽水，以維持井下環(huán)境的安全。另外，礦井深部溫度不高，要求采礦人員運(yùn)用HEMS降溫?fù)Q熱系統(tǒng)合理控制溫度，以改善采礦人員的工作環(huán)境。

2.2緩傾斜開(kāi)采技術(shù)

緩傾斜中厚礦體的礦巖條件穩(wěn)定，我國(guó)一般采取分段崩落采礦法、水平分層填充采礦法、爆力運(yùn)搬空?qǐng)霾傻V法、分段空?qǐng)霾傻V法和房主采礦法等采礦技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，要求開(kāi)采人員從井下客觀實(shí)際出發(fā)，如礦層傾斜度，采取合理的井下采礦方案。另外，在下井采礦作業(yè)前，要求采礦人員先勘察清楚礦體結(jié)構(gòu)特征，再合理分段（一般分為礦段、盤區(qū)），然后針對(duì)不同分段開(kāi)展相應(yīng)的井下開(kāi)采作業(yè)。以房柱采礦法為例。房柱采礦法的技術(shù)原理是先畫出回采單元，再按照一定規(guī)則交替布置礦柱、礦房。山東某礦體采用了一種人工墊層分采分爆房柱采礦法，其開(kāi)采技術(shù)條件包括：礦體底、頂板圍巖分布著極限抗壓強(qiáng)度高、構(gòu)造致密的蝕變花崗巖；礦體賦存狀況是底板上層礦體厚1.6~5m，底、頂板之間的廢石夾層厚約0.8m，廢石夾層與上方頂板之間的礦體厚1.1m，且礦體厚度變化不均，收縮、膨脹明顯。在具體施工中，首先，結(jié)合該礦體的賦存狀況布置采場(chǎng)，即：對(duì)穿插脈巖、局部厚約2~6m的礦體劃分采場(chǎng)，順著走向布置礦塊，并在采場(chǎng)中間隔6~8m布設(shè)Φ3m的不規(guī)則礦柱，用以維護(hù)地壓；其次，在礦房中，順著下層礦體底板采準(zhǔn)切割礦體，從而得到一個(gè)采準(zhǔn)-切割-回采的自由面；第三，結(jié)合該礦體及其廢石夾層賦存狀態(tài)，劃分作業(yè)面，具體劃分為上、下層礦石和中層廢石三層，并從下往上分步回采，具體操作工藝見(jiàn)圖2。 

2.3井下支護(hù)技術(shù)

井下采礦的危險(xiǎn)性非常高，而井下支護(hù)技術(shù)可有效保障井下采礦的安全。井下支護(hù)的技術(shù)原理是在井巷空間中支撐木材、鋼材、石材和混凝土等不同的材料，以維持巖層的穩(wěn)定狀態(tài)。為了順應(yīng)井下采礦行業(yè)的發(fā)展，井下支護(hù)技術(shù)同步實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代，如錨桿桁架技術(shù)。錨桿桁架由兩根漲殼式錨桿、若干高強(qiáng)度鋼桿組成，現(xiàn)已在井下采礦中廣泛應(yīng)用。

3井下采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1采礦設(shè)備大型化

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求量與日俱增，而為了適應(yīng)這一發(fā)展形勢(shì)，要求改進(jìn)采礦設(shè)備，即淘汰掉傳統(tǒng)的采礦設(shè)備，改用一些大型的采礦設(shè)備，繼而不斷完善井下采礦體系。如在井下穿孔爆破中，大型爆破設(shè)備的使用不僅縮短了爆破作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，還提高了爆破的效率，同時(shí)大大減小了工作偏差。

3.2采礦技術(shù)智能化

數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)超過(guò)75%的煤礦實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化采礦，其中大型煤礦機(jī)械化程度高達(dá)95%。隨著物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，將新型技術(shù)引入煤炭開(kāi)采中是一種不可逆的趨勢(shì)，且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的突破式發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)一種煤礦智能化無(wú)人開(kāi)采理念——智能自適應(yīng)開(kāi)采技術(shù)模式，這都表明了我國(guó)井下采礦技術(shù)正在朝向智能化方向發(fā)展，也就是說(shuō)井下采礦技術(shù)從機(jī)械化、自動(dòng)化到智能化是一種必然的趨勢(shì)。

3.3井下開(kāi)采綠色化

地球是人類賴以生存的母親，環(huán)境一旦遭受破壞，人類將會(huì)遭遇滅頂之災(zāi)，所以環(huán)保是人類社會(huì)永恒不變的主題。在礦產(chǎn)資源開(kāi)采中，環(huán)境破壞問(wèn)題一直都很突出，且尚未從根本上扭轉(zhuǎn)局勢(shì)。在這種情況下，如何減輕井下采礦造成的環(huán)境問(wèn)題備受關(guān)注，這就表明了實(shí)現(xiàn)井下開(kāi)采的綠色化是時(shí)代的要求，即以環(huán)保、綠色、低碳、高效作為井下采礦技術(shù)發(fā)展的標(biāo)桿。目前，瓦斯與煤共采技術(shù)和煤炭地下氣化技術(shù)等都屬于綠色的井下采礦工藝，其有助于降低井下采礦貧化率，提高采礦效率和保障井下作業(yè)安全。

4結(jié)語(yǔ)

綜上，井下采礦作業(yè)總的要求是安全、綠色、高效，井下采礦技術(shù)研究應(yīng)始終以此為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，不斷完善技術(shù)。當(dāng)前，井下采礦技術(shù)更新?lián)Q代的周期逐漸縮短，及時(shí)掌握行業(yè)的發(fā)展要求是技術(shù)研究的前提，同時(shí)井下采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)又反映了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展要求?？偟膩?lái)講，井下開(kāi)采技術(shù)將會(huì)不斷向機(jī)械設(shè)備大型化、智能化、綠色化方向發(fā)展，不斷為整個(gè)礦產(chǎn)采礦行業(yè)注入源動(dòng)力。

作者：趙文騰 單位：翼城華泓煤業(yè)有限公司