井下开采中现代化采矿工艺技术应用分析及优化措施

井下开采中现代化采矿工艺技术应用分析及优化措施

熊磊

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摘要：现阶段，大部分矿产开采作业均为井下开采作业，矿产开采行业蓬勃发展，在安全生产基本政策指导下，井下开采期间，应结合井下环境及特征，灵活运用现代化采矿工艺技术。以适宜的技术为支撑，确保井下开采作业安全、稳定、高质量落实。本文分析了井下开采中常用现代化采矿工艺技术应用，提出了应用质量提升措施。

关键词：井下开采、现代化采矿工艺技术、应用分析、优化措施

一、井下开采中常用现代化采矿工艺技术应用分析

（一）空场采矿法

空场采矿法是指矿产资源开采期间，依靠围岩自身结构稳固性、人工支柱、少量矿柱支撑采空区的技术，在井下开采作业中较为常用。该技术根据矿井结构特征及地质情况，将采矿区域细致划分为多个采集区，即矿柱（包括间柱、底柱、顶柱）、矿房。井下开采过程中，作业人员主要在井下垂直作业面完成凿岩工作，这在一定程度上保障井下开采作业安全性。应用空场采矿法开展井下开采作业时，需完成矿房内部矿产资源的开采挖掘，随后开展矿柱施工。矿房与矿柱间的关系类似于建筑结构中的常规墙体与承重墙，矿房受益于矿柱支撑作用，可始终保持安全状态，有效规避矿井坍塌安全风险。相较于其他现代化采矿工艺技术，空场采矿法更适用于较厚围岩、坚硬矿石的倾斜矿床，该技术可极大提升井下开采作业安全性，且可改善井下通风条件，并能够保障回采强度与开采效率，实现多段作业同时进行。空场采矿法具备诸多优势的同时还具备一定弊端，该技术应用之前需做好大量准备，如划分采矿区、设置开采环境等，而该类前期准备工作需消耗大量劳动力。此外，矿柱的设置还会提高矿石资源贫化率，造成矿石损耗。从具体应用角度来看，将空场采矿法用于实际井下开采作业之后，难以精准判断煤层分布结构，且随着井下开采作业的推进，容易出现矿柱、矿房比例失衡问题。此外，在矿柱回收期间可能造成较大爆破力，将会对井下岩层产生冲击，从而大幅降低井下岩层稳定性，因此，应用该技术开展井下作业时，需动态化、阶段性地调整开采方案。在空场采矿法基础上还可应用留矿采矿法，留矿采矿法将矿产资源划分为矿柱、矿房，分层开采矿房并采用浅眼崩矿进行采矿，该技术多用于有色金属、稀有金属的井下开采作业。空场采矿法应用期间，需在井下设置矿床，矿床布置走向根据实际厚度进行确定，若井下开采厚度低于10m，则以水平走向布置矿床，若厚度超过10m，则以垂直走向设置矿床[2]。

（二）充填采矿法

充填采矿法是指在执行运搬、落矿等作业的同时运用填充材料填充采空区的方法，从而增强井下结构稳定性，规避踩空区坍塌、地表漏水等问题，符合资源利用最大化理念，优势显著。充填采矿法应用填充材料填充采空区，不仅可对采空区域形成支撑，还可作为分层地板着力点，增强开采作业稳定性与安全性。因此，填充采矿法在井下开采作业中得到广泛应用。在井下开采期间应用充填采矿法时，按照填充材料的差异，可将该技术细分为胶结充填技术、干式充填技术。其中干式充填技术以砂石与石料为填充材料，将材料运输至井下采空区域后即可填充施工；胶结充填技术以碎石、石灰、水泥、尾砂为填充材料，将上述填充材料均匀拌和后，运用管道将所拌和的填充材料泵送至采空区域，即可完成填充。充填采矿法流程如图1所示。该开采技术应用期间可根据实际情况对填充速度灵活调整，且可基于不同需求细致调整填充材料类型，适用性较强。充填采矿法在强氧化矿床、易坍塌区域、矿床损坏严重、矿床暴露面积大的区域尤为适用，可有效规避坍塌问题，提升矿井稳定性，且具备灵活性高、损耗低的优势，故在井下开采作业中被广泛应用。除基础填充材料外，还可填充溶浸液，即通过配制溶浸液，借助溶浸液化学反应而实现矿产资源开采。应用溶浸液填充之前，需全方位勘察井下开采区域地质构造及结构特征，把握井下矿产资源类型及其分布规律，并分析井下矿产资源的化学性质、物理性质，从而有针对性地配制溶浸液。将溶浸液倒入开采区域之后，矿产资源发生化学反应，由固体转化为液体，为井下开采作业提供便利，大幅提升矿产资源开采效率。

（三）崩落采矿法

崩落采矿法是指在开采期间采用崩落围岩的方式填充采空区，并通过优化围岩结构提升井下开采作业安全性的技术。在井下开采作业期间，若发现矿井顶层围岩存在崩落等安全隐患，则可借助崩落采矿法予以处理，从而降低岩体松动程度，优化矿井围岩整体结构，为井下开采作业提供安全可靠的条件。崩落采矿法多应用于井下开采作业前期，借助该技术可去除井下危险结构及杂质结构，大幅提升井下开采作业的稳定性及安全性，以免因保护不当或操作不当而造成安全事故。崩落采矿法主要包括无底柱分段崩落、底柱分段崩落两种形式。其中，在底柱分段崩落采矿法应用期间，需注意结合实际情况科学规划设计各类参数，如底柱高度、横断面尺寸等，并保障底柱结构科学性及高度合理性，从而使井下开采作业面始终维持在稳定安全状态。在底柱分段应用崩落采矿法时，若将底柱结构设计为漏斗状，则底柱高度应为

5～7m，分段高度应为11～13m。在无底柱分段应用崩落采矿法时，通常需辅以高机械化的设备，用于控制人为操作工作量。

二、提高现代化采矿工艺技术应用质量的有效措施

（一）重视教育培训

各类现代化采矿工艺技术各有优缺，适用于不同情况，而应用与执行现代化采矿工艺技术的作业人员，其技术掌握程度及综合素质能力直接决定现代化采矿工艺技术的应用效果，继而影响井下岩体施工安全性。因此，为最大限度提升现代化采矿工艺技术的应用质量，应从作业人员角度入手，重视作业人员现代化采矿工艺技术的教育培训工作，设置常态化培训教育制度，定期开展培训活动，从而专项提升开采人员技能水平。在人员教育培训期间，为保障实效，可结合井下开采作业的情况，采用模块化形式进行专项培训，同时辅以专家讲座、座谈讨论等活动，全方位促进作业人员对现代化采矿工艺技术的理解。在信息化时代，还可构建线上线下一体化教育培训模式。通过长效化教育培训活动而打造一支高素质的井下开采作业团队。

（二）注重开采安全

相较于露天开采作业，井下开采作业的复杂程度、危险程度更高，时常出现各类安全事故，因此，为降低矿井安全事故发生概率，应注重开采安全，正确灵活运用现代化采矿工艺技术，并于技术应用期间做好安全管理工作。例如，实施井下开采作业之前组织安全教育，增强作业人员安全意识，在此基础上开展实践演练，向作业人员传授井下逃生、应急操作技巧，最大限度减少井下安全事故损失。此外，应用现代化采矿工艺技术期间，要结合开采进度定期勘察采矿地形、设备、地质情况，更新数据信息，设置支护结构，从不同方面降低安全事故发生概率。

（三）地面沉降预警

井下开采作业中，随着开采深度的增加、开采规模的扩大，矿井易出现地面沉降问题，严重影响区域地层结构，并对作业人员安全构成威胁，因此，为确保现代化采矿工艺技术实现稳定高效应用，要及时解决地面沉降问题，以技术为支撑提升井下开采作业安全性、效率与质量。例如，在应用现代化采矿工艺技术的基础上，运用探测技术、地理信息技术等技术探测与掌握井下地层变动情况，根据系统算法程序确定矿井地层稳定系数，分析地层运动规律，判断井下开采期间出现地面沉降问题的可能性，从而有针对性地解决地面沉降问题，防止沉降坍塌等事故发生。

参考文献：

[1]张修民.现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探究[J].现代工业经济和信息化，2022，12（5）：168-169.

[2]阴宇旸.阐述现代化采矿工艺技术在矿山开采中的应用[J].世界有色金属，2022（5）：211-213.

[3]张骅.现代化采矿工艺技术在标准采矿工程中的应用探索[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（24）：155-156.