井下采礦技術及井下采礦發(fā)展趨勢

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礦產資源一般埋藏于地下，需要進行井下開采。但是，井下環(huán)境復雜、惡劣，使得井下采礦工作難且危險系數高。為此，在井下采礦中，采用與礦區(qū)實際情況相符的合理的采礦技術是實現安全、高效采礦的關鍵。本文分析井下采礦技術特征，通過介紹幾種先進的技術來剖析井下采礦技術的發(fā)展走向。礦產資源是社會存在和發(fā)展的物質基礎，大約80%的原料、95%的能源、70%的農業(yè)生產資料和30%的飲用水源自礦產資源，也就是說社會變遷和生產力的發(fā)展在一定程度上取決于礦產資源。但是，礦產是一種不可再生的、空間分布不均衡的、賦存狀態(tài)復雜且數量可變的資源。對此，為了穩(wěn)定國家經濟和推動國民經濟的發(fā)展，深入研究礦產資源井下開采技術非常必要，即：及時掌握井下采礦的發(fā)展趨勢，適時改進井下采礦技術，以滿足井下采礦對安全、質量和效率的要求。

1井下采礦技術特征

1.1井下采礦技術類型多樣

近年來，我國礦產資源開采技術發(fā)展快是不爭的事實，但是盲目開采卻引發(fā)了能源資源短缺、環(huán)境破壞和生態(tài)失衡等問題，從而威脅到了整個人類社會的健康發(fā)展。井下采礦技術類型多樣，適應于不同的井下作業(yè)環(huán)境。目前，長壁開采技術是一項廣泛應用的井下采礦技術，其最常見于井下開采中，因其表現出操作簡便、作業(yè)高效且安全的特點。

1.2井下采礦技術復雜

相較于露天采礦，井下采礦施工條件更復雜，面臨的安全形勢更嚴峻?？梢?，井下開采是一項高難度的工事，首先要求投入充足的財力、人力和屋里，以實現井下安全作業(yè)；其次，在在井下采礦作業(yè)前，做好一切安全準備工作，以保障作業(yè)人員安全為前提，并做好施工設備的安全、高效運轉工作，以免因設備故障引起坍塌、火災等井下采礦事故。

1.3井下采礦技術更新快

時代在進步，井下采礦技術更新不斷加快已經成為了不爭的事實。面對這一社會形勢，采礦企業(yè)唯有不斷更新和完善采礦技術，緊隨時代步伐，研發(fā)新的井下采礦技術，培養(yǎng)專業(yè)的技術人才，才能在激烈的競爭中獲勝?？傊?，井下采礦技術具有較強的針對性、創(chuàng)新性，要求與人類社會實現同步發(fā)展。

2井下采礦技術

2.1深井開采技術

目前，深井開采技術（或稱井下深部開采技術）是一項應用最多的井下采礦技術，其施工工藝見圖1。結合圖1，在深井開采中，礦層、巖層的壓力將會隨著開采深度的增加而增大，所以要求開采人員準確計算不同礦層的垂直距離、巖層的承壓力，準確定位巷道的位置，并利用專業(yè)的泄壓設備泄壓，從而保障深井安全生產目標的實現。在深井開采中，用水量一般會隨著開采深度的增加而增多，要求采礦人員在整個開采作業(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，要求采礦人員運用HEMS降溫換熱系統(tǒng)合理控制溫度，以改善采礦人員的工作環(huán)境。

2.2緩傾斜開采技術

緩傾斜中厚礦體的礦巖條件穩(wěn)定，我國一般采取分段崩落采礦法、水平分層填充采礦法、爆力運搬空場采礦法、分段空場采礦法和房主采礦法等采礦技術。在實際應用中，要求開采人員從井下客觀實際出發(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構特征，再合理分段（一般分為礦段、盤區(qū)），然后針對不同分段開展相應的井下開采作業(yè)。以房柱采礦法為例。房柱采礦法的技術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，其開采技術條件包括：礦體底、頂板圍巖分布著極限抗壓強度高、構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，結合該礦體的賦存狀況布置采場，即：對穿插脈巖、局部厚約2~6m的礦體劃分采場，順著走向布置礦塊，并在采場中間隔6~8m布設Φ3m的不規(guī)則礦柱，用以維護地壓；其次，在礦房中，順著下層礦體底板采準切割礦體，從而得到一個采準-切割-回采的自由面；第三，結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，具體操作工藝見圖2。 

2.3井下支護技術

井下采礦的危險性非常高，而井下支護技術可有效保障井下采礦的安全。井下支護的技術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)。為了順應井下采礦行業(yè)的發(fā)展，井下支護技術同步實現了更新換代，如錨桿桁架技術。錨桿桁架由兩根漲殼式錨桿、若干高強度鋼桿組成，現已在井下采礦中廣泛應用。

3井下采礦技術的發(fā)展趨勢

3.1采礦設備大型化

隨著社會經濟的發(fā)展，礦產資源需求量與日俱增，而為了適應這一發(fā)展形勢，要求改進采礦設備，即淘汰掉傳統(tǒng)的采礦設備，改用一些大型的采礦設備，繼而不斷完善井下采礦體系。如在井下穿孔爆破中，大型爆破設備的使用不僅縮短了爆破作業(yè)時長，還提高了爆破的效率，同時大大減小了工作偏差。

3.2采礦技術智能化

數據顯示，我國超過75%的煤礦實現了機械化采礦，其中大型煤礦機械化程度高達95%。隨著物聯網、虛擬現實和人工智能技術的發(fā)展，將新型技術引入煤炭開采中是一種不可逆的趨勢，且隨著計算機技術、傳感技術的突破式發(fā)展，將會出現一種煤礦智能化無人開采理念——智能自適應開采技術模式，這都表明了我國井下采礦技術正在朝向智能化方向發(fā)展，也就是說井下采礦技術從機械化、自動化到智能化是一種必然的趨勢。

3.3井下開采綠色化

地球是人類賴以生存的母親，環(huán)境一旦遭受破壞，人類將會遭遇滅頂之災，所以環(huán)保是人類社會永恒不變的主題。在礦產資源開采中，環(huán)境破壞問題一直都很突出，且尚未從根本上扭轉局勢。在這種情況下，如何減輕井下采礦造成的環(huán)境問題備受關注，這就表明了實現井下開采的綠色化是時代的要求，即以環(huán)保、綠色、低碳、高效作為井下采礦技術發(fā)展的標桿。目前，瓦斯與煤共采技術和煤炭地下氣化技術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結語

綜上，井下采礦作業(yè)總的要求是安全、綠色、高效，井下采礦技術研究應始終以此為出發(fā)點和落腳點，不斷完善技術。當前，井下采礦技術更新換代的周期逐漸縮短，及時掌握行業(yè)的發(fā)展要求是技術研究的前提，同時井下采礦技術的發(fā)展趨勢又反映了整個行業(yè)的發(fā)展要求?？偟膩碇v，井下開采技術將會不斷向機械設備大型化、智能化、綠色化方向發(fā)展，不斷為整個礦產采礦行業(yè)注入源動力。

作者：趙文騰 單位：翼城華泓煤業(yè)有限公司