有色金属矿山深井采矿技术探讨

王兴源

（锡林郭勒盟山金白音呼布矿业有限公司，内蒙古 锡林郭勒盟 026300）

近年来我国诸多行业在发展过程中，对于有色金属资源的需求量不断攀升，但是该资源的开采量却呈现出逐年下降的情况，究其原因为处于矿山浅表层的有色金属已经被挖掘殆尽，过少的资源数量难以满足市场过高的资源需求量；同时经过对矿山有色金属资源分布情况的勘察，可知矿山深部埋藏着储量丰富的有色金属资源，但是开采作业难度太大，常规技术无法直接对资源进行开采。针对该问题，需要矿山作业的技术人员对深部资源开采技术进行重点研究，结合开采的难点问题找出最佳的有色金属矿山深井采矿技术，有效提升此类矿山开采作业的质量和效率，依托开采获取的大量资源满足市场所需，实现矿山企业的长远可持续发展。

一、研究的必要性

目前，浅层的矿床已经被开采殆尽，有色金属的深部开采将成为采矿的主要研究方向。通过调查分析能够发现在未来的十年时间之内我们国家的有色金属深部开采将会达到一千米或以上。而深部开采将面临诸多的关键难题：一是深部高应力问题，深部高应力可能导致破坏性地压活动，包括矿山开挖引起的岩爆、塌陷、顶板、突水等动力灾害。二是岩性恶化。浅部硬岩变成深部软岩，弹性体变成潜塑性体，给支护和矿山安全带来了很大的负担，严重影响了矿山的开采效率和效益。三是深高温环境,随着深层温度1.7℃/100-3.0℃/100 米梯度增加。

二、现状分析

国民经济需要的铁、锰、铜、铅、锌、铝土矿等块状矿柱品种无法满足需求。每年有60%以上的铁精矿、70%以上的铜精矿和50%以上的铝土矿必须从国外进口。主要金属矿产资源对国外的高度依赖，对我国国民经济的发展构成了潜在的严重威胁。更重要的是，钨、锡、钼、锑、萤石、重晶石等中国优势矿物的优势正在减弱甚至丧失，其可供储量对2020 年需求的保证程度分别仅为89%、35%、85%、55%、15%、26%。与发达国家相比较，我们国家对开采技术的研究比较晚，对于深井开采技术来说，基本还处于初步阶段，只有少部分矿山进入了深井采掘作业，并在深井建井、采掘设计、采掘支护工艺、供配电、通风、排水、地压监测、岩爆防治等诸多方面取得了一定的实践经验，大部分矿山仍然处于保证回收地下资源时只注重了大规模的开采，忽略了对开采技术的深入研究。

三、有色金属矿山采矿技术的种类

（一）连续采矿技术

主要包括振动机组工作强化开采技术、原矿车架带式输送机为主体的出矿技术以及无间柱大量采矿技术。

（二）胶结充填采矿技术

随着回采与充填技术的快速发展，在应用胶结充填采矿技术时，因为矿井条件的差异也会有所不同，具体分为盘区高分层充填采矿技术、高阶段大直径深孔嗣后充填采矿技术、分段充填采矿新技术以及点柱充填采矿技术。

（三）固体废料充填技术

有色金属矿山在开采过程中，会产生尾砂和废石等固体废料，可以利用这些固体废料来实现矿山废料资源化，大大地降低排放量。

（四）原地溶侵采矿技术

经过大量地研究和试验，原地溶侵采矿技术越来越成熟，在有色金属矿山开采中得到广泛应用。

（五）深井采矿技术

深井采矿技术的开采条件是指利用一些技术和工程，将原有的开采条件技术进行改进，创造出更加合适的开采条件，比如新研发的钢纤维混凝土支护和高地应力卸荷等，能够提高深部矿床开采的效率。

四、深井采矿技术在有色矿山中的应用

（一）高温矿井排热通气技术

深井采矿技术中，高温矿井排热通气技术是其中常见的技术类型之一，主要便是根据空气以及岩石之间能够运用热交换的原理，用以实现高温矿井的排热通气，同时在复杂通风的情况之下，还可以应用通风环境分析技术以及网络智能化技术，实现对于高温矿井井下情况的科学分析，之后充分使用矿井上部通道的调热机能，用以全方位保证高温矿井从井上到井下开采过程中的空气保持最低的温度，从而为有色金属矿山的开采提供便利的条件，防止由于矿井温度过高而影响开采。

（二）高地应力卸荷技术

高地应力卸荷技术也是深井采矿技术的重要组成部分，主要便是对于矿山回采阶段，将采场局部弱化技术应用于其中，这样便可以实现对于矿山回采顺序的科学设置以及安排，同时通过以上方面技术对于岩石应力的分布情况进行科学调整，进而促使向深部转移应力的集中部位，防止由于应力不均而产生施工安全事故。

（三）钢纤维混凝土支护技术

在深层矿井开采阶段，除了高地应力卸荷技术的应用之外，还需要充分保证矿井的牢固性与安全性，因此也需要注重将钢纤维混凝土支护技术应用其中，用于防止出现矿井坍塌、落石等方面危险的发生。在当前发展的过程中，钢纤维混凝土支护技术已经拥有良好的技术标准，并且在实际应用阶段取得良好的成效，因此这也为深井采矿提供了一定的技术支撑。将钢纤维混凝土支护技术应用在其中，可以使混凝土结构机体拥有较高的持久力以及韧性，从而有效防止在采矿阶段出现岩爆情况所产生的危害。钢纤维混凝土支护技术实际应用期间，需要注重对于施工机械设备的选择，例如：喷混凝土作业台、混凝土搅拌运输车、混凝土运输设备等方面，在应用阶段也要注重对于混凝土拌和度、温度等方面数据指标的控制，以此充分提高钢纤维混凝土支护技术的质量，全面保证矿井在施工开采阶段的安全性。同时，通过钢纤维混凝土支护技术也可以确保施工环境的稳定性，对于其中有可能产生的松动问题进行有效且合理的控制，使矿井形成较好的紧贴性，保证开采安全。

（四）保证结构可靠

深部采矿法可以基于相关的钢纤维砼支护来保障巷道结构的可靠性，保证生产安全。一般情况下，钢纤维砼支护方法多用在基础条件较好，但砼结构开始产生开裂现象的位置，经妥善处理，可以提高砼基体框架的强度与韧性，管理深部采矿期间的高地应力岩爆问题。在使用钢纤维砼支护方法支护处置砼结构时，需要使用很多机械设备，如砼搅拌器、运输机械、喷砼工作台等，可以提高作业面稳固性，管理危险岩层松动，保障生产安全。

（五）技术问题及解决策略

1.深井采矿中岩爆等地质问题及解决策略。矿井岩爆是在开采中非常严重的事故，对矿井岩爆进行预测以及控制也是国内外矿山开采中的难题，半个世纪内国内外的诸多科研人员，不断研究矿井岩爆的问题，在岩石破裂时进行很多工作。矿井岩爆是有一定随机性以及突发性的，现阶段对矿井岩爆的研究，还无法满足安全开采的需求。但是对于矿井岩爆，现在也有很多预测以及控制的方法。结合矿体构造和原岩石应力的基本分布，作业人员要注意开采顺序的合理性，合理布置采场，减少能量的贮存。对矿井的能量释放进行科学控制，在开采时要运用回采的方式，以小断面为切入点进行开采，对可能发生矿井岩爆的位置，可以用松动爆破的方法，或者超前支护的方式，对矿井岩爆进行防护。借助先进的检测科技，运用专业化的科研人员，建立矿井岩爆的检测系统，对地应力的规律进行研究，从而采用合理的矿井岩爆保护措施。2.深井采矿中通风问题及解决策略。深井采矿不断向纵深方向发展，规模扩大，生产布局会不断变化，这种情况下就需要对通风系统做出适当的改变，让通风系统保持良好的效果，为井下的工作人员提供更好的作业环境。通常情况下深井采矿的通风系统，主要问题是风机的配置效率有待提升，进风量小以及风流调整被破坏等问题。因为深井采矿的地质条件是有所区别的，这种情况下所采用的开采方式是不同的，深井采矿通风系统也要考虑到各方面的因素，采取合理的优化方法。可以对深井采矿的风量需求进行准确计算，这是对深井采矿的通风系统进行优化的基础，结合生产情况，考虑到整个深井的通风需求，计算出总需风量。然后结合作业点的设置，将风量分配给各个作业段，结合需风量，设置风扇设备，避免漏风。

（六）有色金属矿山深井采矿技术研究的意义和方向

目前，我国有色金属矿山的浅层矿床几乎都被开采完了，很多的有色金属矿山都开始进行深度开采，因此，需要用到深井采矿技术。深井采矿的过程中经常会遇到高温、高压以及高地应力情况，会严重影响开采的顺利开展。例如在深井开采过程中一旦发生岩爆，会严重威胁到工作人员的生命健康和机械设备的安全运行。这样就会大大降低工作效率，加大成本支出。所以，一定要提高深井采矿技术，有效解决这些问题，确保顺利开展各项工作，实现安全、高效、大规模以及低成本的有色金属矿山深井开采。随着有色金属矿床开采深度的增加，地温和地应力不断提高，给深井采矿工作带来很多技术方面的难题，例如，深井的温度一旦超过工作人员的最大承受力，就会降低开采效率，增加采矿成本；深井开采过程中发生岩爆会对工作人员和机械设备造成极大的损害。为了提高深井采矿的安全性能，一定要有效解决这些问题。相关部门和人员在研究有色金属矿山深井采矿技术时，一定要充分考虑以下几个方面：第一，研究人员要全面分析深井地压的特征，掌握深井采矿过程中地压可能出现的特征，采用合理方法来有效控制高应力地带的低压，避免发生岩爆。另外，可以引进矿山微震监测系统，随时观察地压特征和岩体的稳定状况，从而能够预防发生突发状况，还可以及时预报。

第二，研究人员要不断改善上部矿井通风系统或者深井通风系统，合理利用循环通风技术，并深入分析预防深井热害的技术，制定出科学有效的预防和治理热害方案。第三，研究人员要不断优化现有的采矿技术，并加强对综合型技术研究。

结语：目前我国进行有色金属矿山开采的技术类型较多，不同的深井采矿技术有着不同的适用范围，为了保证井下开采的有效性以及安全性，需要矿山企业对于相关技术的全部内容进行有效把握，以此提升对于该技术使用重要性的认识，继而可以在技术应用中，在把握有色金属资源矿山基本情况之下，选用最适合的技术完成矿山资源开采任务，促使资源产能率显著提升，矿山企业可以获得更多的经济效益。