深井金屬礦床高效開采及地壓監(jiān)控技術(shù)研究

曾繁煒

（山東科技大學(xué)，山東 青島 266000）

1 金屬礦床深井開采基本特征

（1）深井開采的概念

深井開采在不同的國家和地區(qū)有不同的定義標準，如在南非對800m～1000m的礦井深度進行開采稱為深井開采；在德國對埋藏深度達到800m～1000m的礦井進行開采稱為深井開采，對埋藏深度達到1200m以上的礦井進行開采稱為超深井開采；也有一些國家深井深度標準制定的較低，如日本為600m，英國為750m。而中國目前所普遍認同的標準根據(jù)礦藏不同而不同，煤礦深度為800m～1500m的為深井開采，金屬礦的1000m～1200m為深井開采。

（2）深井開采中的“三高一擾動”

眾所周知，礦井開采的深度越深，難度就越大，主要是由于深度越深，地壓就越大，而巖溫也隨之增高，伴隨的便是礦山提升、排水、通風(fēng)、支護等各方面的困難越來越大，深井開采同時也面臨著復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，也就是“三高一擾動”（即高地應(yīng)力、高井溫、高井深以及強烈的開采擾動）。高地應(yīng)力的作用下，容易誘發(fā)巖爆、產(chǎn)生地壓災(zāi)害，一旦發(fā)生意外就會危及施工作業(yè)人員和設(shè)施設(shè)備的安全。高井溫的作業(yè)環(huán)境讓施工人員面臨很大挑戰(zhàn)，對施工的效率產(chǎn)生巨大的影響。研究表明，工人勞動時，溫度每升高十度，工人勞動效率就降低百分之七到百分之十。高井深使得礦山開采的難度增加，提升、排水等都受到了影響，開采成本隨之增加。在深井開采的過程中，會產(chǎn)生更加強烈的開采擾動，使得巷道圍巖壓力增加到原來的數(shù)倍，最終導(dǎo)致礦震、巖體受到破壞等現(xiàn)象。

2 深井金屬礦床安全高效采礦方法研究

（1）開采技術(shù)條件

首先，我們要對礦區(qū)的地層進行探測，對礦區(qū)內(nèi)分布的褶皺、斷裂、巖體等構(gòu)造有足夠的了解，對地層、地質(zhì)構(gòu)造給開采里帶來的影響進行分析。其次，要對開采的礦體和其圍巖進行特征分析，有的礦體呈現(xiàn)橄欖狀，也就是中間厚大、兩邊薄尖的分布形態(tài)，而有的分布會比較均勻，不同的礦體分布也將影響開采技術(shù)的使用。礦體圍巖是礦體周圍的巖石，對洞體的穩(wěn)定有十分重要的作用。

（2）初步設(shè)計推薦的采礦方法及其存在的技術(shù)問題

在開采之前，要根據(jù)勘探數(shù)據(jù)進行采礦方法的設(shè)計，結(jié)合礦體實際情況進行研究分析。根據(jù)礦石品位的不同采用不同的方式來有效地促進資本回籠、還貸等。本文就階段空場嗣后充填采礦法作為初步設(shè)計推薦進行闡述。該方法是以盤區(qū)為回采單元，不留盤區(qū)礦柱，為了讓采場有更好的受力環(huán)境，選擇的是沿著礦體走向進行布置，也讓地壓的應(yīng)力較為集中。盤區(qū)逐步向垂直礦體的方向推進，對較為厚大的礦體部分進行開采。同時，采場按隔三采一的方式進行回采，并根據(jù)礦體的厚度不同而愛用不同直徑的深孔爆破落礦。對采空區(qū)的回填使用的是全尾砂膠結(jié)或者是全尾砂進行充填。

階段空場嗣后充填采礦法在技術(shù)分析上是可行的，但也要結(jié)合不同的礦床情況。結(jié)合實際，它仍然有一些技術(shù)問題和不足。一是復(fù)雜的回采工藝讓生產(chǎn)管理難度增加，在隔三采一的方式下，各個盤區(qū)、各個采場之間都需要進行緊密的銜接，來讓開采有序進行。如果在實際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)爆破、支護、填充等工序的斷裂或銜接不順利的情況，都會造成礦山整體的運行受到影響，最終導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，收益低。二是盤區(qū)回采順序不利于產(chǎn)量穩(wěn)定。在技術(shù)設(shè)計中，盤區(qū)是沿垂直礦體的走向進行推進的，由礦體厚大的部分著手開采，這樣一來前期深孔采場回采，而中深孔鑿巖設(shè)備在生產(chǎn)過程中并不能真正發(fā)揮作用，后期的回采中，深孔采場的產(chǎn)量難以得到保證，也將造成深孔鑿巖設(shè)施設(shè)備的閑置。三是可能出現(xiàn)深孔采場鑿巖銅室的分布是在礦脈之外，使得炮孔的利用率不高，而圍巖中掘進量較大，掘進成本增高。

（3）采礦方法優(yōu)化研究

首先，確立優(yōu)化目標。在優(yōu)化研究當中，要將該設(shè)計優(yōu)化的目標進行確立，才能有針對性的進行研究優(yōu)化。筆者認為應(yīng)該朝以下幾方面進行優(yōu)化：一要優(yōu)化艾匡方法，降低采切比以及回采成本，二要優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)，通過確定盤區(qū)之間的隔離礦柱的寬度來降低貧化損失，三要優(yōu)化回采工藝，對工藝簡化，讓作業(yè)采場數(shù)減少從而提高相關(guān)設(shè)施設(shè)備的利用效率，四要優(yōu)化底部結(jié)構(gòu)，優(yōu)化拉低、切割工藝，讓大型無軌出礦設(shè)備發(fā)揮出應(yīng)有的效率，讓開采更加的安全高效，從而取得更高收益。其次，對各個技術(shù)部分進行分別優(yōu)化。在盤區(qū)和采場的分布上進行優(yōu)化，根據(jù)礦床分布盤區(qū)，在盤區(qū)內(nèi)合理布置采場，通過合理的劃分來促進回采效率。采用暫留隔離礦柱來靈活盤區(qū)的回采方式，有利于采場的安全系數(shù)提高，有利于工程采準，也是對回采工藝過程的簡化，進而方便組織管理，提高生產(chǎn)效率。

3 深井采礦巷道失穩(wěn)模式與支護技術(shù)研究

（1）采礦巷道失穩(wěn)模式

在深井“三高”下，最有可能發(fā)生地壓破壞的是采礦巷道。一般來說，采礦巖體工程的總體是穩(wěn)定的，但巷道由于分布廣、交匯多、密度大，有些區(qū)域結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，而且通常井下的爆破作業(yè)多，從而容易造成采礦巷道失穩(wěn)。在高應(yīng)力的作用下，容易引起兩種巷道巖體失穩(wěn)，一種是動態(tài)失穩(wěn)，一種是靜態(tài)失穩(wěn)。動態(tài)失穩(wěn)指的是因高應(yīng)力集中或這是爆破作業(yè)導(dǎo)致的巷道失穩(wěn)，引發(fā)巖爆事件的發(fā)生。靜態(tài)失穩(wěn)指的是由于巖石節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致其容易遇水風(fēng)化，一般發(fā)生在位于蛇紋巖礦巖的巷道中，巷道頂板容易塌落，且兩側(cè)容易片幫。

（2）采礦巷道地壓支護控制

支護是深井開采控制巷地壓的一種有效方式，而錨噴支護是運用較為廣泛的一種支護方式，它是一種柔性的支護方式，在支護中對圍巖起著主要的加固作用，使用錨桿，讓其在圍巖體中承載巖石應(yīng)力，讓加固錨桿和被加固的圍巖共同承擔(dān)起圍巖傳遞的應(yīng)力，從而提高圍巖的自承能力。另外，噴射混凝土的方式能夠封閉圍巖，預(yù)防圍巖的風(fēng)化，限制圍巖膨脹，提高其自身的支撐力，進而保障巷道的穩(wěn)定，確保人員的安全。通過錨桿和噴射混凝土的相互配合，可以有效的將圍巖的承載能力和承載結(jié)構(gòu)進行加強，讓錨桿和圍巖共同承擔(dān)沖擊荷載。

（3）深井地壓災(zāi)害的充填控制

在深井開采金屬礦床的作業(yè)中，應(yīng)當在礦床開采之后及時的填充采空區(qū)，從而保障地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免深井地壓災(zāi)害事故的發(fā)生，實現(xiàn)高效有又安全的深井開采。深井開采充填控制，要使用合理的充填配比設(shè)計，要確保充填體的受應(yīng)力小于充填體的強度。

（4）爆破振動控制技術(shù)研究

在深井金屬礦床作業(yè)中，爆破是必不可少的內(nèi)容，而爆破形成的爆破振動，容易對周圍巖體或采礦巷道造成不同程度的損傷，甚至破壞。爆破振動的控制技術(shù)可以從四個方面進行設(shè)計：能量源控制、傳播過程控制、傳播介質(zhì)控制和結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)控制。

總之，深井金屬礦床開采難度較大，影響因素也較多，本位在對深井開采的特征、技術(shù)條件等方面進行了分析，并對實現(xiàn)高效開采的方法進行了探討，以求推動我國采礦業(yè)高效發(fā)展。