礦井工程施工中的井下采礦工藝選擇研究

張 衛(wèi)

（山東東山新驛煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272100）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、工業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，導(dǎo)致其需求也得到了增長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，礦產(chǎn)資源一直是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位[1]。作為我國(guó)能源的主要來(lái)源，礦產(chǎn)資源工業(yè)的發(fā)展對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用，我國(guó)礦產(chǎn)工業(yè)在需求激勵(lì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)快速進(jìn)步的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，礦產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中很多的礦產(chǎn)企業(yè)也通過(guò)這一系列影響實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展和增長(zhǎng)，對(duì)于礦產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，挑選適合自身的井下開(kāi)采技術(shù)，能夠高效地提升礦井開(kāi)采效率和經(jīng)營(yíng)效益，同時(shí)也提升了礦井開(kāi)采的成效[2]。獲取合適的采礦技術(shù)，增大采礦技術(shù)的研發(fā)，也是提升核心企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。

1 我國(guó)井下采礦技術(shù)及工藝發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的進(jìn)步，我們國(guó)家井下采礦工藝也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在如今的井下采礦的狀態(tài)來(lái)講，包括礦產(chǎn)開(kāi)采技術(shù)，特別是綜合開(kāi)采、一般開(kāi)采，連續(xù)開(kāi)采和爆破開(kāi)采。隨著地質(zhì)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)收益的制約，礦產(chǎn)單位必須在不一樣的采礦作業(yè)中選擇不一樣的開(kāi)采技術(shù)，以提升自身的效益以及競(jìng)爭(zhēng)力[3]。

隨著我國(guó)礦產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)步，礦產(chǎn)資源井下開(kāi)采的技術(shù)手段逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、智能化，由傳統(tǒng)的人工開(kāi)采向現(xiàn)代機(jī)械化采礦轉(zhuǎn)變，一些礦產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)了先進(jìn)的智能化開(kāi)采方法，有效地提高了開(kāi)采效率和開(kāi)采質(zhì)量，同時(shí)也提高了地下開(kāi)采的安穩(wěn)性[4]。不同地質(zhì)條件下礦產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開(kāi)采對(duì)不同地質(zhì)構(gòu)造的人才支持不足，然而，先進(jìn)的采礦技術(shù)并不能有效地應(yīng)用于礦井開(kāi)采，而且，從我國(guó)礦產(chǎn)工業(yè)地下開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用的總體情況看，礦產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展起步較晚，使其沒(méi)有國(guó)外先進(jìn)公司成熟，地下開(kāi)采的環(huán)保技術(shù)也與國(guó)際的先進(jìn)水平相比較低。

2 井下采礦技術(shù)與工藝概述

即使我國(guó)地下開(kāi)采的歷史悠久，但在地下開(kāi)采方面還存在一定的不足。需要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，讓礦產(chǎn)開(kāi)采向著集約化、機(jī)械化、智能化方向進(jìn)步，礦井工藝與采礦技術(shù)是礦產(chǎn)工業(yè)的主要研究?jī)?nèi)容，礦井開(kāi)采的效率決定了全部礦場(chǎng)資源領(lǐng)域的高效合理進(jìn)步[5]。

2.1 綜合機(jī)械化采礦技術(shù)

綜合性的機(jī)械化采礦工藝，又叫做綜采，是指在礦井下開(kāi)采過(guò)程中使用機(jī)械設(shè)備，包括采礦面分割、頂板支護(hù)、運(yùn)礦和采空區(qū)處理等。在我們國(guó)家礦產(chǎn)領(lǐng)域的總體發(fā)展來(lái)看，綜合開(kāi)采技術(shù)是未來(lái)礦井下開(kāi)采技術(shù)最重要的應(yīng)用[6]。

割礦。割礦的步驟包括礦井開(kāi)采和礦產(chǎn)資源裝載。一般是采礦機(jī)與滾筒采礦機(jī)這兩種，完成碳切割過(guò)程：滾筒切割機(jī)又可以分成單浪尖與雙滾筒礦井開(kāi)采機(jī)。為了滿(mǎn)足采高的改變與礦層的項(xiàng)底板起伏，雙滾筒剪的可調(diào)高度一般用于調(diào)節(jié)間隙高度的變化和流量的波動(dòng)，隨便無(wú)論是上下，一般都是取前滾筒實(shí)施上割礦，后滾筒實(shí)施下割礦，滾筒式采礦機(jī)通過(guò)滾筒的旋轉(zhuǎn)葉片和滾筒的驅(qū)動(dòng)的作用將礦產(chǎn)資源直接裝載到刮板輸送機(jī)中。采礦機(jī)有兩種割礦的方法：?jiǎn)蜗蚝碗p向割礦。切割可能性適用于頂板穩(wěn)定性低、俯沖角大的綜合開(kāi)采爆破面，雙面截割主要用于礦層穩(wěn)定、俯仰角較軟的綜合開(kāi)采工作面在與滾筒割礦相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低、維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)單的自我控制和無(wú)人操作的工作流程切。直的而耕作在薄礦種機(jī)械化開(kāi)采中占有重要地位，但其生產(chǎn)效率低，地質(zhì)條件適用幅度差，設(shè)備穩(wěn)定性差，如果抽氣高度大。僅限于礦層穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的軟礦層，還有不存在堅(jiān)硬的架桿，頂板穩(wěn)固，礦層厚度小于2m 的礦層。

運(yùn)輸?shù)V。通過(guò)采礦機(jī)切下的礦產(chǎn)資源被裝載到刮板輸送機(jī)上，運(yùn)輸過(guò)程中有橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和伸縮帶式輸送機(jī)，從工作面運(yùn)輸刮板輸送機(jī)的能力必須與采礦機(jī)的生產(chǎn)能力相適應(yīng)。在一般來(lái)說(shuō)，輸送機(jī)的支持能力是比采礦機(jī)還大的。

工作面的支護(hù)與采空區(qū)的治理。工作面的液壓支架使用是把高壓的液體當(dāng)作動(dòng)力，主動(dòng)做到對(duì)工作面的項(xiàng)板的護(hù)幫、前移、切頂、擋桿、推移、支撐刮板輸送機(jī)與采空區(qū)治理等步驟。工作面的支護(hù)模式有及時(shí)支護(hù)與滯后支護(hù)這兩個(gè)模式，滯后支護(hù)這一模式可以滿(mǎn)足周期壓力大和直接頂安穩(wěn)性好的頂板，關(guān)于直接頂安穩(wěn)性不好的頂板效果不太好。采空區(qū)有很多種處理方式，但大部分運(yùn)用輕易安穩(wěn)、費(fèi)用不高地整體垮落法治理采空區(qū)。

綜合開(kāi)采技術(shù)能夠有效地增強(qiáng)礦井下開(kāi)采的機(jī)械化和自動(dòng)化水平。在地下開(kāi)采中的礦產(chǎn)資源開(kāi)采主要是破礦和礦產(chǎn)資源裝載。礦井開(kāi)采的多用設(shè)備是采礦機(jī)與刨礦機(jī)。礦產(chǎn)資源運(yùn)輸?shù)闹饕康氖窃谄频V以后通過(guò)帶式輸送機(jī)將礦產(chǎn)資源運(yùn)送到外面。另外，處理采空區(qū)的應(yīng)力有很多方法，但礦產(chǎn)企業(yè)在開(kāi)采礦層和高位采空區(qū)區(qū)時(shí)，必須特別注意采空區(qū)的應(yīng)力處理重點(diǎn)?？偨Y(jié)可以說(shuō)，礦產(chǎn)企業(yè)在綜合開(kāi)采技術(shù)的同時(shí)，有實(shí)效地減小了企業(yè)的開(kāi)采經(jīng)費(fèi)。同時(shí)綜合開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用全機(jī)械化的工作方式，工作效率高，工作可靠性高，能有效減少工作員工的井下作業(yè)強(qiáng)度。

2.2 普通機(jī)械化采礦技術(shù)

普通機(jī)械化采礦技術(shù)也是一種通用的采礦技術(shù)，在地下開(kāi)采將采取人工作業(yè)和機(jī)械化作業(yè)相結(jié)合的方式，礦產(chǎn)企業(yè)采用常規(guī)開(kāi)采技術(shù)的主要原因是礦層穩(wěn)定，頂板良好，是同步的考慮了礦井的儲(chǔ)量和使用期限，以降低地下礦井的安裝成本，以便節(jié)約。因此企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的發(fā)展情況決定是否引進(jìn)一種通用的采用技術(shù)。以往的采礦技術(shù)要求井下作業(yè)更加復(fù)雜，這將在一定程度上減少礦產(chǎn)資源企業(yè)的人力資源浪費(fèi)。傳統(tǒng)采礦技術(shù)主要承擔(dān)著裝載和采礦的機(jī)械化作業(yè)。根據(jù)目前的情況，我們應(yīng)該選擇減少體力勞動(dòng)的采礦方法和技術(shù)，提高開(kāi)采水平，促進(jìn)我國(guó)礦產(chǎn)資源快速穩(wěn)定的進(jìn)步，同時(shí)加強(qiáng)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)工作，發(fā)展長(zhǎng)久性的生產(chǎn)。

2.3 連續(xù)采礦技術(shù)

連采的全稱(chēng)是連續(xù)開(kāi)采礦技術(shù)，國(guó)際合作先進(jìn)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采企業(yè)一般采用連續(xù)開(kāi)采的方法，進(jìn)行開(kāi)采礦生產(chǎn)。連續(xù)開(kāi)采技術(shù)主要利用完整的采礦設(shè)備礦井開(kāi)采來(lái)完成。機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)井下采礦工作面結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境要求高，我國(guó)礦產(chǎn)資源企業(yè)規(guī)模不大，連續(xù)采用開(kāi)采技術(shù)，只有在一些大型礦產(chǎn)資源企業(yè)中才能持續(xù)使用。同時(shí)用于地下連續(xù)采礦作業(yè)，通過(guò)一套完整的采礦機(jī)械設(shè)備，使用限制了連續(xù)采礦技術(shù)的發(fā)展勞動(dòng)力成本，但技術(shù)和資本要求很高。此外，與全機(jī)械化開(kāi)采和常規(guī)開(kāi)采相比，連續(xù)開(kāi)采可以恢復(fù)回收采空區(qū)中剩余的礦井，有效規(guī)避浪費(fèi)資源的現(xiàn)象。

2.4 爆破采礦技術(shù)

礦產(chǎn)資源的爆破技術(shù)可以簡(jiǎn)稱(chēng)為炮采，特別是在工作面支護(hù)、裝礦、采空區(qū)加工等方面工作。爆炸開(kāi)采首先必須通過(guò)爆炸裝置完成礦層的開(kāi)采作業(yè)，爆炸物應(yīng)在保證圍巖安全策略的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確計(jì)算輻射所需的輻射設(shè)備和預(yù)期的效果，繼而達(dá)到目的。此外，爆炸后，應(yīng)確保有效地進(jìn)行了礦產(chǎn)資源裝載，并將礦產(chǎn)資源運(yùn)出礦井。在輻射技術(shù)的應(yīng)用，特別是人工裝礦和采空區(qū)處理仍在應(yīng)用，最終做到的支持工作的完成，爆破采礦技術(shù)應(yīng)用環(huán)境需要較高，在地下開(kāi)采中運(yùn)用的較少。

首先，它是爆破落礦，礦產(chǎn)資源應(yīng)嚴(yán)格、精確地壓碎，以確保頂板、支架和其他設(shè)備不受損壞，同時(shí)工作表面應(yīng)光滑，以允許爆炸和局部結(jié)構(gòu)變化，會(huì)導(dǎo)致地域崩潰，使用炸藥應(yīng)該是適當(dāng)合理的，不是多了就能起到更好的效果。需要一些精確的炮擊點(diǎn)，在炸點(diǎn)的選擇上要準(zhǔn)確，炸藥的使用要嚴(yán)格控制，操作人員必須提前做好準(zhǔn)備并事先了解礦層的位置，了解礦層的厚度和硬度、頂板的儲(chǔ)存能力等相關(guān)因素，再進(jìn)行鉆孔，以實(shí)現(xiàn)精確鉆孔，因?yàn)榕诳资潜夹g(shù)的核心，也是爆炸源的爆炸點(diǎn)，如果炸點(diǎn)方向不對(duì)，全體的爆炸狀況機(jī)會(huì)遭到影響。

其次，在裝卸礦體的情況下，不是所有的礦體都可以在爆炸后拋到輸送機(jī)上，剩下的卸礦必須由人力完成；下一步是支撐工作面并處理采空區(qū)。金屬的摩擦支柱與單一的液壓支架往往能很好地完成開(kāi)采礦出的支護(hù)，實(shí)施清理采空區(qū)，減輕頂板漏失面積，確保采礦場(chǎng)安全，能夠試著運(yùn)用垮落法。

3 井下采礦技術(shù)的選擇與應(yīng)用

地下開(kāi)采礦企業(yè)是不是選擇了正確的開(kāi)采工藝，直接影響到企業(yè)的資源回收率和生產(chǎn)效率。為了完成它的優(yōu)質(zhì)進(jìn)步，礦產(chǎn)資源單位在地下開(kāi)采中，必須挑選與自身開(kāi)采技術(shù)相符的施工工藝，科學(xué)正確地采用開(kāi)采技術(shù)，提升開(kāi)采效率和開(kāi)采質(zhì)量，繼而提升單位本身的經(jīng)濟(jì)收益。

3.1 綜合開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用

綜合開(kāi)采技術(shù)完成了全機(jī)械化的井下綜合開(kāi)采施工，使綜合開(kāi)采技術(shù)達(dá)到了高效、低開(kāi)采成本、高產(chǎn)的帽子。另外，綜合開(kāi)采技術(shù)不需要不部分的采礦工人實(shí)施井下的工作實(shí)踐，機(jī)械化作業(yè)程度高，安全系數(shù)高，有效降低井下作業(yè)人員的作業(yè)強(qiáng)度，減少事故的發(fā)生，但是，綜合開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用需要很多的機(jī)械化設(shè)施，礦產(chǎn)企業(yè)的機(jī)械化設(shè)施成本很高：因此，鑒于礦井開(kāi)采技術(shù)在礦產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀，一些公司在早期考慮設(shè)備的固定成本和折舊成本，就像在應(yīng)用全機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)的早期階段一樣，礦產(chǎn)企業(yè)處于虧損狀態(tài)，但將逐漸轉(zhuǎn)為盈利轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，進(jìn)去綜合開(kāi)采技術(shù)一般也可用于大傾角開(kāi)采的地質(zhì)條件，如果礦層爬升角小于55°，綜合開(kāi)采技術(shù)可用于礦產(chǎn)生產(chǎn)。

3.2 一般開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用

與綜合開(kāi)采技術(shù)相比，一般開(kāi)采技術(shù)運(yùn)用了人工與機(jī)械化相結(jié)合的模式。不過(guò)由于應(yīng)用成本低，對(duì)地下開(kāi)采環(huán)境要求低，即使開(kāi)采效率低于綜合開(kāi)采采礦技術(shù)，但在我國(guó)礦井下也得到了廣泛的應(yīng)用，另外，常規(guī)采礦設(shè)備對(duì)礦區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)，一般采礦設(shè)備的操作也十分簡(jiǎn)單，就算是中小型的礦產(chǎn)公司，也可以板穩(wěn)固，礦產(chǎn)常規(guī)開(kāi)采技術(shù)實(shí)施礦井開(kāi)采作業(yè)。

3.3 連采技術(shù)的應(yīng)用

盡管因?yàn)榧夹g(shù)的制約，連續(xù)開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)地下礦井開(kāi)采中沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，但仍進(jìn)行了試點(diǎn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，連續(xù)開(kāi)采技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中最主要的問(wèn)題是礦井當(dāng)中的通風(fēng)問(wèn)題。但連續(xù)開(kāi)采礦生產(chǎn)效率高，礦產(chǎn)質(zhì)量較好，礦產(chǎn)企業(yè)必須加強(qiáng)對(duì)礦井開(kāi)采技術(shù)的管理研發(fā)，連續(xù)性的應(yīng)用采礦技術(shù)。因此，連續(xù)開(kāi)采技術(shù)適合用在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的礦產(chǎn)，礦層傾角應(yīng)不大于15°，更好的地下工作環(huán)境。

3.4 炮采技術(shù)應(yīng)用

爆破開(kāi)采是一種不太需要固定成本的傳統(tǒng)井下作業(yè)，因此在小型礦中得到了大范圍的運(yùn)用?？墒?，爆破技術(shù)存在諸多不可控因素，爆破技術(shù)安全水平較低，這將導(dǎo)致礦產(chǎn)資源出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)久進(jìn)步，礦產(chǎn)工業(yè)和單位在實(shí)施地下開(kāi)采的實(shí)踐中，必須使礦井開(kāi)采技術(shù)適應(yīng)自身的進(jìn)步實(shí)況。同時(shí)需要具備采礦機(jī)械化和智能化水平提高、減小礦井開(kāi)采的耗費(fèi)，提升礦井開(kāi)采的成效，才能高效提升單位本身的經(jīng)濟(jì)收益與市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。