地下金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

田玉玲

摘? 要：進(jìn)入新世紀(jì)，伴隨著全球經(jīng)濟(jì)化的到來，我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)和城市化建設(shè)也在迅猛發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求也大幅提升。經(jīng)過地下金屬開采科技人員的多年研究與努力，我國(guó)的地下金屬礦開采科技取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本文以當(dāng)前我國(guó)地下金屬礦開采使用的普遍工藝與安全管理為理論依據(jù)，對(duì)地下金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出了相應(yīng)的分析。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦;采礦技術(shù);發(fā)展

當(dāng)前我國(guó)的地下金屬礦科學(xué)技術(shù)工作人員在已有的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合復(fù)雜的地下金屬開采實(shí)際環(huán)境，創(chuàng)新研發(fā)出了一整套完備的科學(xué)技術(shù)體系，但是在目前的地下金屬礦開采過程中，仍然存在開采技術(shù)水平不均衡、對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重、資源利用率和回收率差、施工中安全管理意識(shí)不到位等諸多問題。因此，非常有必要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)階段地下金屬礦采礦所運(yùn)用的普遍科學(xué)技術(shù)和安全管理方式進(jìn)行一番分析。

一、采礦工程的采礦技術(shù)特征分析

采礦工程是一項(xiàng)危險(xiǎn)性極高的工作，尤其是地下采礦工程，因此需要使用先進(jìn)的采礦科學(xué)技術(shù)確保每一位地下采礦人的生命安全。

近些年，我國(guó)采礦技術(shù)水平的不斷提升，不僅有效提高企業(yè)采礦工作效率，也減少了采礦施工人員的安全風(fēng)險(xiǎn)和整個(gè)地下金屬礦采集的綜合成本。

我國(guó)的采礦技術(shù)發(fā)展主要是以長(zhǎng)期發(fā)展為核心，以提高采礦效率和保障采礦人員的生命安全為前提，而不斷進(jìn)行科研與改進(jìn)的礦產(chǎn)采集技術(shù)?，F(xiàn)階段，我國(guó)所使用的地下金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)還處于科研發(fā)展階段，各項(xiàng)采礦技術(shù)都有著明顯的缺獻(xiàn)，這從根本上制約了現(xiàn)代地下金屬礦采礦行業(yè)的產(chǎn)能和效率。

在現(xiàn)代采礦工程技術(shù)的不斷發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了各種新的安全隱患。為了有效提升科技發(fā)展、解決安全隱患，我國(guó)不斷要求企業(yè)加大采礦技術(shù)研發(fā)投入與安全施工的管理投入，研究更為先進(jìn)的現(xiàn)代采礦工程技術(shù)和更加切實(shí)有效的安全管理體系。

現(xiàn)階段，我國(guó)采礦技術(shù)的主要特征有以下幾點(diǎn)：

（一）類型繁多

我國(guó)礦產(chǎn)資源種類豐富，地下環(huán)境復(fù)雜多變，具體開采過程中使用何種采礦技術(shù)，不能一概而論。采礦技術(shù)的選擇主要取決于礦區(qū)的地下特征。選擇的開采技術(shù)不同，具體施工方式也會(huì)有很大的差別。例如，我國(guó)當(dāng)前采礦工程技術(shù)中應(yīng)用度最廣泛的是長(zhǎng)壁煤礦開采工藝技術(shù)（如下見圖1）。但其主要應(yīng)用領(lǐng)域范圍有限，僅僅適用于地下煤礦的開采，如應(yīng)用到其他領(lǐng)域的采礦工程中，效果就會(huì)大打折扣。如果將長(zhǎng)壁煤礦開采工藝技術(shù)應(yīng)用到在目前最熱門的金屬礦采礦工程中。因?yàn)榻饘俚V無論從地層儲(chǔ)量，還是儲(chǔ)層厚度、開采難度都與煤礦截然不同。地下儲(chǔ)層的巨大差異，和具體開采過程中對(duì)設(shè)備的要求，造成了選擇采礦技術(shù)時(shí)，必須根據(jù)具體礦區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的選擇，務(wù)必要做到方案的選擇有針對(duì)性。

（二）技術(shù)操作復(fù)雜程度高

露天礦采集和地下礦采集是目前我國(guó)兩種最基本的礦產(chǎn)采集模式，但無論哪一種采礦模式對(duì)所采用的科學(xué)技術(shù)要求都十分嚴(yán)格。

采礦行業(yè)是屬于危險(xiǎn)系數(shù)較高的一種工程行業(yè)，地下采礦作業(yè)相比于露天施工，對(duì)施工技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)的要求更加嚴(yán)格。如果地下操作過程中出現(xiàn)意外，加之眾多的未知安全隱患，將會(huì)給井下工作人員的撤離，和事故發(fā)生后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的救援帶來巨大的困難。因此，采礦企業(yè)對(duì)地下采礦設(shè)計(jì)在技術(shù)和安全性審核上都極其嚴(yán)格，要從理論上杜絕發(fā)生重大技術(shù)或安全事故的可能性。

在地下金屬礦產(chǎn)的開采過程中，由于施工環(huán)境困難，采礦效率十分低下，必須切實(shí)做好前期的采礦施工安全準(zhǔn)備工作。對(duì)每個(gè)采礦施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的生產(chǎn)技術(shù)以及應(yīng)用設(shè)計(jì)方案都必須進(jìn)行嚴(yán)格的安全檢查，避免出現(xiàn)施工疏漏，造成重大事故發(fā)生。

地下金屬礦產(chǎn)采集技術(shù)是極為復(fù)雜繁瑣的，尤其是整體施工設(shè)計(jì)和安全管理，都需要有關(guān)人員付出大量的心血和努力。

（三）技術(shù)行業(yè)發(fā)展更新速度過快

我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技多年來發(fā)展迅猛，對(duì)礦產(chǎn)需求量巨大，因此導(dǎo)致采礦工程技術(shù)的不斷更新發(fā)展。隨著當(dāng)前我國(guó)采礦市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)管理體制的不斷完善，更多的時(shí)間精力與大量資金投入?yún)R集到專業(yè)采礦工程技術(shù)的研究中，致使行業(yè)內(nèi)技術(shù)推陳出新的速度非?？?。為此，各個(gè)企業(yè)對(duì)將高素質(zhì)人才投入科研生產(chǎn)中都極為重視，因?yàn)橹挥胁粩鄰?qiáng)化提升自身的科技水平，才能確保企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中始終占據(jù)一席之地。

二、金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）使用大型的智能采礦設(shè)備

過去在對(duì)金屬礦進(jìn)行挖掘工作時(shí)，一般情況下所采用的都是人工與機(jī)械結(jié)合點(diǎn)的工作模式，采用的工具也都是小型的機(jī)械，需要大量的人工操作對(duì)機(jī)械進(jìn)行指令的設(shè)置和具體的控制。而現(xiàn)如今，小型機(jī)械設(shè)備逐漸被大型、超大型的智能機(jī)械設(shè)備鎖逐步取代，為生產(chǎn)節(jié)約了成本，也降低了人工開采的安全風(fēng)險(xiǎn)。而隨著無人車輛的廣泛應(yīng)用，也進(jìn)一步縮減了人工成本。

使用智能化水平更高的挖掘設(shè)備是地下金屬礦挖掘未來發(fā)展的趨勢(shì)。隨著科技的進(jìn)步，用智能化的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備代替人工開采進(jìn)行地下作業(yè)，不但能夠極大的提高金屬礦產(chǎn)的開采效率，同時(shí)能夠有效的為工作人員提供安全保障，這對(duì)于未來金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著重大意義。

（二）金屬礦使用無廢開采技術(shù)

地下礦產(chǎn)開采的造成的污染主要有三點(diǎn)，分別是原始資源大量浪費(fèi)、地層塌陷和廢料的大量排放。而無廢開采技術(shù)，則是通過盡量減少采礦施工中廢料的產(chǎn)生和排放，提高對(duì)資源的使用率，減少礦產(chǎn)開發(fā)污染和資源過度浪費(fèi)，也是新世紀(jì)金屬礦綠色采集技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)之一。

實(shí)現(xiàn)無廢開采的主要途徑有以下幾條：

1.提高對(duì)資源的使用效率。提高開采效率，提升對(duì)現(xiàn)有資源的利用率，減少?gòu)U物的排放量，從而達(dá)到降低污染的目的。與此同時(shí)還能有效的降低對(duì)自然資源的耗費(fèi)，為金屬礦采集行業(yè)起到延壽的作用。

2.減少開采廢料的產(chǎn)生。通過對(duì)采礦方法的合理利用，降低生產(chǎn)端廢料的產(chǎn)出率。同時(shí)大量運(yùn)用回填技術(shù)，將產(chǎn)出的可利用廢料回填進(jìn)已開挖的地層之中。這樣不僅降低了廢料產(chǎn)出，起到了環(huán)保效果，還對(duì)地層的穩(wěn)定起到了保護(hù)作用。

3.對(duì)產(chǎn)出物品進(jìn)行綜合利用。增強(qiáng)對(duì)產(chǎn)出物的回收利用，讓有價(jià)值的產(chǎn)出物變廢為寶，再度做出貢獻(xiàn)。

4.攻關(guān)高科技采礦方法。

通過幾種方式，實(shí)現(xiàn)地下金屬礦無廢開采技術(shù)，可有效的減少垃圾和污染物的產(chǎn)出，最大化程度上減少地下金屬礦開采對(duì)環(huán)境資源造成的破壞。

（三）深井采礦技術(shù)

現(xiàn)如今，我國(guó)一般的正常采礦深度都在1km左右，中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)的金屬礦因大量的采掘，已經(jīng)逐漸地被開發(fā)使用殆盡，所以人們把目標(biāo)指向更深的區(qū)域。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外金屬礦山開采深度超千米數(shù)量最多的國(guó)家是南非，超過75座;另外，印度也有開采深度超過2km的金礦;美、俄、加、澳也有些超過了1km深。因此，我國(guó)礦業(yè)界亦把目光投向了深度開采。

然而，深井開采也存在著比較大的困難，因?yàn)殡S著深度的增加，井內(nèi)的溫度、壓力都會(huì)成倍增長(zhǎng)。在深井開采中存在著各種突發(fā)災(zāi)害，而由于高溫造成的惡劣環(huán)境因素超過了人體生理承受能力，也給人工操作帶來了極大的困難。再加上井深給其他綜合施工帶來的困難，以及超深度封閉環(huán)境對(duì)工人心里的影響，這些都導(dǎo)致了深井采礦傷亡事故的頻發(fā)。

上世紀(jì)末，由于缺乏應(yīng)對(duì)地下突發(fā)事故的采礦工藝，世界上多處超深度礦井發(fā)生過慘重的礦難事故。因此，許多國(guó)家對(duì)深井開采投入了巨大的研究。核心問題主要集中在如何應(yīng)對(duì)高溫高壓下突發(fā)地層災(zāi)害的礦產(chǎn)采集技術(shù)。

但要實(shí)現(xiàn)深井采礦技術(shù)的本質(zhì)性變革，必須深入研究高壓、高溫、地層災(zāi)害、采礦系統(tǒng)、開采方式這五個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題。這五項(xiàng)已經(jīng)被列入國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目的科研項(xiàng)目，日后必會(huì)產(chǎn)生能夠推動(dòng)整個(gè)深井開采技術(shù)發(fā)展的重要成果。

（四）數(shù)字化智能開采技術(shù)

新世紀(jì)的礦山需要引入全新的采礦理念，構(gòu)建一套全新的無人礦山開采系統(tǒng)，這樣的開采技術(shù)被稱之為數(shù)字化智能開采技術(shù)。

首先，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化開采技術(shù)，必須具備以下條件：

1.必須具備快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)化信息集采系統(tǒng)。包括倉(cāng)儲(chǔ)信息、施工環(huán)境監(jiān)控、物料消耗、各項(xiàng)參數(shù)等，并能對(duì)這些采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。

2.必須具備可以連接外部網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。不僅可以在局域網(wǎng)內(nèi)有效的監(jiān)控礦山的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理情況，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高效的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公，提升了施工管理效率，還可以通過外部網(wǎng)絡(luò)獲取先進(jìn)的技術(shù)工藝。

3.擁有通常的通訊設(shè)施，可以有效的掌握實(shí)時(shí)工況，并及時(shí)與外界溝通。

而實(shí)現(xiàn)智能化開采技術(shù)，則應(yīng)分別實(shí)現(xiàn)：采礦設(shè)備智能化、信息收集智能化、調(diào)度系統(tǒng)智能化。

數(shù)字化智能開采技術(shù)，指明了未來礦山的發(fā)展模式。未來的采礦工藝也將通過這項(xiàng)開采技術(shù)的廣泛應(yīng)用，發(fā)展成一門科學(xué)、復(fù)雜的跨學(xué)科交叉工藝。

四、地下金屬礦開采過程中的安全管理措施

1.施工人員的安全管理。

目前，很多的地下礦山都是運(yùn)用了合同制采礦模式，將具體的采礦工作承包給合同對(duì)象，但是合同內(nèi)部的采礦單位用工情況不盡合理。許多的從業(yè)人員受教育程度很低，一般都簽的也是短期勞動(dòng)合同工。這類從業(yè)人員從未接受過專業(yè)的安全指導(dǎo)，自身也不具備自我保護(hù)的安全意識(shí)。再加上礦產(chǎn)采集從業(yè)人員的流動(dòng)性較強(qiáng)，安全教育培訓(xùn)也未能及時(shí)的開展到位，個(gè)人安全意識(shí)淡薄。個(gè)別地方還存在著部分采礦人員僅僅接受了表面安全指導(dǎo)，因此在實(shí)際的施工作業(yè)環(huán)節(jié)安全事故頻發(fā)。

在地下金屬礦開采工作中，需要積極的踐行最基本的安全準(zhǔn)入制度，讓每一位工作人員持證上崗。嚴(yán)格杜絕未通過專業(yè)培訓(xùn)的人員進(jìn)入工作崗位，使每一位工作者能具備足夠的安全防范意識(shí)，在穩(wěn)步提升自身的專業(yè)技能的同時(shí)，掌握科學(xué)合理的安全預(yù)防以及應(yīng)急處理舉措。

地下開采作業(yè)的人員，應(yīng)該接受最少72學(xué)時(shí)的安全培訓(xùn)。在經(jīng)過嚴(yán)格的考核之后，通過之后領(lǐng)證上崗，參與到實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)中。最初上崗之時(shí)，需要有有經(jīng)驗(yàn)的老師傅帶領(lǐng)，通過三個(gè)月在崗培訓(xùn)期之后，才可獨(dú)立進(jìn)行施工作業(yè)。

2.開采爆破的安全管理。

爆破安全管理工作實(shí)際開展的前，應(yīng)當(dāng)重視安全管理的細(xì)節(jié)內(nèi)容，爆破工藝管理和易爆物品的運(yùn)輸管理均屬于其中極為重要的內(nèi)容。

爆破工作現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，除應(yīng)該具備基本的工作經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)該具備3年以上無重大責(zé)任事故的爆破工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)于爆破工作的安全預(yù)防和緊急事故的分析處理等均為該崗位必須具備的基本素質(zhì)。

地下開采環(huán)節(jié)，需要根據(jù)礦山爆破設(shè)計(jì)規(guī)定執(zhí)行，相應(yīng)的參數(shù)按照施工方案進(jìn)行設(shè)置。如需修改應(yīng)由設(shè)計(jì)人員通報(bào)審批后，依照具體礦巖條件加以更改，其他人員不可隨意的改變?cè)O(shè)計(jì)定好的任一項(xiàng)參數(shù)。

爆破物品運(yùn)輸應(yīng)該根據(jù)安全管理的實(shí)際要求落實(shí)具體的行動(dòng)，運(yùn)輸車輛屬于專用車輛，應(yīng)該進(jìn)行有效隔離儲(chǔ)存和密封。尤其要注意，避免炸藥和雷管混裝的運(yùn)輸行為。

押運(yùn)過程中需要提高警覺、密切注意押運(yùn)物品的情況，相關(guān)的人員應(yīng)該緊隨車輛行動(dòng)，并及時(shí)對(duì)車輛的情況進(jìn)行監(jiān)控和匯報(bào)。

爆破之前，還需落實(shí)好警戒和警報(bào)處理，及時(shí)的通知周邊人員進(jìn)行合理的躲避。

爆破之后，應(yīng)該及時(shí)的落實(shí)好機(jī)械通風(fēng)方案，將炮煙及時(shí)、合理的排出，避免相關(guān)人員在整個(gè)過程中發(fā)生中毒事故。

3.金屬礦開采溜井安全管理。

溜井屬于地下開采過程中至關(guān)重要的運(yùn)礦途徑，如果其安全程度和管理未能達(dá)標(biāo)，將會(huì)影響到開采作業(yè)的安全，也會(huì)威脅到工作人員的生命安全。

溜井的處理需要重視一些細(xì)節(jié)性的問題，要做到百密而無一疏。不要讓溜井變成“老虎口”，使工作人員和設(shè)備的安全受到威脅。

溜井口需要及時(shí)的懸掛溜井名稱標(biāo)識(shí)牌，設(shè)置警示紅燈和警示標(biāo)牌，隨時(shí)提示著溜井危險(xiǎn)、禁止靠近等警示語。溜井口還應(yīng)該設(shè)置好具備安全纜繩的安全防護(hù)欄，以確保作業(yè)人員的安全。

根據(jù)實(shí)際的需要，可以在溜井口設(shè)置水泥擋墻，方便對(duì)井口的保護(hù)和維護(hù)，阻擋運(yùn)礦設(shè)備掉入溜井中;避免積水倒灌進(jìn)溜井中;避免炸倉(cāng)事故的出現(xiàn)等。

溜井口應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要，合理的配置上相應(yīng)的牢固掛鉤，確保溜井檢修人員能夠及時(shí)的保障自身的安全。

4.開采頂板安全管理。

地下開采金屬礦時(shí)，需要重視冒頂和片幫事故的發(fā)生。因兩者占據(jù)著較大的比重，所以需要重視科學(xué)化的安全管理方案。

地下作業(yè)安全應(yīng)該建立在相對(duì)穩(wěn)固的頂板下?？紤]到頂板礦體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及差異性，為更好的維護(hù)井下作業(yè)的安全程度，以免出現(xiàn)冒頂和片幫事故，需要制定出嚴(yán)格的管理方案，讓相關(guān)工作的開展得到有效的支持。

頂板安全管理依照頂板巖體本身的穩(wěn)定程度、巖性的強(qiáng)度情況等進(jìn)行不同的管理，不同頂板也需要采取對(duì)應(yīng)的支護(hù)方式。

參與相關(guān)工作的安全人員和技術(shù)人員，也需要做好相應(yīng)的安全管理工作，嚴(yán)格執(zhí)行分級(jí)管理制度，確保在整個(gè)施工過程中，所有人員處于有效的管理系統(tǒng)之內(nèi)。

結(jié)語

金屬礦產(chǎn)資源作為適合現(xiàn)代國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要礦產(chǎn)資源之一，在相關(guān)技術(shù)的研究和實(shí)際應(yīng)用方面必須不斷發(fā)展進(jìn)步。目前，我國(guó)作為一個(gè)金屬礦產(chǎn)資源豐富，但是其開采環(huán)境較為復(fù)雜的國(guó)家，需要充分結(jié)合不同資源地區(qū)的實(shí)際情況和現(xiàn)有開采技術(shù)，采取科學(xué)性、實(shí)用性更強(qiáng)的金屬礦資源開采技術(shù)開展采礦活動(dòng)。在對(duì)相關(guān)開采技術(shù)的深入研究中，需要以提升我國(guó)金屬礦資源開采效率為目標(biāo)而不斷進(jìn)行深入研究。同時(shí)更需要著力保障金屬礦產(chǎn)開采者的生命安全，保護(hù)開采區(qū)域生態(tài)環(huán)境，以此為宗旨持續(xù)推動(dòng)行業(yè)及生態(tài)環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展。

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