復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山工程開(kāi)采管理技術(shù)研究

錢(qián)民國(guó)，李田豐

（浙江交投龍新礦業(yè)有限公司，浙江 衢州 324400）

人類(lèi)很早就開(kāi)始開(kāi)發(fā)、利用礦產(chǎn)資源，并且未來(lái)的生存發(fā)展也離不開(kāi)礦產(chǎn)資源。在上世紀(jì)，我國(guó)礦業(yè)發(fā)展較為迅速，不斷擴(kuò)大開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源的規(guī)模，強(qiáng)有力地支撐了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求依然很旺盛，因此需要加強(qiáng)開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源以滿足我國(guó)的發(fā)展需求。但開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源時(shí)，盡管促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，但開(kāi)發(fā)中對(duì)環(huán)境的破壞與污染，對(duì)于持續(xù)性的經(jīng)濟(jì)發(fā)展又帶來(lái)了很大隱患與危害。其帶來(lái)的負(fù)面問(wèn)題具體包括：在選礦、采礦時(shí)會(huì)生成大量有害、有毒氣體、礦渣、尾礦以及伴隨著噪聲等污染，對(duì)周?chē)拇髿馀c土壤造成嚴(yán)重污染；尾礦庫(kù)、廢石堆擠占了很多農(nóng)田等。因此對(duì)礦山工程開(kāi)采管理至關(guān)重要，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下。基于此對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山工程安全開(kāi)采管理水平技術(shù)進(jìn)行深入研究。

1 使用綠色采礦技術(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求不斷增加。目前，發(fā)展中國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家都把開(kāi)發(fā)和擁有資源作為戰(zhàn)略措施來(lái)考慮。因此，在礦業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)了大量綠色、低成本、安全、高效的礦業(yè)方法和技術(shù)。要跟上先進(jìn)技術(shù)的步伐，進(jìn)行綠色高效資源開(kāi)發(fā)。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，為預(yù)防出現(xiàn)采空塌陷問(wèn)題，對(duì)綠色采礦技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。在一些礦山礦體工程中。采用充填技術(shù)來(lái)采礦，也就是在開(kāi)采的過(guò)程中同步對(duì)礦山工程進(jìn)行填充。該創(chuàng)新技術(shù)可操作性強(qiáng)，更適用于帶狀分布和脈狀分布的礦體工程。這類(lèi)工程的采空區(qū)也是條狀的，容易充填。

充填技術(shù)需要根據(jù)情況不同，采用不同的充填料：

（1）矸石作為礦山工程的充填材料在地下制備和破碎，以提高效率。

（2）為了保證上板密封，防止氣流通過(guò)采空區(qū)，要求充填材料不收縮，進(jìn)行大面積充填。

（3）要求填充材料在低應(yīng)力條件下是剛性的，以最小化巖體變形和位移。

（4）對(duì)填充材料的質(zhì)量沒(méi)有嚴(yán)格要求，但要求填充量大，填充后不應(yīng)收縮。

（5）需要高質(zhì)量的剛性填料來(lái)降低彈性體積閉合和巖爆的風(fēng)險(xiǎn)。

在充填過(guò)程中，需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：首先定量認(rèn)識(shí)載荷作用下發(fā)生的一系列礦山礦體變形過(guò)程，為礦山工程的高效、平穩(wěn)、安全開(kāi)采奠定基礎(chǔ)。目前，世界上使用的充填技術(shù)主要包括膠結(jié)充填技術(shù)、干式充填技術(shù)以及水砂充填技術(shù)等。其中較為常用的是膠結(jié)充填技術(shù)，該技術(shù)可分為尾礦水力分段充填技術(shù)、水力充填技術(shù)等。對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)條件，更適合的是尾礦水力分段充填技術(shù)；對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究，了解構(gòu)成高質(zhì)量填料的粒度分布進(jìn)行情況，水力旋流器的制備填料工藝的分析中，了解到了填料輸送的相關(guān)技術(shù)如磨損、腐蝕、壓力損失等技術(shù)進(jìn)行研究，從而優(yōu)化整體的填料系統(tǒng)設(shè)計(jì)；專(zhuān)注于實(shí)用可而靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。有必要對(duì)新型的、多樣化的充填技術(shù)進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，同時(shí)有效結(jié)合開(kāi)采中的充填作業(yè)運(yùn)行周期與采礦作業(yè)運(yùn)行周期，使開(kāi)采更加高效、污染更少。以及必須重視和加強(qiáng)礦山開(kāi)采管理充填系統(tǒng)的相關(guān)工作。

然而，對(duì)于一些采空區(qū)整體范圍較大的沉積采礦工程，如采礦工程，充填法是不適用的，不僅成本很高，而且很難達(dá)到理想的效果。建議將目前的頂板下沉采礦法改為不同方向的自下而上采礦法，即由深到淺的采礦法，可有效防止礦山采空區(qū)的反復(fù)塌陷。

伴生礦物與礦體共采技術(shù)：通過(guò)這種技術(shù)能夠?qū)U棄礦產(chǎn)資源實(shí)施有效利用。這種技術(shù)更適合應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦產(chǎn)資源開(kāi)采工程。在地下開(kāi)采工程中，開(kāi)采會(huì)對(duì)地層壓力產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)開(kāi)采卸荷時(shí)，采礦孔裂隙的毛管力減小，而有害氣體會(huì)隨著壓力驟然上升，采礦中原有的孔隙裂隙系統(tǒng)會(huì)受到有害氣體壓力沖擊，孔隙擴(kuò)大，造成氣體解吸的遷移的加速。因此，合理利用開(kāi)采壓力引發(fā)的巖層移動(dòng)規(guī)律，有效開(kāi)展井下有害氣體抽采和地面礦層氣開(kāi)發(fā)工作，是礦產(chǎn)資源開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

智能化地下礦山開(kāi)采技術(shù)：在這項(xiàng)技術(shù)中，積極使用新型管理系統(tǒng)、智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及大型機(jī)械設(shè)備，高度智能的礦山三維自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)是進(jìn)行綠色、高效礦山開(kāi)采的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)手段。盡管該技術(shù)很難大面積運(yùn)用，但對(duì)于一些復(fù)雜地質(zhì)條件，可以先行對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。對(duì)斜坡道與豎井進(jìn)行聯(lián)合化開(kāi)發(fā)，其中所開(kāi)發(fā)的豎井的具體作用是礦體的提升以及井下通風(fēng)。使用新型鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行巷道掘進(jìn)工作，對(duì)新型三維電子測(cè)量?jī)x進(jìn)行配置，實(shí)施精確地定位與鉆孔。采場(chǎng)鑿巖則采用新型遙控鑿巖臺(tái)車(chē)，最大孔深可達(dá)55m，孔直徑可達(dá)150mm。車(chē)輛配置激光系統(tǒng)實(shí)施精確定位，同時(shí)使用無(wú)人駕駛技術(shù)，可連續(xù)二十四小時(shí)不間斷地運(yùn)行，提高效率與安全性。該設(shè)備年放礦能力可以達(dá)到三百萬(wàn)噸。采場(chǎng)的提升、裝載以及鉆孔均為智能自動(dòng)進(jìn)行的，鑿巖臺(tái)車(chē)與鏟運(yùn)機(jī)等器械也引進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)。通過(guò)新型遙控鏟運(yùn)機(jī)裝載礦石，可達(dá)500t/h的單機(jī)效率，輸送系統(tǒng)有兩種，分別為軌道輸送和皮帶輸送。自動(dòng)軌道運(yùn)輸車(chē)通常由八輛礦車(chē)組成，礦車(chē)均為自動(dòng)卸車(chē)，可進(jìn)行連續(xù)裝卸，帶式輸送機(jī)將礦石從破碎站直接運(yùn)輸至計(jì)量裝置，并利用豎井箕斗進(jìn)行裝卸，整個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控式處理。

礦山開(kāi)采工程中地下氣化開(kāi)采技術(shù)：該技術(shù)主要應(yīng)用于礦產(chǎn)資源開(kāi)采，作為一種綠色開(kāi)采技術(shù)，地下氣化開(kāi)采可以解決苯和酚這種致癌物質(zhì)在礦井中的擴(kuò)散問(wèn)題，避免污染、毒化地下水資源。

深井開(kāi)采很容易造成極大、范圍極廣的環(huán)境破壞與污染，對(duì)于深井來(lái)說(shuō)，需要采取深井專(zhuān)用的開(kāi)采技術(shù)。采用新型提升機(jī)，提升設(shè)備能力，使其滿足大型深井的要求。隨著開(kāi)采深度的增加，巖體溫度也隨之升高，采用井下通風(fēng)和風(fēng)冷兩種處理方式。除了努力降低溫度的同時(shí)，還要注意減少開(kāi)采中地下制冷設(shè)備、柴油設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備自身散熱問(wèn)題。構(gòu)建地壓監(jiān)控井下測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)建直接關(guān)系到采礦的順利進(jìn)行。在井下對(duì)微震監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行安裝，進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)。深部開(kāi)采也會(huì)由于礦體結(jié)構(gòu)的高溫，導(dǎo)致裝配炸藥和硫化礦的自爆和自燃，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。

2 綜合運(yùn)用復(fù)墾技術(shù)

礦山塌陷區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)墾要因地制宜。在地表沉降深度較淺的地區(qū)，地表沉降深度較深的地區(qū)可采用回填法進(jìn)行復(fù)墾。針對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，探索了覆蓋地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展及建設(shè)用地、復(fù)墾建水庫(kù)等4種綜合治理復(fù)墾模式。

3 擇優(yōu)防治礦山地下水技術(shù)

當(dāng)前使用的防治礦山地下水技術(shù)共三種，分別為供排結(jié)合技術(shù)、帷幕注漿堵水技術(shù)以及全面疏干技術(shù)。其中全面疏干法是我國(guó)采礦中應(yīng)用最廣泛的處理地下水害技術(shù)，然而這種技術(shù)會(huì)造成礦區(qū)及周?chē)叵滤坏臉O大幅度下降，對(duì)水資源造成很大破壞，顯然已經(jīng)不再適用，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下。帷幕注漿堵水技術(shù)更加適合在復(fù)雜地質(zhì)條件下使用。這種技術(shù)主要通過(guò)打造帷幕注漿大型工程對(duì)地下水資源進(jìn)行保護(hù)，能夠取得良好的堵水效果，同時(shí)具有良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

礦山施工注漿堵水技術(shù)的施工圖如圖1所示。

圖1 礦山施工注漿堵水技術(shù)的施工圖

4 綜合治理技術(shù)

應(yīng)采取綜合措施改善礦山環(huán)境。礦山開(kāi)采的噪聲和排放的粉塵、廢渣、廢氣以及廢水均需要有嚴(yán)格的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，各礦山工程需要嚴(yán)格遵守。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，許多礦山品味較低且環(huán)保治理成本很大，必須禁止該類(lèi)礦山的生產(chǎn)與建設(shè)，構(gòu)建清潔礦與低廢料型礦山工程。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)建國(guó)以后礦業(yè)發(fā)展速度極快，到1997年，我國(guó)國(guó)有礦山數(shù)量已經(jīng)超過(guò)一萬(wàn)個(gè)，個(gè)體采礦點(diǎn)數(shù)量接近一萬(wàn)個(gè)，礦山數(shù)量則超過(guò)一萬(wàn)五千個(gè)，使我國(guó)在世界上成為一個(gè)礦業(yè)大國(guó)。然而礦業(yè)近年來(lái)的飛速發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，礦山開(kāi)采帶來(lái)的污染會(huì)更加嚴(yán)重并且難以治理，因此必須加強(qiáng)礦山工程環(huán)保管理工作。對(duì)礦山工程環(huán)保管理的多種技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件的礦山生態(tài)環(huán)境改善有重大意義，同時(shí)也可以將其推廣至不同地質(zhì)條件的地區(qū)。