有色金属矿山深井采矿技术研究

有色金属矿山深井采矿技术研究

陈岩林

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东省莱州市261400

摘要：新时期，伴随着经济的高速发展，社会对于矿产资源的需求量日渐增长，矿山开采规模不断扩大，开采深度日益加深，开采难度也在持续增加，人类对采矿技术提出了更高的要求。深井采矿技术已经逐渐成为矿山开采发展的主流趋势。不过我国对于深井采矿技术的研究起步相对较晚，在技术应用层面依然存在一些不足和问题，需要技术人员更加深入研究，确保技术的合理推广和应用。

关键词：有色金属矿山；深井；采矿技术

在我国科学技术不断进步与发展下，各领域科研工作深度及广度不断加大，对有色金属有了更高的需求，有色金属的应用范围日趋广泛、开采价值日趋增大。相关调查显示，我国有色金属每年产销量超过了1000万t，并且有色金属矿山矿床开采深度不断增大，包括铅锌矿、铜矿等在我国各地区不断增多。

1深井采矿技术概述

深井采矿技术是指对于深度超过800m的矿山进行开采的技术，相比较浅井和中深井，深井采矿技术面临着一系列的问题，如技术、经济、安全等。相比较浅井开采技术，深井开采在采矿方法上基本相同，同样包括了充填法、空场法和崩落法三种类型，不过在实际开采中，对于结构参数、回采顺序以及回采工艺等，都需要依照深井矿山的特点做好相应调整，就目前而言，考虑深井矿山的特殊性，充填采矿法应用最为广泛。深井采矿具有几个非常显著的特点，一是地压较大，原岩应力大，矿山压力的显现相对剧烈，岩体塑性大；二是地温高，通常来讲，低温与深度呈线性关系，其增高率可以采用温度梯度表示（℃/hm，hm=100m），当地质条件不同时，地温梯度也会有所差异，一般情况下为4℃/hm。三是瓦斯大，一些含瓦斯矿山，深井采矿中，瓦斯绝对涌出量会伴随着开采深度的增加而增长，瓦斯突出频度大，突出量也相对较大。

2研究的必要性

据统计，现阶段我们国家每年有色金属需求缺口基本保持在五千万吨。2017年，科技部、国土资源部、水利部日前联合印发《“十三五”资源领域科技创新专项规划》，明确“十三五”期间，矿产资源（金属、非金属、盐湖等）类型领域的科技创新发展思路、发展目标、重点技术发展方向、重点任务和保障措施。响应国家政策要求，对资源开发可共享技术进行标准化推广，提升行业内企业的整体基础技术实力，促进更多基础技术的标准化转化是企业提升核心竞争力的有效途径。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。

3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。

4深井采矿技术在有色金属矿山中的意义

4.1高地应力卸荷

深井采矿中，高地应力问题是影响开采顺利进行的一个核心问题，必须得到足够的重视。在矿山回采规划中，应该运用采场局部弱化技术，做好相应的整合工作，对岩石应力的分布情况进行调整，确保应力集中部位能够从浅部转移到深部。而为了实现这一目标，技术人员必须结合具体情况，对需要承受应力荷载的岩石进行适当调整，确保其能够处于三向受力状态，避免应力过于集中导致岩体破坏，同时也能够显著提升岩体自承受能力。不仅如此，技术人员还应该运用科学合理的措施和手段，将岩层岩体承受的负荷与应力转移到深部岩石上，减少岩层承受的压力，从而满足高地应力卸荷的基本要求。

4.2保障结构稳定

深井采矿技术能够通过相应的钢纤维混凝土支护来保证巷道结构的稳定性，确保开采安全。通常情况下，钢纤维混凝土支护技术多运用于基础条件良好，不过混凝土结构开始出现开裂问题的部位，通过有效处理，能够提升混凝土基体结构的强度和韧性，对深井采矿过程中的高地应力岩爆情况进行控制。在运用钢纤维混凝土支护技术对混凝土结构进行支护处理时，需要用到许多相关设备，如混凝土搅拌设备、运输设备、喷砼作业台等，能够对工作面的稳定性进行强化，控制有害岩层松动，保证开采安全。

4.3实现通风降温

深井采矿技术在有色金属矿山开采中的通风降温主要是借助岩层与空气之间的热交换理论实现，配合智能化网络系统对于井下复杂通风环境的分析，能够提供非常有指导价值的数据信息，为井下管理提供参考，提供相对稳定且持续性的矿井巷道调热机能，有效降低采矿工作面的温度，减少其对于采矿作业的影响。运用高温矿井排热通气技术，可以对井下温度进行控制，保证深井采矿的安全性。

4.4保障矿山安全

在矿山开采中，经常会遇到一些突发状况，如果不能对其进行有效应对，则可能会引发相应的安全事故，造成经济损失甚至人员伤亡。因此，深井采矿过程中，应该高度重视安全工作，做好安全防范，制定切实可行的应急预案，确保在突发事故发生时能够做好应对工作，将风险和隐患控制在一定范围内，这就需要用到相应的矿山安全保障技术，配合丰富的理论，为深井采矿管理及控制提供系统性指导。具体来讲，包括了岩体失稳声发射预报方法、震源定位技术、地压微震检测以及岩爆倾向性多因素综合评判方法等。

4.5实现联合采矿

从目前来看，虽然我国在有色金属矿山深井采矿方面的已经进行的较长时间的研究，但是因为社会的发展以及市场需求的变化，取得的成果在推广应用方面存在一定滞后性，并不能很好地为有色金属矿山深井开采提供有效的参考和指导。随着开采深度的持续增加，开采难度的不断加大，对矿产开采技术提出了更加严格的要求，在这种情况下，做好深井采矿技术的深入研究也就变得非常重要。对于部分有色金属矿山深井开采，由于矿岩的物力力学性质、结构、产状、地质环境等变化较大，而采用单一的采矿工艺或技术进行开采，势必会增加安全风险，降低生产效率，造成矿产资源的严重浪费。通过加强对深井矿岩性质及地质环境的研究，依据矿岩的结构及特征，做好岩体分类工作，归纳总结出各类岩体所适用的采矿工艺或技术，在面对深井开采复杂地质环境时，可依据不同类别的矿岩而采用相应的采矿技术，也可在面对不同地质环境时，采用不同的采矿技术，从而实现深井联合采矿，达到预期的采矿效果。联合采矿能够充分发挥不同类型矿产的采集优势，进一步提升深井采矿的安全性。

5结论

在我们国家农业、工业以及科研等行业都需要大量的有色金属，在经济飞速发展之下其需求量也都在不断提升浅层的矿床已经被开采殆尽，深部资源蕴藏复杂，且安全风险极高，开采难度极大，如何在有限的资源环境下，提升资源开发利用效率，以满足基本的发展需求，还需要相关部门及人员的继续研究和努力。

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