采矿工程设计优化

采矿工程设计优化

魏铁军,田虎

陕西澄合百良旭升煤炭有限责任公司 陕西省 渭南市 714000

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，采矿工程设计工作越来越受到重视。采矿工程设计对于实现矿产资源的安全高效开采十分重要。本文首先分析了现代化采矿工艺技术，其次探讨了采矿工程设计优化的方法，然后就煤矿工程采矿技术类型介绍，最后就加强煤矿工程采矿施工安全管理的措施以及现代化采矿工艺技术的发展前景进行研究，以供参考。

关键词：采矿工程；设计原则；优化方法

引言

随着我国社会经济的快速发展，采矿工程行业面临的市场环境日益严峻，作为企业，要想占据一定的市场份额，提升社会信誉，则必须注重采矿过程中的细节把控，做好人、物、环境等因素的监管。作为技术人员，也需结合工程现场情况编制转向掘进与支护方案，以提高掘进支护效率，有效避免安全事故的发生。

1现代化采矿工艺技术

通俗来讲，采矿就是将有价值的矿石从石头中分离出来，传统的采矿工艺技术主要是通过人工来完成的，不仅需要耗费大量的人力、物力和财力，且存在采矿效率低的问题。在开采过程中存在较多的能源浪费问题，还存在部分矿石的分布依靠人力无法开采的情况，因此将现代化的采矿工艺应用在采矿技术中能够有效地提高采矿效率和开采质量。现代化采矿工艺技术在采矿过程中的应用是在传统工艺技术上的加强版本，不仅提高了开采质量，也更加符合绿色环保的发展理念，现阶段的采矿业发展不再像过去一样仅仅追求矿石产量而忽视生态环境保护工作，应用现代化的采矿工业技术既能够促进采矿业的健康发展，也能够结合不同的开采条件进行优良改进，从而避免自然环境的破坏。再加上我国地理地形较为复杂，在采矿地域的分布状况不同的影响下，科学地选择现代化采矿技术能够有效地提高开采质量，避免能源浪费的问题出现。因此，现代化采矿工艺技术的应用过程中需要进一步加强和优化采矿技术及采矿设备，保障采矿工作人员的专业技能和职业素养，不断加强岗前工艺技术培训工作，从而确保采矿作业的顺利开展。

2采矿工程设计优化的方法

2.1获取详细的地质资料

a)采用综合勘探的方法。为了节省成本，很多煤矿采用钻探的方法进行勘探，不但勘探的数据点少，而且难以形成三维可视化地层资料，为此，需要采用一些物探方法，例如三维地震勘探、电磁法勘探及坑道勘探。b)对巷道所在位置进行精细勘探，若不能及时发现巷道掘进位置的地质构造，不仅会造成返工，还容易引发煤矿安全事故。通过对地质构造异常区加强勘探，评估危险程度，可有效避免不利情况的发生。

2.2优化采掘装备水平

对于中小型采掘装备，生产效率较低，装载能力远超生产能力，机构既有收料空间不影响设备各工况正常使用。而在大型采掘设备中，低位截割时，装载机构和截割机构距离最小，小的收料空间造成岩石对截割电机、联接套筒等截割机构部件的磨损；作为采矿设备时，高生产率造成高物料堆积，小的收料空间严重影响物料装载，截割机构下摆甚至造成星轮别卡损坏。因此，在大型装载机构设计中对装载机构和截割机构之间空间有更高要求，需保证设备低位截割状态具备足够的收料空间。在悬臂式掘进机应用中，为了适用于大断面巷道掘进，装备设计了长截割机构，扫底时装载机构通常远远滞后于截割炮头，迎头、装载机构之间物料无法装运造成物料堆积。 在人工锚护工艺中，巷道迎头堆料更方便于锚杆、锚索锚护操作。 随着液压锚杆钻机的推广，越来越多的掘进巷道采用两臂锚杆钻机、掘锚机进行锚护，巷道迎头堆料已经影响到液压钻机正常工作，因此新的锚护工艺需要装载机构突前，装载机构紧跟截割头完成物料装运。

2.3评估开采路径

采矿工程设计的核心内容在于对矿产资源的开采路径进行规划，即规划矿产资源的开采区域。例如，煤矿开采的关键在于各种巷道的布置。为了充分了解巷道布置的合理性，应对巷道布置情况进行整体评估。评估时不仅要考虑到前期开采的一些指标，还要考虑到后期的开采指标。主要考虑的因素有矿井通风、排水、运输及安全性等。一些采矿工程设计重点偏向于前期开采，这使得前期开采的经济性非常高，但后期开采时存在较大的不便，需重新开掘一些巷道，开采成本大大增加。通过对矿井通风、排水、运输进行综合评价，及时地对某些区域的巷道位置进行调整，就能在很大程度上避免这些不利情况的发生。

2.4三维地质建模

随着计算机技术的迅速发展和建模软件的不断成熟，三维地质建模在地下水资源调查、地质灾害、水利工程建设、城市建设、油气勘探、矿山建设、深部找矿等领域得到广泛应用。三维建模是指利用计算机对与矿床形成和分布相关的各种地质对象的几何形态和空间分布进行三维定量描述，利用矿井所有勘查钻孔数据（普查与详查所有钻孔资料）、生产勘探钻孔数据及矿山生产的测量数据。地质模型以钻孔数据为基础，按照钻孔中煤层的位置和厚度信息在三维空间进行插值计算，创建出煤层顶底板结构模型，在使用相同数据源条件下，与地勘时期绘制的顶底板模型相比，该模型更优，更接近真实情况。地质模型建立后，经现场实际使用，该地质模型能够满足矿山煤质预报、煤量计算、开采设计等工作，符合矿山实际情况。

3煤矿工程采矿技术类型介绍

3.1采用指标化设计

为了能更好地进行采矿工程设计，应对一些指标进行量化。通过量化很容易发现设计中存在的问题，方便改正。值得注意的是，采矿设计中的一些指标是经验数据，需要根据实际情况进行调整。例如，对大断层附近的工作面，需预留30~40m的保护煤柱。经过大量实践发现，如此宽的煤柱仍有发生安全事故的风险，这是由于煤矿开采强度发生了改变。资源采出率是煤矿开采中最重要的指标之一，对于不同的资源，采出率的要求可能会不同。在设计时，若发现采出率低于标准，则应立即对资源开采方式做出相应调整，可采取小煤柱、沿空留巷、沿空掘巷技术进行优化调整。

3.2硬顶开采技术

硬顶开采技术在中国煤矿工程采矿过程中应用较为广泛，主要包括两种类型，分别为硬顶板开采技术和硬顶煤开采技术，二者既有共同之处，又有些许区别。硬顶板开采技术是控制型采矿技术，在应用时经常与垮落步距技术等多种采矿技术相结合。该技术可以快速地将顶煤破碎成块状，既提高了顶煤回收率，又保障了采矿作业的安全性。硬顶煤开采技术是综合型采矿技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔爆破技术。硬顶煤开采技术在采矿过程中应用时具有技术冒放性的特征，采得的煤块大小不一，因此，要谨慎选用该技术。

3.3通风防尘

根据工程情况选择相应的通风设备型号及适宜的数量，科学规划通风机安装位置。同时，需参照巷道掘进工作的实际需求设置风量与风压，在安装通风机时搭配风筒进行使用，但需注意漏风和涡流等问题。在设备投入使用前，需先对风机的性能进行测试，确保其可满足不同运行环境下的作业需求。

3.4现代化填充采矿工艺技术

现代化填充采矿技术主要是通过在矿产开采过程中借助填充材料来填充矿产采空区来进行的，这种填充采矿技术既能够保障采空区域的支撑强度，满足安全作业的实际要求，也能够保证在特殊的作业环境下来控制地面出现变形。例如在铁路或水下的作业环境中进行采矿的时候，经常会存在一些采空区域，这些采空区域直接能够引发地面变形，从而影响开采效率，不利于工作人员的开采安全。与此同时，在深部采矿的过程中，应用现代化填充采矿工业技术也能够科学合理的控制地压，从而保障开采进度。在作业过程中这项技术的应用不仅能够有效地提升回采率，减少作业过程中的一些矿产安全事故，也能够有效地保障开采进度，提升矿产作业的社会经济效益。

3.5岩体加固技术

采矿期间周围岩体会受到环境、地质条件等各方面因素的影响。所以采矿前，要对矿区进行勘察，并编制注意事项，确保开采工作的安全性与而靠性，岩体可使用锚索工具进行固定处理。当岩体不稳定时刻使用注浆工艺等不同固定方式予以处理。岩体加固技术应用中可分为两类，分别为常规岩体加固与真毒性岩体加固。第一，常规岩体加固。防渗帷幕钻孔，使用“对分法”进行处理，钻置按照孔口等距离布置。第二，针对性岩体加固。为让更多钻孔穿过缺陷面，降低投资，确保加固效果，可在加固岩体内穿过更多加固钻孔。

3.6掘进技术要点

（1）瓦斯排放（变更为瓦斯等有毒有害气体治理）。采矿工程巷道掘进时需注重瓦斯气体排放的控制，对排放浓度进行监测，若浓度过高易引发中毒或爆炸事故。对于瓦斯排放需注意以下几点：第一，创造良好的空气环境，确保巷道中的空气流通；第二，定时定点测量巷道瓦斯气体浓度，为排放工作提供数据支持。（2）通风防尘。根据工程情况选择相应的通风设备型号及适宜的数量，科学规划通风机安装位置。同时，需参照巷道掘进工作的实际需求设置风量与风压，在安装通风机时搭配风筒进行使用，但需注意漏风和涡流等问题。在设备投入使用前，需先对风机的性能进行测试，确保其可满足不同运行环境下的作业需求。此外，因粉尘可燃，若大量积聚则会引发爆炸等事故，所以需安装除尘系统。

3.7支护技术要点

（1）锚杆支护技术。锚杆支护包括顶板与煤帮两种结构，因性能、型号多样，支护形式也更为多样。例如，复合玻璃钢锚杆，主要材料为玻璃钢，内端头为左旋麻花结构，杆体尺寸小于26mm，多用于孔径为28~32mm的钻孔，可保证锚杆与岩层为正交，便于控制角度。在安装锚杆时，需注重锚固剂的制作与使用，控制搅拌时间，且需一次锚固彻底，中途不得中断。（2）锚索支护。锚索支护方式的优势体现在：可充分发挥其在岩层上的作用，也便于岩层内部的支护处理。实践表明采用锚索支护方式进行处理，可提高岩层结构的稳固性，有效避免在生产后期巷道顶板离层或者是巷道顶板下沉、垮落等问题。在实际操作时，技术人员应使用专业的墩座或托盘等工具进行施工，选用性能较强的锚索设备，以确保最终的支护效果，一般情况下采取锚杆锚索相配合使用。（3）锚、网、喷支护。所谓锚、网、喷支护，是指先综合使用锚杆、锚索、锚网形式，后对巷道均匀喷浆的支护方式。该支护方式的优点为支护结构的安全系数更高，适用性更强，可应用于所有掘进巷道类型。但是弊端也十分显著，操作工序繁杂，成本较高。因此，该支护形式多应用于地质条件复杂且施工要求较高的工程中，如井下专用回风巷、小煤柱巷道以及为整个矿井服务的开拓巷道。

3.8健全应急体制

要求工作人员结合安全生产的目标，制定出安全生产管理责任制，规范施工人员的规范操作，并明确爆破作业的详细流程，做到权责分明，也要将职责落实到个人。制定出应急的防护和救援措施预案，提升施工现场安全防护的有效性，让各施工人员清楚自身的任务与职责范围。一旦出现了安全问题，应确保能及时找到对应的负责人，对于问题发生的原因进行全面排查和分析，使用有效的补救措施。实施一定的奖罚机制，当有人员出现违反规章制度的、不合理的生产操作行为时，对于有关负责人应当在做好安全教育工作之时，也要根据制定的奖罚措施进行严厉惩罚，防止人员再发生相同的问题。对于应急救援体制方面，一些水灾、火灾、有害气体等问题，应该立即开展救援，对现场工作人员及时疏散，强化对灾害的管控。

4加强煤矿工程采矿施工安全管理的措施研究

a)加强对煤矿施工人员的培训教育。各个煤矿企业应该根据自身的实际生产情况，适当地对施工人员进行培训教育，以提高施工人员的安全意识，降低采矿施工时发生安全事故的概率，促进煤矿工程采矿施工安全管理。具体可以加大宣传教育力度，提高采矿施工人员对安全生产的认知水平，使得采矿施工人员在思想上重视安全生产，进而使施工安全管理的意识深入人心。b)制订一套完善的煤矿工程采矿施工安全管理制度。要想加强采矿施工安全管理，就必须有一套严格的管理制度。在制订制度时，不仅应该综合考虑煤矿企业的实际采矿生产情况、施工人员的安全意识、开采时困难与否等因素，还应该考虑中国煤矿相关部门关于采矿生产的标准和法规，这样才能制定出良好的管理制度。有了管理制度，才能规范采矿施工人员的行为，才能使施工人员从思想上重视施工安全管理，施工时才不会懒散、敷衍了事，进而促进施工安全管理的顺利进行。c)加大采矿施工安全检查力度。很多煤矿工程采矿施工安全事故是因没有检查或者检查不到位而造成的，因此，必须加大检查力度，这样才能将施工安全管理落到实处。

5现代化采矿工艺技术的发展前景

随着采矿工艺的现代化发展，在未来采矿工作的开展过程中，采矿工业技术当朝着智能化和生态化的方向发展。一方面，数字自动化信息技术的应用逐渐投入到了采矿工作中，应用智能化的采矿技术既能够实现人工作业转为无人开采作业，保障采矿作业过程中的安全性，也能够通过智能化设备的融入提高效率，降低人工成本，从而为采矿行业创造出更大的经济效益和社会效益；另一方面，随着人们对环保工作越来越重视，绿色环保的理念已经深入到了各个行业，矿产资源开采过程中对生态系统的破坏相对较大，同时产生的一些开采粉尘也会严重影响大气质量。在未来的发展中，采矿技术应当朝着生态化的方向发展，例如地下气化以及净水开采技术的应用能够有效地保障生态环境，促进采矿技术的生态化发展。

结语

综上所述，在采矿工程生产过程中，为保证巷道掘进质量和施工的安全性，应提前掌握各类掘进与支护技术的优缺点，依据工程生产环境和作业需求，经过技术评选后确定最佳方案。在施工过程中，还需建立相应的监测体系，营造良好的通风环境，减少粉尘。对于施工单位来说，应充分发挥专业设备和技术优势，准确掌握掘进与支护施工技术要点，保证采掘安全性和采掘品质。同时，也可提高矿业生产的安全性和经济效益。

参考文献

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