地下矿山采矿方法及技术探析

摘 要：我国经济社会在不断发展的同时，对于矿产资源的需求也在不断增加，因此对采矿行业提出了更高的要求。本文以地下矿山采矿为核心，首先概述了开采作业的特点和影响因素，然后介绍了常见的采矿方法和发展趋势，最后介绍了开采技术的最新发展，以供参考。

关键词：地下矿山；采矿方法；采矿技术；发展

中图分类号：TD853 文献标识码：A

我国不仅矿产资源丰富，而且矿产使用量也比较大，其对于国家经济发展具有重要作用。在科学技术进步的支持下，地下矿山采矿作业越来越普遍，目前已经出现了多种开采技术，要求企业根据工程实际情况进行选择，并对其进行改进和完善，从而保证井下作业的安全性，实现矿产开采目标。

1.地下矿山开采作业概述

随着人们对于矿产资源需求的增加，采矿业的范围也从地表扩展到地下，地下矿山开采作业期间，要求工作人员注意两个方面，一是安全性，二是整洁性，以便创建一个健康卫生的井下环境。要发挥地下矿山开采的优势，必须做到以下几点：第一，开采成本低且效益高；第二，机械设备使用率高；第三，开采技术方案的应用具有灵活性，不仅适应性强，而且对于环境的破坏程度小，甚至能够起到保护环境的效果。

2.常见地下矿山采矿方法及发展趋势

按照对回采过程中空区的不同处理方法，地下开采的采矿方法主要有3种。

2.1 空场采矿法

空场采矿法将矿块分为矿房和矿柱两部分，两步回采。对回采过程中所产生的空区，利用矿柱或人工支柱进行支撑，以控制地压保证回采。

依据矿房、矿柱结构的不同和回采工艺的区别，空场采矿法主要有浅孔留矿法、全面法、房柱法和分段空场法等。

由于空场法回采后会产生大量空区，近年来在矿山中采用的比例有所下降。其发展趋势主要是无轨回采设备的应用和大型设备的应用。无轨设备可以极大地提高开采的机械化程度。大型设备提高了出矿能力和生产效率，降低了出矿成本。

2.2 崩落采矿法

崩落采矿法采用一步骤回采。通过自然或强制崩落顶板围岩，充填回采过程中所产生的空区，以控制地压保证回采。

崩落采矿法主要有分层崩落法、有底柱分段崩落法、无底柱分段崩落法、自然崩落法及阶段崩落法等。

其中的无底柱分段崩落法近年来向高分段、大间距的方向发展，产生了“大间距集中化无底柱采矿新工艺”。通过采用高效的地下中深孔气液联动设备，形成与大尺寸结构参数相匹配的集中化、高强度、大规模采矿技术和管理模式，提高了作业安全性和采矿强度。

2.3 充填采矿法

充填采矿法在回采过程中用充填料充填采空区，以控制地压保证回采。

充填采矿法主要有分层充填法、进路充填法、削壁充填法、嗣后充填法等。

随着无轨设备在回采中的应用和充填工艺及管道技术的发展，充填工艺实现了机械化、自动化，生产能力显著提高，矿石的损失、贫化显著降低，开采成本也相应降低。由于环保的要求，土地使用的限制，胶结充填又能防止地面沉降，充填采矿法的应用越来越广泛。

3.地下矿山采矿技术的应用发展

近年来地下矿山采矿技术不断发展，取得了很多进步，其中地下连续开采技术和深井开采技术的发展较为突出：

3.1 地下连续开采技术

地下连续开采技术是地下采矿的未来发展趋势。主要有两种主要方式，一是当矿体硬度较小时，开采时各个工序连续平行进行施工。二是当矿体硬度大时，开采时分成若干个施工段，不同施工段的各个工序连续平行进行施工。

近年来地下连续开采取得了重大进展，多项地下连续开采技术已经应用在矿山中。地下连续开采的采矿装备系列齐全，配套完整，机械化程度也高，从凿岩、装药到转运，全部实现了机械化配套作业，各道工序无须手工体力操作，无繁重体力劳动，装备无轨化、液压化、自动化程度较高。完全实现了无轨化、液压化。在自动化方面，已成功地应用了无人驾驶、机器人作业等新技术。特别是地下连续开采无矿柱法的出现，解决了以往地下连续开采技术的诸多问题。该方法将矿体划分成矿段，不留矿柱，将切割槽布置在矿段中部，底部结构布置振动机出矿。崩矿过程中同时进行回填，平行进行采切、回采、充填的作业，使采矿工作连续不间断的施工。解决了矿柱回收困难的问题，采矿速度大大优于传统采矿方法，避免了资源的浪费，提高了地下采矿的经济效益。

3.2 深井开采技术

随着矿产资源的不断开发，开采深度也自然随之加深，同时也对开采技术提出了更高的要求。

深井开采首先面临的就是岩爆问题，国内外对岩爆的发生机理和防止方面取得了一系列的成果。通过对岩石的微观结构和声发射特征，可以划定岩爆可能性等级，结合岩石所处的应力条件，可以判定岩爆是否会产生。通过有限元法计算采场顶柱及及其周围岩体应力分布，优化回采顺序、采场的结构参数，调整矿柱规格，可以避免应力集中和能量聚集，预防岩爆出现、削弱岩爆强度。

在地压监测方面，除了采用现场观测、岩性测试、位移和应力测量等方法外，还可以建立深井的力学模型，采用有限元分析软件对回采工作影响下的岩体、地表和井巷位移和应力变化进行动态和定量分析，对其发展趋势、稳定性进行预测评价，并制定相应的安全措施。

矿山开采中尾矿和废石的处理问题一直制约着矿山的发展。在深井开采中，将尾矿和废石全部充填到井下采空区，既可以解决深井开采的地压和岩爆问题，同时还可以不占或少占土地，减少建设投资，解决环境污染的问题，实现无废开采。

深井开采中的地下涌水也是一项重大问题。地下采矿引起的地下水灾害包括地下突水和地下水位下降两个方面，以及由此造成的淹井事故、地表沉降塌陷和地表生态破坏等问题，深井开采由于开采深度大，上述灾害的严重性更大，为此国内外在深井地下水害治理与研究方面开展了一系列的研究工作。目前在深井地下水灾害领域研究成果主要有：采矿过程中地下水的运移规律分析、突水机理分析、工作面及矿井涌水量预测、老窿与岩溶水探测设备与技术、裂隙或构造带涌水通道堵截技术及材料等。

深井开采中的高温也是一项重大问题。严重影响开采工作的安全及效率。最新的高温防护技术通过对深井的高温产生机理进行研究，结合目标矿山的实际情况，采用钻孔法测定井下温度，分析其变化的规律，监测井下环境温度，通过实际观测和热交换数值分析法相结合，可以解读井巷温度的变化规律，从而制定可行的井下降温措施。降温措施包括：空气遇冷降胤ā⒕植恐评浼际酢⒏鎏宸阑ぜ际醯取？掌遇冷降温法是将采矿区的恒温带空气引入采场来降低工作面温度，通过热平衡及热交换计算及风路网络优化，寻求井下地温风流和高温风流混合，采用空气预冷降温机理的方法。局部制冷包括冷水逆流喷淋降温、人工降温制冷，对矿井入口风流部分或全部采用冷水或制冷机进行降温。个体防护是采用冷却服（冰背心）改善个体舒适度。

结语

综上所述，地下矿山采矿是我国目前矿产开采的重要途径之一，影响开采效率和质量的因素较多，因此应该选择合适的开采方法和技术。本文阐述了地下开采作业的简单概况，并对目前一些较为先进的开采方法、开采技术进行了介绍，希望为实际开采工作提供一些经验和参考。

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