有色金属矿山深井采矿技术研究

2018-01-30章锦荣杜德岗蒋玉青

世界有色金属 2018年22期

章锦荣，杜德岗，蒋玉青

（昆明坤泽矿业技术有限责任公司，云南昆明 650000）

由于各项技术及产业的发展不断提升与扩大，对有色金属的需求量变得越来越大。据相关部门调查研究，当下我们国家的有色金属产销量每年已经达到了一千万吨以上，有色金属开采也逐步从表层开采转战到深部。在这样的严峻背景下对深井开采技术提出了迫切的需求。

1 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[1]。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。

2 深井开采的含义

在南非、加拿大等矿业发达国家，矿山深达800m～1000m被称为深井开采。在德国，深度在800m～1000m以上的矿山称为深井，深度在1200m以上的矿山称为超深井。日本的“临界深度”为6亿米，而英国和波兰的“临界深度”为7.5亿米。

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[3]。

4 技术研究方向

（1）采矿设备方面。针对有色金属矿山赋存规模小、赋存变化大的薄矿脉，应研制相应的低层钻铲设备，优化配套开采技术，提高薄矿脉机械化开采水平。此外,投资科技应该增加、系统规划和顶层设计数字矿山建设应加强技术创新、管理创新和制度创新应采取的手段促进新旧转型和可持续发展传统有色金属矿山企业的驱动力。

（2）岩爆方面。岩爆地质问题，矿井当中的岩爆预测及控制问题一直是所有人关注的重点，相关科研人员也都做了几十年的研究。但是因为岩爆本身的突发性以及随机性，即使当下科研人一直在进行研究，但还是无法对岩爆实施有效的预测及控制，与矿井的开采安全要求仍旧有非常大的差距。岩爆预测应密切结合采矿的过程,数值模拟方法,如定量计算未来采矿引起的扰动能量的大小,时间和空间分布岩体及其变化在开采的过程中,可以借助地震能量在地震学和大小之间的关系,对未来发展趋势的采矿诱发的岩爆预测和震级的规则。

（3）通风建设。现阶段深井正朝着纵深的方面发展，再加上其规模以及生产布局等也都在不断扩大和变化，要是此时没有对原本的通风系统进行改变就会使得通风系统的效果无法得到有效保证。应该要将矿井所需要的风量进行精确计算，据实际的生产需求去深入考虑矿井对风的需求，以此计算出来总体的风量需求[4]。应该要注重中段风量的分配情况。最后，要加强通风设备的完善工作，且依据矿井对于风量的需求配备合适的设备设施等，设置必要的调风、调阻通风构筑物（风门、风桥、风窗、风墙等），确保井下作业面的有效风量。

（4）标准建设。国内外没有专门针对深井采掘作业提出技术规范要求，现目前国内运行的各类有色金属地下矿山采掘作业指导规范性文件，仍基于前期国内有色金属采矿属于浅层矿藏的情况，对深井开采存在的高地压应力、岩爆、高涌水及深井提升运输没有明确的涉及，现行标准规范在此领域存在缺失。建立和采用标准可以提高安全生产，集成不同类型的设备，消除技术壁垒，提高工艺流程的互操作性。全球矿业标准规范组织正在打破孤立发展的理念，帮助矿业形成全球化思维和标准化思维。