金属矿山地下采矿方式探讨

蒋孟昱

（山东黄金矿业（玲珑）有限公司，山东 招远 265400）

随着物质文明和现代工业的不断发展，人类对于矿产资源的需求量也在与日俱增。地下采矿是人类获取地下资源的有效手段之一，而采矿方式的选择又是地下采矿的核心。据调查数据显示：当前世界矿物年产量超过500亿吨，而我国的矿物量超过70亿吨，且每年还在不断增长[1]。虽然我国矿山资源丰富，但受各地矿床赋存条件、采矿技术水平等因素的影响，使得各地金属矿山的开采量各有不同。同时，因我国多数矿床多为贫矿或小型矿，加上金属矿山的采矿技术水平不高，使得我国金属矿山的生产能力相对较低[2]。基于此，探究新的地下采矿方式就显得十分重要。

1 我国金属矿山采矿方法研究现状

矿产资源开采是我国国民经济基础性支柱产业之一，涉及国民经济的许多领域，诸如钢铁、煤炭等[3]。采矿方法作为矿山生产中的最为关键的部分，其方法的科学高效与否，不仅关系着矿山生产安全和生产率等，还直接关系到矿山的生产效益。矿产资源的开发与利用，不仅有利于经济的发展，还有利于增加社会财富。但我国在金属矿山采矿技术、装备以及管理上相对较为落后，使得我国的矿产资源经过大规模开采后，不可避免地存在着安全隐患大、多中段分散作业等弊端，严重影响着我国矿山的可持续发展[4]。加上传统采矿方法的选择受采矿专家的经验影响较大，具有一定的片面性和主观性。因此，探寻科学的采矿方式对于金属矿山的地下采集具有十分重要的影响。

近年来，人工智能被引入采矿方法的选择领域，解决了经验判断等不确定性推理问题。最常应用的方法包括神经网络、专家系统、模糊数学决策法、灰色系统理论、价值工程论、多目标决策理论、突变级数论等以及多种方法的联合[5]。其中，模糊数学法是指选择采矿方法时，将与目标矿山的地质技术条件与候选采矿方法相比较，并且计算出与候选采矿方法所要求的地质技术条件之间的模糊相似程度，选择条件最近似的作为目标矿山上的采矿方法[6]。虽然这种方法，更加的客观科学，但由于隶属函数的构造方法不同，导致其决策结果具有一定的主观随机性。多目标决策法，这种方法降低了采矿方法中主观因素的干扰，但是它的求解方法受人的主观影响，使得其决策选择的采矿方法也可能与实际不符。灰色系统理论法主要包括灰色局势决策法和关联分析法。采用灰色系统理论可以有效量化采矿过程中的影响因素，与此同时也会出现决策值均化的现象，导致无法快速选择出最优采矿方案，最后所确定的方案可能与矿山开采实际情况有所差异[7]。价值工程法实际是依照技术经济指标的对比情况选择最优方案，虽然使用此方法选择出的方案经济效益最优，但是技术上并不一定可行，可能会不符合矿山的实际情况。突变级数法是一种综合评价方法，虽然计算简单快捷，但其可能会导致决策值均化。神经网络方法能很好地解决采矿方法中的方案选择等问题，但是不能很好地解决收敛缓慢及避免局部最小问题的发生[8]。

虽然在金属矿山的地下采矿方式上，我国的矿产界进行了一定的研究，但是地下开采方式的关键技术仍处于理论探索阶段。同时，在经济大规模建设的带动下，对金属等资源的需求量也在日益增长。因此，尽早实现地下采矿方式的科学化。

2 金属矿床地下采矿方法

图1 目前我国地下金属矿山采矿方法比例

在国家科教兴国战略的倡导下，对各行各业的技术创新提出了新的要求。调查数据显示：许多的矿山经营人思想较为落后，过度关注眼前利益，不顾矿产业未来的发展趋势，从而大大加剧了矿山开采的寿命[9]。因此，创新采矿方法对保证采矿业的长久发展具有至关重要的作用。

2.1 空场采矿法

将矿块分为矿柱和矿房再进行开采是空场采矿法开采方式，首要步骤开采矿房，在开采矿柱。得到围岩和矿柱的有效支撑后方进行回采矿房，当完成矿房、矿柱的回采后，科学处理采空区。现阶段最常用的采矿方法包括：浅眼采矿法、分段采矿法、全面采矿法、阶段矿房法、房柱采矿法[10]。具体如下。

矿山开采阶段所使用全面采矿法是将矿体分成矿块后再进行采矿，回采工作可对逆倾斜面和走向面进行。在围岩的承载力的作用下形成了回采空场，用人工支柱、矿岩柱、岩石垛辅助维护全面采矿的安全性。浅眼留矿采矿法主要是通过分层的方式进行回采，待矿房全部回采完毕后，将存留在矿房中的矿石全部放出。阶段矿房采矿法是用深孔回采矿房的一种空场采矿法，而分段矿房采矿法把阶段划分为分段，在每个分段水平上布置矿房和矿柱，继而在各分段的出矿巷道运出。

2.2 崩落采矿法

崩落采矿法是随回采工作面的推进，崩落围岩，在覆盖岩块下出矿。该方法是利用借助围岩来管理和控制地压，可分为壁式崩落采矿法、分层崩落采矿法、分段崩落采矿法、阶段崩落采矿法等等。该方法具有简单易行，采矿成本低等优势。

2.3 充填采矿法与支柱采矿法

充填采矿法是指随着回采面的推进，逐步充填采空区的一种采矿方法。这种采矿方法是保证地下开采中矿时损失最低的一种采矿方法，不仅可以为后续的回采工作创造安全且方便的条件，而且还能预防矿石的自燃。在矿产界，充填法主要用于围岩不稳或围岩与矿体均不稳固的有色金属富矿或贵金属等。而支柱充填采矿法主要分为：横撑支柱采矿法、下向分层混凝土护板采矿法、方框支架充填采矿法。

2.4 溶浸采矿法

溶浸采矿法作为一种新型的采矿方法，可以直接从地下进行金属提取。这种方法融合了采、选、冶技术的有机结合，首先选择适用于当地矿产的特殊溶浸剂，在选取溶浸剂时要综合考虑矿物的物化性质。接着借助钻孔技术把溶浸剂注入矿体中，从而实现金属物质的形态转化，达到金属物质提取的目的。可以看出，溶浸采矿法一方面可以最大程度上的减少采矿过程中对于矿区环境的破坏，另一方面能够有效降低采矿中的成本投入。

2.5 机械化连续采矿技术

目前，在煤矿等矿山的开采中已经将机械化连续采矿技术应用其中。这种方法主要是对采矿的工序以及设备进行组合，形成一种连续的采矿系统。但是这种技术不仅需要对采矿的工艺与技术进行创新，还需要将先进的管理经验和管理模式纳入采矿管理过程中，从而实现高效采矿。机械化连续采矿技术，在硬度较软的矿山开采中效果较佳，但是在金属矿山这种硬度较大的矿山中效果不甚理想。主要是源于金属矿山的开采条件往往较为复杂，难以连续采用同一个技术模式。要想使这种方案在金属矿山中达到理想的效果，仍需要不断地探索。

3 金属矿山地下采矿方式的发展趋势

采矿业作为国民经济的支柱性产业之一，相信在未来会更更广阔的发展前景。选择最佳的地下采矿方式，才能达到矿山开采的安全高效，获得最好的效益。发展趋势如下。

随着技术的发展进步，未来在金属矿山的地下采矿中，会有越来越多的自动化设备甚至遥控技术将会应用于其中，从而使得采矿的效率大大提高。同时，在未来以长壁法采矿为例，诸如环境监控系统和地震监控系统也会在采矿业中得到大力应用。这对于保证采矿业中技术工人的安全和矿山的安全具有至关重要的意义。此外，相信在不久的未来，伴随着数字信息化的不断推广，数字信息化也必将应用于矿山采矿中。数字矿产业必将带来矿山的信息化，实现矿产业的飞跃。地下采矿的发展趋势，在未来是不断简化采场结构，利用新的工艺技术和新设备，实现机械化开采，达到地下采矿的智能化和机器化，实现资源的最大回收利用。

相信在未来，通过对金属矿山企业进行积极合理高效的规划，不仅能够有效降低矿山企业的人力成本，还能够提高金属矿山行业的开采水平与开采效率。同时，随着自动化设备在金属矿山企业中的应用，未来会有更多的外来资源投入到金属矿山企业中，进一步促进矿山企业经济效益的提升，促进其更快更好地发展，从而推动金属矿山企业的可持续发展。

4 结语

随着经济的快速发展，对资源的要求急剧增加，采矿业已成为支柱产业之一。但由于开采深度的不断增加，露天开采已经不适合我国矿山生产的需要，越来越多的矿山转入地下开采。金属矿山地下采矿逐渐转入深部采矿，所涉及的不确定性因素也越来越多，对采矿方法的要求也越来越严格。选择正确且高效的采矿方法，对于提高矿山的生产效率具有十分重要的意义。如果矿山的采矿方法选择不当，不仅会影响生产的正常进行，还会带来巨大的经济损失。因此，采取科学合理的方法，精准高效的选择出最佳的采矿方法，可以实现效益的最大化。

采矿方法的技术经济分析，主要依据矿山的实际情况，包括矿采区所能达到的生产能力；矿块中工人的劳动生产率；设备和采准工程的投资多少；采矿的直接成本；矿石损失情况等。这种要求我们在不同的矿山中，所采取的采矿方式要及时调整，从实际出发，因地制宜。在本文中，主要对金属矿山的地下采矿方式进行了分析，但受金属矿山本身复杂性等因素的影响，使得本文在深度上仍存在很多的不足，需要进一步深入的探讨。