关于金属矿山井下开采采矿方法分析

陈吉祥，邵永鹏

（甘肃新洲矿业有限公司，甘肃 张掖 735108）

金属矿石的作用是显而易见的，但是由于矿石主要存在的位置是地下，在开采过程中容易出现各种安全事故，例如地面坍塌、瓦斯的泄出造成爆炸等，对施工人员的生命与财产安全都有着巨大的威胁。虽然目前我国的金属矿山开采技术已经很先进了，但是仍然存在一些不足之处，优化井下金属矿的开采技术，有利于实现资源利用的最大化，为我国的可持续发展做出一定的贡献。将现代化信息化技术应用到矿石的开采中，研发新的勘测技术与开采技术，保证金属矿石开采施工的顺利进行[1]。

1 金属矿山井下开采的现状

1.1 采矿技术相对落后

由于金属矿山的地理位置，导致我国仍然存在一些偏远地区的矿产企业在采矿过程中技术相对落后，没有专业的大型开采设备，导致采矿成本过高而且效率比较低，造成资源的浪费，企业的利润也很少。采矿工作的施工人员流动性较大，对施工技术的掌握与了解不是特别熟练，甚至一部分施工人员凭借工作经验进行施工，不重视施工安全，在金属矿开采的过程中容易造成安全事故的发生。采矿企业规模小，不重视人才的培养与施工的安全，导致技术人才的流失，在施工中欠缺技术指导，造成企业的发展迟缓，采矿工作开展的十分困难[2]。

1.2 对环境破坏比较严重

由于我国采矿技术的相对落后，在采矿过程中容易对周围的环境造成破坏。例如水污染、空气污染、水土流失、地面沉降、生物多样性的破坏等。水污染主要是由于在采矿过程中，使地表水或地下水中含有重金属和有毒元素，造成矿山水的污染。水污染容易造成周围的河道、土壤甚至整个水系统的破坏，影响周围居民的生活用水与农业灌溉用水，给人们的生活带来潜在的威胁。金属矿的开采还容易造成固体废弃物的污染，很多矿山周围出现随意倾倒的固体排弃物导致河道淤塞，泄洪不断。金属矿山爆破后的粉尘以及废石的氧化释放出大量的有毒气体，造成该区域的空气污染，对周围的居民以及生物造成严重的伤害。

2 金属矿山井下开采的方法

2.1 空场开采法

空场开采法应用的主要条件是金属矿山中的矿石特别稳固，在回采时主要依靠自身的稳固性进行支撑，并且在开采过程中，允许有大露面的矿床。空场采矿法的成本比较低，而且采矿率很高，是很多采矿企业的首选。它主要是将矿场分为矿房与矿柱两部分，在开采过程中，先进行矿床开采，后开采矿柱。由于空场采矿法不需要进行人工支撑，因此在施工前务必要监测好矿山的地质条件，保证其支撑强度。在施工过程中要做好顶板的施工与管理，保证其稳定性，使用空场采矿法，一定要正确地确定回采顺序和矿块的结构与尺寸，保证施工的顺利进行以及生产安全。

2.2 留矿采矿法

留矿采矿法是将矿块分成矿房和矿柱，在矿房回采时要进行分层处理，并且按照从下而上的顺序，将崩出的矿石放出一部分，其余的则存放在矿房中，作为继续开采工作的平台。留矿采矿法的生产成本低，而且生产能力大，早期的很多矿场开采都有所使用。但是由于留存的矿石量较多，堆放的时间比较长，造成矿石暴露在空气中的时间过长、面积过大，导致空气被有毒气体所污染，因此该方法没有被大力的推广。后期人们逐渐地改善了施工工艺，降低了污染系数，很多采矿企业又开始对其进行使用。在留矿采矿法的施工时，要注意顶板与围岩的支撑加固，保证施工安全[3]。

2.3 充填采矿法

充填采矿法是指在开采与搬运矿石的同时，将空区进行填充的方法，它的目的是加强矿山中岩石的支护，为矿石的上层回采做好坚实的底板。充填采矿法适合在围岩基础不稳固、矿床不能暴露太多的情况下使用，在施工中要对矿床进行保护。充填采矿法在应用中是非常广泛的，尤其是尾砂充填和胶结充填技术。充填采矿法的优势是可以在最大限度地将矿产资源回收，保护环境，可以减少由于矿床开采而造成内因火灾的情况，在有色金属和贵重金属矿石的开采中应用特别广泛。在施工期间务必做好矿石的清理工作，保证施工安全。

2.4 支柱采矿法

支柱采矿法是地下金属矿山与非金属矿山开采的常用方法，在进行矿山开采时，首先要对地质条件进行勘测，符合支柱采矿法的情况下才可以开始施工。首先要将支撑支柱锯切成几段可以移除的部位，保留其支撑部分，并将其从底部延伸到壁顶，起到支撑的作用。支柱采矿法主要适用于矿体与围岩不稳固的情况下，为了防止由于回采而造成坍塌事故，要做好工作面矿壁的维护工作，在回采过程中不断地进行支架的搭设，加强施工安全，保证采矿工作的顺利进行。

2.5 崩落采矿法

崩落采矿法是在矿石回采的过程中，以强制或自然的崩落方法用围岩进行充填，实现地压的管理。崩落采矿法通过对运输巷道的切割，将采场结构进行简化，降低施工人员的工作量与采矿成本，是科学管理地压的一种新方式。崩落采矿法的使用前提是地表允许塌落，对矿岩的物理力学性质有广泛的使用范围。该方法不需要将矿区进行划分，在回采的过程中是不断地进行施工，无需对采空区进行额外的处理。崩落采矿法的生产效率高，而且使用灵活，作业更加安全，因此在实际生产中，应用也十分广泛。在施工时要注意由于崩落而引起的地表塌陷区的汇水问题，避免灾害的发生[4]。

3 优化金属矿山井下开采施工技术

3.1 机械的连续掘进技术

考虑到金属矿山开采的长期发展，可以采用机械掘进的方法来替代传统的爆破采矿技术。爆破采矿技术会破坏围岩的稳定性，容易出现安全事故，而且爆破把矿石和废石都震落下来，增加了施工人员的工作量，对矿山周围的环境也会造成破坏。机械设备的连续切割可以准确地开采出所需要的矿石，降低矿石贫化率，还可以实现切割落矿、装载、运输等施工项目连续进行，为连续采矿创造了条件。

3.2 采选一体化开采技术

采选一体化技术是指根据金属矿产的资源特点，在地下深部建立选矿厂，实现矿石短距离的提升，对金属矿的选择与输送采用一体化的方法，不需要在地面建设矿库，减少矿库的管理费用，对周围的环境起到一定的保护作用。金属矿石开采时，直接在井下做好预选，将废石筛去，降低矿石的提升量。在井下筛选完成后，直接进行破碎与研磨，将其输送到选矿厂，不仅投资低，适应能力强，还不受外界环境的干扰，自动化施工程度高，技术可靠。而且废石与尾矿留在井下，还可以原地利用，进行采空区的充填，降低了对周围环境的污染与破坏，是实现无废开采的重要前提。

3.3 无废物矿山开采技术

无废开采技术是指在金属矿山井下开采的过程中，尽量减少废物的产出与排放，提高资源的利用率，减少环境污染。

无废物矿山开采技术是指在金属矿山井下开采时采用无污染的材料进行充填，比较常见的充填方式是干式充填、水力输送充填、高浓度胶结充填、膏体充填等。无污染充填方式可以有效地保护耕地，有效地避免第四系及风化带的水涌入井下，降低涌水的威胁，减少排水的费用，对周围的环境也起到了保护作用。创建绿色矿山一直是我国矿产资源战略保障的必然要求，今年我国的无废害开采技术已经获得了很大的进步，是我国的矿山开采发展的关键。

3.4 激光掘进开采技术

激光掘进技术是利用激光束所发出的热量对金属矿山的局部进行迅速地加热，实现矿石的破碎与分解。激光掘进技术解决了金属矿井下施工的锚杆定位不准确的问题，提升巷道掘进时的成形效果，为顶板支护提供参照依据，提高掘进质量，为标准化作业提高技术保障。激光掘进技术可以替代传统的金属刀具，提升了破岩效率，如果遇到特殊的地质情况时，还可以避免地质出现上软下硬的情况，解决了金属刀具容易出现异常损坏的难题，节约了刀具成本以及换刀的风险，提高了金属矿山井下开采的施工效率，降低施工成本。

3.5 数字化与智能化开采技术

随着我国科学技术的不断发展，金属矿的开采中也可以应用数字化与智能化技术。在金属矿开采的过程中实现设备及作业自动化、智能化，对矿石的开采管理与决策进行数字化改革。金属矿山数字化可以实现地质环境的可视化，结合计算软件，能够准确地描述出矿山的活动范围以及内在矿岩地质的构造，对矿岩挖开后的应力变化及时更新。通过GPS卫星导航系统进行指挥，指导矿山的爆破、运输以及设备的运转，提高钻机定位的精准度，减少井下人员，提高施工的安全性与可靠性。金属矿开采技术的智能化改革，可以有效地对作业现场的环境、设备、人员进行全方位的控制，通过终端设备掌握施工状况与技术参数，结合历史数据，建立适合当时施工状态的安全生产模型，实现危险意识识别，灾害提前预警，节约能源消耗。智能化生产可以实现少人化甚至无人化开采矿山，精确的定位系统与通信系统，综合提升施工人员的安全意识与防护能力[5,6]。

4 结语

目前金属矿产资源出现全球性的紧缺，是每个国家经济发展都需要的重要资源。传统的开采技术与设备已经不能满足我国当前的资源开采要求，因此我们必须将新的技术与矿石开采相结合，提高矿产企业的核心竞争力，促进其相关产业的发展，努力提升我国的数字化矿山建设。将数字化矿山技术研究开发与应用的经验融入到教学当中，实现智能化开采金属矿与绿色安全的开采目标，减少采矿中的安全事故。