采矿工程施工中的不安全技术因素及策略分析

王德民

（山东能源集团鲁西矿业有限公司，山东 郓城 274700）

1 采矿工程施工的特点

采矿工程施工作为现代工业的基础领域，具有一系列的独特性质与复杂性，其核心在于从地下提取有价值的矿石或矿物，而这一过程往往伴随着各种技术挑战，在这种背景下，明确采矿工程施工的特点对于每一个专业人员都至关重要。地质条件多变、环境风险高、技术要求严格，这些都构成采矿工程施工的特点，与普通土木工程相比，矿山施工必须克服多种地质条件，如矿石的分布、岩层的硬度和稳定性以及地下水的存在，这些地质条件的变化性会给工程带来不可预测的风险，如岩层的突然崩塌或者地下水的突发涌出。此外，矿山环境本身也带来一系列的风险，地下深部的高温、高湿和低通风条件，可能会引发各种健康和安全问题，同时，特定的矿石提取过程可能会释放有害气体或粉尘增加工人的健康风险。技术上采矿工程施工要求高度的精确性和规范性，在不同的地质条件下必须选择合适的开挖和支护方法，确保工程的稳定性和安全性，矿石提取和处理的过程也需要高水平的技术支持，以确保矿石的质量和提取的效率。由于矿山施工的特殊性，常规的施工机械和方法可能并不适用，需要特定的矿山机械和专门的技术手段[1]。

2 采矿工程施工技术

2.1 开挖与支护技术

开挖与支护是采矿工程中的核心技术环节，涉及从地质结构中安全、高效地移除矿石并确保施工区域的稳定性。开挖技术的选择和应用直接取决于地质条件，如岩层的硬度、稳定性以及地下水的分布和流动特性，尖端的开挖方法，如机械化开挖和爆破技术都是为最大化资源的提取和工作效率，同时最小化与之相关的风险。特定的开挖技术如定向钻探和微爆破可用于精确地移除特定区域的岩石，避免对附近结构或矿体造成不必要的损坏，但这些方法的应用都需要高度的技术知识和经验。另一方面，支护技术确保开挖区域的稳定性，防止岩层崩塌或移位，这通常涉及使用各种支撑结构如木支撑、钢支撑或先进的液态混凝土注浆。这些支护结构的设计和安装需要考虑到地质条件、开挖深度和预期的工作负荷，在复杂的地质条件下可能需要结合多种支护技术，以实现最佳的稳定性和安全性。

2.2 岩石破碎与矿石提取方法

岩石破碎是将大块岩石分解为可供进一步处理的较小片段的过程，而矿石提取是从这些碎片中分离有价值的矿物的方法。岩石破碎技术的选择依赖于矿石的物理特性和经济因素，常用的方法包括压力破碎、冲击破碎和磨削。其中，压力破碎适用于硬度较高的岩石，通过施加持续的压力使岩石产生裂缝并分解。而冲击破碎利用高速的冲击力对岩石进行破碎更适用于中等硬度的岩石。磨削则是通过摩擦和冲击将岩石磨成粉末，一旦岩石被破碎就可以开始矿石的提取过程，传统的提取方法如浮选、磁选和化学浸出，都是为从岩石中分离出有价值的矿物，这些方法的选择基于矿石的化学成分、物理特性和经济可行性。

2.3 高效能源与设备应用

在采矿工程施工中，高效能源与设备的应用不仅关乎经济效益，还直接影响作业的安全性和环境可持续性。传统的矿井通常依赖于柴油发电机和内燃机等设备，这些不仅能效低下，而且会产生大量的碳排放和其他环境污染物。因此，越来越多的关注被放在如何更有效地使用能源和设备上，如电动设备逐渐取代燃料驱动的机械不仅提高能效，而且减少矿井内的有毒气体和热量[2]。

除了能源效率，设备的可靠性和耐用性也是关键考量因素。高度自动化和机器人技术在提高生产效率的同时，也有助于减少作业中的人为错误和安全隐患。例如，无人驾驶装载机和矿车已经在一些先进的矿场中得到应用，它们可以在更复杂和危险的环境中作业，而不会对操作人员的安全构成威胁。此外，实时监控和数据分析也是现代采矿设备的重要组成部分，通过装配有各种传感器和监控系统的设备可以实时收集关于设备状态、工作环境和资源利用的数据，这些数据经过分析后可以用于更精确地控制设备、 预防事故以及优化整个采矿流程。

3 采矿工程施工不安全技术因素

3.1 施工现场环境风险识别

施工现场环境风险的识别是保障采矿工程安全的基石，这其中涉及的风险源可以是自然的、 由工程操作导致的或是由外部环境变化所引发的。识别这些风险源是为确保在施工中不出现不必要的事故，同时保障工人的生命安全和整个工程的经济效益。地质条件变化如岩层断裂、地下水流向的改变或者有害气体的存在，都可能在无预警的情况下造成严重后果。为更有效地识别这些风险，需要对施工现场进行细致的地质勘探，利用地震、声波、电磁和其他地质物理方法来确定潜在的危险区域。同样，环境监测技术也在风险识别中起到关键作用。例如，通过安装气体探测器可以及时发现有害气体的泄漏，从而采取相应的安全措施。此外，对施工现场的微气候变化也需要保持警惕，如温度、湿度的变化可能导致材料性能的变化或引发其他与施工相关的风险[3]。

3.2 设备故障与人为操作失误

在采矿工程施工中设备故障和人为操作失误是两大主要的不安全因素。设备的可靠性是确保施工顺利进行的关键，一个微小的设备故障，如液压系统的泄漏或电子控制系统的短路都可能导致整个施工现场的停工，甚至引发严重的安全事故。因此，对所有施工设备进行定期的检查、维护和更新是至关重要的。而且随着技术的进步，更加先进和智能的设备维护和故障诊断系统逐渐被采纳，如基于大数据和机器学习的预测性维护技术，能够在故障发生前预测和预防其发生。与此同时，人为操作失误也是必须重视的问题，尽管现代的采矿设备越来越自动化，但人的因素仍然是不可忽视的风险源。错误的操作，忽视安全规定或是工作时的疲劳和粗心都可能导致严重的后果，这就要求对工人进行严格的培训，确保他们熟悉设备的操作方法和施工现场的安全规定，同时建立一个有效的错误报告和分析系统，及时纠正错误并预防其再次发生。

3.3 深部矿井气体与液态冒涌风险

深部矿井的开采伴随着多种气体和液态介质的存在，这其中尤以甲烷、一氧化碳和硫化氢等有害气体为主，这些气体在一定的浓度下可能引发爆炸或对工人的健康造成严重危害。甲烷作为一种轻烃，常常在煤矿中以矿井瓦斯的形式存在，而一氧化碳则可能由于火灾或不完全燃烧的矿石产生。硫化氢是一种高度有毒的气体，其毒性甚至超过氰化物，主要在含硫的矿石开采中产生。识别和管理这些气体的风险是采矿工程中的一项核心任务，使用先进的气体检测设备以及建立有效的气体管理和控制系统，是确保矿井内气体浓度处于安全范围内的关键。此外，深部矿井液态冒涌也是一大潜在危险，地下液体如地下水或油可能因为采矿活动而突然涌入矿井导致矿井被淹或设备损坏。为防止这种风险需要对地下液体进行定期监测，并在矿井设计中加入防止液体冒涌的措施[4]。

3.4 通风与排水系统缺陷分析

矿井内的空气必须保持清新，以确保工人的健康和安全。而且随着矿井深度的增加，地温也会上升，这使得通风系统变得更加关键。一个优化的通风系统不仅可以为工人提供新鲜空气，还可以帮助稀释有毒和可燃的气体，从而减少矿井内部的爆炸风险。然而，通风系统的设计和维护需要深入的技术分析，任何小的缺陷如风扇的故障、风道的堵塞或破损都可能导致矿井内空气的质量迅速下降。相似的，排水系统对于预防矿井被淹和设备受损也是至关重要的，有效的排水设计需要考虑矿井的地质结构、水文地质条件和采矿方法。同时，排水系统的维护也需要定期进行，确保其正常运行并及时发现潜在的问题。

4 采矿工程施工中的安全强化措施

4.1 施工现场安全培训与教育

矿井施工环境的特殊性使得现场人员面临多种潜在危险，从有毒气体泄露、设备故障到地下液态冒涌等。为确保每位工人都能够理解和应对这些风险，施工现场安全培训与教育成为不可或缺的环节。工人需要通过严格的培训程序，深入学习各种设备的操作规程、 应急预案以及风险预防方法。此外，实时模拟实践也是培训中的关键组成部分，使工人能在真实场景下模拟各种应急情况的处理，从而提高其在真实紧急情况下的应对能力。随着技术的发展，虚拟现实技术也被引入矿井安全培训中，使工人能在无风险的环境下体验各种可能的危险情境，进一步增强他们的安全意识和操作技能，考核和评估也是培训中必不可少的部分，以确保每位工人都能达到预定的技能和知识水平[5]。

4.2 现代化监控与应急响应系统

现代化的监控系统结合传感器技术、 无线通信以及数据分析，可以实时监测矿井内的各种参数，如气体浓度、温度、湿度和设备状态，这些参数被实时传输到中央控制室，由专业的工程师和技术人员进行分析和监控，任何异常情况都会立即触发警报，使得工程团队可以迅速做出决策和响应。此外，应急响应系统也是监控系统的重要组成部分，一旦检测到潜在的危险，系统会自动启动应急预案，如自动关闭风扇、启动应急排风或切断电源等。同时，通过无线通信技术，工人也可以实时与控制室通信获取实时的安全指导和建议。除此之外，监控系统还结合了地理信息系统和三维建模，为工程团队提供矿井的三维可视化模型，帮助他们更直观地了解矿井的结构和状态。

4.3 矿井环境改善与防灾技术应用

矿井环境尤其是深部矿井，常受到各种自然和人为因素的影响，如高温、高湿、有毒或易燃气体积聚等，这些都可能导致安全事故的发生。因此，改善矿井环境和应用先进的防灾技术成为确保矿井施工安全的重要手段。现代矿井环境改善技术往往涉及多个领域的交叉应用，包括机械工程、环境科学和信息技术等。例如，通过采用高效率的通风系统可以有效降低矿井内的温度和湿度，同时排放有害气体，提供更为舒适的工作环境，这种通风系统往往结合传感器技术，根据矿井内部的实时环境参数自动调整风扇的转速和方向，从而实现最佳的通风效果[6]。此外，矿井的防水和防渗技术也取得显著的进步，有效地减少了水源对矿井结构和工作环境的破坏。现代矿井还广泛应用各种灾害预警和预测技术，如地震预警、水害预测和气体积聚预警等，这些预警系统通过实时监测矿井内部的各种参数，如地震波、水流速度和气体浓度等，结合先进的数据分析算法，能够及时预测潜在的灾害风险，并给予工程团队足够的应对时间。除了上述技术，矿井还广泛应用各种新型的防护材料和施工方法，如使用高强度、耐腐蚀的材料进行矿井支护以及采用无人机和机器人进行矿井的巡检和维护等。

5 结语

采矿工程施工中的安全问题是矿业界一直亟须解决的关键难题。通过深入分析工程施工的特点及其相关技术，本研究揭示多种不安全因素，并针对性地提出一系列改善策略，特别是针对施工环境风险、设备故障、深部矿井风险和通风排水系统的缺陷，采纳如现场安全培训、现代化监控、矿井环境改善和防灾技术等多种强化措施，这些建议为矿业界提供了一个全面的参考，旨在提高矿井施工的安全性和效率，从而确保工人安全和矿产资源的可持续开采。