刍议井下采矿生产的技术及方法

摘要：近年来，我国井下采矿技术发展迅速，很多采矿新工艺、新材料、新设备、新技术等得以广泛应用。本文将主要对井下采矿生产的技术及方法、未来发展趋势等问题进行分析与阐述，对今后的发展方向提出一些见解。

关键词：井下采矿；技术及方法；发展

目前国内外井下采矿生产的技术与方法发展，主要表现为衡量各种采矿方法的比重、发展高效率、高回采率的机械化发展方向，有效提高了井下采矿的工作效率。

1.井下采矿生产的技术与方法

1.1充填采矿法

在我国，先后采用了干式填充、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等技术。最近我国已试验成功一批具备先进技术水平的充填采矿技术，其中最具代表的为：高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填新工艺、膏体泵送充填工艺与技术粗粒级水砂充填新工艺、高水全尾砂速凝固化胶结充填新工艺等。早在上世纪七十年代，英国就已经出现了高水固结重填技术，并逐渐在世界范围内推广，该项研究虽然取得了一定进展，但是在材料的稳定性与价格方面仍存在较大争议，限制了该技术更好更快的发展。近年来，填充技术已转向高尾砂高浓度的发展方向，主要为了减少胶结材料的用量，可降低井下采矿的生产成本，改善井下环境，避免对矿山生产及环境造成破坏与污染。充填采矿法的发展趋势为机械化与大型设备化，主要应用在支护、落矿、出矿等几方面。胶结填充技术由最初的分级尾砂胶结充填，过渡到全尾砂高浓度胶结充填、不脱水且不浓缩的全尾砂胶结充填。在回采技术上，从提高分层高度到大孔落矿，改进了采场的结构参数，实现机械化开采方法。另外充填系统也实现了计算机控制的半自动化与全自动化。

1.2深部开采

近年来，我国已经有一批井下采矿技术开始深部开采，也就是说垂直开采深度达到了1000米以上。例如红透山铜矿，目前开采深度为900-1000米、冬瓜山铜矿框体埋深为1000米，现在已经建成两条超过1000米的竖井，已开展深部开采工艺。弓长岭铁矿的设计深度为-750米，距离地表距离1000米。夹皮沟金矿也开采了两个坑口工作深度超过600米，湘西金矿的开拓达到38个中段，垂直深度超过850米。但是由于我国当前深部开采的技术水平仍比较低，经验落后。因此我国已将此项技术列入科技攻关的研究项目中，分别在几座井下采矿实际生产中，开展多项目联合攻关。

深井采矿技术尚无明确或统一的概念。一般在矿床埋藏较深的位置，可能在生产过程中出现一般采矿中不会遇到的生产问题与技术难题，也就是深井采矿技术与方法。目前我国开采深度超过1000米的矿山即为深井采矿。应该注意的是，深井开采的矿震、井爆及冲击地压等灾害都是深部开采中遇到的突出问题。另外，地质构造、采矿方法、采场布置、采场支护、降温及通风、钢绳提升、无绳提升、超深竖井采掘、安全技术等都是深井采矿的关键问题。另外，有关深井开采的矿震、岩爆、冲击地压、预报和防治技术、采掘技术、深部井下通风、降温技术等都会对正逐步深入矿山开采的技术理论与实践等获得迅速发展。随着深山开采的发展，井下采矿技术中的挖掘及机械设备性能有所提高，开采深矿床的矿山也会越来越多，成为今后井下采矿的发展方向。

1.3支护与起爆系统

在井下开采中，应实行从上至下、由远至近的有计划开采，这也能有效保障井下采矿生产的安全作业。过去我国井下支护大多选用木支架，时常造成重大安全事故的发生。而当前锚杆桁架成为了全新顶板支护新工艺。它主要选用高强度的钢杆（）及两个涨壳式锚杆与拧紧配制。这种支护技术已经在井下底车场、采场及各种硐室中得以广泛应用并取得良好效果，而在煤矿及金属矿的宽巷道、斜坡道的顶板支护中，国外已经大量应用，我国也正在研究投入使用。另外，井下采矿生产还可利用电子管的起爆系统，也应考虑到电子管的自身安全性，主要考虑发火延时电路。根据点燃管中引火头的安全技术性来说，传统的延期雷管单凭简单的电阻丝通电来点燃引火头，而这种方式也主要依赖电容、电阻、晶体管及传统元件，关键还有控制这些元件的可编程电子芯片。根据电子管起爆系统中的“本质安全”原则，如果传统电阻丝的点火安全度为1，那么电子点火芯片的安全度则为105，这种方式已被井下采矿生产技术与方法中得以广泛应用。可见，全新的支护材料与起爆系统的应用，能有效避免井下采矿生产的安全事故发生，进而提高经济利益与社会利益。

2.井下采矿生产的未来发展趋势

2.1采矿设备自动化、大型化

自动化、大型化、高效化是当前井下采矿生产设备的发展方向，研究出高效率的大孔穿爆设备、井巷钻进机械、中深孔全液压凿岩机具，再加上铲运机主体的装备、振动出矿、连续采矿及相应的辅助器械等设备。要求设备尽量满足高效化、无轨化、半自动化及自动化要求。采矿激光测位设备可实现计算机控制的凿岩台车，并自动清洁车厢中的粘结物，实现连续化装载与自卸式运输车等，并实现微机控制的铲运机发展方向。大型井下采矿应采用全盘高效率、机械化的大型设备，并实现自动化与遥控化。

2.2采矿的可持续发展化

在国外很多发达国家，对可持续发展环境战略十分重视，尤其对矿山的开采环境等实行综合治理方式，对井下排出的废气、废水、废渣、噪音、粉尘等都有严格的技术标准，一些低品位的矿山中，由于环保的治理费用支出较高，且不能建设或投产，尤其治理固体废料，对废弃的石场、尾矿坝等都是选用覆盖的方法，再在上方栽种植物，实行复垦、绿化。当前国外还注重无废料矿山与洁净矿山的建立，如我国苏州吴县铜矿、南京栖霞山锌相矿业等都遵循无废料矿山的原则。同时选用尾砂充填工艺实行矿床回采或者空区处理等，实现废物利用，并达到治理环境的目标，这就是井下采矿实现控制环境污染问题的总体趋势。

2.3采矿的现代化与智能化发展方向

目前我国已进入“智能化”、“数字化”的技术发展方向，有关矿井信息、井下定位与通讯、自动化技术等也得以广泛应用与发展。目前，无人作业、遥控采矿等技术已经在美国、加拿大、澳大利亚、瑞典等发达国家开始应用。且美国已成功研发出在一定范围内的采矿调度系统，主要应用最新的计算机技术、调度优化技术、无线数据通讯技术、全球卫星定位系统等，实现计算机实时控制及管理的露天矿生产系统，核心为应用全球卫星定位（GPS）系统，目前已经在工业中得以广泛饮用，井下采矿也基本可实现无人采矿。如加拿大国际镍公司，已通过利用地下定位及导航、地下通讯、快速处理信息与监控系统等，已经实现井下铲运机、汽车、凿岩台车无人驾驶等技术，而作业工人仅需在地面遥控即可，能保障井下采矿作业的顺利进行，最终实现地下开采设备及整个井下开采的遥控操作。

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