井下采矿技术及井下采矿发展趋势

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矿产资源一般埋藏于地下，需要进行井下开采。但是，井下环境复杂、恶劣，使得井下采矿工作难且危险系数高。为此，在井下采矿中，采用与矿区实际情况相符的合理的采矿技术是实现安全、高效采矿的关键。本文分析井下采矿技术特征，通过介绍几种先进的技术来剖析井下采矿技术的发展走向。矿产资源是社会存在和发展的物质基础，大约80%的原料、95%的能源、70%的农业生产资料和30%的饮用水源自矿产资源，也就是说社会变迁和生产力的发展在一定程度上取决于矿产资源。但是，矿产是一种不可再生的、空间分布不均衡的、赋存状态复杂且数量可变的资源。对此，为了稳定国家经济和推动国民经济的发展，深入研究矿产资源井下开采技术非常必要，即：及时掌握井下采矿的发展趋势，适时改进井下采矿技术，以满足井下采矿对安全、质量和效率的要求。

1井下采矿技术特征

1.1井下采矿技术类型多样

近年来，我国矿产资源开采技术发展快是不争的事实，但是盲目开采却引发了能源资源短缺、环境破坏和生态失衡等问题，从而威胁到了整个人类社会的健康发展。井下采矿技术类型多样，适应于不同的井下作业环境。目前，长壁开采技术是一项广泛应用的井下采矿技术，其最常见于井下开采中，因其表现出操作简便、作业高效且安全的特点。

1.2井下采矿技术复杂

相较于露天采矿，井下采矿施工条件更复杂，面临的安全形势更严峻。可见，井下开采是一项高难度的工事，首先要求投入充足的财力、人力和屋里，以实现井下安全作业；其次，在在井下采矿作业前，做好一切安全准备工作，以保障作业人员安全为前提，并做好施工设备的安全、高效运转工作，以免因设备故障引起坍塌、火灾等井下采矿事故。

1.3井下采矿技术更新快

时代在进步，井下采矿技术更新不断加快已经成为了不争的事实。面对这一社会形势，采矿企业唯有不断更新和完善采矿技术，紧随时代步伐，研发新的井下采矿技术，培养专业的技术人才，才能在激烈的竞争中获胜。总之，井下采矿技术具有较强的针对性、创新性，要求与人类社会实现同步发展。

2井下采矿技术

2.1深井开采技术

目前，深井开采技术（或称井下深部开采技术）是一项应用最多的井下采矿技术，其施工工艺见图1。结合图1，在深井开采中，矿层、岩层的压力将会随着开采深度的增加而增大，所以要求开采人员准确计算不同矿层的垂直距离、岩层的承压力，准确定位巷道的位置，并利用专业的泄压设备泄压，从而保障深井安全生产目标的实现。在深井开采中，用水量一般会随着开采深度的增加而增多，要求采矿人员在整个开采作业中合理抽水，以维持井下环境的安全。另外，矿井深部温度不高，要求采矿人员运用HEMS降温换热系统合理控制温度，以改善采矿人员的工作环境。

2.2缓倾斜开采技术

缓倾斜中厚矿体的矿岩条件稳定，我国一般采取分段崩落采矿法、水平分层填充采矿法、爆力运搬空场采矿法、分段空场采矿法和房主采矿法等采矿技术。在实际应用中，要求开采人员从井下客观实际出发，如矿层倾斜度，采取合理的井下采矿方案。另外，在下井采矿作业前，要求采矿人员先勘察清楚矿体结构特征，再合理分段（一般分为矿段、盘区），然后针对不同分段开展相应的井下开采作业。以房柱采矿法为例。房柱采矿法的技术原理是先画出回采单元，再按照一定规则交替布置矿柱、矿房。山东某矿体采用了一种人工垫层分采分爆房柱采矿法，其开采技术条件包括：矿体底、顶板围岩分布着极限抗压强度高、构造致密的蚀变花岗岩；矿体赋存状况是底板上层矿体厚1.6~5m，底、顶板之间的废石夹层厚约0.8m，废石夹层与上方顶板之间的矿体厚1.1m，且矿体厚度变化不均，收缩、膨胀明显。在具体施工中，首先，结合该矿体的赋存状况布置采场，即：对穿插脉岩、局部厚约2~6m的矿体划分采场，顺着走向布置矿块，并在采场中间隔6~8m布设Φ3m的不规则矿柱，用以维护地压；其次，在矿房中，顺着下层矿体底板采准切割矿体，从而得到一个采准-切割-回采的自由面；第三，结合该矿体及其废石夹层赋存状态，划分作业面，具体划分为上、下层矿石和中层废石三层，并从下往上分步回采，具体操作工艺见图2。 

2.3井下支护技术

井下采矿的危险性非常高，而井下支护技术可有效保障井下采矿的安全。井下支护的技术原理是在井巷空间中支撑木材、钢材、石材和混凝土等不同的材料，以维持岩层的稳定状态。为了顺应井下采矿行业的发展，井下支护技术同步实现了更新换代，如锚杆桁架技术。锚杆桁架由两根涨壳式锚杆、若干高强度钢杆组成，现已在井下采矿中广泛应用。

3井下采矿技术的发展趋势

3.1采矿设备大型化

随着社会经济的发展，矿产资源需求量与日俱增，而为了适应这一发展形势，要求改进采矿设备，即淘汰掉传统的采矿设备，改用一些大型的采矿设备，继而不断完善井下采矿体系。如在井下穿孔爆破中，大型爆破设备的使用不仅缩短了爆破作业时长，还提高了爆破的效率，同时大大减小了工作偏差。

3.2采矿技术智能化

数据显示，我国超过75%的煤矿实现了机械化采矿，其中大型煤矿机械化程度高达95%。随着物联网、虚拟现实和人工智能技术的发展，将新型技术引入煤炭开采中是一种不可逆的趋势，且随着计算机技术、传感技术的突破式发展，将会出现一种煤矿智能化无人开采理念——智能自适应开采技术模式，这都表明了我国井下采矿技术正在朝向智能化方向发展，也就是说井下采矿技术从机械化、自动化到智能化是一种必然的趋势。

3.3井下开采绿色化

地球是人类赖以生存的母亲，环境一旦遭受破坏，人类将会遭遇灭顶之灾，所以环保是人类社会永恒不变的主题。在矿产资源开采中，环境破坏问题一直都很突出，且尚未从根本上扭转局势。在这种情况下，如何减轻井下采矿造成的环境问题备受关注，这就表明了实现井下开采的绿色化是时代的要求，即以环保、绿色、低碳、高效作为井下采矿技术发展的标杆。目前，瓦斯与煤共采技术和煤炭地下气化技术等都属于绿色的井下采矿工艺，其有助于降低井下采矿贫化率，提高采矿效率和保障井下作业安全。

4结语

综上，井下采矿作业总的要求是安全、绿色、高效，井下采矿技术研究应始终以此为出发点和落脚点，不断完善技术。当前，井下采矿技术更新换代的周期逐渐缩短，及时掌握行业的发展要求是技术研究的前提，同时井下采矿技术的发展趋势又反映了整个行业的发展要求。总的来讲，井下开采技术将会不断向机械设备大型化、智能化、绿色化方向发展，不断为整个矿产采矿行业注入源动力。

作者：赵文腾 单位：翼城华泓煤业有限公司