黄金矿山深部开采技术的综合研究.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 194 黄金矿山深部开采技术的综合研究 王 寅 山东黄金矿业股份有限公司矿业管理分公司，山东 济南 250102 摘要：摘要：伴随着现代科技和信息化技术的飞速发展，人们对黄金矿山采矿技术的关注程度也已经在不断提高，并逐步对其进行了相应的优化和完善。目前，采用深部开采技术，不但可以极大地提高黄金矿山中地采采矿的开采效率，而且还可以确保工人生命健康。为此，本文对金矿深部采矿技术进行了进一步的研究，以期进一步提高金矿的采矿品质。关键词：关键词：黄金矿山；深部开采技术；综合研究 中图分类号：中图分类号：TD863 当前的矿产资源，既是社会经济发展和人们日常生活所需要的重要资源，也是推动世界经济发展的重要因素。然而，在种类繁多的矿产资源中，黄金矿山深部开采对开采方法和技术的要求都是非常高的，因为黄金的真实分布和厚度并没有任何的规律可循，这就造成了与其相对应的深部开采环境较为恶劣。除此之外，随着社会发展，人们对黄金资源的需求也在逐渐提高，随着对黄金矿山的开发和研究也在不断深化，各种更加科学、高效的开采技术相继提出。1 深部开采基本特征 1.1 特征 随着开采深度的不断加深，矿井中的地应力和温度不断上升，对矿山中的提升、运输、给排水、支护、通风、充填等系统提出了新的挑战。黄金矿山开采是一项系统工程，其所处的环境是非常复杂的，尤其是在深部开采中更为突出。深部开采具有“三高一扰动”和“四高一扰动”之说，“四高”是指高应力、高地温、高水压、高扬程能量，“三高”是指高地压、高地热、高井深，“一扰动”是指采矿过程中对采矿活动的强烈干扰。通过分析可知，高水压和高升能是由于水层深度增加而产生的，因此，“三高一干扰”理论得到了更多的认可。高地应力。深部开采工程面临着冲击地压、巷道失稳等动力灾变问题，其核心技术是围岩控制。以克里沃罗格矿区为例，在采深 700-900m 时，采动作用区矿岩出现流变与应力松弛现象，其中间流变量约为 80%，相对体积变化约 0.2-0.3%，并伴随着瞬间强度减半，冲击地压增加。高地温。在欧洲地区，2000 米深的钻井资料显示，地球表面的温度梯度通常在 0.025-0.03 摄氏度/米之间。通过对矿山进行分析，并对其进行了综合数据分析，表明，在深部开采过程中，有很多原因会引起井下温度的上升，其中最主要的原因是：岩层、坑内热水、矿岩氧化、机电设备、空气压缩和人体等热源的放热或散热。所以，在深部采矿条件下，工作面往往处于数十摄氏度以上的高温环境中。高井深（800-1000m）。随着采矿深度的增加，矿产资源的运输、排水、充填、供水、通风、降温气压、通讯、照明等方面的复杂程度，都会对黄金矿产资源的开采造成严重的影响。一方面，由于矿场扩大，运输效率必然会下降，另一方面，各系统的建设运营费用也会提高，这将会对矿山的经济效益造成负面影响。通风、供水、充填等都受到高水压的限制，这就对工程布置的材料（各种管线的承压能力，钢丝绳的起吊能力）提出了更高的要求。高采矿费用。对于爆破、通风、降温等方面的要求更高的工程，其施工与维修已经成为评价深部采矿能否成功的一个重要指标。在深竖井和隧道施工过程中，要保证隧道的稳定性，支撑、回填和提高效果稳定性等，其也都是影响深部采矿经济效益的重要因素之一。1.2 矿井深部开采的影响因素 随着矿山向更深层次的开发，矿山中的矿压也越来越强，这就造成了巷道的养护工作变得越来越艰难，同时，地下温度也在持续上升，给勘探工作造成了很大的难度，再加上采矿环境的恶化，在对生产技术的中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 195 和经济效益影响的同时，也给矿山的深部开采带来了很大的问题。在黄金矿山的采矿中，最主要的影响因素是矿压，在高应力的影响下，周围的岩体也会产生相应的运动，而且运动更加剧烈，巷道也会产生变形与破坏，因此，在采矿时，采用拱形金属支架及结构封闭支护巷道会产生较大的变形。巷道开挖后不久即发生不稳定现象，致使围岩收缩变形日趋严重。巷道的维修一直都是很难的，并且维修费用也在快速增加。2 深部高应力环境下开采技术选择原则 基于高压开采条件、深部矿山地质条件及金矿开采工艺条件，开采时应遵循以下原则：第一，采矿区暴露范围小、持续时间短、不保留或保留的固定柱数少，有利于实现对岩体稳定性的控制，降低动态地质灾害的发生，并对岩体爆炸进行有效控制，同时，采空区及主岩体的位置应尽量与高压环境相适应。第二，采矿技术要简单易行、容易掌握，对矿体有较强的适应能力，能够进行大规模的机械化、连续、高强度的采矿，采场的产能要大，确保产量在 4000 吨/天以上。第三，尽量采用坑道中的废石、尾砂来充填，以降低矿石损耗、贫化程度，提高原矿品位，降低提升量，同时所选择的采矿技术应尽可能地充分利用已有的采矿机械，以提高矿井的整体经济效益。第四，考虑到矿体上下盘均分布着不同宽度的断裂，有些断裂和泥化现象较为严重，长期暴露后容易发生垮塌，采场顶部难以维持，对此，应根据实际情况进行开采。第五，所选择的开采技术必须是一种环保的开采方式，并且必须是一种可持续、绿色的开采方式。3 国内外黄金矿山深部开采技术的研究情况 3.1 深部开采 当前，对于深部采矿，业界尚没有一个统一的界定，一般把采矿到某一深度的采矿活动称为深部采矿。随着采深的增加，发生突发性岩体破裂的概率也相应提高，即冲击地压发生的概率也相应提高，也就是通常所说的岩爆频率增加，这种被称为深部开采。应注意到，由于受构造、地质等多种因素的影响，一些浅层采矿也可能产生冲击地压，因此对冲击地压的界定不够精确。世界上许多国家都根据矿藏的不同而有不同的矿藏深，例如美国矿藏深的最低限度是 1550 米、南非是 1500 米、英国是 750 米、而中国则是 700 米。近几年来，随着采矿技术的发展，以及专家学者们对深部采矿的研究逐渐深入，导致了对深部采矿的定义也有了一些改变，例如，软岩的定义范围从 800 米到1500 米，硬岩的定义范围从 1000 米到 2000 米。金属于重金属，属于金属矿物，是一种坚硬的岩石。因此，其深采标准是在 1000 米至 2000 米之间。3.2 国内外的研究现状 国外：关于深部采矿的研究，在国外是比较早的，当某个国家的黄金矿床爆发的时候，就已经开始了对深部采矿的研究。当时的研究方向有：深井岩爆、超深井开采（1600 米以上矿井）、矿山压力模拟实验、深部岩体力学、深井开采（1650 米）等。在总结和分析了国外的成果之后，发现，国外在深部开采上已有一定的发展，并对如何降低地应力、预防岩爆等问题进行了探讨。在此基础上，提出了合理的矿井开采次序，确定矿柱留矿区，以及减轻矿井底部应力等技术措施。国外的专家学者们通过大量的研究和实验，认为在深部采矿中，充填法是一种行之有效的方法，这种方法在深部采矿的时候，可以将局部应力保持在一个可控的范围之内。国内：相对于国外先进水平，我国对深部开采的研究相对滞后，从 90 年代开始进行探索性研究，其研究重点包括：深部开采工艺实验研究、井下巷道压力与布置、岩体力学与灾变探测与防治、深部开采关键技术等。中国的矿藏十分丰富，许多矿藏都是深埋在地下，因此对其进行深部采矿技术的研究具有十分重要的意义。国家对此进行了大力的投资，相关的专家们也对此进行了深入的研究，主要内容有：深部矿产资源勘探、深部力学、深部矿山建设、深部矿山关键技术。近几年来，国家加大了对深部采矿的研究力度，并在深部采矿技术上取得了一些成果，尤其是开发出了更加高效的深部采矿新方法与新工艺。这些研究成果将为有序开展金矿床深部开采工作奠定理论和技术基础。4 深部高效开采的主要技术方法 地下矿藏的开采与采矿技术的支持是密不可分的，在全面系统地分析了采矿工业的发展历程后，发现在不同的时期采用的采矿方法有着很大的差异。例如，在采矿初期，主要靠手工进行，因为没有机械的帮助，因此，采矿的效率很低，而且很危险；之后，随着开中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 196 采机械的出现和使用，人工开采被机械化开采所替代，这一时期的开采工作多为浅部采掘；现在，矿山逐渐向更深的方向发展，开采技术也在不断完善，智能化、自动化设备在深部开采中的应用越来越多，开采效率明显提高，其稳定性也有了可靠的保障。其中，无人驾驶、远程控制等先进的采矿技术也正在逐步成熟，并有望在未来的某一天被广泛地应用于深部矿山开采。当前，在对地下埋藏的金属矿床进行开采时，较为常用的开采技术有充填法、崩落法以及空场法等。各种采矿方法的应用环境各不相同。例如，空场法不适合高应力的矿井；崩落法在控制地压上有一定的作用，但是随着矿山的深度达到一定程度，就不能很好的控制地压了，因为会导致底部结构的破坏，导致放矿困难，损失也会比较大，并不适合于深挖贵金属。相对于以上两种采矿方式，充填法相对于其他两种采矿方式，具有更大的优越性，特别是膏体胶结充填技术的兴起，使充填法在贵金属矿的深部开采中的作用更大，已成为目前世界上广泛使用的采矿方式。通过合理应用充填技术，不仅可以改善深部矿山开采时的应力分布环境，而且可以有效地控制岩爆的发生，解决尾砂和废石造成的土壤和污染问题。实践证明，充填技术在防治冲击地压灾害等方面有着显著的优越性，基于此，开发了基于充填技术的深部采矿新技术，并将其应用于金属矿田。比如，凿岩充填法，被应用于某铅锌矿；分段充填法，在某金矿中得到应用；两步开采充填法，在某铜矿中得到应用；联合充填法，在某金矿中得到应用等等。5 黄金矿山深部开采技术探究 深部开采技术，其不但可以有效地提高黄金矿山的开采效率和开采品质，而且也是开采技术未来的主要发展方向。当前，随着黄金产业的快速发展，浅层的矿产资源已渐渐不能满足市场的实际需求，所以，如何更稳定、更快速地找到金矿，是当前迫切需要解决的问题。深部采矿技术本身具有耐高温、抗压能力强等显著优点，也可以较好地解决换进巷道支护、排水等问题。由此可以看出，减少黄金矿山的采矿难度，使深部采矿技术能够更快地适应严酷的采矿环境，提高整个采矿工作的稳定性及良性发展，是今后黄金矿山深部采矿技术发展的重点。5.1 充填法开采技术 由于充填开采技术的整体工程深度比较大，各种大型机械的作业和使用受到了很大的限制，使得黄金矿山不能使用传统的采矿技术。充填采矿法是一种在矿山开采中使用的采矿方法，根据围岩稳定性分析，可灵活选择上向开采或下向开采，并以其为基础，可以使深部开采工作根据实际情况的变化，逐渐衍生出更为多样的开采方案，但其工作原理仍与充填采矿法相同1。5.2 深部开采技术中的降温技术 进口空气流动二次空气调节系统的冷却。该制冷方式是目前深部采矿技术中使用最多的一种常规制冷方式，其中第二种制冷方式是首先采用地表冷却水进行制冷，然后在对应的矿井下利用风流进行二次制冷。在采用两级空气调节冷却技术时，采用冷热交替的方法，对深部采矿作业进行进一步冷却，并在进风巷道中安装对应的喷淋管路，从而更好地实现自动冷却2。对井下生产用水进行冷却。因为金属矿脉的开采对水的需求很大，所以平均下来，一吨矿石的耗水量就是三吨。所以，在那些对于生产用水整体需求较大的深部开采工作中，可以通过此种方式来进行降温。并且，也可以通过施工现场的供水管道来进行更好的热交换，必要时还可以通过喷射冷水来进行降温。但该方法仅适用于对冷却要求不高的深层采矿作业3。5.3 深部开采地压控制技术 在黄金矿山进行深度开采时，经常会发生岩石崩塌、岩爆等严重的事故，给工作人员的生命带来了极其恶劣的影响。为此，需要在深部采矿过程中，采取有效的地压治理技术，以实现对采场岩石阵的高效稳定控制。而在地压控制技术方案具体实施前，应派遣工作人员对岩阵进行持续观测，确定开采工作进行后一段时间内的岩体地压规律，为后续的岩爆防范和顶板维护工作打下基础4。5.4 智能化远程监控技术 智能远程监控技术，是将信息技术与采矿技术相结合的一种技术，其牵涉到了很多方面，如生产调度、采矿工艺等。智能远程监控系统的应用，不但可以极大地提高深部采矿的稳定程度，而且还可以逐步提高深部采矿的技术含量，而且，智能远程监控系统还可以对采矿区周边的压力和环境进行远程监控，从而进中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 197 一步增强深部采矿的稳定性5。6 结语 总而言之，现在，我国的黄金开采工作已对以前那种传统开采方式加以创新，使用的技术也越来越先进，开采方法也不再是单纯地为了经济，更注重可持续发展以及对环境的保护。在可持续发展的理念以及高科技的技术（设备）的支持下，我们的金矿深部开采工作正在变得越来越成功。我们相信，如果我们能够继续创新，继续发展下去，将来的黄金矿山企业一定能够为国家带来更多的价值。参考文献 1闫利军.对于黄金矿山深部开采技术的综合研究J.中国金属通报,2021(9):25-26.2李夕兵,周健,黄麟淇,等.中国黄金矿山开采技术回顾与展望J.黄金,2020,41(9):41-50.3王维东.浅析黄金矿山深部开采技术J.世界有色金属,2017(5):225.4王大伟.浅析黄金矿山深部开采技术J.中国金属通报,2020(4):167-168.5刘焕新,王剑波,赵杰,等.胶东大型黄金矿山深部开采地压控制实践J.黄金,2018,39(9):39-44.