复杂地质条件下采矿掘进技术及应用探究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：陆华耿（1992），广西佛子矿业有限公司。-119-复杂地质条件下采矿掘进技术及应用探究 陆华耿 广西佛子矿业有限公司，广西 梧州 543000 摘要：摘要：地质条件是决定采矿掘进技术及应用的重要因素之一。在复杂地质条件下进行采矿掘进工作，比如地表地质条件复杂多变、地下矿藏分布不规则、地下岩石性质复杂等，会极大地挑战采矿掘进工程的安全性和效率性。采矿掘进技术及应用的研究，旨在寻求在复杂地质条件下的最佳解决方案，从而提高采矿效率、降低风险，保障工人的安全。关键词：关键词：复杂地质条件；采矿掘进技术；应用探究 中图分类号：中图分类号：TD353 在矿业领域，金属矿石的采矿一直是一个具有挑战性的任务。尤其是在复杂地质条件下，如地下水位较高、岩石构造复杂或存在大规模断层等情况下，采矿掘进的技术和应用变得更加困难。在这种复杂地质条件下，传统的采矿掘进方法可能无法满足矿石的高效开采需求。因此，矿业工作者一直在积极探索和研究新的技术和方法，以提高金属矿采矿的效率。1 金属矿产开采存在的不利要素或问题 1.1 地质构造破坏和地质条件改变 金属矿产开采会导致地质构造破坏和地质条件改变，这是由于开采活动对地下地质环境的影响所造成的。例如，在露天矿开采中，大量的土壤和岩石被挖掘和移动，导致地表的形貌和地质条件发生改变。而地下开采则存在着对地下岩石结构的破坏，这可能导致岩层的塌陷和断层的形成。这些破坏和改变不仅对矿石的提取和物流造成困难，还可能导致环境污染和生态破坏。1.2 开采中面临非常大的安全隐患 金属矿产开采是一个高度危险的工作，不可避免地会面临着各种安全隐患。其中最常见的安全问题是矿井事故，如爆炸、坍塌、高温等。这些事故往往会导致人员伤亡和财产损失，对矿山运营造成巨大的影响。此外，开采活动也会引发自然灾害，如地震、滑坡等，进一步加剧了安全风险。1.3 开采薄矿层的困难和风险非常大 随着矿产资源的逐渐枯竭，越来越多的矿床陷入了深度和薄层状态，开采这些薄矿层面临着巨大的困难和风险。首先，薄层矿床的开采技术要求更高，需要更加精细的管理和操作，以确保矿石的充分提取。其次，由于矿体的薄小和周边岩石的相对稳定性较差，薄矿层的开采容易引起地表沉陷和地下空洞的形成，进而对地下水资源和土地利用产生负面影响。2 复杂地质条件下的金属矿采矿掘进技术 2.1 地质勘查技术 地质勘查是开展金属矿采掘工作的基础，为后续的掘进工作提供重要的信息和依据。在复杂的地质条件下，准确获得地质数据变得尤为重要1。常用的地质勘查方法包括地面勘查、钻探勘查和遥感技术等。地面勘查是一种通过地表观测和地质测绘手段，对已露头的岩矿进行勘察和分析的技术方法。通过对地表地质、岩矿体的变化、构造断裂等进行勘察分析，可以初步了解矿床的分布、类型和产状等特征。钻探勘查是利用钻探设备进行地下勘查和取样的一种技术方法。通过钻孔取样和地层观测，可以获取地下岩层的详细信息，如岩性、厚度、含矿层位等。常用的钻探方法包括岩心钻探、旋转钻探和钻孔测试等。岩心钻探是通过岩心样品来研究地质、岩性和矿化特征。旋转钻探则是通过装有切削工具的钻管，对地下岩石进行切割和取样。而钻孔测试则是通过在钻孔中安装岩性检测仪器，实时监测地层的物理性质，如密度、磁性和电阻率等。钻探勘查技术的优势是可以详细了解地下岩层的结构和特征，并获取质量较高的样品，为后续的地质分析和矿产评价提供重要数据支持。遥感技术是利用卫星遥感、航空摄影和激光雷达等手段，对地表进行快速高效的遥感观测和数据获取。通过遥感技中国科技期刊数据库 工业 A 术，可以获取地表地貌、植被生长情况、地球物理特征等关键地理信息，对地下岩层的性质和分布进行初步推断。2.2 掘进技术选择 在采矿掘进工作中，选择适合复杂地质条件的掘进技术是确保工作安全和高效进行的关键。机械掘进技术和掘锚一体化技术是主要的掘进方法。2.2.1 机械掘进技术 机械掘进技术是一种利用机械设备进行矿山开采的方法。该技术具有高效、快速和适应性强的特点，适用于复杂地质条件下的矿山掘进工作。机械掘进技术的核心在于掘进机和剥岩机的应用。掘进机主要用于地下巷道、井筒和山体工程等开挖作业，具有较高的切削效率和灵活性。剥岩机主要用于采石场和土石方工程中，其主要作用是将岩石层剥离、破碎和清理，以便进行后续的处理和利用2。在机械掘进技术中，掘进机的使用是其中的关键环节。掘进机通过其切削头部分进行对岩石的切削，然后通过传送带将切削下来的矿石或岩石送出，从而完成开挖工作。掘进机具有自动化控制系统，可以实现对开挖过程的精确控制和监测，确保掘进工作的稳定和高效进行。剥岩机是另一种常见的机械掘进设备。它通过其特殊的装置和锤击动作，将岩石层剥离成合适大小的岩石块，然后通过输送带等方式将其输送出来。剥岩机广泛应用于采石场和土石方工程，其高效、快速的剥离能力可以大大提高开采效率。2.2.2 掘锚一体化技术 在传统的掘进工作中，掘进设备和锚杆是单独操作的，而掘锚一体化技术将二者合二为一，使得锚杆和掘进设备可以同时进行。这种一体化的操作方式可以消除掘进设备和锚杆之间的不协调性，提高了工作效率。此外，一体化的设计还可以减少人员在作业现场的操作和调整时间，避免人为操作错误的发生。掘锚一体化技术的应用会显著提高掘进过程的安全性。通过将锚杆和掘进设备结合在一起，可以有效地防止岩层变形和落石事故的发生。锚杆的应用可以增加岩体的稳定性，减少岩层的变形和塌方的几率。同时，掘进设备的精确操作可以避免落石事故的发生，保护作业人员的安全3。此外，掘锚一体化技术还能够节约时间和人力资源。传统的掘进工作需要将锚杆安装到岩体中，并在掘进完成后将锚杆取出，这需要耗费大量的时间和人力资源。而掘锚一体化技术省去了这一过程，减少了工作时间和所需人力资源的投入。这种高效率的工作方法可以大大提高掘进工作的效率，减少了项目的周期和成本。2.3 通风降尘技术 在金属矿采矿掘进工作中，通风和降尘是重要的工艺措施，对于保障工作环境和矿工健康具有至关重要的作用。2.3.1 巷道通风 巷道通风是矿山工作环境中非常重要的一环。矿山作业区域的空气质量对于矿工的生命安全和工作效率有着直接的影响。巷道通风系统的主要目标是通过控制气流，使作业区域内的有害气体、粉尘和热量得到有效的排除，从而维持空气质量在安全检测范围内。在设计巷道通风系统时，需要考虑以下几个因素：（1）通风机的选择和布置：通风机是通风系统的重要组成部分。根据巷道尺寸、风量和静压的要求，选择合适的通风机型号和数量，并合理布置在巷道的适当位置。通风机的选择和布置需要综合考虑其效率、噪音、能耗以及维护和维修的便利性。（2）风道系统的布置：风道是将空气从通风机输送到作业区域的管道系统。通过合理布置风道，可以确保空气在巷道内均匀流动，并达到预定的风量和风速要求。风道的布置还应考虑巷道形状、地质条件和作业需求，以最大限度地提高通风效果。（3）控制系统和传感器：巷道通风系统需要配备有效的控制系统和传感器，以实时监测和调节通风参数。常用的传感器包括氧气浓度传感器、有害气体浓度传感器、温度传感器和风速传感器等。通过这些传感器提供的数据，系统可以自动调节通风机的运行状态，以保持空气质量在安全范围内。2.3.2 巷道降尘 在巷道掘进过程中，岩屑和粉尘的产生是不可避免的，这些岩屑和粉尘会随着空气流动扩散到周围环境中。高浓度的粉尘不仅会影响工作人员的视线和呼吸道健康，还会对设备和机械设施产生腐蚀和磨损，因此降低粉尘浓度对于掘进作业的安全和效率至关重要。湿式除尘是一种常用的巷道掘进降尘方法。通过在巷道周围设置湿式除尘设备，将湿度较高的水雾通过高压喷雾器喷洒到空气中，有机地将空气中的粉尘120中国科技期刊数据库 工业 A 湿润并固定在地面上。这种方法不仅能够有效控制巷道中粉尘的飞散，还能减少表面扬尘的产生。此外，湿式除尘还可通过减少静电带电粉尘的冲击效应，防止粉尘在巷道内积聚和堵塞，维持良好的通风状态。另一种常用的巷道掘进降尘方法是喷雾降尘技术。喷雾降尘是通过在巷道附近设置喷雾系统，将细小的水雾颗粒喷雾到空气中，使粉尘颗粒与水滴发生碰撞，并逐渐凝结形成较大的颗粒，最后落到地面上。这种方法的优点是通过增加空气中的湿度和降低温度，有效提高粉尘与水滴的接触几率和湿润效果。此外，喷雾降尘技术还可以根据实际情况对喷雾位置和喷雾量进行调节，以达到最佳的降尘效果。2.4 设备配置 在复杂地质条件下，合理配置掘进设备是保障工作质量和效率的重要保证。2.4.1 掘进机选配 在选择适合的掘进机时，需要综合考虑地质条件、岩石硬度和工作环境等因素。通过合理的掘进机选配，可以提高掘进的效率和质量，并降低工作的风险和成本。不同地质条件下的掘进机要求也不尽相同。例如，在软弱地层中进行掘进时，需要选择具有较小尺寸和轻量级的掘进机，以避免地质灾害的发生。而在坚硬地层中进行掘进时，则需要选择具有较大功率和切削力的掘进机，以便有效地进行岩层破碎和挖掘。不同硬度的岩石需要不同类型的掘进机来处理。在低硬度岩石的情况下，掘进机可以选择较为灵活的机型，以提高工作效率。而在高硬度岩石的情况下，应选择具有更高切削力和耐磨性的掘进机，以便顺利进行岩石破碎和开采工作。此外，工作环境也是掘进机选配的一个重要考虑因素。工作环境可能存在的问题包括空间限制、通风情况、工作空间的支护等。在狭小的工作空间中，应选择尺寸较小、机动性强的掘进机，并且必要时可以采用裝配式掘进机进行作业。在通风条件较差的情况下，选择具有较好的通风系统的掘进机，以确保工作人员的安全。对于需要支护的工作空间，选配具有较强的土壤钻进能力和多功能支护装置的掘进机，以便进行适当的支护工作。2.4.2 锚杆钻机选配 在掘进工作中，锚杆钻机是一种广泛使用的设备，其主要功能是在掘进过程中固定岩层。通过合理选配适合的锚杆钻机，不仅可以提高施工过程的稳定性和安全性，还能有效缩短施工周期。在选配锚杆钻机时，需要考虑掘进工程的具体要求和施工环境的特点。不同类型的锚杆钻机有不同的适用范围和性能特点，因此，需要全面了解工程需求和现场实际情况。对于需要在较硬岩石中进行掘进的工程，应选择具有较强钻孔能力和锚杆安装能力的锚杆钻机。而在软弱地层中进行施工时，应选择具有较好的稳定性和适应性的锚杆钻机。其次，通常还需要考虑选配锚杆钻机的工作效率和施工质量。一方面，高效的锚杆钻机可以提高施工速度，从而缩短施工周期。因此，在选配过程中应关注锚杆钻机的钻进速度和作业效率。另一方面，合适的锚杆钻机还应能够确保施工质量，即能稳定地进行岩层固定，防止岩石坍塌和漏土现象的发生。因此，在选配时应关注锚杆钻机的稳定性和固定效果。3 复杂地质条件下金属矿掘进技术应用的要点 3.1 对截齿进行科学合理的选择 截齿是掘进过程中不可或缺的工具，并且对于复杂地质条件下的金属矿掘进至关重要。根据地质条件和岩石性质的不同，需要选择适合的截齿类型和规格。科学合理地选择截齿可以提高掘进的效率和质量，并减少设备损坏风险。因此，在选择截齿时，需要充分考虑地质条件、岩石硬度、抗磨性以及掘进设备的特点和要求等因素，并进行详细的截齿选型分析。3.2 强化临时支护技术的合理利用 在复杂地质条件下，金属矿掘进所面临的地质问题十分复杂多样，如断层、地下水、软弱难控围岩和地应力等。根据地质条件和掘进需求，选用合适的临时支护材料可以增加工作面的稳定性和抗震能力。常见的临时支护材料包括预制拱形钢架、锚杆和喷锚混凝土等。这些材料具有良好的承载能力和抗压能力，能够有效地抵抗地应力和岩石突水的影响。临时支护方法的选择应考虑地质条件、掘进需求和安全要求。例如，在软弱难控围岩中，可以采用多层次的临时支护方法，如局部钢拱支撑、锚索或锚杆支护结合喷锚混凝土补强等。这些方法可以增强掘进工作面的稳定性和承载能力。通过开展临时支护技术的研究，可以不断改进现有技术和方法，提高临时支护技术的适用性和效果。同时，进行科学合理的应用可以确保临时121中国科技期刊数据库 工业 A 支护技术的有效性和稳定性。例如，应合理选择临时支护材料和方法，并根据现场实际情况进行调整和改进。3.3 提高对掘进支护配套系统的管理力度 掘进支护配套系统是金属矿掘进过程中的重要组成部分，对于确保掘进进程的顺利进行起着重要作用。因此，提高对掘进支护配套系统的管理力度是非常必要的。通过建立完善的管理体系、加强设备和材料的维护和更新、加强人员培训和技能提升等措施，可以有效提高掘进支护配套系统的运行效率和安全性，为复杂地质条件下的金属矿掘进提供坚实的支持。4 结语 在复杂地质条件下，采矿掘进技术的应用是必不可少的。通过对各种技术的比较与分析，我们发现技术的选择需根据地质条件的不同而定。同时，技术的应用需要考虑到安全性、可行性和经济性等因素。因此，在复杂地质条件下进行采矿掘进时，选择合适的技术具有重要意义。此综述研究对于推动复杂地质条件下采矿掘进技术的发展具有一定的指导意义。参考文献 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