采礦工程設(shè)計優(yōu)化探析

劇錦水

摘要：針對采礦工程設(shè)計中面臨的礦床地質(zhì)條件復(fù)雜等許多不確定性問題，通過對礦山主要技術(shù)條件和經(jīng)濟指標(biāo)的分析，合理調(diào)整和優(yōu)化確定工程方案與主要技術(shù)指標(biāo)是礦山設(shè)計工作中一項重要工作，既要按部就班地提出各種可能技術(shù)方案，也要不斷地對技術(shù)工作提出“質(zhì)疑”，進一步優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)、井巷工程和采礦方法等，為礦山降低和控制生產(chǎn)成本，增強企業(yè)的盈利能力打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：采礦工程；技術(shù)現(xiàn)狀；設(shè)計優(yōu)化

引言

采礦業(yè)一直是我國資源開發(fā)展業(yè)的重要環(huán)節(jié)，其對于我國經(jīng)濟發(fā)展與社會生活需求滿足發(fā)揮了重要作用。在實際工作中，因為采礦是對地質(zhì)資源進行開采，所以其必然會對礦產(chǎn)所在地原有地質(zhì)進行破壞，為了能夠在有效開采礦產(chǎn)資源的前提下，避免對原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)的過度破壞，做好地質(zhì)采礦設(shè)計一直是采礦企業(yè)所研究的重要內(nèi)容。地質(zhì)采礦設(shè)計作為采礦行為的工作指導(dǎo)內(nèi)容，做好對其科學(xué)性、規(guī)范性的把握，對于保證礦產(chǎn)資源的有效開采具有重要意義。

一、采礦技術(shù)現(xiàn)狀

新的設(shè)備、工藝和技術(shù)，都是使我國采礦方法有了很大的進步的原因?，F(xiàn)在，我國常用的采礦方法以充填采礦法、崩落采礦法、空場采礦法為主。

（一）干式充填采礦法

干式充填采礦法用于我國20世紀(jì)50年代初的色礦山，這種采礦方法的使用比例達到54.8%，其中黑色金屬礦山占礦石總產(chǎn)量的三分之一。因為充填不夠密實、勞動強度大和生產(chǎn)能力低等缺點，逐漸在20世紀(jì)50年代末被其他采礦方法代替代。自下而上在礦房中分層回采。充填料可以從地面或井下取得，地面的充填料主要是廢石場的廢石和露天采石場采掘的廢石，井下的充填料主要是巷道掘進的廢石。隨著回采工作的進行，采空區(qū)以維護上下盤圍巖和形成繼續(xù)上采的工作臺需要用干式充填料逐層充填。

（二）水力充填采礦法

水力充填采礦法包括上向分層水力充填采礦法、下向分層水力充填采礦法和壁式水力充填采礦法。實質(zhì)是用借助水砂混合的砂漿柱所形成的自然壓頭或者機械加壓的方法，將砂漿沿著管道運輸?shù)降V房種，在將礦漿中的水從礦房內(nèi)滲濾出來，最后用沉積下來充填料充填采空場。

（三）崩落法

無底柱2分段崩落法在冶金地下礦山應(yīng)用達到80%的比例，在我國的發(fā)展也已經(jīng)長達十年之久，由最開始的小參數(shù)逐漸的增加，如此大大地增加了每一次的崩礦量，這是另一種高效、安全的采礦方法。采取綜合技術(shù)以及大參數(shù)措施之后，不僅減少了工作量更有效的提高了采礦的強度，也使全員的勞動生產(chǎn)率加大，并且有效的降低了成本，獲取更為可觀的經(jīng)濟效益。由此在未來的采礦應(yīng)用中無底柱分段崩落法會更加廣泛的被應(yīng)用。

二、采礦工程設(shè)計優(yōu)化要點

（一）采區(qū)方案設(shè)計

采區(qū)設(shè)計通常分為二個階段進行，即確定采區(qū)主要技術(shù)特征的采區(qū)方案設(shè)計和根據(jù)批準(zhǔn)的方案設(shè)計而進行的采區(qū)單位工程施工圖設(shè)計。采區(qū)方案設(shè)計除了需要闡述采區(qū)范圍、地質(zhì)條件、煤層賦存情況、采區(qū)生產(chǎn)能力、采區(qū)儲量及服務(wù)年限等基本情況外，應(yīng)著重論證和確定以下問題：采準(zhǔn)巷道的布置方式及生產(chǎn)系統(tǒng)、采煤方法選擇、采掘工作面的工藝裝備、采區(qū)參數(shù)、采區(qū)機電設(shè)備的選型與布置、安全技術(shù)措施等。

（二）方案優(yōu)化

采礦工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中所要進行的礦井采區(qū)設(shè)計，采用采礦系統(tǒng)工程理論與技術(shù)來進行，克服以往人工方案比較的局限性。人工進行采區(qū)設(shè)計方案比較一般只有2～3個方案，最多5～6個方案，且依賴少數(shù)專家經(jīng)驗判斷進行決策，而采用采礦系統(tǒng)工程理論與技術(shù)方法來進行方案比較，由于采用了技術(shù)經(jīng)濟數(shù)學(xué)模型和電子計算機運算，所提出的設(shè)計方案經(jīng)過數(shù)理組合可以達到十多個，甚至幾十個，從而使選優(yōu)的范圍更加廣泛，計算更加精確，方案優(yōu)化更加科學(xué)性，擺脫了經(jīng)驗判斷的局限性。

（三）合理規(guī)劃礦山開采范圍選擇開采方法

規(guī)劃礦區(qū)開采范圍是礦山開發(fā)要考慮的首要問題之一。地方小礦由于建設(shè)資金不足，技術(shù)管理水平低，往往考慮就近原則。在礦石品位高開采條件和選冶條件好的礦段開發(fā)，甚至?xí)霈F(xiàn)一個大礦體，周圍開發(fā)了若干個礦點，造成對未來礦山擴建、開發(fā)不利的局面。有的在與大礦爭資源，造成不能合理、全面地開發(fā)資源，應(yīng)當(dāng)看到這種狀況對國家的資源利用極為不利。地方規(guī)劃礦山開采范圍應(yīng)考慮礦體儲量大小及合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，選擇礦床開采方法是用露天采還是用地下采，關(guān)系到礦山未來技術(shù)經(jīng)濟面貌。應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦床的具體賦存條件確立，有時為合理確立開采方法，要事先做出兩種開采方法的設(shè)計方案進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟分析。

（四）地下礦山無廢開采方法及工藝技術(shù)

在煤礦的開采過程中，產(chǎn)生相應(yīng)的廢石是必然的，但廢石的存在并不會對工程的正常進行造成任何阻礙。在實際開采中，可以對無用廢石的存在位置及開采工藝進行綜合性研究，避免盲目施工，只有這樣才能使得采切工程布置方式得到優(yōu)化及提升，從而減少對廢石的開采。除此之外，還需要以施工現(xiàn)場的實際情況為基礎(chǔ)，對廢石進行合理處理，減少財力及物力的損耗。

（五）地下礦山廢石及尾礦混合充填料技術(shù)

在進行采礦施工時，需要以礦石沒有坑陷為依據(jù)，將實現(xiàn)高質(zhì)量的填充效果為目標(biāo)，將填充物與實際坑洼情況進行合理配比，在不破壞環(huán)境的基礎(chǔ)上，將坑洼位置完全填充，在不確定填充物標(biāo)準(zhǔn)時，還可以以水為依據(jù)進行滲透性試驗，將填充水的結(jié)構(gòu)與坑洼結(jié)構(gòu)進行科學(xué)研究，保證二者相互符合，并將填充水量的流失控制在預(yù)算數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。此外，還需要對廢石以及尾礦混合充填料的相關(guān)系統(tǒng)進行深入分析研究，使其達到廢石與尾礦充填的標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)語

采礦系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，采礦系統(tǒng)是一個多目標(biāo)、多因素、多變量的、隨機性因素影響很強的、生產(chǎn)對象和作業(yè)環(huán)境變化很大的、多種技術(shù)互相作用下的復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。對于如此復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，運用采礦系統(tǒng)工程中的優(yōu)化理論和技術(shù)方法，來進行采區(qū)設(shè)計優(yōu)化，能收到十分明顯的效果，為采區(qū)設(shè)計優(yōu)化開拓了廣闊的前景，摒棄了人工經(jīng)驗判斷進行方案選擇的局限性，進而使用電子計算機在多達幾十個待選可行方案中進行優(yōu)化，更加科學(xué)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化。

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