采礦工程中采礦工藝的運(yùn)用探析

羅 勇

（江西省南豐縣自然資源局，江西 344500）

1 采礦工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科技的不斷進(jìn)步，采礦工藝技術(shù)呈現(xiàn)出從初級、粗糙的開采方式到現(xiàn)代高效、精細(xì)化的技術(shù)變革。在歷史的早期，采礦主要依賴簡單的手工作業(yè)和基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)備，但現(xiàn)今，隨著信息技術(shù)以及精準(zhǔn)地質(zhì)探測技術(shù)的引入，采礦行業(yè)已經(jīng)邁入了一個新的紀(jì)元。這些高端技術(shù)不僅極大地提高了礦產(chǎn)資源的開采效率，還在復(fù)雜的地質(zhì)條件、深部開采和環(huán)境保護(hù)方面展現(xiàn)出了其不可替代的作用。特別是在當(dāng)今對環(huán)境友好和資源可持續(xù)利用的全球趨勢推動下，綠色采礦技術(shù)和零排放技術(shù)日益受到關(guān)注，促使采礦工藝持續(xù)進(jìn)行技術(shù)革新和完善［1］。從整體上看，采礦工藝技術(shù)的發(fā)展不僅標(biāo)志著產(chǎn)量和效率的提升，更意味著采礦行業(yè)正向更加安全、環(huán)保和可持續(xù)的方向邁進(jìn)。

2 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)在采礦工程中的運(yùn)用分析

2.1 機(jī)械開采工藝

機(jī)械開采工藝作為現(xiàn)代化采礦工程的核心技術(shù)之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種礦山開采活動中。這種工藝主要依賴先進(jìn)的采礦機(jī)械設(shè)備，其主要技術(shù)特點(diǎn)包括：高度的自動化程度，能夠?qū)崟r監(jiān)控并調(diào)整采礦進(jìn)度和方案；精確的礦體定位與切割技術(shù)，確保在不損傷有價值礦體的同時，最大限度地減少廢棄物的產(chǎn)生；以及與信息技術(shù)的深度整合，使得實(shí)地開采數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳輸至控制中心，為工程決策提供有力支持。此外，機(jī)械開采工藝還大幅降低了礦工的勞動強(qiáng)度，提高了工作安全性，同時，由于其高效的作業(yè)方式，礦山的經(jīng)濟(jì)效益也得到了顯著提升。總而言之，機(jī)械開采工藝代表了采礦技術(shù)的最前沿，是推動礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵力量。

2.2 爆破法采礦工藝

爆破法采礦工藝是采礦工程中的一種主流開采技術(shù)，尤其在硬巖礦床中具有明顯的優(yōu)勢。該工藝主要運(yùn)用化學(xué)爆炸劑或高能材料在礦體內(nèi)產(chǎn)生瞬間的高壓，通過爆炸的沖擊波與振動效應(yīng)，使礦石與圍巖分離，達(dá)到快速開采的目的。技術(shù)上，爆破法重視鉆孔的準(zhǔn)確性和布置、爆炸物的選擇與裝藥量的計算以及爆破時序的設(shè)計。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，電子雷管的應(yīng)用使得爆破時序能夠精確到毫秒級，確保爆炸能量的合理分布并降低對圍巖的不利影響。同時，配合現(xiàn)代測量與傳感技術(shù)，爆破效果能夠得到實(shí)時監(jiān)控，以指導(dǎo)后續(xù)的開采決策。盡管爆破法具有開采效率高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但也需要面對挑戰(zhàn)。例如，如何減少爆破對環(huán)境的影響、如何保障施工安全等問題［2］?？傮w來說，爆破法采礦工藝在技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合上，持續(xù)地為采礦工程提供了高效且穩(wěn)定的開采方案。

2.3 巖體加固技術(shù)

巖體加固技術(shù)在現(xiàn)代采礦工程中起到了至關(guān)重要的作用。其核心目標(biāo)是提高礦井圍巖的穩(wěn)定性，減少地壓突發(fā)現(xiàn)象，從而避免礦山事故的發(fā)生。技術(shù)上，巖體加固采用了多種方法：（1）錨桿支護(hù)，通過在巖體內(nèi)部鉆設(shè)并張緊的鋼桿，增加圍巖的整體強(qiáng)度；（2）噴射混凝土支護(hù)，將水泥漿液高速噴射到巖石表面，形成堅硬的支護(hù)層，提高礦井巷道的穩(wěn)定性；（3）高強(qiáng)度注漿，通過向裂隙或空腔中注入特定材料（如聚氨酯、水泥漿等），填充并固化巖體，以增強(qiáng)其機(jī)械性能；（4）預(yù)應(yīng)力技術(shù)，適用于大斷面和大開挖面的場合，利用預(yù)應(yīng)力錨索或預(yù)應(yīng)力鋼束，產(chǎn)生有利于巖體穩(wěn)定的預(yù)壓力。隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測巖體應(yīng)力、位移及環(huán)境參數(shù)已成為可能，為巖體加固提供了數(shù)據(jù)支持，使得加固方案能夠更加精確、及時地調(diào)整，滿足不同開采階段和地質(zhì)條件下的需求。

2.4 采空填充技術(shù)

采空填充技術(shù)是現(xiàn)代采礦工程中為解決采礦引發(fā)的地面沉降和礦山壓力管理問題而發(fā)展起來的關(guān)鍵技術(shù)。這種技術(shù)主要針對在開采過程中產(chǎn)生的采空區(qū)進(jìn)行填充，以減少或消除采空帶來的不穩(wěn)定性，確保礦井的安全運(yùn)行，并減少對地表的影響。技術(shù)細(xì)節(jié)上，采空填充通常使用如下材料：（1）尾礦填充：使用濃縮尾礦，經(jīng)過特定的預(yù)處理后，通過管道輸送到采空區(qū)進(jìn)行填充；（2）水泥漿液：將水泥、水和其他添加劑混合，形成流動性好的漿液，用于采空區(qū)的填充，增強(qiáng)了填充體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；（3）膨脹材料：如膨脹珍珠巖、發(fā)泡混凝土等，這些材料在填充時體積會增大，適用于不規(guī)則的采空區(qū)。為了確保填充效果，現(xiàn)代化技術(shù)還涉及實(shí)時監(jiān)測填充密實(shí)度、壓力以及圍巖與填充體之間的交互作用。此外，與數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合，如物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)填充過程的實(shí)時監(jiān)控，確保填充質(zhì)量，同時根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)調(diào)整填充策略，進(jìn)一步優(yōu)化礦井的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 特殊采礦技術(shù)

特殊采礦技術(shù)是針對具有特定地質(zhì)條件和礦體特性的礦山所開發(fā)的一系列高效、安全的開采方法。這些特殊技術(shù)往往針對那些傳統(tǒng)采礦方法難以處理或開采效果不佳的礦體。例如，對于位于大深度、高溫、高壓的礦體，采用液壓支護(hù)和定向鉆探技術(shù)，可以有效地減少地壓和地?zé)岬挠绊?，保證礦工的安全并提高采礦效率。針對那些礦體與圍巖界限不清、散布狀或形態(tài)復(fù)雜的礦體，采用微震監(jiān)測和三維激光掃描技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)控礦體的開采進(jìn)度，確保礦石的提取率和減少礦石損失［3］。這些特殊采礦技術(shù)的應(yīng)用不僅優(yōu)化了資源的利用，提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，而且大大增強(qiáng)了礦山的安全性和環(huán)境友好性。

圖2 智慧礦山綜合解決方案

3 當(dāng)前我國采礦工藝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與困境

3.1 技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的滯后

我國采礦工藝技術(shù)雖然在過去的幾十年中取得了顯著進(jìn)展，但與全球先進(jìn)水平相比，仍然存在技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的滯后。首先，資金投入不足和研究方向的不合理導(dǎo)致技術(shù)創(chuàng)新速度緩慢。盡管有大量的技術(shù)研究，但真正達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的比例較低。其次，國內(nèi)部分礦業(yè)企業(yè)對新技術(shù)的接受度不高，存在守舊思想，仍傾向于使用成熟但可能已經(jīng)落后的技術(shù)，缺乏對新技術(shù)的嘗試和驗(yàn)證。另外，國內(nèi)外技術(shù)交流和合作還不夠頻繁，限制了新技術(shù)的快速傳播和應(yīng)用。

3.2 資源和環(huán)境約束的挑戰(zhàn)

我國作為全球最大的礦產(chǎn)資源消費(fèi)大國，面臨著日益嚴(yán)重的資源與環(huán)境雙重壓力。首先，隨著礦產(chǎn)資源的大量開采，優(yōu)質(zhì)易采資源日益減少，導(dǎo)致礦山深部開采難度加大，成本上升。這直接引發(fā)了開采難度增加、采礦成本升高和礦石品位下降的問題。其次，過度開采造成的生態(tài)破壞、地下水資源受污染和土地沉降問題日益突出。這不僅對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，還引發(fā)了社會問題。此外，國內(nèi)外對于礦業(yè)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，這使得礦業(yè)企業(yè)在采礦過程中必須采取更加環(huán)保、低碳的技術(shù)和方法，從而增加了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的壓力。

3.3 人才培養(yǎng)和技術(shù)轉(zhuǎn)移的問題

我國的采礦工藝技術(shù)面對的另一大挑戰(zhàn)是人才培養(yǎng)和技術(shù)轉(zhuǎn)移問題。首先，在人才培養(yǎng)方面，盡管我國已建立了相對完善的高等教育體系，但與國際先進(jìn)水平相比，我國在采礦工程專業(yè)的研究深度、教學(xué)方法、實(shí)踐能力培養(yǎng)等方面仍存在明顯差距。這導(dǎo)致了一部分高層次、復(fù)合型的技術(shù)人才短缺，難以滿足現(xiàn)代采礦技術(shù)的發(fā)展需求［4］。其次，在技術(shù)轉(zhuǎn)移方面，盡管國內(nèi)外都有很多先進(jìn)的采礦工藝技術(shù)，但由于技術(shù)壁壘、知識產(chǎn)權(quán)、高額的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用等因素，很多先進(jìn)技術(shù)難以在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。同時，我國自主研發(fā)的技術(shù)在推廣應(yīng)用時也面臨資金、政策支持不足等問題。這兩方面的問題共同制約了我國采礦工藝技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與快速發(fā)展，對提高我國礦業(yè)競爭力形成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

4 針對現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)的采礦工藝策略

4.1 強(qiáng)化研發(fā)，開發(fā)先進(jìn)技術(shù)

針對我國采礦工藝所面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)，強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)并開發(fā)先進(jìn)的采礦技術(shù)顯得尤為重要。在全球礦業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，僅依靠引進(jìn)技術(shù)已無法滿足國內(nèi)日益復(fù)雜的礦業(yè)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的雙重需求。因此，必須加大對采礦技術(shù)基礎(chǔ)研究的投入，推動關(guān)鍵核心技術(shù)的自主創(chuàng)新。這不僅涉及新型采礦方法的研究，更包括對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，以及對新興技術(shù)如智能化、自動化在采礦中的應(yīng)用研究。同時，政府和企業(yè)應(yīng)共同建立一個長效的技術(shù)研發(fā)機(jī)制，確保技術(shù)創(chuàng)新能夠持續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行，進(jìn)而不斷提升我國采礦工藝的整體水平和競爭力。

4.2 建立完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

一套完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不僅能為采礦工程提供明確、統(tǒng)一的技術(shù)指引，還能確保礦業(yè)開發(fā)的安全性和環(huán)境友好性。首先，通過科學(xué)的技術(shù)評估與研究，針對不同的礦種、地質(zhì)條件和開采方式制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保每一步操作均有據(jù)可依。其次，這一體系需與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，促進(jìn)我國采礦技術(shù)與國際前沿同步發(fā)展，同時為我國礦企走向國際市場提供有力支撐。此外，完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系還可以為技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)和技術(shù)轉(zhuǎn)移提供有力指導(dǎo)，確保我國采礦工藝在應(yīng)對各種挑戰(zhàn)時始終保持領(lǐng)先地位［5］。

4.3 加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)外的交流與合作

深化行業(yè)交流，不僅可以促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的共享，還能夠促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用各環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，為采礦技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供更加寬廣的平臺。通過與國際礦業(yè)組織、高等教育機(jī)構(gòu)以及業(yè)界領(lǐng)先的礦業(yè)公司建立合作關(guān)系，可以及時引進(jìn)國外先進(jìn)的采礦技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，為我國礦業(yè)發(fā)展注入新的活力。同時，跨行業(yè)合作也能帶來新的技術(shù)解決方案，如與環(huán)保、信息技術(shù)、新材料等行業(yè)的合作，可能為采礦工藝中的難題提供創(chuàng)新思路和技術(shù)手段。綜上所述，通過加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)外交流與合作，能有效地提高我國采礦工藝的技術(shù)水平，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，確保我國采礦工程的持續(xù)、健康、高效發(fā)展。

5 結(jié)論

采礦工藝是決定礦山可持續(xù)發(fā)展的核心要素之一，它直接關(guān)系到礦產(chǎn)資源的高效利用、工程安全與環(huán)境保護(hù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的采礦工藝已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工作業(yè)向現(xiàn)代化、自動化的方向邁進(jìn)，但同時也面臨著許多挑戰(zhàn)和困境，特別是在技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護(hù)和人才培養(yǎng)方面。對于未來，必須堅持技術(shù)創(chuàng)新，積極引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)，建立完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并加強(qiáng)與各方的交流與合作，以期構(gòu)建一個高效、綠色、安全的采礦工程體系。