试论深井开采技术在有色金属矿山中的应用

刘莉晖

（甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院,甘肃张掖 734000）

有色金属矿产是工业生产的基本资料和发展国民经济的重要支撑，我国有色金属矿产储量丰富，资源类型多样，以往由于开采技术有限，主要作业于浅层矿床，伴随着工业经济的飞速发展，浅层矿产的逐渐消耗殆尽，深部矿床开采成为必然选择。矿产深井开采所显现的自然现象，集中表现在地温、地压随开采深度的增加而增大；
开采深度越大，面临的问题越多，开采所需的技术要求也就越高。笔者结合自身知识积累对相关内容作以下分析和探讨。

1.1 有色金属矿产

有色金属的定义有狭义和广义之分，狭义的有色金属指的是除含铁成分的其它金属，所以又被称之为非铁金属；
广义的有色金属在此基础上涵盖了有色合金，即以一种含量超过50%的有色金属为主，多种其他元素混合而成的合金体。比较直观的定义就是，除黑色金属矿产之外的其他金属矿产资源统称。按照有色金属的基体成分，还可以将其细分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属等。

1.2 深井开采技术

深井开采相对于浅层和中井开采而言，其衡量标准就是矿井深度，对于这个深度值国际上多有差异，南非和德国等标准为800～1000m；
英国为750m，日本仅为600m，我国深井深度可以达到1000～2000m；
根据矿产成矿地质、自然地理构造的差异及开采作业实际需要，不同矿产的矿井深度也会存在一定差异，目前世界和行业内普遍认可的标准为800～1000m。深井开采技术就是矿产资源深井开采作业过程中所应用的专项技术。

1.3 深井开采认识

有色金属矿山的深井开采是为了更好地满足经济发展对资源的需求，源于浅表金属资源的大量开采耗尽，既是一种必然之举，也是被动性要求。一方面只有不断提高开采深度和开采技术才能获得较高的开采率，才能更好地满足经济的发展需要；
另一方面，由于有色金属属于不可再生资源，其藏量随开采力度的增大而减少，最终面临枯竭，同时钻井开采也会对矿区生态环境、地貌结构等带来不同程度的破坏，因此必须注意使用合理的开采技术和运行方式。

深井及超深井矿产开采是基于特殊环境下的开采作业，由于会对开采区地层结构和周边环境造成影响，因而可能引发一系列负面效应，比较常见的有岩爆、高温、高应力、采场闭合及地震活动等，这些情况都将增加有色金属矿产深井开采作业的安全风险和成本投入。下面以几种最典型的开采问题为例进行分析：

2.1 岩爆问题

岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能被突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象。岩体中存在的高地应力是导致岩爆产生的主要条件，地应力随岩层埋深的增加而加大，当这个应力强于岩石本身的强度时，则将岩石挤压破裂弹射出来。岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性，对深井作业人员和设备都会造成极大的危害。

2.2 通风不畅

井下通风不良是危及深井作业安全的重要因素。金属矿深井由于深入地层空间，地表空气无法进入，加之金属矿产资源本身存在毒性和污染，使得矿井空气更加恶劣。造成有色金属矿深井通风问题的主要因素有：没有设计专用的通风井，导致矿井深部风量严重缺乏；
通风线路设计过长，增大风阻使得风压较低，无法有效输送足量的新鲜空气；
风源受到井下粉尘及金属毒性污染。

2.3 高温渗水

矿井深部不仅空气稀少而且高温高湿，高热是由于存在多种热力作用，除了井下地热、空气压缩热外，机械作业摩擦、灯光照射及岩矿爆炸等都会产生大量的热量，从而使得井下温度增高[1]。随着岩体温度的快速上升，围岩大量散热带来一系列热害作用，严重影响到深井下的有色金属矿产资源开采作业安全和效率。同时，有色金属深井往往会穿过地下水层，复杂的地下水文地质使得矿井岩体受到地压、水压的共同作用产生裂隙，地下水在高压下渗透岩体，造成矿井顶板漏水、底板突水甚至坍塌等危害。

3.1 高地应力卸荷技术

在有色金属矿山的回采阶段，采用采场局部弱化技术科学设置矿山回采顺序，同时全面分析并合理调整岩石应力的分布情况，促使高地应力逐渐转移到深部空间，以此避免矿井内出现应力分布不均，减少发生安全事故的几率。另外，为最大限度应用高地应力卸荷技术，增加岩石强度和其承压能力，必须保证承重应力的负荷处在岩石的三向应力状态，以让岩石均衡受力实现内外应力冲抵，避免某一力量过大造成岩体结构破坏，从而有效降低有色金属矿山深井开采中的岩爆问题[2]。

3.2 高温矿井排热通气技术

矿井热害随开采深度增加，井下机电设备的增加而日趋严重。矿井热害的处理一般采取降温技术，分为人工制冷降温和通风降温。人工制冷降温技术是依靠动力装置来达到降温制冷目的，经过制冷、输冷、传冷和排热一系列技术措施，使矿井得以系统化制冷，从而有效地解决深井的高温热害问题。深井的通风降温主要使用高温矿井排热通气技术，它利用空气和岩石之间的热交换原理，实现对高温矿井的排热通气。针对于相对复杂的深井通风问题，也可以使用新型均压通风技术，通过开发配套的均压监测，漏风通道检查，新型阻漏材料、阻漏方法以及均压自动调节等技术配合实施均压通风，可在不停产、不封闭的条件下，减少漏风和瓦斯涌出，抑制自燃发生，提高有色金属深井开采作业的安全性[3]。此外，为提高深井开采作业的安全性，必须将大量新鲜的空气持续不断地输入深井下，以此冲淡井下CO2、CO 及瓦斯等有毒有害空气浓度，为井下作业人员创造一个良好的工作环境。应建立井下区域式通风系统，每个区域均设置一组进、回风井，该设计能够缩短通风线路，降低风阻系数且保证各区域享有独立、安全通风，从而提高矿井的通风能力和抗灾能力。

3.3 深井地下水综合防治技术

有色金属矿山深井开采中很容易受到地下水的侵袭，为防止井底深积水保障正常的开采施工，必须采取有针对性的防治技术措施。一是做好采前防控，严格按照先探后掘、先治后采的防控原则，在进行有色金属矿山深井开采前，先对矿山所处区域的地质构造、水文特征等进行勘查、分析，明确矿井水源的异常位置，提前制定防控预案；
二是加强采中防治，不同成矿地质下的有色金属矿山，其地下水系也往往较为复杂，由此造成深井开采中的水害多样化，要想实现有效治理，必须结合其地质构造特点综合应用“防、堵、疏、排、截”的系统治理手段，即提前预防、加强封堵、及时疏通、分区排放、分段截流，避免或减轻顶板透水、井底突水、岩壁渗水等水害事故的危害。

有色金属矿山的深井开采必须做到作业安全与生产质量的同步。基于矿山地质条件的复杂性及深井开采技术要求，实施期间应综合考虑可能存在的开采风险，灵活选用正确的技术措施，实现科学规划、合理开采、降本增效、安全运行，从而确保多种效益。

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