采礦工程設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

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摘要：采礦工程設(shè)計(jì)對于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的安全高效開采十分重要。分析了采礦工程設(shè)計(jì)的原則，探討了采礦工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，可以為采礦工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：采礦工程；設(shè)計(jì)原則；優(yōu)化方法

在對礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采時(shí)，需要做好相應(yīng)的采礦工程設(shè)計(jì)。良好的采礦工程設(shè)計(jì)有利于縮短工期，還能最大程度保證生產(chǎn)安全。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中存在一些問題，這是由于地質(zhì)條件的不確定性及設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)不足[1-3]。為了保證采礦工程設(shè)計(jì)能有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，需要對采礦工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。本文分析了采礦工程設(shè)計(jì)的原則，重點(diǎn)討論了采礦工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些方法。

1采礦工程設(shè)計(jì)的原則

采礦工程設(shè)計(jì)的主要目的是將礦產(chǎn)資源從地層中安全、高效和經(jīng)濟(jì)地開采出來。為此設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循安全性原則、經(jīng)濟(jì)性原則及效率性原則。

1.1安全性原則

在進(jìn)行采礦工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到開采的安全性。礦產(chǎn)資源通常是以固體形態(tài)附著在巖層中，這就要求在開采時(shí)必須采用合適的方式將礦產(chǎn)資源剝離。然而，在剝離時(shí)會(huì)破壞原有巖層的穩(wěn)定性，造成一定的安全性問題。開采的危險(xiǎn)程度與地質(zhì)構(gòu)造的類型和分布存在較大的關(guān)系。在地質(zhì)構(gòu)造正常的區(qū)域，開采通常比較安全。而在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，開采時(shí)很容易誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害。例如，在煤礦開采中，工作面通過大斷層區(qū)域、陷落柱區(qū)域或褶皺區(qū)域時(shí)很容易引發(fā)煤礦動(dòng)力災(zāi)害，危險(xiǎn)極大。因此，采礦工程設(shè)計(jì)需要考慮到開采路徑的安全性。這就要求設(shè)計(jì)充分考慮到地質(zhì)條件，使開采盡量避開危險(xiǎn)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。

1.2經(jīng)濟(jì)性原則

開采礦產(chǎn)資源時(shí)，需要考慮到經(jīng)濟(jì)性。施工時(shí)需要花費(fèi)大量的人力和物力。若整個(gè)施工周期太長，則企業(yè)需要大量周轉(zhuǎn)資金，這非常不利于企業(yè)的正常運(yùn)行。此外，除了施工會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性，礦產(chǎn)資源的開采方式也會(huì)影響到開采的經(jīng)濟(jì)性。開采方式越先進(jìn)，能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也就越高，但是前期投入的資金也比較多。例如，在煤礦開采中，對于厚煤層開采，有普通的綜采方式和大采高方式，大采高方式雖然效率比較高，但是前期投入非常大，而且對技術(shù)的要求也非常高。

1.3效率性原則

采礦工程設(shè)計(jì)中還需要考慮到效率性原則。礦產(chǎn)資源開采年限都比較長，例如煤礦服務(wù)周期可達(dá)幾十年，因此需要保證生產(chǎn)系統(tǒng)在長周期內(nèi)保持高效運(yùn)行。在一些采礦工程設(shè)計(jì)中，前期開采能保證較高的生產(chǎn)效率，而后期生產(chǎn)效率較低，主要是一些輔助運(yùn)輸十分困難。此外，很多礦產(chǎn)資源都是不可再生資源，因此在開采時(shí)需盡量提高資源回采率。這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)要減少開采死角，盡量將資源都開采出來。

2采礦工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

以上分析了采礦工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，但在設(shè)計(jì)時(shí)很難滿足所有的原則。為了保證采礦工程設(shè)計(jì)的合理性，需要對采礦工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1獲取詳細(xì)的地質(zhì)資料

采礦工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)參考就是礦產(chǎn)賦存地質(zhì)資料。地質(zhì)資料越詳細(xì)，越有利于進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。然而，由于目前的勘探手段精度有限，獲取的地質(zhì)資料比較粗，非常不利于采礦設(shè)計(jì)。例如，在煤礦地質(zhì)勘探過程中，只能對落差大于2m的斷層進(jìn)行勘探，但是通常情況下，一些煤礦安全事故多發(fā)生在落差小于2m的斷層附近。因此，采礦設(shè)計(jì)需要較為詳細(xì)的地質(zhì)資料，主要做好以下兩方面工作：a)采用綜合勘探的方法。為了節(jié)省成本，很多煤礦采用鉆探的方法進(jìn)行勘探，不但勘探的數(shù)據(jù)點(diǎn)少，而且難以形成三維可視化地層資料（見圖1），為此，需要采用一些物探方法，例如三維地震勘探、電磁法勘探及坑道勘探。b)對巷道所在位置進(jìn)行精細(xì)勘探，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)位置的地質(zhì)構(gòu)造，不僅會(huì)造成返工，還容易引發(fā)煤礦安全事故。通過對地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)加強(qiáng)勘探，評(píng)估危險(xiǎn)程度，可有效避免不利情況的發(fā)生。圖1三維地質(zhì)勘探獲得的垂直方向上的地層剖面注：深黑色代表煤層；T2，T11為煤層編號(hào)。
2.2采用指標(biāo)化設(shè)計(jì)

為了能更好地進(jìn)行采礦工程設(shè)計(jì)，應(yīng)對一些指標(biāo)進(jìn)行量化。通過量化很容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，方便改正。值得注意的是，采礦設(shè)計(jì)中的一些指標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。例如，對大斷層附近的工作面，需預(yù)留30~40m的保護(hù)煤柱。經(jīng)過大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如此寬的煤柱仍有發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，這是由于煤礦開采強(qiáng)度發(fā)生了改變。資源采出率是煤礦開采中最重要的指標(biāo)之一，對于不同的資源，采出率的要求可能會(huì)不同。在設(shè)計(jì)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)采出率低于標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)立即對資源開采方式做出相應(yīng)調(diào)整。綜上所述，對設(shè)計(jì)過程中的一些指標(biāo)進(jìn)行量化，能最大程度方便采礦工程設(shè)計(jì)。這要求在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要掌握一些規(guī)范，還應(yīng)對各種指標(biāo)進(jìn)行靈活運(yùn)用。

2.3評(píng)估開采路徑

采礦工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容在于對礦產(chǎn)資源的開采路徑進(jìn)行規(guī)劃，即規(guī)劃礦產(chǎn)資源的開采區(qū)域（見圖2）。例如，煤礦開采的關(guān)鍵在于各種巷道的布置。為了充分了解巷道布置的合理性，應(yīng)對巷道布置情況進(jìn)行整體評(píng)估。評(píng)估時(shí)不僅要考慮到前期開采的一些指標(biāo)，還要考慮到后期的開采指標(biāo)。主要考慮的因素有礦井通風(fēng)、排水、運(yùn)輸及安全性等。一些采礦工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)偏向于前期開采，這使得前期開采的經(jīng)濟(jì)性非常高，但后期開采時(shí)存在較大的不便，需重新開掘一些巷道，開采成本大大增加。通過對礦井通風(fēng)、排水、運(yùn)輸進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，及時(shí)地對某些區(qū)域的巷道位置進(jìn)行調(diào)整，就能在很大程度上避免這些不利情況的發(fā)生。

3結(jié)語

采礦工程設(shè)計(jì)對于礦產(chǎn)資源的高效開采十分重要。在采礦工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循安全性原則、經(jīng)濟(jì)性原則及效率性原則。但是在設(shè)計(jì)時(shí)很難滿足所有原則，為了保證采礦工程設(shè)計(jì)的合理性，需優(yōu)化采礦工程設(shè)計(jì)，主要有獲取詳細(xì)的地質(zhì)資料、采用指標(biāo)化設(shè)計(jì)及評(píng)估開采路徑等。對采礦工程設(shè)計(jì)原則及方法的探討，可為采礦有關(guān)的工程技術(shù)人員提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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［3］肖楊.采礦工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的探析［J］.南方農(nóng)機(jī)，2018，49(22)：120.

作者：楊澤林 單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)大同有限公司