邓辉文、饶崴
紫金矿业集团股份有限公司
摘要：金属矿山开采深度的增加，使得矿山开采环境逐渐复杂化，主要表现为开采工作环境温度升高、矿山岩体应力条件变化明显，且矿山深部地压升高、通风降温差、作业环境恶劣等问题，不仅会增加开采成本，更会增加开采风险。本文针对金属矿山深部开采中的问题进行分析，提出深部开采的安全管理措施。
关键词：金属矿山；深部开采；安全性
1金属矿山深部开采中的问题
1.1深部巷道变形与支护
随着金属矿山开采深度增加，地应力也随之增加。受地应力的影响，矿山深部开采过程中维护原理与浅部开采有着明显区别，这种区别主要由巷道岩体力学性质区别引起。同一矿山中的普通硬岩，在浅部巷道中会呈现征程硬岩特性。而在深部巷道可能会表现出软岩的特征，引起深部巷道与围岩的变形。受到软岩特征影响，矿山深部原岩处于“浅塑性”状态，由各向压力原岩应力场引起超过岩石自身承受能力的强度挤压，造成岩石潜在状态破坏。金属矿山岩体受到力学性质变化影响，深部开采考虑到岩体结构与岩石强度性质，安全开采工程的支护，还需要考虑金属矿山实际环境的特殊影响，合理控制岩体变形结构，并尽量使巷道围岩处于三向应力状态。巷道围岩挖掘造成的断裂破坏带同样是巷道支撑质量的主要影响因素。在矿山深部高应力环境下，巷道支撑应首先考虑到岩体结构破坏后残余强度的利用。深部巷道岩体硬度应采用先柔后刚手段，采用能量分析进行深部巷道支护。
1.2矿山深部开采环境地温升高
与浅部开采不同，随着金属矿山开采深度的增加，岩体温度也逐渐增加。根据实际开采数据表明，随着金属开采深部的增加增温率一般在3℃/100m左右。按照这一数据推断，深度数千米的矿井，岩体温度增高所带来的影响成为矿山开采不能回避的一个安全难题。因此，矿山深部开采需要采取有效经济措施，解决矿山深部通风与降温问题，从而保证深部地下开采正常进行。深度矿井降温以通风为主要手段，但随着矿山开采垂直深度增加，开采增加自然通风系统网络的复杂性。
1.3通风不到位
通风不到位是金属矿山开采中最普遍的现象，主要是因为矿山考虑到大多数金属矿深部都不存在瓦斯，所以没有设置完善的通风设备，没有把通风当作重点，所以即便有通风措施，通风效果也很差，导致出现这样的因素主要包括三点。第一，局部通风不够完善，效果极差；通风对于长距离、深度开采特别重要，但是矿山对通风机的设备选型不正确，将直接导致新鲜风流供应不足。第二缺乏通风设备投资；通风设备的数量和质量差的主要原因是对设备的投资限制，导致出现了劣质设备，进而影响通风的效果。例如，使用与设计不对称的风筒和安全设备，严重的频繁出现漏风现象，没有新鲜风流或不足导致通风不到位。第三，通风设备设施差，设计单位未按规范进行通风系统设计，也没有进行深入研究，以至于在实际开采过程中通风能力不足，导致通风的质量差、通风效率达不到需求，所最终对深部开采增加了一定的安全风险。
2金属矿山深部开采采取的安全措施
2.1改善通风的方法
改善矿井通风系统的质量，特别是加强局部通风，根据每个水平巷道风阻和所需风量的大小，选择配置的技术参数，例如风扇直径和风扇类型等。此外，各单位必须组织技术力量对地下矿山通风进行检测，主要针对实际用风量总所需风量，根据实际情况完善通风设施。
2.2地压监测技术应用
微震监测技术发展已使矿山微破裂的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿安全管理的一个有机组成部分。目前，世界各国逐渐把微震监测技术作为一种监测预警手段，以确保地下工程及矿井生产安全。因此，深部开采矿山，将普遍安装“微震监测系统”或相似的监测地压活动的设备设施，在国内很可能成为一种“规定性要求”。由于该项工作涉及面广，尚属于高科技范畴，是较为复杂的一项系统性工程，有关矿山企业有必要提前开展相关的研究，做好准备性工作，以便做到充分的“可行性研究”，确保实施效果。
2.3井下降温措施
冷却井下生产用水降温。井下生产大约每吨矿石用3t水，在井下生产用水量较大的情况下，用冷却井下生产用水降温方法分配冷源非常有效。不但井下凿岩所消耗的水，可以直接起到降温作用，而且还可以借助作业场地的管路实现热交换。这种情况下，沿途的供水管路必须采取保温隔热措施，这种方法不用铺设专门的制冷管路，仅限于制冷降温需求总量不大的情况。进风风流的二级空气制冷。所谓二级制冷是指首先在地表对冷却水制冷，在井下同通过水对风流进行制冷。在具体应用过程中可以采用两种不同热交换方式，第一种方式是在进风巷道安设喷水管，进行直接接触式的热交换（如图1所示）。第二种方式是采用闭路循环冷却管热交换器（如图2）。这两种方式各有优劣，前者热交换效率高，但对泵送有影响，后者则热交换效率相对低，但对泵送有利。实际应用过程中，二者之间的选择主要取决于所需热交换功率和现场的具体情况，一般来说，热交换能在1.5MW以下时，采用闭路循环冷却管热交换器，当热交换能负荷大于1.5MW时，一般采用直接接触式的喷洒热交换器。通常要有二级热交换，在回水泵送水成本高的情况下，需要采用三级热交换，以达到合理的热交换效率。
.png)
3结语
随着社会和经济建设发展的需要，对地下采矿的深度逐年在增加，因深度开采矿产资源而导致的安全隐患也在增加。因此，选择正确的采矿方法、按设计选配安全设备等至关重要；做好安全检查工作，了解矿山周边环境，制定出合理的安全防范措施，防止事故的发生，为金属矿山深部的安全开采提供一定的可靠性，进一步推动金属矿业的发展。
参考文献
[1]论我国金属矿山地下开采安全防护措施及开采方法的选择[J].黄永.科学技术创新.2019(36)
[2]金属矿山井下开采安全评价的研究[J].张放,史洪业.世界有色金属.2018(08)