采礦工程設計優化方法

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摘要：采礦工程設計對于實現礦產資源的安全高效開采十分重要。分析了采礦工程設計的原則，探討了采礦工程設計優化的方法，可以為采礦工程設計提供一定的參考。

關鍵詞：采礦工程；設計原則；優化方法

在對礦產資源進行開采時，需要做好相應的采礦工程設計。良好的采礦工程設計有利于縮短工期，還能最大程度保證生產安全。然而在實際設計過程中存在一些問題，這是由于地質條件的不確定性及設計人員的經驗不足[1-3]。為了保證采礦工程設計能有效地指導生產，需要對采礦工程設計進行優化。本文分析了采礦工程設計的原則，重點討論了采礦工程設計優化的一些方法。

1采礦工程設計的原則

采礦工程設計的主要目的是將礦產資源從地層中安全、高效和經濟地開采出來。為此設計時需要遵循安全性原則、經濟性原則及效率性原則。

1.1安全性原則

在進行采礦工程設計時，首先要考慮到開采的安全性。礦產資源通常是以固體形態附著在巖層中，這就要求在開采時必須采用合適的方式將礦產資源剝離。然而，在剝離時會破壞原有巖層的穩定性，造成一定的安全性問題。開采的危險程度與地質構造的類型和分布存在較大的關系。在地質構造正常的區域，開采通常比較安全。而在地質構造復雜的區域，開采時很容易誘發動力災害。例如，在煤礦開采中，工作面通過大斷層區域、陷落柱區域或褶皺區域時很容易引發煤礦動力災害，危險極大。因此，采礦工程設計需要考慮到開采路徑的安全性。這就要求設計充分考慮到地質條件，使開采盡量避開危險的地質構造區域。

1.2經濟性原則

開采礦產資源時，需要考慮到經濟性。施工時需要花費大量的人力和物力。若整個施工周期太長，則企業需要大量周轉資金，這非常不利于企業的正常運行。此外，除了施工會影響經濟性，礦產資源的開采方式也會影響到開采的經濟性。開采方式越先進，能創造的經濟效益也就越高，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，而且對技術的要求也非常高。

1.3效率性原則

采礦工程設計中還需要考慮到效率性原則。礦產資源開采年限都比較長，例如煤礦服務周期可達幾十年，因此需要保證生產系統在長周期內保持高效運行。在一些采礦工程設計中，前期開采能保證較高的生產效率，而后期生產效率較低，主要是一些輔助運輸十分困難。此外，很多礦產資源都是不可再生資源，因此在開采時需盡量提高資源回采率。這就要求在設計時要減少開采死角，盡量將資源都開采出來。

2采礦工程設計優化的方法

以上分析了采礦工程設計應遵循的原則，但在設計時很難滿足所有的原則。為了保證采礦工程設計的合理性，需要對采礦工程設計進行優化。

2.1獲取詳細的地質資料

采礦工程設計重點參考就是礦產賦存地質資料。地質資料越詳細，越有利于進行合理設計。然而，由于目前的勘探手段精度有限，獲取的地質資料比較粗，非常不利于采礦設計。例如，在煤礦地質勘探過程中，只能對落差大于2m的斷層進行勘探，但是通常情況下，一些煤礦安全事故多發生在落差小于2m的斷層附近。因此，采礦設計需要較為詳細的地質資料，主要做好以下兩方面工作：a)采用綜合勘探的方法。為了節省成本，很多煤礦采用鉆探的方法進行勘探，不但勘探的數據點少，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)對巷道所在位置進行精細勘探，若不能及時發現巷道掘進位置的地質構造，不僅會造成返工，還容易引發煤礦安全事故。通過對地質構造異常區加強勘探，評估危險程度，可有效避免不利情況的發生。圖1三維地質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。
2.2采用指標化設計

為了能更好地進行采礦工程設計，應對一些指標進行量化。通過量化很容易發現設計中存在的問題，方便改正。值得注意的是，采礦設計中的一些指標是經驗數據，需要根據實際情況進行調整。例如，對大斷層附近的工作面，需預留30~40m的保護煤柱。經過大量實踐發現，如此寬的煤柱仍有發生安全事故的風險，這是由于煤礦開采強度發生了改變。資源采出率是煤礦開采中最重要的指標之一，對于不同的資源，采出率的要求可能會不同。在設計時，若發現采出率低于標準，則應立即對資源開采方式做出相應調整。綜上所述，對設計過程中的一些指標進行量化，能最大程度方便采礦工程設計。這要求在設計時不僅要掌握一些規范，還應對各種指標進行靈活運用。

2.3評估開采路徑

采礦工程設計的核心內容在于對礦產資源的開采路徑進行規劃，即規劃礦產資源的開采區域（見圖2）。例如，煤礦開采的關鍵在于各種巷道的布置。為了充分了解巷道布置的合理性，應對巷道布置情況進行整體評估。評估時不僅要考慮到前期開采的一些指標，還要考慮到后期的開采指標。主要考慮的因素有礦井通風、排水、運輸及安全性等。一些采礦工程設計重點偏向于前期開采，這使得前期開采的經濟性非常高，但后期開采時存在較大的不便，需重新開掘一些巷道，開采成本大大增加。通過對礦井通風、排水、運輸進行綜合評價，及時地對某些區域的巷道位置進行調整，就能在很大程度上避免這些不利情況的發生。

3結語

采礦工程設計對于礦產資源的高效開采十分重要。在采礦工程設計時，應遵循安全性原則、經濟性原則及效率性原則。但是在設計時很難滿足所有原則，為了保證采礦工程設計的合理性，需優化采礦工程設計，主要有獲取詳細的地質資料、采用指標化設計及評估開采路徑等。對采礦工程設計原則及方法的探討，可為采礦有關的工程技術人員提供一定的參考。

參考文獻：

［1］王仲實.采礦工程設計優化的探析［J］.科技風，2019(9)：108.

［2］石政威.采礦工程設計優化的思考［J］.冶金管理，2019(5)：23.

［3］肖楊.采礦工程設計優化的探析［J］.南方農機，2018，49(22)：120.

作者：楊澤林 單位：晉能控股煤業集團白洞礦業大同有限公司