新型掘进技术在复杂地质采矿工程中的应用研究

引言: 随着矿产资源需求增加，复杂地质条件下的采矿工程面临诸多挑战。传统掘进技术在复杂地质中效率低、风险高。新型掘进技术应运而生，研究其在复杂地质采矿工程中的应用，对提高开采质量和安全性、促进采矿行业发展意义重大。

1. 新型掘进技术概述

1.1 技术定义与分类

新型掘进技术是指一系列区别于传统掘进方法的创新技术集合。从技术分类来看，按照掘进方式可分为机械掘进和非机械掘进。机械掘进包含全断面掘进机掘进、部分断面掘进机掘进等。全断面掘进机能够一次性完成整个断面的掘进作业，具有掘进速度快、成型质量好的特点。部分断面掘进机则可以在复杂的断面形状下灵活操作。非机械掘进如爆破掘进，通过精确控制炸药用量和爆破方式来达到掘进目的，这种方式在一些特定地质条件下有独特优势。新型掘进技术的分类还可以从动力源、适用地层等不同角度进行划分，不同类型的技术适用于不同的采矿工程需求。

1.2 技术发展历程

新型掘进技术的发展历程反映了采矿工程不断进步的需求。早期，随着工业化进程的推进，传统的人工掘进方式逐渐难以满足大规模采矿工程的需求。于是，简单机械辅助的掘进技术开始出现，这些技术初步提高了掘进效率。随着科技的发展，液压技术、电子控制技术等被引入到掘进设备中，使得掘进机的性能大幅提升。例如，现代全断面掘进机可以实现自动化操作，精确控制掘进方向和速度。近年来，随着对复杂地质条件下采矿需求的增加，新型掘进技术不断朝着智能化、多功能化方向发展，不仅能够适应更复杂的地质环境，还能实现对掘进过程的实时监控和调整。

1.3 主要技术特点

新型掘进技术具有多个显著的技术特点。首先是高效性，与传统掘进技术相比，新型掘进技术采用先进的设备和工艺，能够在单位时间内完成更多的掘进工作量。例如全断面掘进机的掘进速度远远高于传统的钻爆法。其次是精准性，借助先进的测量和控制系统，新型掘进技术可以精确控制掘进的方向和尺寸，减少误差，保证巷道或采场的成型质量。再者是安全性，许多新型掘进技术在设计时充分考虑了作业人员的安全，通过减少人员直接接触危险区域、自动检测危险状况等方式，有效降低了安全事故的发生概率。

2. 复杂地质对采矿工程的影响

2.1 地质构造带来的挑战

复杂的地质构造给采矿工程带来了诸多挑战。褶皱构造会使岩层发生弯曲变形，导致矿体的赋存状态不稳定，增加了勘探和开采的难度。例如，在背斜构造中，矿体可能在顶部变薄或尖灭，而在向斜构造中，矿体可能受到挤压而变得破碎。断层构造更是采矿工程的重大障碍，断层带附近的岩石破碎、应力集中，容易引发冒顶、片帮等事故。而且断层的存在还可能切断矿体的连续性，使得开采过程中需要重新规划采掘路线。

2.2 岩石特性的影响

岩石特性对采矿工程有着不可忽视的影响。岩石的硬度直接决定了掘进的难度，硬度高的岩石如花岗岩，需要更强大的掘进设备和更高的能量消耗才能破碎。岩石的韧性也会影响掘进效果，韧性强的岩石在破碎时不易形成规则的碎块，而是产生塑性变形，这对掘进设备的刀具磨损较大。岩石的渗透性则与采矿工程中的水文地质密切相关，如果岩石渗透性强，地下水容易进入采场或巷道，增加排水成本和安全风险。

2.3 水文地质的作用

水文地质在复杂地质采矿工程中起着至关重要的作用。地下水位的高低直接影响采矿工程的安全性和经济性。如果地下水位过高，在掘进过程中容易发生涌水事故，淹没巷道和采场，不仅威胁作业人员的生命安全，还会损坏设备和中断生产。同时，地下水的化学成分也可能对采矿设备造成腐蚀，缩短设备的使用寿命。此外，地下水的流动方向和水力梯度会影响矿体的稳定性，在水流的冲刷和侵蚀作用下，矿体周围的岩石可能发生软化、崩解等现象，增加了开采过程中的风险。而且，水文地质条件还会影响矿石的品位和质量，例如某些金属矿石在潮湿环境下可能发生氧化反应，降低其经济价值。

3. 新型掘进技术在复杂地质采矿工程中的应用

3.1 巷道掘进中的应用

在巷道掘进方面，新型掘进技术展现出了巨大的优势。例如，全断面掘进机在巷道掘进时，通过其强大的切割头可以高效地切割各种岩石，无论是软岩还是硬岩都能应对自如。在遇到复杂地质构造如断层带时，全断面掘进机可以调整掘进参数，降低推进速度，同时加强对掘进方向的监控，确保能够安全准确地穿越断层。部分断面掘进机则可以在形状不规则的巷道掘进中发挥优势，它能够根据巷道的设计形状进行灵活的切割操作。此外，新型的爆破掘进技术通过精确的爆破设计，可以在巷道掘进中实现定向爆破，减少对周围岩石的扰动，提高巷道的稳定性。而且新型掘进技术在巷道掘进中还能与支护技术更好地配合，实现掘进与支护的平行作业，大大提高了巷道掘进的效率和安全性。

3.2 提升开采效率的途径

新型掘进技术通过多种途径提升开采效率。首先，新型掘进技术的高效性使得开采工作能够更快地推进。例如，先进的掘进机可以快速开辟新的采掘工作面，减少了准备工作的时间。其次，新型掘进技术的精准性能够减少开采过程中的误差，避免因采掘方向错误或尺寸偏差而导致的重复作业。再者，新型掘进技术可以与其他采矿技术如运输技术、通风技术等进行更好的协同。例如，掘进的速度和方向与运输线路的规划相匹配，能够保证矿石及时高效地运出采场；掘进工作与通风系统的合理布局，可以为作业人员提供良好的工作环境，提高工作效率。此外，新型掘进技术在复杂地质条件下的适应性，减少了因地质问题导致的停工时间，从而整体上提升了开采效率。

3.3 保障安全生产的措施

新型掘进技术在复杂地质采矿工程中采取了多种保障安全生产的措施。在设备设计方面，许多新型掘进设备都配备了完善的安全防护装置，如防止人员误入危险区域的红外线感应装置、在异常情况下自动停机的保护机制等。在掘进过程中，新型技术通过实时监控系统对掘进面的地质状况、设备运行参数等进行监测。例如，监测岩石的应力变化、设备的振动频率等，一旦发现异常情况可以及时预警并采取相应的措施。在应对复杂地质条件下的危险时，新型掘进技术采用特殊的工艺和设备。如在高瓦斯地层中，采用防爆型掘进设备，并加强通风措施以排除瓦斯；在软岩地层中，采用合适的支护技术与掘进同步进行，防止软岩变形坍塌，从而全方位地保障采矿工程的安全生产。

结束语: 新型掘进技术在复杂地质采矿工程中的应用效果显著。持续深入研究和优化该技术，能更好适应复杂地质条件，进一步提升采矿效率和安全性，推动采矿工程朝着智能化、绿色化方向发展，为资源开发利用贡献更大力量。

参考文献

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