综合考虑地质条件的矿山设计与开采技术研究

摘要：矿山开采与地质条件紧密相连，地质因素宛如一只无形却有力的大手，深刻左右着矿山设计与开采技术的抉择。本大纲深入钻研各类地质条件特征，探寻与之契合的矿山设计新思路与开采技术新方案，精准剖析过程中面临的挑战并给出应对策略。致力于全方位提升矿山开采的安全性、经济性与环保性，为矿山行业在复杂地质环境下实现可持续发展提供坚实的理论根基。​

关键词：地质条件；矿山设计；开采技术；可持续发展​

引言​

矿山作为资源开发的前沿阵地，其设计与开采之路布满地质条件带来的 “荆棘”。复杂多变的地质构造犹如迷宫，褶皱、断层等时刻影响着开采作业走向；岩土特性千差万别，从坚硬如铁到松软似泥，决定着开采方式的选择；而水文地质条件，更像隐藏在暗处的 “定时炸弹”，地下水水位、涌水量等稍有变动，便可能引发安全危机。在当下资源需求持续攀升、环保标准愈发严苛的时代浪潮中，深度探究综合考量地质条件的矿山设计与开采技术，成为优化矿山生产、达成资源高效利用与绿色发展的迫切且关键之举。​

一、地质条件对矿山设计与开采的影响剖析​

1.1 地质构造对矿山设计布局的影响​

褶皱构造使地层发生弯曲变形，若矿山开拓系统布置在褶皱轴部附近，巷道易受挤压变形，影响运输与通风。例如在背斜构造顶部，岩石受张力作用，裂隙发育，采场布置于此易发生冒顶事故，需合理调整位置。断层更是矿山设计的 “拦路虎”，它破坏地层连续性，断层两侧岩石破碎，在确定巷道走向时，需避开断层破碎带，否则施工难度大增，且后期维护成本高昂。若采场靠近断层，要加强支护措施，防止矿石垮落，保障开采安全与效率，地质构造极大程度决定着矿山开拓系统与采场布局的合理性。​

1.2 岩土特性对开采方法选择的制约​

对于硬度高的岩石，露天开采可采用大型穿孔爆破设备，配合机械铲装作业，提高开采效率。而硬度低、稳定性差的岩土，露天开采易引发边坡坍塌，更适合地下开采。地下开采中，若岩石稳定性尚可，可采用房柱采矿法，留设矿柱支撑顶板；若岩石极不稳定，充填采矿法能及时填充采空区，维护围岩稳定。岩石的节理、裂隙发育程度也影响开采工艺，节理裂隙多的岩石，爆破时易出现大块率高、飞石等问题，需优化爆破参数，确保开采安全与矿石质量。​

1.3 水文地质条件对矿山安全的威胁​

地下水水位过高，增加了露天开采边坡的动水压力，使边坡稳定性降低，易发生滑坡事故。在地下开采中，涌水量大可能导致突水，淹没巷道与采场，危及人员生命安全与设备正常运行。如某矿山因未准确掌握地下水文情况，开采过程中遭遇突水，大量积水短时间内涌入巷道，造成严重经济损失与生产停滞。地下水还可能溶解岩石中的矿物质，改变岩石物理力学性质，破坏边坡稳定，因此水文地质条件是矿山安全生产必须高度重视的因素。​

二、综合考虑地质条件的矿山设计要点​

2.1 基于地质条件的开拓系统设计​

依据地质构造，若地层平缓、无大的断层褶皱，可采用竖井开拓，垂直向下运输，高效便捷。当地形起伏大、地质构造复杂时，斜井开拓可灵活适应地形变化，减少工程难度。平硐开拓则适用于矿体赋存于山体一侧且有合适地形条件的矿山，利用平硐可直接将矿石运出，通风阻力小。例如在山区矿山，结合地形采用斜井 - 平硐联合开拓，上部矿体用斜井，下部矿体通过平硐运输，实现了高效运输与通风，降低了运营成本。​

2.2 地质适应性的采场结构设计​

对于坚硬稳定岩石，采场形状可设计为规则的矩形，增大开采空间，提高资源回收率。岩石稳定性稍差时，采用圆形或椭圆形采场，利用拱形结构原理，增强围岩自稳能力。矿柱参数也依岩石特性而定，岩石强度高，矿柱尺寸可适当减小；岩石强度低，需加大矿柱尺寸与密度，保障开采过程中顶板不垮落。合理的采场结构设计，既能保障开采安全，又能最大化回收资源，减少矿石损失与贫化。​

2.3 应对水文地质的防治水设计​

针对涌水量小、水位低的矿山，可采用疏干排水方案，在开采前通过钻孔、巷道等方式，将地下水排出，降低水位。涌水量大且有隔水层条件时，采用帷幕注浆堵水，在矿山周围形成隔水帷幕，阻断地下水流入。例如某矿山通过在矿体周围注入水泥浆等材料，形成有效隔水屏障，减少了涌水量，降低了排水成本。对于有突水风险的矿山，建立监测预警系统，实时监测地下水水位、水压变化，一旦异常及时采取应对措施，确保矿山安全生产。​

三、契合地质条件的开采技术选择与应用​

3.1 适应不同地质的露天开采技术​

在松软岩土条件下，连续开采技术优势明显。轮斗挖掘机的斗轮能以较高转速持续挖掘，搭配带式输送机，可实现不间断运输，极大提升开采效率。其挖掘过程平稳，有效减少对岩土的扰动，降低挖掘阻力，设备磨损率也随之大幅下降，延长了设备使用寿命，减少维修频次与成本。对于坚硬岩石，深孔爆破技术的炮孔深度通常在 10 米以上，通过精确计算装药量、炮孔间距与角度等参数，能控制岩石破碎程度。例如在大型露天金属矿山开采坚硬花岗岩时，高精度深孔爆破可将岩石破碎成便于铲装的尺寸，配合大型电动铲车，每铲斗可装载数十吨矿石，大规模开采作业得以高效推进，大幅提高单位时间矿石产量，显著降低每吨矿石开采成本。​

3.2 匹配地质特性的地下开采技术​

面对复杂地质构造与不稳定围岩，充填采矿法极为关键。尾砂、废石等充填材料来源广泛且成本较低，将其输送至采空区后，能有效支撑围岩，防止其变形与垮塌，有力控制地压。在一些地下金矿，采用该方法可使矿石回收率提升至 85% 以上。崩落采矿法在围岩易崩落、矿石稳固性好的矿山应用时，利用围岩自然崩落特性，减少了专门的充填作业环节，简化开采流程。如某地下铜矿，采用分段崩落法，自上而下分段崩落围岩与矿石，实现高效开采。在深部开采地压大、围岩不稳定的有色金属矿山，上向分层充填采矿法通过分层回采与充填，逐步强化围岩稳定性，保障安全生产，同时提高资源回收效率。​

3.3 结合地质条件的绿色开采技术应用​

在水资源丰富、含水层脆弱的矿山，保水开采技术可通过优化开采顺序，先开采远离含水层区域，减少对地下水径流通道的破坏。还可采用特殊支护材料，降低对地下水水质的影响。煤矸石综合利用途径多样，除制成砖材外，还能用于生产水泥、修筑道路基层等。在一些煤矿，将煤矸石粉碎后与其他材料混合制成水泥，既消耗大量煤矸石，又为建筑行业提供原料。用于回填采空区时，可采用定向抛掷爆破等技术，精准将煤矸石回填至指定区域，减少矸石堆积占地，避免其长期堆放产生的环境污染，实现资源综合利用与环境保护协同发展，为矿山可持续发展筑牢根基。​

四、结论​

地质条件从多方面深刻影响矿山生产，通过合理设计开拓系统、采场结构，精准选择开采技术，有效应对地质挑战，能显著提升矿山开采的安全性、经济性与环保性。尽管当前在地质勘探精度、技术适应性等方面仍存在问题，但随着科技进步与研究深入，不断优化地质条件分析与技术应用，定能推动矿山行业在复杂地质环境下实现可持续发展，为资源开发与生态保护协同共进提供有力支撑。​

​参考文献

[1]叶敬明.复杂地质条件下煤矿巷道掘进支护技术的应用[J].内蒙古煤炭经济，2023，（22）：154-156.

[2]冯勇.不良地质条件下矿山开采工艺设计研究[J].世界有色金属，2021，（15）：37-38.

[3]李科，张龙滨，闵炳源，等.矿山越界开采预警系统的设计与实现[J].电子技术，2024，53（11）：66-67.