地下矿山采矿工艺及设备优化研究

引言：地下矿山开采是我国获取矿产资源的重要途径，在国民经济建设中至关重要。随着资源需求增长和开采深度增加，地下矿山开采面临开采难度大、安全风险高、成本上升等挑战。采矿工艺和设备是核心要素，其性能和效率直接影响开采效益。所以，对地下矿山采矿工艺及设备进行优化研究很有现实意义，有助于提高资源回收率、降低成本、保障安全，推动行业可持续发展。

一、当前地下矿山采矿工艺及设备存在的问题

1.1 采矿工艺问题

效率低下：部分地下矿山用传统采矿法，工序繁琐、作业时间长，致开采效率低。如空场法回采需大量人工支护，增加劳动强度、延长回采周期。

资源回收率低：一些采矿工艺回采矿石不彻底，有大量残留，造成资源浪费。如薄矿脉开采因方法选择不当，部分矿石无法有效采出。

适应性差：地下矿山地质条件差异大，现有采矿工艺对复杂地质适应性不足。遇断层、褶皱等构造时，传统工艺难应对，易引发安全事故和生产中断。

1.2 设备问题

设备老化：部分地下矿山设备使用年限长、老化严重、性能下降、故障频发，影响开采效率，增加维修成本和安全风险。

适应性差：一些设备规格和性能与实际开采条件不匹配，无法满足高效开采需求。如某些设备在狭窄巷道作业困难，影响开采进度。

能耗高：部分设备技术落后、能源利用效率低，开采能耗高，增加生产成本且影响环境。

二、地下矿山采矿工艺优化策略

2.1 改进采矿方法

充填采矿法的应用：对于一些地质条件复杂、矿石品位较高的矿山，可采用充填采矿法。该方法通过向采空区充填采矿废料或其他充填材料，能够有效控制地压，减少围岩移动和地表塌陷，提高资源回收率。例如，在某金矿的开采中，采用分段空场嗣后充填采矿法，将资源回收率提高了 10% 以上，同时降低了采矿过程中的安全风险。

崩落采矿法的优化：对于厚大矿体，可对崩落采矿法进行优化。通过合理确定崩落步距、放矿参数等，提高崩落矿石的回收率和放矿效率。例如，在某铁矿的开采中，采用无底柱分段崩落采矿法，并通过优化放矿参数，使放矿效率提高了 20% ，降低了贫化率。

2.2 优化采场参数

合理确定采场尺寸：根据矿体的地质条件、开采技术条件等因素，合理确定采场的长度、宽度和高度。采场尺寸过大，容易导致地压管理困难；采场尺寸过小，则会增加采准切割工程量，降低开采效率。例如，在某铜矿的开采中，通过数值模拟和现场试验，确定了最佳的采场尺寸，使采场的生产能力提高了15% 。

优化采准切割工程布局：采准切割工程是采矿生产的重要准备工作，其布局的合理性直接影响着开采效率和成本。通过优化采准切割工程布局，减少采准切割工程量，提高采准切割效率。例如，在某铅锌矿的开采中，采用斜坡道开拓系统，优化了采准切割工程布局，使采准切割时间缩短了 20% 。

2.3 加强地压管理

建立地压监测系统：在地下矿山开采过程中，地压的变化会对矿山的生产安全造成严重影响。因此，建立地压监测系统，实时监测地压的变化情况，及时采取相应的措施进行地压控制。例如，在某煤矿的开采中，采用微震监测系统对地压进行实时监测，及时发现并处理了多起地压异常事件，保障了矿山的安全生产。

采用合理的支护方式：根据不同的地质条件和采矿方法，采用合理的支护方式，确保巷道和采场的稳定性。例如，在软岩巷道中，可采用锚杆锚索联合支护方式，提高巷道的支护效果；在采场中，可采用钢支架支护或充填支护等方式，控制采场的地压。

三、地下矿山设备优化方向

3.1 提升设备性能

更新设备技术：引进先进的采矿设备技术，对老旧设备进行更新换代。例如，采用新型的凿岩设备，提高凿岩效率和钻孔质量；采用高效的装载设备，缩短装载时间，提高运输效率。

加强设备维护保养：建立完善的设备维护保养制度，定期对设备进行检查、维护和保养，及时发现并排除设备故障，确保设备的正常运行。例如，制定详细的设备维护保养计划，明确维护保养的内容和周期，提高设备的可靠性和使用寿命。

3.2 实现设备智能化

安装智能监测系统：在设备上安装智能监测系统，实时监测设备的运行状态、参数等信息。通过对这些信息的分析和处理，及时发现设备的潜在故障，提前进行预警和维护，避免设备故障的发生。例如，在采煤机上安装智能监测系统，能够实时监测采煤机的截割电机温度、振动等参数，当参数异常时及时发出警报，提醒操作人员进行检修。

应用自动化控制技术：采用自动化控制技术，实现设备的自动化操作和远程控制。例如，在提升系统中应用自动化控制技术，实现提升机的自动运行和远程监控，提高提升系统的安全性和可靠性；在运输系统中应用自动化调度技术，实现矿车的自动调度和优化运行，提高运输效率。

3.3 降低设备能耗

优化设备运行参数：通过对设备运行参数的优化调整，提高设备的能源利用效率，降低设备能耗。例如，在通风系统中，根据矿井的实际需求，合理调整通风机的运行频率和风量，降低通风机的能耗。

采用节能型设备：在设备选型时，优先选择节能型设备。例如，采用高效节能的电动机、变压器等设备，减少设备的能源消耗。

四、实际案例分析

4.1 案例背景

某地下铁矿，矿体赋存条件复杂，矿石品位较高。原采用空场法进行开采，存在开采效率低、资源回收率低、安全风险高等问题。同时，矿山使用的设备老化严重，性能下降，能耗较高。

4.2 优化措施

采矿工艺优化：将空场法改为分段空场嗣后充填采矿法，合理确定采场参数，加强地压管理。通过建立地压监测系统，实时监测地压变化情况，及时采取相应的措施进行地压控制。

设备优化：对老旧设备进行更新换代，引进先进的凿岩设备、装载设备和提升设备等。同时，在设备上安装智能监测系统，实现设备的自动化操作和远程控制。此外，优化设备运行参数，采用节能型设备，降低设备能耗。

4.3 优化效果

经过优化后，该铁矿的开采效率显著提高，采场生产能力提高了 25% ；资源回收率提高了 12% ，降低了资源浪费；安全风险得到有效控制，未发生重大安全事故。同时，设备故障率明显降低，设备能耗降低了 18% ，降低了生产成本。

结论

地下矿山采矿工艺及设备优化是提高开采效率、安全性和经济效益的重要途径。改进采矿工艺，如改进方法、优化参数、加强地压管理等，可提高资源回收率、降低成本、保障安全；优化设备，如提升性能、实现智能化、降低能耗等，能提高设备可靠性和寿命、提升开采效率。实际案例显示，有效优化措施能取得显著效果。因此，地下矿山企业应重视优化研究，探索应用新技术方法，推动行业可持续发展。未来研究需加强复杂地质条件下工艺及设备研究，提高其对不同地质条件的适应性，提供更科学合理的技术支持。

参考文献

[1] 岳如友 , 孟岳 , 张玉勇 , 等 . 铁矿采矿工艺和设备升级改进的生产管理优化研究 [J]. 中国金属通报 ,2024,(05):52-54.

[2] 田培祥 . 矿山综合机械化开采设备与开采工艺应用研究 [J]. 中国金属通报 ,2018,(02):120-121.