王德民

（山東能源集團(tuán)魯西礦業(yè)有限公司，山東 鄆城 274700）

1 采礦工程施工的特點(diǎn)

采礦工程施工作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)領(lǐng)域，具有一系列的獨(dú)特性質(zhì)與復(fù)雜性，其核心在于從地下提取有價(jià)值的礦石或礦物，而這一過(guò)程往往伴隨著各種技術(shù)挑戰(zhàn)，在這種背景下，明確采礦工程施工的特點(diǎn)對(duì)于每一個(gè)專(zhuān)業(yè)人員都至關(guān)重要。地質(zhì)條件多變、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)要求嚴(yán)格，這些都構(gòu)成采礦工程施工的特點(diǎn)，與普通土木工程相比，礦山施工必須克服多種地質(zhì)條件，如礦石的分布、巖層的硬度和穩(wěn)定性以及地下水的存在，這些地質(zhì)條件的變化性會(huì)給工程帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，如巖層的突然崩塌或者地下水的突發(fā)涌出。此外，礦山環(huán)境本身也帶來(lái)一系列的風(fēng)險(xiǎn)，地下深部的高溫、高濕和低通風(fēng)條件，可能會(huì)引發(fā)各種健康和安全問(wèn)題，同時(shí)，特定的礦石提取過(guò)程可能會(huì)釋放有害氣體或粉塵增加工人的健康風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)上采礦工程施工要求高度的精確性和規(guī)范性，在不同的地質(zhì)條件下必須選擇合適的開(kāi)挖和支護(hù)方法，確保工程的穩(wěn)定性和安全性，礦石提取和處理的過(guò)程也需要高水平的技術(shù)支持，以確保礦石的質(zhì)量和提取的效率。由于礦山施工的特殊性，常規(guī)的施工機(jī)械和方法可能并不適用，需要特定的礦山機(jī)械和專(zhuān)門(mén)的技術(shù)手段[1]。

2 采礦工程施工技術(shù)

2.1 開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)

開(kāi)挖與支護(hù)是采礦工程中的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，涉及從地質(zhì)結(jié)構(gòu)中安全、高效地移除礦石并確保施工區(qū)域的穩(wěn)定性。開(kāi)挖技術(shù)的選擇和應(yīng)用直接取決于地質(zhì)條件，如巖層的硬度、穩(wěn)定性以及地下水的分布和流動(dòng)特性，尖端的開(kāi)挖方法，如機(jī)械化開(kāi)挖和爆破技術(shù)都是為最大化資源的提取和工作效率，同時(shí)最小化與之相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。特定的開(kāi)挖技術(shù)如定向鉆探和微爆破可用于精確地移除特定區(qū)域的巖石，避免對(duì)附近結(jié)構(gòu)或礦體造成不必要的損壞，但這些方法的應(yīng)用都需要高度的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。另一方面，支護(hù)技術(shù)確保開(kāi)挖區(qū)域的穩(wěn)定性，防止巖層崩塌或移位，這通常涉及使用各種支撐結(jié)構(gòu)如木支撐、鋼支撐或先進(jìn)的液態(tài)混凝土注漿。這些支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安裝需要考慮到地質(zhì)條件、開(kāi)挖深度和預(yù)期的工作負(fù)荷，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下可能需要結(jié)合多種支護(hù)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 巖石破碎與礦石提取方法

巖石破碎是將大塊巖石分解為可供進(jìn)一步處理的較小片段的過(guò)程，而礦石提取是從這些碎片中分離有價(jià)值的礦物的方法。巖石破碎技術(shù)的選擇依賴于礦石的物理特性和經(jīng)濟(jì)因素，常用的方法包括壓力破碎、沖擊破碎和磨削。其中，壓力破碎適用于硬度較高的巖石，通過(guò)施加持續(xù)的壓力使巖石產(chǎn)生裂縫并分解。而沖擊破碎利用高速的沖擊力對(duì)巖石進(jìn)行破碎更適用于中等硬度的巖石。磨削則是通過(guò)摩擦和沖擊將巖石磨成粉末，一旦巖石被破碎就可以開(kāi)始礦石的提取過(guò)程，傳統(tǒng)的提取方法如浮選、磁選和化學(xué)浸出，都是為從巖石中分離出有價(jià)值的礦物，這些方法的選擇基于礦石的化學(xué)成分、物理特性和經(jīng)濟(jì)可行性。

2.3 高效能源與設(shè)備應(yīng)用

在采礦工程施工中，高效能源與設(shè)備的應(yīng)用不僅關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，還直接影響作業(yè)的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。傳統(tǒng)的礦井通常依賴于柴油發(fā)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等設(shè)備，這些不僅能效低下，而且會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放和其他環(huán)境污染物。因此，越來(lái)越多的關(guān)注被放在如何更有效地使用能源和設(shè)備上，如電動(dòng)設(shè)備逐漸取代燃料驅(qū)動(dòng)的機(jī)械不僅提高能效，而且減少礦井內(nèi)的有毒氣體和熱量[2]。

除了能源效率，設(shè)備的可靠性和耐用性也是關(guān)鍵考量因素。高度自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也有助于減少作業(yè)中的人為錯(cuò)誤和安全隱患。例如，無(wú)人駕駛裝載機(jī)和礦車(chē)已經(jīng)在一些先進(jìn)的礦場(chǎng)中得到應(yīng)用，它們可以在更復(fù)雜和危險(xiǎn)的環(huán)境中作業(yè)，而不會(huì)對(duì)操作人員的安全構(gòu)成威脅。此外，實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析也是現(xiàn)代采礦設(shè)備的重要組成部分，通過(guò)裝配有各種傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備可以實(shí)時(shí)收集關(guān)于設(shè)備狀態(tài)、工作環(huán)境和資源利用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析后可以用于更精確地控制設(shè)備、 預(yù)防事故以及優(yōu)化整個(gè)采礦流程。

3 采礦工程施工不安全技術(shù)因素

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別是保障采礦工程安全的基石，這其中涉及的風(fēng)險(xiǎn)源可以是自然的、 由工程操作導(dǎo)致的或是由外部環(huán)境變化所引發(fā)的。識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)源是為確保在施工中不出現(xiàn)不必要的事故，同時(shí)保障工人的生命安全和整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益。地質(zhì)條件變化如巖層斷裂、地下水流向的改變或者有害氣體的存在，都可能在無(wú)預(yù)警的情況下造成嚴(yán)重后果。為更有效地識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的地質(zhì)勘探，利用地震、聲波、電磁和其他地質(zhì)物理方法來(lái)確定潛在的危險(xiǎn)區(qū)域。同樣，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中起到關(guān)鍵作用。例如，通過(guò)安裝氣體探測(cè)器可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)有害氣體的泄漏，從而采取相應(yīng)的安全措施。此外，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的微氣候變化也需要保持警惕，如溫度、濕度的變化可能導(dǎo)致材料性能的變化或引發(fā)其他與施工相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3.2 設(shè)備故障與人為操作失誤

在采礦工程施工中設(shè)備故障和人為操作失誤是兩大主要的不安全因素。設(shè)備的可靠性是確保施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵，一個(gè)微小的設(shè)備故障，如液壓系統(tǒng)的泄漏或電子控制系統(tǒng)的短路都可能導(dǎo)致整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的停工，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，對(duì)所有施工設(shè)備進(jìn)行定期的檢查、維護(hù)和更新是至關(guān)重要的。而且隨著技術(shù)的進(jìn)步，更加先進(jìn)和智能的設(shè)備維護(hù)和故障診斷系統(tǒng)逐漸被采納，如基于大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，能夠在故障發(fā)生前預(yù)測(cè)和預(yù)防其發(fā)生。與此同時(shí)，人為操作失誤也是必須重視的問(wèn)題，盡管現(xiàn)代的采礦設(shè)備越來(lái)越自動(dòng)化，但人的因素仍然是不可忽視的風(fēng)險(xiǎn)源。錯(cuò)誤的操作，忽視安全規(guī)定或是工作時(shí)的疲勞和粗心都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，這就要求對(duì)工人進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)，確保他們熟悉設(shè)備的操作方法和施工現(xiàn)場(chǎng)的安全規(guī)定，同時(shí)建立一個(gè)有效的錯(cuò)誤報(bào)告和分析系統(tǒng)，及時(shí)糾正錯(cuò)誤并預(yù)防其再次發(fā)生。

3.3 深部礦井氣體與液態(tài)冒涌風(fēng)險(xiǎn)

深部礦井的開(kāi)采伴隨著多種氣體和液態(tài)介質(zhì)的存在，這其中尤以甲烷、一氧化碳和硫化氫等有害氣體為主，這些氣體在一定的濃度下可能引發(fā)爆炸或?qū)と说慕】翟斐蓢?yán)重危害。甲烷作為一種輕烴，常常在煤礦中以礦井瓦斯的形式存在，而一氧化碳則可能由于火災(zāi)或不完全燃燒的礦石產(chǎn)生。硫化氫是一種高度有毒的氣體，其毒性甚至超過(guò)氰化物，主要在含硫的礦石開(kāi)采中產(chǎn)生。識(shí)別和管理這些氣體的風(fēng)險(xiǎn)是采礦工程中的一項(xiàng)核心任務(wù)，使用先進(jìn)的氣體檢測(cè)設(shè)備以及建立有效的氣體管理和控制系統(tǒng)，是確保礦井內(nèi)氣體濃度處于安全范圍內(nèi)的關(guān)鍵。此外，深部礦井液態(tài)冒涌也是一大潛在危險(xiǎn)，地下液體如地下水或油可能因?yàn)椴傻V活動(dòng)而突然涌入礦井導(dǎo)致礦井被淹或設(shè)備損壞。為防止這種風(fēng)險(xiǎn)需要對(duì)地下液體進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，并在礦井設(shè)計(jì)中加入防止液體冒涌的措施[4]。

3.4 通風(fēng)與排水系統(tǒng)缺陷分析

礦井內(nèi)的空氣必須保持清新，以確保工人的健康和安全。而且隨著礦井深度的增加，地溫也會(huì)上升，這使得通風(fēng)系統(tǒng)變得更加關(guān)鍵。一個(gè)優(yōu)化的通風(fēng)系統(tǒng)不僅可以為工人提供新鮮空氣，還可以幫助稀釋有毒和可燃的氣體，從而減少礦井內(nèi)部的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。然而，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)需要深入的技術(shù)分析，任何小的缺陷如風(fēng)扇的故障、風(fēng)道的堵塞或破損都可能導(dǎo)致礦井內(nèi)空氣的質(zhì)量迅速下降。相似的，排水系統(tǒng)對(duì)于預(yù)防礦井被淹和設(shè)備受損也是至關(guān)重要的，有效的排水設(shè)計(jì)需要考慮礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和采礦方法。同時(shí)，排水系統(tǒng)的維護(hù)也需要定期進(jìn)行，確保其正常運(yùn)行并及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。

4 采礦工程施工中的安全強(qiáng)化措施

4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)安全培訓(xùn)與教育

礦井施工環(huán)境的特殊性使得現(xiàn)場(chǎng)人員面臨多種潛在危險(xiǎn)，從有毒氣體泄露、設(shè)備故障到地下液態(tài)冒涌等。為確保每位工人都能夠理解和應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)安全培訓(xùn)與教育成為不可或缺的環(huán)節(jié)。工人需要通過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)程序，深入學(xué)習(xí)各種設(shè)備的操作規(guī)程、 應(yīng)急預(yù)案以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防方法。此外，實(shí)時(shí)模擬實(shí)踐也是培訓(xùn)中的關(guān)鍵組成部分，使工人能在真實(shí)場(chǎng)景下模擬各種應(yīng)急情況的處理，從而提高其在真實(shí)緊急情況下的應(yīng)對(duì)能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被引入礦井安全培訓(xùn)中，使工人能在無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境下體驗(yàn)各種可能的危險(xiǎn)情境，進(jìn)一步增強(qiáng)他們的安全意識(shí)和操作技能，考核和評(píng)估也是培訓(xùn)中必不可少的部分，以確保每位工人都能達(dá)到預(yù)定的技能和知識(shí)水平[5]。

4.2 現(xiàn)代化監(jiān)控與應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)

現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合傳感器技術(shù)、 無(wú)線通信以及數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井內(nèi)的各種參數(shù)，如氣體濃度、溫度、濕度和設(shè)備狀態(tài)，這些參數(shù)被實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂剖?，由?zhuān)業(yè)的工程師和技術(shù)人員進(jìn)行分析和監(jiān)控，任何異常情況都會(huì)立即觸發(fā)警報(bào)，使得工程團(tuán)隊(duì)可以迅速做出決策和響應(yīng)。此外，應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)也是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，一旦檢測(cè)到潛在的危險(xiǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，如自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇、啟動(dòng)應(yīng)急排風(fēng)或切斷電源等。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，工人也可以實(shí)時(shí)與控制室通信獲取實(shí)時(shí)的安全指導(dǎo)和建議。除此之外，監(jiān)控系統(tǒng)還結(jié)合了地理信息系統(tǒng)和三維建模，為工程團(tuán)隊(duì)提供礦井的三維可視化模型，幫助他們更直觀地了解礦井的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。

4.3 礦井環(huán)境改善與防災(zāi)技術(shù)應(yīng)用

礦井環(huán)境尤其是深部礦井，常受到各種自然和人為因素的影響，如高溫、高濕、有毒或易燃?xì)怏w積聚等，這些都可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，改善礦井環(huán)境和應(yīng)用先進(jìn)的防災(zāi)技術(shù)成為確保礦井施工安全的重要手段。現(xiàn)代礦井環(huán)境改善技術(shù)往往涉及多個(gè)領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，包括機(jī)械工程、環(huán)境科學(xué)和信息技術(shù)等。例如，通過(guò)采用高效率的通風(fēng)系統(tǒng)可以有效降低礦井內(nèi)的溫度和濕度，同時(shí)排放有害氣體，提供更為舒適的工作環(huán)境，這種通風(fēng)系統(tǒng)往往結(jié)合傳感器技術(shù)，根據(jù)礦井內(nèi)部的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和方向，從而實(shí)現(xiàn)最佳的通風(fēng)效果[6]。此外，礦井的防水和防滲技術(shù)也取得顯著的進(jìn)步，有效地減少了水源對(duì)礦井結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的破壞?，F(xiàn)代礦井還廣泛應(yīng)用各種災(zāi)害預(yù)警和預(yù)測(cè)技術(shù)，如地震預(yù)警、水害預(yù)測(cè)和氣體積聚預(yù)警等，這些預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井內(nèi)部的各種參數(shù)，如地震波、水流速度和氣體濃度等，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，能夠及時(shí)預(yù)測(cè)潛在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，并給予工程團(tuán)隊(duì)足夠的應(yīng)對(duì)時(shí)間。除了上述技術(shù)，礦井還廣泛應(yīng)用各種新型的防護(hù)材料和施工方法，如使用高強(qiáng)度、耐腐蝕的材料進(jìn)行礦井支護(hù)以及采用無(wú)人機(jī)和機(jī)器人進(jìn)行礦井的巡檢和維護(hù)等。

5 結(jié)語(yǔ)

采礦工程施工中的安全問(wèn)題是礦業(yè)界一直亟須解決的關(guān)鍵難題。通過(guò)深入分析工程施工的特點(diǎn)及其相關(guān)技術(shù)，本研究揭示多種不安全因素，并針對(duì)性地提出一系列改善策略，特別是針對(duì)施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備故障、深部礦井風(fēng)險(xiǎn)和通風(fēng)排水系統(tǒng)的缺陷，采納如現(xiàn)場(chǎng)安全培訓(xùn)、現(xiàn)代化監(jiān)控、礦井環(huán)境改善和防災(zāi)技術(shù)等多種強(qiáng)化措施，這些建議為礦業(yè)界提供了一個(gè)全面的參考，旨在提高礦井施工的安全性和效率，從而確保工人安全和礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開(kāi)采。