谈采矿工程设计优化

2022-09-21 16:44:03 来源:写作指导

谈采矿工程设计优化

摘要:采矿工程设计对于实现矿产资源的安全高效开采十分重要。分析了采矿工程设计的原则,探讨了采矿工程设计优化的方法,可以为采矿工程设计提供一定的参考。

关键词:采矿工程;设计原则;优化方法

在对矿产资源进行开采时,需要做好相应的采矿工程设计。良好的采矿工程设计有利于缩短工期,还能最大程度保证生产安全。然而在实际设计过程中存在一些问题,这是由于地质条件的不确定性及设计人员的经验不足[1-3]。为了保证采矿工程设计能有效地指导生产,需要对采矿工程设计进行优化。本文分析了采矿工程设计的原则,重点讨论了采矿工程设计优化的一些方法。

1采矿工程设计的原则

采矿工程设计的主要目的是将矿产资源从地层中安全、高效和经济地开采出来。为此设计时需要遵循安全性原则、经济性原则及效率性原则。

1.1安全性原则

在进行采矿工程设计时,首先要考虑到开采的安全性。矿产资源通常是以固体形态附着在岩层中,这就要求在开采时必须采用合适的方式将矿产资源剥离。然而,在剥离时会破坏原有岩层的稳定性,造成一定的安全性问题。开采的危险程度与地质构造的类型和分布存在较大的关系。在地质构造正常的区域,开采通常比较安全。而在地质构造复杂的区域,开采时很容易诱发动力灾害。例如,在煤矿开采中,工作面通过大断层区域、陷落柱区域或褶皱区域时很容易引发煤矿动力灾害,危险极大。因此,采矿工程设计需要考虑到开采路径的安全性。这就要求设计充分考虑到地质条件,使开采尽量避开危险的地质构造区域。

1.2经济性原则

开采矿产资源时,需要考虑到经济性。施工时需要花费大量的人力和物力。若整个施工周期太长,则企业需要大量周转资金,这非常不利于企业的正常运行。此外,除了施工会影响经济性,矿产资源的开采方式也会影响到开采的经济性。开采方式越先进,能创造的经济效益也就越高,但是前期投入的资金也比较多。例如,在煤矿开采中,对于厚煤层开采,有普通的综采方式和大采高方式,大采高方式虽然效率比较高,但是前期投入非常大,而且对技术的要求也非常高。

1.3效率性原则

采矿工程设计中还需要考虑到效率性原则。矿产资源开采年限都比较长,例如煤矿服务周期可达几十年,因此需要保证生产系统在长周期内保持高效运行。在一些采矿工程设计中,前期开采能保证较高的生产效率,而后期生产效率较低,主要是一些辅助运输十分困难。此外,很多矿产资源都是不可再生资源,因此在开采时需尽量提高资源回采率。这就要求在设计时要减少开采死角,尽量将资源都开采出来。

2采矿工程设计优化的方法

以上分析了采矿工程设计应遵循的原则,但在设计时很难满足所有的原则。为了保证采矿工程设计的合理性,需要对采矿工程设计进行优化。

2.1获取详细的地质资料

采矿工程设计重点参考的就是矿产赋存地质资料。地质资料越详细,越有利于进行合理设计。然而,由于目前的勘探手段精度有限,获取的地质资料比较粗糙非常不利于采矿设计。例如,在煤矿地质勘探过程中,只能对落差大于2m的断层进行勘探,但是通常情况下,一些煤矿安全事故多发生在落差小于2m的断层附近。因此,采矿设计需要较为详细的地质资料,主要做好以下两方面工作:a)采用综合勘探的方法。为了节省成本,很多煤矿采用钻探的方法进行勘探,不但勘探的数据点少,而且难以形成三维可视化地层资料(见图1),为此,需要采用一些物探方法,例如三维地震勘探、电磁法勘探及坑道勘探。b)对巷道所在位置进行精细勘探,若不能及时发现巷道掘进位置的地质构造,不仅会造成返工,还容易引发煤矿安全事故。通过对地质构造异常区加强勘探,评估危险程度,可有效避免不利情况的发生。

2.2采用指标化设计

为了能更好地进行采矿工程设计,应对一些指标进行量化。通过量化很容易发现设计中存在的问题,方便改正。值得注意的是,采矿设计中的一些指标是经验数据,需要根据实际情况进行调整。例如,对大断层附近的工作面,需预留30~40m的保护煤柱。经过大量实践发现,如此宽的煤柱仍有发生安全事故的风险,这是由于煤矿开采强度发生了改变。资源采出率是煤矿开采中最重要的指标之一,对于不同的资源,采出率的要求可能会不同。在设计时,若发现采出率低于标准,则应立即对资源开采方式做出相应调整。综上所述,对设计过程中的一些指标进行量化,能最大程度方便采矿工程设计。这要求在设计时不仅要掌握一些规范,还应对各种指标进行灵活运用。

2.3评估开采路径

采矿工程设计的核心内容在于对矿产资源的开采路径进行规划,即规划矿产资源的开采区域(见图2)。例如,煤矿开采的关键在于各种巷道的布置。为了充分了解巷道布置的合理性,应对巷道布置情况进行整体评估。评估时不仅要考虑到前期开采的一些指标,还要考虑到后期的开采指标。主要考虑的因素有矿井通风、排水、运输及安全性等。一些采矿工程设计重点偏向于前期开采,这使得前期开采的经济性非常高,但后期开采时存在较大的不便,需重新开掘一些巷道,开采成本大大增加。通过对矿井通风、排水、运输进行综合评价,及时地对某些区域的巷道位置进行调整,就能在很大程度上避免这些不利情况的发生。

3结语

采矿工程设计对于矿产资源的高效开采十分重要。在采矿工程设计时,应遵循安全性原则、经济性原则及效率性原则。但是在设计时很难满足所有原则,为了保证采矿工程设计的合理性,需优化采矿工程设计,主要有获取详细的地质资料、采用指标化设计及评估开采路径等。对采矿工程设计原则及方法的探讨,可为采矿有关的工程技术人员提供一定的参考。

参考文献:

[1]王仲实.采矿工程设计优化的探析[J].科技风,2019(9):108.

[2]石政威.采矿工程设计优化的思考[J].冶金管理,2019(5):23.

[3]肖杨.采矿工程设计优化的探析[J].南方农机,2018,49(22):120.

作者:杨泽林 单位:晋能控股煤业集团白洞矿业大同有限公司