煤炭专业采矿工程中的矿井深部开采技术难题与对策研究

煤炭专业采矿工程中的矿井深部开采技术难题与对策研究

白巧霞

65292619940628352X

摘要：深入探讨矿产资源深部开采所面临的复杂性与变化性挑战，从技术创新与突破、成本控制与效益提升、以及安全管理与保障三个维度进行了全面剖析。不仅揭示了深部开采在技术、经济、安全等多方面的深层次问题，还提出了针对性的策略与建议，以期推动该领域向更加高效、经济、安全的方向发展。

关键词：深部开采；技术创新；成本控制；安全管理、

引言

随着全球对矿产资源需求的持续增长，深部开采已成为矿业领域不可回避的发展趋势，相较于浅部开采，深部开采在地质条件、开采环境、经济成本及安全风险等方面均呈现出更为显著的复杂性与变化性特征。这些特征不仅增加了开采难度与不确定性，也对传统开采技术与管理模式提出了严峻挑战，因此如何有效应对这些挑战，实现深部开采的高效、经济与安全，成为当前矿业领域亟待解决的关键问题。

一、矿井深部开采的特点

（一）地质条件复杂性增加

在矿井深部开采的进程中地质条件的复杂性显著增加，成为制约开采效率与安全的关键因素，随着开采深度的递增地层结构展现出前所未有的多样性和不确定性，深部地层中，断裂带、褶皱带等地质构造更为发育，这些构造不仅影响了岩石的力学性质，还加剧了开采过程中的不稳定性。深部地应力状态的复杂化也是不容忽视的问题，高地应力环境下，岩石的变形、破坏规律与浅部截然不同，对支护系统的稳定性和开采工艺的选择提出了更高要求，因此深入研究深部地质条件的变化规律，是破解深部开采技术难题、实现安全高效开采的前提和基础。

（二）开采环境极端化

在矿井深部开采中开采环境极端化趋势愈发明显，对开采作业构成了严峻挑战，随着开采深度的增加矿井内部逐渐形成了高温高压的极端环境。高温不仅影响作业人员的身体健康与工作效率，还加剧了设备的热负荷，缩短了使用寿命，高压环境对岩石的力学性质产生显著影响，增加了开采过程中的不确定性。深部开采还伴随着有害气体浓度的上升，如瓦斯、一氧化碳等，这些气体不仅威胁作业人员的生命安全，还引发爆炸等严重事故。因此针对深部开采环境的极端化特点，必须采取有效措施，如研发耐高温高压的开采设备、加强通风排气系统建设、提高有害气体监测预警能力等，以保障开采作业的安全进行。

（三）技术体系综合性提升

随着矿井深部开采的深入技术体系的综合性提升成为推动行业进步的关键驱动力，面对复杂多变的地质条件和极端恶劣的开采环境，传统的单一技术已难以满足深部开采的需求，亟需构建一套集地质勘探、开采工艺、支护技术、环境监测与灾害防控于一体的综合性技术体系。这一体系要求各技术环节之间高度协同，以实现对深部资源的高效、安全开采，地质勘探技术需精准揭示深部地层结构，为开采设计提供科学依据。开采工艺需不断创新，以应对深部岩石力学特性的变化；支护技术需强化稳定性与适应性，确保开采空间的安全，环境监测与灾害防控技术则需具备高度的灵敏性与准确性，及时发现并有效应对潜在风险。综合性技术体系的建立，不仅提升了深部开采的技术水平，也为行业的可持续发展奠定了坚实基础。

二、矿井深部开采存在问题

（一）技术瓶颈制约

在矿产资源深部开采的进程中，技术瓶颈的制约日益凸显，成为制约行业发展的关键因素，深部岩石的力学性质发生显著变化，如强度增加、脆性增强，使得传统的破岩技术难以高效作业，同时增加了支护难度和成本。深部高温高压环境对开采设备提出了更高要求，现有设备在极端条件下易出现故障，影响开采效率和安全性。深部开采过程中有害气体浓度上升、地下水文地质条件复杂等问题，给通风排水、灾害防控等带来了前所未有的挑战，深部开采的信息化、智能化水平尚待提升，数据采集、处理与分析的滞后性限制了开采决策的科学性和及时性。

（二）经济成本高昂

在矿产资源深部开采的实践中经济成本高昂的问题日益成为制约行业发展的重大挑战，随着开采深度的增加一系列额外的经济负担逐渐显现，其背后蕴含着深刻的逻辑与复杂的因素。深部开采所需的特殊设备与技术研发投入巨大，这些设备往往具有高度的定制化与专业性，不仅制造成本高昂，而且维护成本也随之攀升。深部地质条件的复杂性导致开采效率降低，进而增加了单位产量的成本，深部开采所需的安全保障措施更为严格与复杂，包括通风、排水、有害气体监测与防控等系统的建设与运营，均需投入大量资金。此外深部开采还面临环境修复与治理的额外成本，如地下水污染、地表沉陷等问题的治理，均需投入大量的人力、物力与财力[1]。

（三）安全风险加剧

在矿产资源深部开采的进程中安全风险加剧已成为一个不容忽视的严峻问题，其复杂性与挑战性对采矿作业的安全管理提出了更高要求，随着开采深度的增加多种因素交织在一起，共同构成了深部开采安全风险的复杂图景。深部岩石的力学性质变化显著，如强度增加、脆性增强，使得开采过程中的岩石失稳与冒顶片帮等事故风险大幅增加。同时深部高温高压环境对开采人员的身体健康与作业安全构成直接威胁，增加了中暑、热射病等职业病的发生概率。此外深部开采的通风排水系统更为复杂，一旦出现故障，将严重影响作业环境的安全性，深部开采还面临突水、地压活动加剧等地质灾害的威胁，对作业人员的生命安全构成重大挑战

[2]。

三、矿井深部开采的优化对策

（一）技术创新与突破

在矿产资源深部开采的广阔领域，技术创新与突破是推动行业发展的核心动力，面对深部开采的诸多挑战，技术创新成为破解难题、实现可持续发展的关键路径。针对深部岩石力学性质的特殊性，研发新型破岩工具与技术，提高开采效率与资源回收率，同时优化支护设计与施工工艺，增强开采空间的稳定性与安全性。在智能化与信息化技术方面实现突破，实现对开采过程的精准控制与实时监测，提高开采作业的智能化水平，降低人为操作带来的风险[3]。

（二）成本控制与效益提升

在矿产资源深部开采的实践中成本控制与效益提升是实现可持续发展的关键环节，针对深部开采经济成本高昂的现状，需从多方面入手，优化资源配置，提高生产效率，以实现成本的有效控制与效益的显著提升。通过技术创新降低生产成本，研发高效、低耗的开采技术与设备，减少能源消耗与材料浪费，提高开采效率与资源回收率。优化开采方案与生产计划，合理安排开采顺序与作业强度，减少不必要的浪费与损失，加强现场管理，提高作业人员的技能水平与工作效率，进一步降低成本。

（三）强化安全管理与保障

在矿产资源深部开采过程中强化安全管理与保障是确保开采活动顺利进行与人员安全健康的关键所在，鉴于深部开采环境复杂多变、安全风险加剧的实际情况，必须构建全面、系统、高效的安全管理体系。完善安全管理制度与规范，明确各级管理人员与作业人员的安全职责与权限，确保安全管理工作的有序开展。加强安全教育培训与演练，提高作业人员的安全意识与应急处理能力，通过定期举办安全知识讲座、技能培训班及应急演练等活动，增强作业人员的安全素养与自救互救能力。

结论

矿产资源深部开采的复杂性与变化性特征显著，对技术创新、成本控制与安全管理等方面提出了更高要求，通过深入分析这些挑战并结合当前技术发展趋势与管理实践，提出了针对性的策略与建议。在技术创新方面应加大研发投入，推动关键技术与装备的自主研发与升级，在成本控制方面应优化开采方案与生产计划，提高资源利用效率与经济效益，在安全管理方面应构建完善的安全管理体系与应急响应机制，确保开采活动的安全顺利进行。

参考文献

[1] 张全,邹俊鹏,吴坤波,等.深部采煤上覆关键层破断诱发矿震特征研究[J].岩石力学与工程学报, 2023, 42(5):1150-1161.

[2] 张喜成.采矿工程中煤矿深部岩巷围岩稳定与支护策略[J].矿业装备, 2023(12):7-9.

[3] 蒋超.某金矿深部开采巷道支护技术优化及应用[J].中国金属通报, 2023(10):41-43.