[科普中国]-矿山

规模

矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。矿山规模（也称生产能力）通常用年产量或日产量表示。年产量即矿山每年生产的矿石数量。按产量的大小，分为大型、中型、小型3种类型。矿山规模的大小，要与矿山经济合理的服务年限相适应，只有这样，才能节省基建费用，降低成本。在矿山生产过程中，采掘作业既是消耗人力、物力最多，占用资金最多，又是降低采矿成本潜力最大的生产环节。降低采掘成本的主要途径是提高劳动生产率及产品质量，降低物资消耗。

数字矿山加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和自动切割采矿；芬兰采矿工业也于1992年宣布了自己的智能采矿技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题；瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grountecknik 2000”战略计划。中国矿业大学等单位也相继开展了采矿机器人（MR）、矿山地理信息系统（MGIS）[1、2]、三维地学模拟（3DGM）[3]、矿山虚拟现实（MVR）[3]、矿山GPS定位等方面的技术开发与应用研究。

1997年7月，澳大利亚联邦科工组织（CSIRO）制定了一项关于煤炭勘探与开采的三年研究计划，投入3100万澳元，围绕资源评估、采矿工艺革新、矿井瓦斯控制与利用、自动化、安全和材料精细控制等六个方面、按18个专门项目进行研究。其中地质评估与急救响应是最具特色的两项。1）地质评估：开发了一个基于3D块体模型的软件来评估矿井或采区的地层环境（沉积环境）；并且通过一个交互式3D（和4D）软件包来对多种异质数据（微震监测数据、中子伽玛采样数据等）进行3D可视化；以及通过有限元/有限差分（FE/FD）模型来逼真地模拟开采后的岩体变形。2）急救响应：开发了一个人身安全定位与监测系统，该系统由控制装置、监测设备、网络灯标和矿工异频雷达收发机组成，具有无线通讯能力，即使在发生瓦斯爆炸等井下灾害之后仍能报告井下矿工的位置和安全状况；并开发了一个名叫Numbat的遥控无人驾驶急救车，用于爆炸之后对伤员进行紧急抢救。

随着实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，国际上一些大型露天矿山（包括我国的平朔、霍林河矿区）已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。此外，专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。

矿山救护

在矿山建设和生产过程中，由于自然条件复杂、作业环境较差，加之人们对矿山灾害客观规律的认识还不够全面、深入，有时麻痹大意和违章作业、违章指挥，这就造成发生某些灾害的可能。为了迅速有效地处理矿井突发事故，保护职工生命安全，减少国家资源和财产损失，必须根据两大《规程》(煤矿安全规程、煤矿救护规程)的要求，做好救护工作。同时，还要教育职工，在发生事故时如何积极进行自救和互救。

矿山救护队是处理矿井火灾、瓦斯、煤尘、水、顶板等灾害的专业性队伍，是职业性、技术性组织，严格实行军事化管理。实践证明，矿山救护队在预防和处理矿山灾害事故中发挥了重要作用。

采矿方法根据矿石回采过程中采场管理方法不同，非煤井工矿山采矿方法可分为四大类：

（1）空场采矿法，特点是在回采过程中，采空区主要依靠暂留或永久残留的矿柱来支撑，采空区始终是空着的，一般在矿石与围岩很稳固时采用。

（2）崩落采矿法，特点是随着矿石采出，有计划的用崩落矿体的覆盖岩层和上下盘岩石来充填采空区，以控制采区地压。一般在矿体围岩不稳固，地表允许陷落的条件下采用。

（3）充填采矿法，特点是在回采时，采空区依靠充填其内的充填物来支撑。这种方法能有效的维护采空区，对围岩的稳固性要求不高，但生产成本较高。主要用于开采矿石价值高，充填材料充足，地表不允许陷落和地质条件特别复杂的条件。

我国是石材资源大国，石材资源的总储量居世界前列，全国年生产700多万立方米的荒料，石材的开采总量同样位居世界前列，但我国石材矿山的总体水平仍处于落后状态，石材资源的利用水平、开采荒料率和矿石回收率不容乐观。

当前现状1.矿山投资规模小，开采能力低

矿山投资主体对石材矿山投资规模认识不够，不具备规模矿山的投资意识，表现在矿山建设没有长远打算，地质工作空白，开采方案不明确，开采方法落后，采矿设备和起重设备简陋，年开采量只有几百立方米，顶多上千立方米，开采生产根本无计划可言，更提不上规模生产。

石材矿山行业投资规模不设门槛限制，造成全国小矿山泛滥。小规模矿山往往在一个主要石材产区数量很多，星罗棋布，大矿体被分割成小矿体，完整的石材矿床被划分的七零八落，开采得千疮百孔，资源的破坏和浪费十分严重。

由于矿山采掘活动面积过小(最小者几百平方米)，相邻矿山相互影响，造成矿山企业之间矛盾频发，伤亡事故时有发生，加大了开采上的管理难度。

2.技术重视不够

在此之前，由于石材矿山在国内没有技术上的门槛，石材矿床的成因类型和地质构造多种多样，矿山企业投资主体多为个体或私营企业，不愿在地质勘查和矿山开采设计上花钱，主观认为石材矿山开采就是放炮炸石，没有更高的技术含量在里面，轻视科学技术在采石活动中的份量，以至于开采过程中碰到实际问题时一筹莫展。

尽管这一类矿山在资金投人方而要比前一种情况规模大，但在矿山整体开采方案、开采力一法的确定、开采设备合理购置方面都缺乏统一的指导思想，缺乏科学依据。

有很多矿山投资规模都在千万元以上，甚至几千万的投资。由于地质条件不清，矿体的产状和赋存条件不清，缺少合理的矿山经济技术评价，缺失开采设计方案，矿山投资带有很大的盲目性，也存在极大的风险。首采地段的确定、采掘工作面的布置、剥离和排渣、运输和堆放场地都没有明确的设计方案，整个矿区显得非常零乱。由于首采地段不确定性，造成开采生产带有很大的盲目性，甚至不清楚破碎带和风化层的厚度，一旦开采前进到脑子里预想的深度没有见到完整的矿体或采出预想的荒料时，思想就会产生动摇，甚至停止在这个采掘面的工作，再找另一个地点从头再来。打一枪换一个地方，总是停留在表面上做文章，把矿区所有的表面都采过一遍也没找到要继续深入开采的地段，浪费了大量的人力、财力和物力、以及宝贵的时间。更可怕的是投人了那么多的力量，还得不到一条明确的路线，因为前面所搞得活动缺乏目的性，相应的资料缺乏参考价值，对以后的工作产生不了大的指导意义。

3.专业技术人才缺乏

经过多年的发展，在众多的中小企业基础上，我国已经形成规模较大的石材企业集团，这些大企业对石材资源开发的越来越重视，在资源找矿和矿山建设的投人也在不断加大。

在企业中一般都设有矿产开发部，但从事这方面工作的人员中，缺乏专业人才，更缺乏有经验、有能力的人才。很多企业从事矿山管理和技术的人员都不是地质和采矿专业出身，缺乏这些专业的基础知识，很难在矿山技术方面有突出的建树。

经常看到或接受委托一些石材企业招聘从事矿山工作的工程师或具有实践经验的矿长、技术员，但符合条件者甚微，应聘者寥寥无几。应届毕业生要经过几年的实践才能担当起重任，况且新毕业的学生从事矿山这项艰苦的工作，其本身在思想和意志上还需要磨练，甘于吃苦的献身精神也要得到培养，工资待遇也要合理，否则很难留住人才。

企业招不到人才，缺乏专业技术力量，在资源开发和矿山开采方面就等于缺少有力的技术支撑。

另一方面，我们还有国有的专业地质队伍和矿山设计单位，这样的专业队伍是发展我国石材矿业的骨干力量。但是这些年来，似乎这些专业部门在石材行业的作用越来越小，建材地质队伍的石材勘查项目屈指可数，石材矿山的设计项目更是少得可怜。一个原因是前面所说，矿山企业不重视这方面的基础工作，另一个原因就是这些专业队伍与我们的石材企业接触少，在行业内宣传力度不够，企业对我们的专业部门不了解，甚至不知道。也说明我们这些专业部门还要加大市场开发力度，提高为石材行业服务的意识，积极接触广大石材企业，了解企业的需求，为企业做好服务。

4.保守思想干扰了矿山发展

自打有了石材开采业以来，我国石材矿山开采沿用的开采技术都是国内自己摸索出来的，有些还属于中国人的发明。如火烧花岗岩用来采准沟的掘进，用黑火药进行单面劈裂爆破，用锤子和琴子凿刻进行大理石的大块体母岩分离等，都是我国劳动人民聪明智慧的结晶，在特定的历史时期，这些开采方法还是起到了相当大的作用，为石材的开采奠定了基础。

上世纪八十年代，我国实行改革开放政策，石材工业得到了空前的发展，意大利、德国、荷兰等国家的先进开采和加工技术逐渐被引进，先后进口矿山开采和加工的成套设备有近300条，国内也有十余家企业生产石材矿山开采专用设备，为促进全国石材业的发展发挥了应有的作用。

金刚石串珠锯引进也是在上世纪八十年代，但由于国内大多数矿山不具备使用条件，加上配套的消耗材料价格昂贵，事实上进口的这些串珠锯和相配套的其他矿山开采设备都被闲置起来，没有发挥设备的作用。

矿山采用较为先进的开采技术，必然要花钱购置必要的开采设备，矿山的投人相比较原始的开采方法要多出许多，矿山企业在矿山建设的前期思想准备不足，又对新的开采技术认识不全面，不愿冒风险，保守的思想占据上风，新技术的推广面临的困难和阻力不难想象，“重加工、轻矿山”的趋利观念严重干扰了当时矿山开采业的发展。

5.企业被误导，对实用的开采技术概念不清

石材矿山开采的关键环节是大块岩体的母岩分离，不管是采用控制爆破方法，还是使用机械化锯切，火焰切割，机械劈裂等各种手段，目的就是要从基岩中分离出完整的规格块体。这也是一个矿山核心技术所在，一旦这一步技术难题得到突破，其他后续工作相对简单容易得多。

近些年，相继有一些新的开采方法和设备得到推广应用，收到了较好的效果。如孔内刻槽爆破劈裂技术、液压劈裂技术、导爆索排孔控制爆破、火焰切割技术、爆裂管控制爆破技术、静态(膨胀剂)胀裂技术、黑火药药壶预裂技术、金刚石串珠绳锯切和圆盘锯切割等，在开采工艺不同阶段都有不同的作用和效果。

以上这些开采技术各有长短，在了解每种技术的原理和设备材料性能的情况下，结合本矿区的实际情况，分析那一种技术适合矿山采用，再进行优化组合，最终确定这个矿山适用的开采工艺和开采方法。应该明确的是，对于一个矿山开采而言，采用单一的开采方法进行生产，从技术经济评价上不是最佳的方案，只有不同的岩石、不同的地质条件、不同的阶段，用不同的组合，才是最为合理、最为经济的。导爆索速度快，但最多爆破两个非自由面，爆破三个以上的自由面没有成功的把握;用串珠锯锯切成功把握性大，但单面切割的成本要和爆破及火焰切割进行比较，单面使用锯切的成本必然大于黑火药控制爆破和孔内刻槽爆破;孔内刻槽爆破成本低是不争的事实，但不能同时完成两个自由面以上的爆破(至少现在还不能完成)o所以说，每一种方法都不是万能的，尽管在技术层面上可以，但经济方面也要考虑。

有些设备生产厂家或者是技术持有者，在对企业进行推广时，一味夸大该项技术的作用，夸大设备的功能，这种推广带有一定的排它性，似乎只有此项技术、此种设备可以解决矿山上所有的开采难题，其他技术和设备都不适用，甚至把别的技术设备说得一无是处，直到推销出去自己的东西，获得利益为止。至于过后设备的适用性，使用过程中出现的问题，则采取敷衍了事的态度，让企业蒙受损失。更有甚者，用于其他矿种采矿的理论和方法，不经验证就搬到石材开采上来，花掉几十万、甚至上百万的资金，搞大爆破，一次把一个山头或半壁山炸下来，再到乱石堆中翻找较大块体的岩石。这样一次爆破的山体体积达数十万甚至上百万立方米，而能利用的块体整理出的荒料不足几千立方米，成荒料率极为低下，资源浪费情况极为严重。整理出的荒料内部还藏有隐裂，加工时又降低了出板材率，一次爆破造成的不良影响非常广泛。类似上述的情况，我们矿山设备制造企业和技术研究部门，都应该培养良好的职业道德，实事求是，在推广技术和设备的时候，要交代清楚利和弊，对矿山企业切实负责任，矿山企业应该引以为戒，树立科学发展观，开动脑筋，增强明辨是非的能力，淘汰这些野蛮的开采方式。

矿山采购设备也是一样，需要的、适合你这个矿山使用的设备该买一定要买，不能将就，不适用的设备坚决不买，避免浪费。大型桅杆吊覆盖范围广，安全性能高，吊装能力强，中大型规模的矿山，只要采场条件和经济能力具备，就应购置该装备，不能因为图省钱，购买那种非正规厂家制造，没有安全保障，吊装能力有限的土吊设备，那样对企业的正规开采不利。矿山企业购置开采专用设备和配套的起重设备、运输设备都要由矿山开采设计部门根据矿山生产能力和实际需要确定。

以上叙述了我国石材矿山总体落后状况形成主要原因分析，还有管理等多方面的因素，形成落后状况的因素是复杂的，客观因素是存在的，但主观因素—人的因素是起决定作用的。

石材矿山随着我国石材工业水平的不断提高，矿山受重视程度也在不断提高，矿山建设的投入不断加大，石材矿山的开采技术也有了很大进步。在贯彻国务院《关于全面整顿和规范矿产开发秩序的通知》过程中，石材矿山同其他矿种一样也进行了全面的整顿，各地方矿产管理部门也相继提高了矿山建设规模的门槛，从采矿权审批阶段就否决了小型矿山建设项目。为配合这次整顿和规范工作，保障石材工业可持续发展，中国石材工业协会与国土资源部矿产开发管理司商量研究，起草制定了K}材露夭矿山技术规范》，并上报到国家发改委审批，为进一步合理开发我国石材资源，规范石材矿产的开发打下了良好基础。

“分析形势，抓住机遇，规范开采，促进技术进步”是我国石材开采业现阶段工作的主要任务，围绕这个主题，我们应该着重抓好以下几个方面的工作：

1.抓住贯彻执行《国务院关于整顿和规范矿产开发秩序的通知》这个契机，扎实做好以整顿为前提，以规范为目的的实际工作，贯彻实施《石材露天矿山技术规范》，杜绝滥采乱挖，合理分配矿产资源，严把矿山企业投资规模和实施技术的门槛，为矿山规范化开采打下基础。

2.加大力度，做好矿山开采应用技术和科学管理的推广工作。经过多年来的不断摸索，适合中国国情的石材矿山开采技术已基本成熟，科学开采石材矿山的理论和技术日渐充实，矿山开采技术的应用实例也越来越多，要对取得的经验进行分析和对比，总结出一种开采技术的适用条件和效果，多种方法最佳组合以及经济的合理性，得出的结论具有一定的指导意义，在此基础上推广和普及。让企业了解和掌握机械化为主的开采技术内容和特长，了解这些技术在节约资源，提高生产效率中所发挥的作用，切实让企业认识到采用机械化为主开采技术的好处，让矿山企业受益。要发动全行业的力量，发挥专家的作用，传授开采知识和经验，利用现场交流、专题讲座以至于成立专科学校办班培训的形式，让每个企业、每一个从业人员都能掌握矿山开采的理论和技术，提高从业人员的专业素质，提升矿山开采业水平。

3.加强宣传，做好国产化开采设备的推广工作。开采设备的国产化为全面推广以机械化为主的矿山开采技术创造了条件。以前我们引进的国外设备存在着价格贵、维修不便、耗材成本高的问题，加上国内矿山自身原因，确实造成了洋设备的“水土不服”。现在，经过开采技术人员的努力和设备制造厂家改进。

安全隐患高温高湿矿井内气温的特点是气温高、湿度大、温差大，不同地点的气流大小不等。气温的高低与巷道深度有关，深部地温增高，井下工作环境热害严重；同时给 深部采区新鲜风源供应与污浊风源处理困难。矿井的不良气温条件是造成工人上呼吸道感染和风湿性疾病的患病率升高的一个重要因素。这些问题如不能很好的解 决，不仅使这些企业存在伤亡事故和职业危害的危险性，而且使正常的生产无法顺利进行。

粉尘生产性粉尘是井下矿的主要有害因素。许多生产过程和工序，如打眼、放炮、落矿、装岩、运输等都能产生大量粉尘。工人长期吸人这类粉尘，可发生矽 肺、煤肺或混合性尘肺。目前世界上70%的尘肺病人在我国，我国矿山尘肺病死亡的人数超过因工死亡的人数。矿山粉尘浓度高，地下矿山的粉尘浓度合格率只有 40%-60%，露天矿只有70%-80%。随着矿山开采深度的下降，深凹露天矿的大气污染等综合性危害应引起重视。

有毒有害气体矿井空气中常存在沼气，其主要成分为甲烷。另外还有一氧化碳、氮氧化物及硫化氢等有害气体。甲烷是一种无色无臭的可燃性气体，密度为 O.559kg/m3，甲烷主要来源于煤层、煤块、岩帮。甲烷能与空气混合成爆炸性气体，遇明火可发生爆炸。甲烷发生爆炸的浓度为5%-16%。一氧化碳 和氮氧化物的重要来源是放炮产生的炮烟。使用硝酸甘油炸药可产生大量一氧化碳，而使用硝酸铵炸药则常产生大量氮氧化物。通风不良的矿井，在放炮后可因炮烟 蓄积而发生炮烟中毒。

噪声振动噪声是污染矿山环境的危害之一，井下作业人员受其危害更甚。近年来，不少大型、高效、大功率设备的使用，在降低劳动强度、提高生产效率的同时， 随之带来的噪声污染也越来越严重。特别是井下设备具有声源多、连续噪声多、声级高及噪声谱特性多呈高、中频等特点，加之井下工作面狭窄、反射面大形成混声 场，且噪声只能沿巷道延长方向传播，对作业人员危害更大。矿井内的噪声和振动主要产生于凿岩、采矿和运输过程。一般来说，风动工具比电动工具、振动式运输 机比皮带运输机产生的噪声和振动更为严重。矿工劳动强度较大，如人工装岩属重体力劳动；凿岩和推车属中等体力劳动。在薄矿层作业时，整个工作日内工人不得 不采取蹲位、弯腰式爬行等不良体位。

爆破安全爆破安全在矿山生产中占有重要地位。爆破安全问题可归纳为如下三类：由于爆破的力学效应（如爆破产生的地震波、冲击波、噪声和个别飞石）引起的 安全事故；由于炸药爆炸时的物理化学反应，即炸药爆炸时产生的大量有毒气体、电磁效应等引起的安全事故；爆破引起的突发性事故，如炸药的早爆、拒爆和因操 作失误而引起的安全事故。

矿山爆破引起的人身伤亡和设备损坏事故，在整个矿山事故中占有较大比例。随着采掘工业的发展，露天矿爆破距矿山本身的工业场地很近，也有邻近乡 镇居民区的；地下开采矿山深孔爆破和大药量的工程爆破等日益增多，矿岩物质形成高温区引起炸药自爆、早爆等，以及炮烟中毒等事故常有发生。最典型的是 2002年6月22日，山西省繁峙县义兴寨金矿发生特大爆炸事故，至少有37名矿工遇难。因此，如何控制爆破的有害效应和采取保护措施，是矿山普遍重视的 一个问题。

安全事故无小事，特别是矿山行业，只有平时注意到这种小的方方面面，才能将事故泯灭于萌芽当中！

隐患治理粉尘

综合抑尘技术主要包括生物纳膜抑尘技术、云雾抑尘技术及湿式收尘技术等关键技术。

生物纳膜抑尘技术，生物纳膜是层间距达到纳米级的双电离层膜，能最大限度增加水分子的延展性， 并具有强电荷吸附性；将生物纳膜喷附在物料表面， 能吸引和团聚小颗粒粉尘，使其聚合成大颗粒状尘 粒，自重增加而沉降；该技术的除尘率最高可达99% 以上，平均运行成本为0.05~0.5元/吨。

云雾抑尘技术是通过高压离子雾化和超声波雾化 ，可产生1μm~100μm的超细干雾；超细干雾颗粒细密，充分增加与粉尘颗粒的接触面积，水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物，团聚物不断变大变重，直至最 后自然沉降，达到消除粉尘的目的；所产生的干雾颗粒，30%~40%粒径在2.5μm以下，对大气细微颗粒污染的防治效果明显。

湿式收尘技术通过压降来吸收附 着粉尘的空气，在离心力以及水与粉尘气体混合的双 重作用下除尘；独特的叶轮等关键设计可提供更高的 除尘效率。

适用于散料生产、加工、运输、装卸等环 节，如矿山、 建筑、采石场、 堆场、港口、 火电厂、钢铁 厂、垃圾回收处理等场所1。

矿山设计矿山设计是矿产资源开发中的一个阶段，也是矿山建设的一个重要环节。指在取得地质勘查成果的基础上，为矿山建设和生产而进行的全面规划工作。旨在根据矿床赋存状况和经济技术条件，选择技术可行、经济合理的矿产资源开发方案。

主要内容是：确定矿山生产规模、服务年限、工艺流程、产品方案等，并对矿床开拓方案、采矿方法、矿石洗选加工工艺、主要矿山设备、地面及地下工程布置、动力供应、给排水和施工组织等方面选择合理方案；核算建设投资、编制单项工程设计和施工图等。