地下大理石礦山的選定、設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn)基本要求（下）

作者：廖原時(shí)
/ 高級(jí)工程師
/ 礦山開(kāi)采與加工技術(shù)專(zhuān)家
/ 機(jī)械裝備技術(shù)專(zhuān)家

地下開(kāi)采大理石礦山近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)石材礦山行業(yè)熱議的話題，與其他礦種的地下開(kāi)采相比，除了安全生產(chǎn)監(jiān)控等共性要求外，地下大理石礦山開(kāi)采（又稱(chēng)洞采大理石礦山）還有一些特殊的要求。本文將討論地下大理石礦山的選建原則、前期地質(zhì)勘探、礦山設(shè)計(jì)、開(kāi)采工藝方案的選擇及安全生產(chǎn)監(jiān)等基本要求。

5 地下開(kāi)采大理石礦山基本建設(shè)
除了前述開(kāi)拓和荒料開(kāi)采作業(yè)外，地下開(kāi)采大理石礦山的基本建設(shè)應(yīng)包括下面幾個(gè)方面。

5.1 開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)
首先要根據(jù)礦山的總圖設(shè)計(jì)確定地下開(kāi)采大理石礦山的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)，據(jù)此修建通向洞口的道路、洞口處的工作平臺(tái)（圖13）、洞口到開(kāi)采硐室的永久或臨時(shí)道路、與這些道路配套的錯(cuò)車(chē)道路和車(chē)輛調(diào)頭場(chǎng)地等。


 ▲圖13 地下開(kāi)采大理石礦山的入口

5.2 輔助設(shè)施建設(shè)
地下開(kāi)采大理石礦山的主要輔助設(shè)施如下。
1、 供電系統(tǒng)
因?yàn)榈叵麻_(kāi)采大理石的開(kāi)采設(shè)備全部為電力驅(qū)動(dòng)，所以礦山必須具備容量充足的供電能力、必要時(shí)還需配套備用電源。
2、給排水系統(tǒng)
為了降低干切時(shí)產(chǎn)生的粉塵污染，絕大部分地下開(kāi)采鋸切設(shè)備都采用濕切方式，即使使用干切鏈臂鋸，也要噴灑一些水霧降塵，這就需要洞內(nèi)設(shè)置有供應(yīng)量充足及排泄能力足夠的給排水系統(tǒng)。
3、 照明系統(tǒng)
地下開(kāi)采礦山、尤其是通過(guò)隧道才能深入礦體內(nèi)部采面的礦山，需要有全天良好的照明系統(tǒng)，以及備用照明電源，照明光源必須使用低電壓安全照明裝置。
4、通風(fēng)換氣系統(tǒng)
地下開(kāi)采礦山的換氣系統(tǒng)（圖14）通常配備軸流風(fēng)機(jī)，換氣效果必須達(dá)到國(guó)家有關(guān)地下礦山開(kāi)采作業(yè)環(huán)境的清新空氣質(zhì)量要求。
5、安全逃生通道和應(yīng)急物品儲(chǔ)備
礦山的洞口通常也是開(kāi)采設(shè)備、荒料及廢棄石渣運(yùn)輸?shù)某隹?，?duì)于只有一個(gè)洞口的地下開(kāi)采大理石礦山，應(yīng)選擇合適位置修建作業(yè)人員的逃生通道。對(duì)于在井巷內(nèi)深處修建的地下開(kāi)采大理石礦山，還應(yīng)設(shè)置緊急情況下應(yīng)急物品儲(chǔ)備庫(kù)。


 ▲圖14 地下開(kāi)采大理石礦山的換氣管道

5.3安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置
安全監(jiān)控系統(tǒng)是保證地下開(kāi)采大理石礦山安全生產(chǎn)的“眼睛”。除了礦山在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告描述的礦體裂隙詳情而設(shè)計(jì)、并在開(kāi)拓階段實(shí)施的安全錨固系統(tǒng)建設(shè)外，開(kāi)采工程中的還必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦體應(yīng)力狀態(tài)和地壓變化情況，因此必須建立一套完整的實(shí)時(shí)監(jiān)控采面及周邊巖石、安全礦柱等礦體部位的應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)和安全保障應(yīng)急措施。

在意大利等先進(jìn)石材礦山開(kāi)采國(guó)家，都有專(zhuān)門(mén)的安全開(kāi)采設(shè)計(jì)師事務(wù)所，他們會(huì)根據(jù)本國(guó)石材礦山開(kāi)采安全生產(chǎn)規(guī)范的要求、地質(zhì)勘探報(bào)告等資料，利用三地曼軟件對(duì)礦體裂隙分布進(jìn)行可視化描述，為地下開(kāi)采大理石礦山設(shè)計(jì)安全錨固系統(tǒng)，建設(shè)礦體巖石應(yīng)力檢測(cè)控制系統(tǒng)，并一直進(jìn)行跟蹤服務(wù)。圖15顯示安裝在礦體內(nèi)部或表面、監(jiān)測(cè)巖石應(yīng)力或應(yīng)變的傳感器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)由專(zhuān)門(mén)的技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在專(zhuān)用軟件程序的協(xié)助下，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警，并提出修正和處理意見(jiàn)。


 ▲圖15 檢測(cè)洞內(nèi)巖石應(yīng)力的傳感器

6地下開(kāi)采大理石礦山的生產(chǎn)管理
地下開(kāi)采大理石礦山生產(chǎn)管理的主要內(nèi)容包括。

6.1生產(chǎn)計(jì)劃的編制及修訂
地下開(kāi)采大理石礦山必須編制年度、月度和周生產(chǎn)計(jì)劃，并嚴(yán)格按照計(jì)劃要求實(shí)施開(kāi)采。還應(yīng)根據(jù)采面礦體情況及時(shí)驗(yàn)證評(píng)估地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)與采面礦體實(shí)際情況的吻合性，出現(xiàn)差異及時(shí)對(duì)開(kāi)采計(jì)劃進(jìn)行修訂。

6.2 地壓數(shù)據(jù)收集、整理及處理
開(kāi)采作業(yè)時(shí)，應(yīng)定期或?qū)崟r(shí)觀測(cè)巖石應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，分析后根據(jù)需要提出應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)也應(yīng)密切關(guān)注石材花色、裂隙走向的變化，根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整開(kāi)采推進(jìn)方向、保留新的安全礦柱、開(kāi)拓新的硐室。

6.3 開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)工作
不像露天開(kāi)采那樣，必須自上至下開(kāi)采全部礦體后開(kāi)采才能得到處于礦體深部?jī)?yōu)質(zhì)品種的石材。地下開(kāi)采礦山可以有選擇性的開(kāi)采最優(yōu)、最好的大理石、也就是說(shuō)只開(kāi)采有用的礦體部分，留下無(wú)用的礦體做安全礦柱等支撐。所以應(yīng)制定地下大理石礦山開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)勘探計(jì)劃，及時(shí)了解采面擴(kuò)大和推進(jìn)過(guò)程中礦體花色變化情況和裂隙分布變化趨勢(shì)等礦體信息，有選擇性地開(kāi)采，確保采出的荒料均為優(yōu)質(zhì)品種的石材。也就是通過(guò)開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)礦體異常并及時(shí)調(diào)整推進(jìn)方向，避免損失。

6.4 更科學(xué)先進(jìn)的分析方法
國(guó)外許多地下開(kāi)采大理石礦山都將有限元分析方法引入礦體巖石應(yīng)力分析，這是一套更科學(xué)、更先進(jìn)、更高效率的巖石應(yīng)力分析系統(tǒng)?？芍庇^分析模擬采面內(nèi)開(kāi)拓通道、開(kāi)采硐室、安全礦柱和周?chē)V體巖石的應(yīng)力狀態(tài)，建立可視模型，模擬找出巖石應(yīng)力集中部位，并提出消除危險(xiǎn)的最佳方案，是科學(xué)監(jiān)控管理地下開(kāi)采大理石礦山的有效手段。

6.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和成本控制
最佳的運(yùn)行管理模式是安全生產(chǎn)、控制和降低開(kāi)采成本的保障。在地下開(kāi)采大理石時(shí)，除了建立科學(xué)合理的管理體系外，還應(yīng)建立一套完整的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，通過(guò)及時(shí)仔細(xì)的分析，提出優(yōu)化開(kāi)采工藝參數(shù)的修正方案，使得地下開(kāi)采設(shè)備的能力得到最大的發(fā)揮、開(kāi)采效率和荒料率最高、盡可能控制和降低地下開(kāi)采大理石的成本。
7適合地下開(kāi)采大理石的礦山條件
地下開(kāi)采大理石礦山的安全生產(chǎn)是由一系列安全生產(chǎn)規(guī)程、規(guī)定、安全保障措施、安全監(jiān)控系統(tǒng)和安全錨固系統(tǒng)保障的。

7.1 生產(chǎn)作業(yè)安全
除了通用的安全生產(chǎn)條例外，地下開(kāi)采大理石的生產(chǎn)作業(yè)還應(yīng)包含一些特殊的安全作業(yè)規(guī)程，如各開(kāi)采工序作業(yè)的銜接規(guī)定、工序配合及協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)定、主輔生產(chǎn)人員協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)定、生產(chǎn)和非生產(chǎn)人員安全作業(yè)規(guī)定、生產(chǎn)工序的安全監(jiān)控規(guī)定等。

7.2 礦體安全
地下開(kāi)采大理石礦山的礦體安全包括開(kāi)采硐室側(cè)面及頂面礦體裂隙形態(tài)的掌握，巖石應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，三相節(jié)理裂隙產(chǎn)生落石的錨定加固、以防止頂板和側(cè)壁礦體大塊落石，防止碎石掉落的護(hù)網(wǎng)加固、水泥噴涂加固，安全礦柱和側(cè)面礦體安全邊坡及保持其整體性的錨定加固，洞口頂部的安全和清掃平臺(tái)的建設(shè)等。

7.3 作業(yè)環(huán)境安全
地下開(kāi)采大理石礦山內(nèi)部作業(yè)環(huán)境的安全包括安全逃生通道的暢通，應(yīng)急儲(chǔ)備物品的充足和時(shí)效性，換氣系統(tǒng)的可靠工作，照明系統(tǒng)尤其是備用照明裝置的配置，給排水系統(tǒng)的正常工作，不同開(kāi)采臺(tái)階之間永久和臨時(shí)道路的加固和維護(hù)，開(kāi)采臺(tái)階邊緣的安全護(hù)欄，操作者的勞動(dòng)保護(hù)和安全用品等。

7.4 設(shè)備使用安全
為了保證地下大理石礦山開(kāi)采設(shè)備的安全使用，必須編制和落實(shí)每種設(shè)備的安全操作和使用規(guī)程。包括臂式鋸、串珠鋸、鉆機(jī)等設(shè)備在內(nèi)的全部開(kāi)采設(shè)備；包括叉裝機(jī)、挖掘機(jī)、運(yùn)輸車(chē)輛等機(jī)械在內(nèi)的全部工程機(jī)械；包括空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)、排風(fēng)扇等設(shè)備在內(nèi)的全部輔助設(shè)備和設(shè)施。

7.5 礦體巖石的安全穩(wěn)定
為了及時(shí)了解洞內(nèi)礦體巖石的穩(wěn)定性及應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)保證監(jiān)控巖石應(yīng)力的傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)視控制室實(shí)時(shí)處于可靠工作狀態(tài)。根據(jù)開(kāi)采推進(jìn)需要，及時(shí)做好備采礦體的巖石應(yīng)力探測(cè)和分析。

7.6 其他安全規(guī)定
荒料吊裝和運(yùn)輸、廢石渣土裝運(yùn)、道路維護(hù)、荒料場(chǎng)、渣土場(chǎng)的安全運(yùn)行管理要求與露天開(kāi)采石材礦山相同。
8地下開(kāi)采大理石礦山的特點(diǎn)綜述
8.1 優(yōu)點(diǎn)
與露天飾面大理石礦山相比，地下開(kāi)采大理石礦山具有下述優(yōu)點(diǎn)。
1、 環(huán)保
減少或基本不會(huì)對(duì)礦體表面的植被和自然環(huán)境造成破壞，是一種環(huán)保的大理石開(kāi)采方法。
2、 選擇性最好礦體開(kāi)采
能夠?qū)崿F(xiàn)露天開(kāi)采不能或難以達(dá)到礦體部位的優(yōu)質(zhì)礦體的開(kāi)采。可避開(kāi)礦體裂隙和花色差的礦體部位，有選擇性的開(kāi)采礦體最優(yōu)石材花色部位，留下不需要的礦體部位作為安全礦柱，所以能夠獲得更高的荒料率，減少石材資源的浪費(fèi)。
3、 無(wú)需礦體頂層剝離
因?yàn)闊o(wú)需再進(jìn)行大規(guī)模的覆蓋層剝離，相同荒料率時(shí)地下開(kāi)采大理石的綜合開(kāi)采成本略低于露天開(kāi)采。
4、礦體資源利用率高
在現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段、開(kāi)采機(jī)械和成熟開(kāi)采工藝技術(shù)的保障下，確保在不破壞自然環(huán)境、最大限度利用石材資源及優(yōu)選石材花色前提下，實(shí)現(xiàn)大理石的開(kāi)采。
5、礦山耐候性好
實(shí)現(xiàn)了在高寒地區(qū)開(kāi)采優(yōu)質(zhì)品種大理石時(shí)不再受到氣候條件的限制。
6、軟質(zhì)石材的地下開(kāi)采成為現(xiàn)實(shí)
目前地下開(kāi)采工藝方法和開(kāi)采設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了石灰石、大理石和砂巖的地下開(kāi)采，花崗石地下開(kāi)采工藝正在試驗(yàn)中。

8.2 不足
地下開(kāi)采大理石礦山雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但與露天開(kāi)采的大理石礦山相比仍有不足。
1、 礦山規(guī)模比較小
因作業(yè)空間的限制，地下開(kāi)采大理石礦山的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量均低于露天礦山。
2、開(kāi)采成本略高于露天礦山
雖然地下大理石礦山省去了礦體表層的剝離費(fèi)用，但硐室內(nèi)的安全錨固系統(tǒng)等設(shè)施仍需投資，如果荒礦體比較破碎、料率不高及管理不善時(shí)，地下開(kāi)采大理石的開(kāi)采成本仍會(huì)高于露天開(kāi)采。
3、對(duì)作業(yè)人員的技術(shù)水平要求高
因全部使用機(jī)械設(shè)備全鋸切開(kāi)采方法，所以對(duì)開(kāi)采作業(yè)和設(shè)備操作人員的技術(shù)水平要求較高。
4、盲目建礦、安全隱患大
地下開(kāi)采大理石礦山雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但必須按照科學(xué)程序進(jìn)行建設(shè)論證、進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探、建礦前的正確設(shè)計(jì)，尤其是安全錨固系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。如果忽視或不做這些工作，地下開(kāi)采大理石礦山的安全隱患將遠(yuǎn)大于露天開(kāi)采石材礦山。

總之，為了實(shí)現(xiàn)地下開(kāi)采大理石礦山的科學(xué)建設(shè)和安全生產(chǎn)，建議準(zhǔn)備投入、正在實(shí)施建設(shè)或已經(jīng)投產(chǎn)的國(guó)內(nèi)地下開(kāi)采大理石礦山的從業(yè)者，應(yīng)認(rèn)真檢查自己的礦山是否符合或達(dá)到了安全生產(chǎn)要求，是否能夠保證安全生產(chǎn)，如有缺失或不足，應(yīng)將遺漏的工作補(bǔ)足，以確保地下開(kāi)采大理石礦山能夠安全的可持續(xù)生產(chǎn)下去。