地下大理石礦山的選定、設計及安全生產基本要求（下）

作者：廖原時
/ 高級工程師
/ 礦山開采與加工技術專家
/ 機械裝備技術專家

地下開采大理石礦山近年來成為國內石材礦山行業熱議的話題，與其他礦種的地下開采相比，除了安全生產監控等共性要求外，地下大理石礦山開采（又稱洞采大理石礦山）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、前期地質勘探、礦山設計、開采工藝方案的選擇及安全生產監等基本要求。

5 地下開采大理石礦山基本建設
除了前述開拓和荒料開采作業外，地下開采大理石礦山的基本建設應包括下面幾個方面。

5.1 開拓運輸系統的建設
首先要根據礦山的總圖設計確定地下開采大理石礦山的開拓運輸系統，據此修建通向洞口的道路、洞口處的工作平臺（圖13）、洞口到開采硐室的永久或臨時道路、與這些道路配套的錯車道路和車輛調頭場地等。


 ▲圖13 地下開采大理石礦山的入口

5.2 輔助設施建設
地下開采大理石礦山的主要輔助設施如下。
1、 供電系統
因為地下開采大理石的開采設備全部為電力驅動，所以礦山必須具備容量充足的供電能力、必要時還需配套備用電源。
2、給排水系統
為了降低干切時產生的粉塵污染，絕大部分地下開采鋸切設備都采用濕切方式，即使使用干切鏈臂鋸，也要噴灑一些水霧降塵，這就需要洞內設置有供應量充足及排泄能力足夠的給排水系統。
3、 照明系統
地下開采礦山、尤其是通過隧道才能深入礦體內部采面的礦山，需要有全天良好的照明系統，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、通風換氣系統
地下開采礦山的換氣系統（圖14）通常配備軸流風機，換氣效果必須達到國家有關地下礦山開采作業環境的清新空氣質量要求。
5、安全逃生通道和應急物品儲備
礦山的洞口通常也是開采設備、荒料及廢棄石渣運輸的出口，對于只有一個洞口的地下開采大理石礦山，應選擇合適位置修建作業人員的逃生通道。對于在井巷內深處修建的地下開采大理石礦山，還應設置緊急情況下應急物品儲備庫。


 ▲圖14 地下開采大理石礦山的換氣管道

5.3安全監控系統的設置
安全監控系統是保證地下開采大理石礦山安全生產的“眼睛”。除了礦山在設計階段，根據地質報告描述的礦體裂隙詳情而設計、并在開拓階段實施的安全錨固系統建設外，開采工程中的還必須實時監測礦體應力狀態和地壓變化情況，因此必須建立一套完整的實時監控采面及周邊巖石、安全礦柱等礦體部位的應力監控系統和安全保障應急措施。

在意大利等先進石材礦山開采國家，都有專門的安全開采設計師事務所，他們會根據本國石材礦山開采安全生產規范的要求、地質勘探報告等資料，利用三地曼軟件對礦體裂隙分布進行可視化描述，為地下開采大理石礦山設計安全錨固系統，建設礦體巖石應力檢測控制系統，并一直進行跟蹤服務。圖15顯示安裝在礦體內部或表面、監測巖石應力或應變的傳感器，通過網絡由專門的技術服務人員進行實時監控。在專用軟件程序的協助下，對得到的數據進行分析，出現異常及時報警，并提出修正和處理意見。


 ▲圖15 檢測洞內巖石應力的傳感器

6地下開采大理石礦山的生產管理
地下開采大理石礦山生產管理的主要內容包括。

6.1生產計劃的編制及修訂
地下開采大理石礦山必須編制年度、月度和周生產計劃，并嚴格按照計劃要求實施開采。還應根據采面礦體情況及時驗證評估地質報告提供的數據與采面礦體實際情況的吻合性，出現差異及時對開采計劃進行修訂。

6.2 地壓數據收集、整理及處理
開采作業時，應定期或實時觀測巖石應力監測系統提供的數據，分析后根據需要提出應對措施。同時也應密切關注石材花色、裂隙走向的變化，根據需要及時調整開采推進方向、保留新的安全礦柱、開拓新的硐室。

6.3 開采過程中的地質工作
不像露天開采那樣，必須自上至下開采全部礦體后開采才能得到處于礦體深部優質品種的石材。地下開采礦山可以有選擇性的開采最優、最好的大理石、也就是說只開采有用的礦體部分，留下無用的礦體做安全礦柱等支撐。所以應制定地下大理石礦山開采過程中的地質勘探計劃，及時了解采面擴大和推進過程中礦體花色變化情況和裂隙分布變化趨勢等礦體信息，有選擇性地開采，確保采出的荒料均為優質品種的石材。也就是通過開采過程中的地質勘探，發現礦體異常并及時調整推進方向，避免損失。

6.4 更科學先進的分析方法
國外許多地下開采大理石礦山都將有限元分析方法引入礦體巖石應力分析，這是一套更科學、更先進、更高效率的巖石應力分析系統。可直觀分析模擬采面內開拓通道、開采硐室、安全礦柱和周圍礦體巖石的應力狀態，建立可視模型，模擬找出巖石應力集中部位，并提出消除危險的最佳方案，是科學監控管理地下開采大理石礦山的有效手段。

6.5 數據統計和成本控制
最佳的運行管理模式是安全生產、控制和降低開采成本的保障。在地下開采大理石時，除了建立科學合理的管理體系外，還應建立一套完整的數據統計分析系統，通過及時仔細的分析，提出優化開采工藝參數的修正方案，使得地下開采設備的能力得到最大的發揮、開采效率和荒料率最高、盡可能控制和降低地下開采大理石的成本。
7適合地下開采大理石的礦山條件
地下開采大理石礦山的安全生產是由一系列安全生產規程、規定、安全保障措施、安全監控系統和安全錨固系統保障的。

7.1 生產作業安全
除了通用的安全生產條例外，地下開采大理石的生產作業還應包含一些特殊的安全作業規程，如各開采工序作業的銜接規定、工序配合及協調作業規定、主輔生產人員協調作業規定、生產和非生產人員安全作業規定、生產工序的安全監控規定等。

7.2 礦體安全
地下開采大理石礦山的礦體安全包括開采硐室側面及頂面礦體裂隙形態的掌握，巖石應力的監測，三相節理裂隙產生落石的錨定加固、以防止頂板和側壁礦體大塊落石，防止碎石掉落的護網加固、水泥噴涂加固，安全礦柱和側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的建設等。

7.3 作業環境安全
地下開采大理石礦山內部作業環境的安全包括安全逃生通道的暢通，應急儲備物品的充足和時效性，換氣系統的可靠工作，照明系統尤其是備用照明裝置的配置，給排水系統的正常工作，不同開采臺階之間永久和臨時道路的加固和維護，開采臺階邊緣的安全護欄，操作者的勞動保護和安全用品等。

7.4 設備使用安全
為了保證地下大理石礦山開采設備的安全使用，必須編制和落實每種設備的安全操作和使用規程。包括臂式鋸、串珠鋸、鉆機等設備在內的全部開采設備；包括叉裝機、挖掘機、運輸車輛等機械在內的全部工程機械；包括空壓機、發電機、排風扇等設備在內的全部輔助設備和設施。

7.5 礦體巖石的安全穩定
為了及時了解洞內礦體巖石的穩定性及應力狀態，應保證監控巖石應力的傳感器、網絡傳輸系統和監視控制室實時處于可靠工作狀態。根據開采推進需要，及時做好備采礦體的巖石應力探測和分析。

7.6 其他安全規定
荒料吊裝和運輸、廢石渣土裝運、道路維護、荒料場、渣土場的安全運行管理要求與露天開采石材礦山相同。
8地下開采大理石礦山的特點綜述
8.1 優點
與露天飾面大理石礦山相比，地下開采大理石礦山具有下述優點。
1、 環保
減少或基本不會對礦體表面的植被和自然環境造成破壞，是一種環保的大理石開采方法。
2、 選擇性最好礦體開采
能夠實現露天開采不能或難以達到礦體部位的優質礦體的開采。可避開礦體裂隙和花色差的礦體部位，有選擇性的開采礦體最優石材花色部位，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。
3、 無需礦體頂層剝離
因為無需再進行大規模的覆蓋層剝離，相同荒料率時地下開采大理石的綜合開采成本略低于露天開采。
4、礦體資源利用率高
在現代化的設計手段、開采機械和成熟開采工藝技術的保障下，確保在不破壞自然環境、最大限度利用石材資源及優選石材花色前提下，實現大理石的開采。
5、礦山耐候性好
實現了在高寒地區開采優質品種大理石時不再受到氣候條件的限制。
6、軟質石材的地下開采成為現實
目前地下開采工藝方法和開采設備已經實現了石灰石、大理石和砂巖的地下開采，花崗石地下開采工藝正在試驗中。

8.2 不足
地下開采大理石礦山雖然具有上述優點，但與露天開采的大理石礦山相比仍有不足。
1、 礦山規模比較小
因作業空間的限制，地下開采大理石礦山的生產規模、產量均低于露天礦山。
2、開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用，但硐室內的安全錨固系統等設施仍需投資，如果荒礦體比較破碎、料率不高及管理不善時，地下開采大理石的開采成本仍會高于露天開采。
3、對作業人員的技術水平要求高
因全部使用機械設備全鋸切開采方法，所以對開采作業和設備操作人員的技術水平要求較高。
4、盲目建礦、安全隱患大
地下開采大理石礦山雖然具有很多優點，但必須按照科學程序進行建設論證、進行詳細的地質勘探、建礦前的正確設計，尤其是安全錨固系統和安全監控系統的設計和建設。如果忽視或不做這些工作，地下開采大理石礦山的安全隱患將遠大于露天開采石材礦山。

總之，為了實現地下開采大理石礦山的科學建設和安全生產，建議準備投入、正在實施建設或已經投產的國內地下開采大理石礦山的從業者，應認真檢查自己的礦山是否符合或達到了安全生產要求，是否能夠保證安全生產，如有缺失或不足，應將遺漏的工作補足，以確保地下開采大理石礦山能夠安全的可持續生產下去。