姜廷剑

（桦甸市四道沟建龙矿业有限公司，吉林 桦甸 132400）

我国矿产资源需求量的增加，让大部分矿山的浅部资源不断消耗，大量浅部金属资源开采殆尽，为满足目前市场金属消耗需求，国内金属开采行业也转向进入深部开采状态。在这一发展形式下，我国许多地下矿山以进入深部开采或即将进入深部开采[1]。

金属矿山开采深度的增加，使得矿山开采环境逐渐复杂化，主要表现为开采工作环境温度升高、矿山岩体应力条件变化明显，且矿山深部地压升高、通风降温差、作业环境恶劣等问题，不仅会增加开采成本，更会增加开采风险。金属矿山深部开采所存在的问题不仅抑制了金属矿山金属生产能力的提升与矿产资源的回收，更限制了矿山开采的安全与高效运行[2]。

为保障我国金属开采也的可持续发展，满足目前市场金属资源需求，因此对金属矿山深部安全开采的可靠性研究，为金属矿山深部安全开采提供可靠方向。

1 金属矿山深部安全开采的可靠性研究

1.1 深部巷道变形与支护

随着金属矿山开采深度增加，地应力也随之增加。受地应力的影响，矿山深部开采过程中维护原理与浅部开采有着明显区别，这种区别主要由巷道岩体力学性质区别引起。同一矿山中的普通硬岩，在浅部巷道中会呈现征程硬岩特性。而在深部巷道可能会表现出软岩的特征，引起深部巷道与围岩的变形。

受到软岩特征影响，矿山深部原岩处于“浅塑性”状态，由各向压力原岩应力场引起超过岩石自身承受能力的强度挤压，造成岩石潜在状态破坏[3]。金属矿山岩体受到力学性质变化影响，深部开采考虑到岩体结构与岩石强度性质，安全开采工程的支护，还需要考虑金属矿山实际环境的特殊影响，合理控制岩体变形结构，并尽量使巷道围岩处于三向应力状态。巷道围岩挖掘造成的断裂破坏带同样是巷道支撑质量的主要影响因素。在矿山深部高应力环境下，巷道支撑应首先考虑到岩体结构破坏后残余强度的利用。深部巷道岩体硬度应采用先柔后刚手段，采用能量分析进行深部巷道支护。

1.2 深部低压显现与开采动力灾害

从根本上讲，金属矿山深部开采中地应力是低下开采、巷道低压的主要原因[4]。金属矿山深部岩体本处于原始平衡状态，在没有开采活动干扰下，能够很好保持自身结构平衡。深部开采与地下巷道打破了矿山深部地层原有平衡状态，导致地应力释放，从而引发岩体变形与自由面稳定失衡，引起围岩应力重新分布。围岩应力集中与过量位移会导致围岩局部与整体失衡，也就是地压发生过程与机理。深层地压主要受到工程地质条件、岩体质量、受力状态、岩体结构等多种因素影响。深部压力主要表现为冲击地压与变形地压。冲击地压作为一种岩石动力学现象，由围岩内聚集大量弹性变形所释放形成。

在金属矿山内，冲击地压主要变现形式为岩爆，在岩石岩体结构在存储高应变能条件下引发。围岩应力集中或地应力过大等高应变能外部环境也会引发岩爆。

变形地压主要由围岩开挖产生位移引起压力，是地压的基本表现形式。如果岩体条件较好，围岩在发生变形与位移过程中发展到一定程度会停止，维持自身结构稳定性。但受到矿山深部高应力影响，围岩产生大量变形，出现宏观破裂、断面收缩、巷道底鼓等现象。

因此，围岩必须通过支护才能防止过量变形引起岩体结构破坏。

矿山深部围岩与支护结构结合条件下，形成共同承载体，他们相互共同变形、相互制约、相互依存。需要及时采取相应的支护才是，才能有效改善围岩应力结构分布状态，预防围岩失稳与破坏。

1.3 矿山深部开采环境地温升高

与浅部开采不同，随着金属矿山开采深度的增加，岩体温度也逐渐增加。根据实际开采数据表明，随着金属开采深部的增加增温率一般在3℃/100m左右。按照这一数据推断，深度数千米的矿井，岩体温度增高所带来的影响成为矿山开采不能回避的一个安全难题。根据相关资料显示，人体温度在超过自身合适温度后，环境温度每增加1℃，生产效率降低7%～10%。

因此，矿山深部开采需要采取有效经济措施，解决矿山深部通风与降温问题，从而保证深部地下开采正常进行[5]。深度矿井降温以通风为主要手段，但随着矿山开采垂直深度增加，开采增加自然通风系统网络的复杂性。

目前循环通风技术尚不普及，实际应用中面临着诸多困难，在通风流动过程中自净作用机理远没有达到相对成熟的体系。

矿山深部低温升高所带来的热害环境，让通风条件更加复杂。而除通风问题外，对一些采用水利充填的矿山，同样要面临填充料浆运输过程中出现的堵管、料浆离析沉淀以及倍管选择等一系列问题。

2 结语

金属矿山深部开采已经成为今后金属矿山可持续发展的主要趋势。

在金属矿实际地质基础上，明确金属矿山硬岩深部开采动力学特征，结合动静组合作用动力学模式，通过了解岩爆发生机制，对深部安全开采时深部开采环境的巷道室温、硬岩开挖能量释放以及有序调控详细分析，从而实现金属矿山深部安全开采实践较好的发展。