地下大理石矿山的选定、设计及安全生产基本要求（下）

作者：廖原时
/ 高级工程师
/ 矿山开采与加工技术专家
/ 机械装备技术专家

地下开采大理石矿山近年来成为国内石材矿山行业热议的话题，与其他矿种的地下开采相比，除了安全生产监控等共性要求外，地下大理石矿山开采（又称洞采大理石矿山）还有一些特殊的要求。本文将讨论地下大理石矿山的选建原则、前期地质勘探、矿山设计、开采工艺方案的选择及安全生产监等基本要求。

5 地下开采大理石矿山基本建设
除了前述开拓和荒料开采作业外，地下开采大理石矿山的基本建设应包括下面几个方面。

5.1 开拓运输系统的建设
首先要根据矿山的总图设计确定地下开采大理石矿山的开拓运输系统，据此修建通向洞口的道路、洞口处的工作平台（图13）、洞口到开采硐室的永久或临时道路、与这些道路配套的错车道路和车辆调头场地等。


 ▲图13 地下开采大理石矿山的入口

5.2 辅助设施建设
地下开采大理石矿山的主要辅助设施如下。
1、 供电系统
因为地下开采大理石的开采设备全部为电力驱动，所以矿山必须具备容量充足的供电能力、必要时还需配套备用电源。
2、给排水系统
为了降低干切时产生的粉尘污染，绝大部分地下开采锯切设备都采用湿切方式，即使使用干切链臂锯，也要喷洒一些水雾降尘，这就需要洞内设置有供应量充足及排泄能力足够的给排水系统。
3、 照明系统
地下开采矿山、尤其是通过隧道才能深入矿体内部采面的矿山，需要有全天良好的照明系统，以及备用照明电源，照明光源必须使用低电压安全照明装置。
4、通风换气系统
地下开采矿山的换气系统（图14）通常配备轴流风机，换气效果必须达到国家有关地下矿山开采作业环境的清新空气质量要求。
5、安全逃生通道和应急物品储备
矿山的洞口通常也是开采设备、荒料及废弃石渣运输的出口，对于只有一个洞口的地下开采大理石矿山，应选择合适位置修建作业人员的逃生通道。对于在井巷内深处修建的地下开采大理石矿山，还应设置紧急情况下应急物品储备库。


 ▲图14 地下开采大理石矿山的换气管道

5.3安全监控系统的设置
安全监控系统是保证地下开采大理石矿山安全生产的“眼睛”。除了矿山在设计阶段，根据地质报告描述的矿体裂隙详情而设计、并在开拓阶段实施的安全锚固系统建设外，开采工程中的还必须实时监测矿体应力状态和地压变化情况，因此必须建立一套完整的实时监控采面及周边岩石、安全矿柱等矿体部位的应力监控系统和安全保障应急措施。

在意大利等先进石材矿山开采国家，都有专门的安全开采设计师事务所，他们会根据本国石材矿山开采安全生产规范的要求、地质勘探报告等资料，利用三地曼软件对矿体裂隙分布进行可视化描述，为地下开采大理石矿山设计安全锚固系统，建设矿体岩石应力检测控制系统，并一直进行跟踪服务。图15显示安装在矿体内部或表面、监测岩石应力或应变的传感器，通过网络由专门的技术服务人员进行实时监控。在专用软件程序的协助下，对得到的数据进行分析，出现异常及时报警，并提出修正和处理意见。


 ▲图15 检测洞内岩石应力的传感器

6地下开采大理石矿山的生产管理
地下开采大理石矿山生产管理的主要内容包括。

6.1生产计划的编制及修订
地下开采大理石矿山必须编制年度、月度和周生产计划，并严格按照计划要求实施开采。还应根据采面矿体情况及时验证评估地质报告提供的数据与采面矿体实际情况的吻合性，出现差异及时对开采计划进行修订。

6.2 地压数据收集、整理及处理
开采作业时，应定期或实时观测岩石应力监测系统提供的数据，分析后根据需要提出应对措施。同时也应密切关注石材花色、裂隙走向的变化，根据需要及时调整开采推进方向、保留新的安全矿柱、开拓新的硐室。

6.3 开采过程中的地质工作
不像露天开采那样，必须自上至下开采全部矿体后开采才能得到处于矿体深部优质品种的石材。地下开采矿山可以有选择性的开采最优、最好的大理石、也就是说只开采有用的矿体部分，留下无用的矿体做安全矿柱等支撑。所以应制定地下大理石矿山开采过程中的地质勘探计划，及时了解采面扩大和推进过程中矿体花色变化情况和裂隙分布变化趋势等矿体信息，有选择性地开采，确保采出的荒料均为优质品种的石材。也就是通过开采过程中的地质勘探，发现矿体异常并及时调整推进方向，避免损失。

6.4 更科学先进的分析方法
国外许多地下开采大理石矿山都将有限元分析方法引入矿体岩石应力分析，这是一套更科学、更先进、更高效率的岩石应力分析系统。可直观分析模拟采面内开拓通道、开采硐室、安全矿柱和周围矿体岩石的应力状态，建立可视模型，模拟找出岩石应力集中部位，并提出消除危险的最佳方案，是科学监控管理地下开采大理石矿山的有效手段。

6.5 数据统计和成本控制
最佳的运行管理模式是安全生产、控制和降低开采成本的保障。在地下开采大理石时，除了建立科学合理的管理体系外，还应建立一套完整的数据统计分析系统，通过及时仔细的分析，提出优化开采工艺参数的修正方案，使得地下开采设备的能力得到最大的发挥、开采效率和荒料率最高、尽可能控制和降低地下开采大理石的成本。
7适合地下开采大理石的矿山条件
地下开采大理石矿山的安全生产是由一系列安全生产规程、规定、安全保障措施、安全监控系统和安全锚固系统保障的。

7.1 生产作业安全
除了通用的安全生产条例外，地下开采大理石的生产作业还应包含一些特殊的安全作业规程，如各开采工序作业的衔接规定、工序配合及协调作业规定、主辅生产人员协调作业规定、生产和非生产人员安全作业规定、生产工序的安全监控规定等。

7.2 矿体安全
地下开采大理石矿山的矿体安全包括开采硐室侧面及顶面矿体裂隙形态的掌握，岩石应力的监测，三相节理裂隙产生落石的锚定加固、以防止顶板和侧壁矿体大块落石，防止碎石掉落的护网加固、水泥喷涂加固，安全矿柱和侧面矿体安全边坡及保持其整体性的锚定加固，洞口顶部的安全和清扫平台的建设等。

7.3 作业环境安全
地下开采大理石矿山内部作业环境的安全包括安全逃生通道的畅通，应急储备物品的充足和时效性，换气系统的可靠工作，照明系统尤其是备用照明装置的配置，给排水系统的正常工作，不同开采台阶之间永久和临时道路的加固和维护，开采台阶边缘的安全护栏，操作者的劳动保护和安全用品等。

7.4 设备使用安全
为了保证地下大理石矿山开采设备的安全使用，必须编制和落实每种设备的安全操作和使用规程。包括臂式锯、串珠锯、钻机等设备在内的全部开采设备；包括叉装机、挖掘机、运输车辆等机械在内的全部工程机械；包括空压机、发电机、排风扇等设备在内的全部辅助设备和设施。

7.5 矿体岩石的安全稳定
为了及时了解洞内矿体岩石的稳定性及应力状态，应保证监控岩石应力的传感器、网络传输系统和监视控制室实时处于可靠工作状态。根据开采推进需要，及时做好备采矿体的岩石应力探测和分析。

7.6 其他安全规定
荒料吊装和运输、废石渣土装运、道路维护、荒料场、渣土场的安全运行管理要求与露天开采石材矿山相同。
8地下开采大理石矿山的特点综述
8.1 优点
与露天饰面大理石矿山相比，地下开采大理石矿山具有下述优点。
1、 环保
减少或基本不会对矿体表面的植被和自然环境造成破坏，是一种环保的大理石开采方法。
2、 选择性最好矿体开采
能够实现露天开采不能或难以达到矿体部位的优质矿体的开采。可避开矿体裂隙和花色差的矿体部位，有选择性的开采矿体最优石材花色部位，留下不需要的矿体部位作为安全矿柱，所以能够获得更高的荒料率，减少石材资源的浪费。
3、 无需矿体顶层剥离
因为无需再进行大规模的覆盖层剥离，相同荒料率时地下开采大理石的综合开采成本略低于露天开采。
4、矿体资源利用率高
在现代化的设计手段、开采机械和成熟开采工艺技术的保障下，确保在不破坏自然环境、最大限度利用石材资源及优选石材花色前提下，实现大理石的开采。
5、矿山耐候性好
实现了在高寒地区开采优质品种大理石时不再受到气候条件的限制。
6、软质石材的地下开采成为现实
目前地下开采工艺方法和开采设备已经实现了石灰石、大理石和砂岩的地下开采，花岗石地下开采工艺正在试验中。

8.2 不足
地下开采大理石矿山虽然具有上述优点，但与露天开采的大理石矿山相比仍有不足。
1、 矿山规模比较小
因作业空间的限制，地下开采大理石矿山的生产规模、产量均低于露天矿山。
2、开采成本略高于露天矿山
虽然地下大理石矿山省去了矿体表层的剥离费用，但硐室内的安全锚固系统等设施仍需投资，如果荒矿体比较破碎、料率不高及管理不善时，地下开采大理石的开采成本仍会高于露天开采。
3、对作业人员的技术水平要求高
因全部使用机械设备全锯切开采方法，所以对开采作业和设备操作人员的技术水平要求较高。
4、盲目建矿、安全隐患大
地下开采大理石矿山虽然具有很多优点，但必须按照科学程序进行建设论证、进行详细的地质勘探、建矿前的正确设计，尤其是安全锚固系统和安全监控系统的设计和建设。如果忽视或不做这些工作，地下开采大理石矿山的安全隐患将远大于露天开采石材矿山。

总之，为了实现地下开采大理石矿山的科学建设和安全生产，建议准备投入、正在实施建设或已经投产的国内地下开采大理石矿山的从业者，应认真检查自己的矿山是否符合或达到了安全生产要求，是否能够保证安全生产，如有缺失或不足，应将遗漏的工作补足，以确保地下开采大理石矿山能够安全的可持续生产下去。