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

地下開采大理石礦山近年來成為國內(nèi)石材礦山行業(yè)熱議的話題，與其他礦種的地下開采相比，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(zhì)勘探、礦山設計、開采工藝方案的選擇及安全生產(chǎn)監(jiān)等基本要求。

5 地下開采大理石礦山基本建設
除了前述開拓和荒料開采作業(yè)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(tǒng)的建設
首先要根據(jù)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(tǒng)，據(jù)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(diào)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(tǒng)
因為地下開采大理石的開采設備全部為電力驅(qū)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(tǒng)
為了降低干切時產(chǎn)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(nèi)設置有供應量充足及排泄能力足夠的給排水系統(tǒng)。
3、 照明系統(tǒng)
地下開采礦山、尤其是通過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、通風換氣系統(tǒng)
地下開采礦山的換氣系統(tǒng)（圖14）通常配備軸流風機，換氣效果必須達到國家有關(guān)地下礦山開采作業(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?shù)某隹?，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(yè)人員的逃生通道。對于在井巷內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)的設置
安全監(jiān)控系統(tǒng)是保證地下開采大理石礦山安全生產(chǎn)的“眼睛”。除了礦山在設計階段，根據(jù)地質(zhì)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(tǒng)建設外，開采工程中的還必須實時監(jiān)測礦體應力狀態(tài)和地壓變化情況，因此必須建立一套完整的實時監(jiān)控采面及周邊巖石、安全礦柱等礦體部位的應力監(jiān)控系統(tǒng)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(jù)本國石材礦山開采安全生產(chǎn)規(guī)范的要求、地質(zhì)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(tǒng)，建設礦體巖石應力檢測控制系統(tǒng)，并一直進行跟蹤服務。圖15顯示安裝在礦體內(nèi)部或表面、監(jiān)測巖石應力或應變的傳感器，通過網(wǎng)絡由專門的技術(shù)服務人員進行實時監(jiān)控。在專用軟件程序的協(xié)助下，對得到的數(shù)據(jù)進行分析，出現(xiàn)異常及時報警，并提出修正和處理意見。


 ▲圖15 檢測洞內(nèi)巖石應力的傳感器

6地下開采大理石礦山的生產(chǎn)管理
地下開采大理石礦山生產(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(chǎn)計劃，并嚴格按照計劃要求實施開采。還應根據(jù)采面礦體情況及時驗證評估地質(zhì)報告提供的數(shù)據(jù)與采面礦體實際情況的吻合性，出現(xiàn)差異及時對開采計劃進行修訂。

6.2 地壓數(shù)據(jù)收集、整理及處理
開采作業(yè)時，應定期或?qū)崟r觀測巖石應力監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，分析后根據(jù)需要提出應對措施。同時也應密切關(guān)注石材花色、裂隙走向的變化，根據(jù)需要及時調(diào)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(zhì)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(yōu)質(zhì)品種的石材。地下開采礦山可以有選擇性的開采最優(yōu)、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(zhì)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(yōu)質(zhì)品種的石材。也就是通過開采過程中的地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)礦體異常并及時調(diào)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(tǒng)。可直觀分析模擬采面內(nèi)開拓通道、開采硐室、安全礦柱和周圍礦體巖石的應力狀態(tài)，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(jiān)控管理地下開采大理石礦山的有效手段。

6.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和成本控制
最佳的運行管理模式是安全生產(chǎn)、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(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)，通過及時仔細的分析，提出優(yōu)化開采工藝參數(shù)的修正方案，使得地下開采設備的能力得到最大的發(fā)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(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，地下開采大理石的生產(chǎn)作業(yè)還應包含一些特殊的安全作業(yè)規(guī)程，如各開采工序作業(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
地下開采大理石礦山的礦體安全包括開采硐室側(cè)面及頂面礦體裂隙形態(tài)的掌握，巖石應力的監(jiān)測，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的建設等。

7.3 作業(yè)環(huán)境安全
地下開采大理石礦山內(nèi)部作業(yè)環(huán)境的安全包括安全逃生通道的暢通，應急儲備物品的充足和時效性，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(guī)程。包括臂式鋸、串珠鋸、鉆機等設備在內(nèi)的全部開采設備；包括叉裝機、挖掘機、運輸車輛等機械在內(nèi)的全部工程機械；包括空壓機、發(fā)電機、排風扇等設備在內(nèi)的全部輔助設備和設施。

7.5 礦體巖石的安全穩(wěn)定
為了及時了解洞內(nèi)礦體巖石的穩(wěn)定性及應力狀態(tài)，應保證監(jiān)控巖石應力的傳感器、網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)和監(jiān)視控制室實時處于可靠工作狀態(tài)。根據(jù)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(guī)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(yōu)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(yōu)點。
1、 環(huán)保
減少或基本不會對礦體表面的植被和自然環(huán)境造成破壞，是一種環(huán)保的大理石開采方法。
2、 選擇性最好礦體開采
能夠?qū)崿F(xiàn)露天開采不能或難以達到礦體部位的優(yōu)質(zhì)礦體的開采?？杀荛_礦體裂隙和花色差的礦體部位，有選擇性的開采礦體最優(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。
3、 無需礦體頂層剝離
因為無需再進行大規(guī)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(xiàn)代化的設計手段、開采機械和成熟開采工藝技術(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，實現(xiàn)大理石的開采。
5、礦山耐候性好
實現(xiàn)了在高寒地區(qū)開采優(yōu)質(zhì)品種大理石時不再受到氣候條件的限制。
6、軟質(zhì)石材的地下開采成為現(xiàn)實
目前地下開采工藝方法和開采設備已經(jīng)實現(xiàn)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(yōu)點，但與露天開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(nèi)的安全錨固系統(tǒng)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(yè)人員的技術(shù)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(yè)和設備操作人員的技術(shù)水平要求較高。
4、盲目建礦、安全隱患大
地下開采大理石礦山雖然具有很多優(yōu)點，但必須按照科學程序進行建設論證、進行詳細的地質(zhì)勘探、建礦前的正確設計，尤其是安全錨固系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)地下開采大理石礦山的科學建設和安全生產(chǎn)，建議準備投入、正在實施建設或已經(jīng)投產(chǎn)的國內(nèi)地下開采大理石礦山的從業(yè)者，應認真檢查自己的礦山是否符合或達到了安全生產(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(xù)生產(chǎn)下去。