·420 工程科学学报，第41卷，第4期 表2我国采深1000m以上地下金属矿山统计 表3我国部分金属矿山岩爆发生情况 Table 2 Mining depths greater than 1000 m of underground metal mines Table 3 Rock burst in some metal mines in China in China 矿山名称 目前采深/m 岩爆状况 开采 1300 序号 矿山名称 所在地区 红透山铜矿 发生较强岩爆 深度/m 会泽铅锌矿 1500 发生较强岩爆 1 崟鑫金矿 河南省灵宝市朱阳镇 1600 冬瓜山铜矿 1100 发生中等岩爆 2 会泽铅锌矿 云南省曲靖市会泽县 1500 灵宝盎鑫金矿 1600 发生中等岩爆 六苴铜矿 云南省大姚县六苴镇 1500 二道沟金矿（夹皮沟金矿） 1500 发生中等岩爆 夹皮沟金矿 吉林省桦甸市 1500 玲珑金矿 1150 发生中等岩爆 秦岭金矿 河南省灵宝市故县镇 1400 三山岛金矿 1050 发生轻微岩爆 6 红透山铜矿 辽宁省抚顺市红透山镇 1300 玲南金矿 800 发生轻微岩爆 7 文峪金矿 河南省灵宝市豫灵镇 1300 渣关中金 陕西省潼关县桐峪镇 1200 2.2深井开采中的高温环境与热害治理 9 玲珑金矿 山东省烟台招远市玲珑镇 1150 地下岩层温度随着矿井开采深度的增大而升 四 冬瓜山铜矿 安徽省铜陵市狮子山区 1100 高.据统计，常温带以下，深度每增加100m,岩 11 湘西金矿 湖南省怀化市沅陵县 1100 层温度一般将提高1.7~3.0℃左右.通常情况下， 12 阿舍勒铜矿 新疆维吾尔自治区阿勒泰地区1100 千米以上的深井，岩层温度将超过人体温度，如南非 13 三山岛金矿 山东省莱州市 1050 西部矿井，在深部3000m处，岩层温度最高可达 14 金川二矿区 甘肃金昌市 1000 80℃四.目前，我国开采深度超过1000m的地下 15山东金洲矿业集团 山东威海乳山市 1000 金属矿山己达16个，开采深度超过700m的地下金 16 弓长岭铁矿 辽宁省辽阳市弓长岭区 1000 属矿山有100多处.据各地统计资料，开采深度超 过700m的矿井的岩层温度大都超过35℃，有的接 2 深部开采主要技术难题 近40℃，最高的达到近50℃.如：安徽罗河铁矿，在 700m的深度，东部测得的岩温值为38℃，西部为 进入深部开采后，地应力增大、矿床地质构造和 42℃；广西河池高峰锡矿700m深度达到40℃；山 矿体赋存条件恶化、破碎岩体增多、涌水量加大、井 东三山岛金矿825m深度达到38.5℃；安徽庐江泥 温升高、开采技术条件和环境条件严重恶化，导致开 河铁矿870m深度达到40.9℃.这样的温度值远远 采难度加大、灾害、事故增多、劳动生产率下降、成本 超过我国《地下矿山安全规程》规定的“采掘工作面 急剧增加，给深部金属矿山大规模正常生产和安全、 空气温度不得超过28℃”的标准.高温导致工作面 高效开采带来一系列的工程技术问题8 条件严重恶化，给设备的安全运行、生产效率、工人 2.1高地应力引发的开采动力灾害 的健康、劳动生产率等带来严重影响.当地下作业 深部高地应力场引起岩爆、塌方、冒顶、突水等 环境温度过高时，地下作业人员的注意力、判断和协 开采动力灾害，严重威胁深部开采安全四.地应力 调反应能力会降低，影响工人的工作效率，严重的将 随深度的增加以线性的速率增加.岩爆是采矿开挖 导致事故的发生.据统计资料，矿内环境气温超标 起的扰动能量在岩体中聚集和突然释放的过程. 1℃，工人作业劳动生产率会下降7%~10%3- 地应力越大，开采扰动能量越大，岩爆发生概率和震 因此，必须采取有效的降温措施，井下工作面环境保 级越大.我国地下金属矿进入深部开采的时间较 持合理的温度和湿度，才能保证深部地下开采的正 晚，上世纪进入深部开采的矿山很少，因此观测到岩 常开展. 爆的矿山很少，时间较晚，规模也不大.红透山铜矿 2.3深井采矿的提升能力和提升安全问题 20世纪80年代开采到400m时，就发生过轻微岩 提升是采矿过程中与开挖同等重要的一个环 爆，开采深度达到700m后岩爆逐渐频繁发生，1999 节，随着开采深度增大，提升高度成倍增加，不但使 年发生了2次较强岩爆，破坏力相当于500~600kg 生产效率大幅度下降、生产成本大幅度增加，而且对 (TNT当量).冬瓜山铜矿1999年发生了较强岩爆， 生产安全构成严重威胁 造成大量锚杆钢筋网破坏.到目前为止，我国发生 我国矿山普遍采用摩擦轮多绳提升机，在深度 过显著岩爆的地下金属矿山有8个（见表3）. 小于1000m的范围内，采用这种提升技术是最经济工程科学学报，第 41 卷，第 4 期 表 2 我国采深 1000 m 以上地下金属矿山统计 Table 2 Mining depths greater than 1000 m of underground metal mines in China 序号 矿山名称 所在地区 开采 深度/m 1 崟鑫金矿 河南省灵宝市朱阳镇 1600 2 会泽铅锌矿 云南省曲靖市会泽县 1500 3 六苴铜矿 云南省大姚县六苴镇 1500 4 夹皮沟金矿 吉林省桦甸市 1500 5 秦岭金矿 河南省灵宝市故县镇 1400 6 红透山铜矿 辽宁省抚顺市红透山镇 1300 7 文峪金矿 河南省灵宝市豫灵镇 1300 8 潼关中金 陕西省潼关县桐峪镇 1200 9 玲珑金矿 山东省烟台招远市玲珑镇 1150 10 冬瓜山铜矿 安徽省铜陵市狮子山区 1100 11 湘西金矿 湖南省怀化市沅陵县 1100 12 阿舍勒铜矿 新疆维吾尔自治区阿勒泰地区 1100 13 三山岛金矿 山东省莱州市 1050 14 金川二矿区 甘肃金昌市 1000 15 山东金洲矿业集团 山东威海乳山市 1000 16 弓长岭铁矿 辽宁省辽阳市弓长岭区 1000 2 深部开采主要技术难题 进入深部开采后，地应力增大、矿床地质构造和 矿体赋存条件恶化、破碎岩体增多、涌水量加大、井 温升高、开采技术条件和环境条件严重恶化，导致开 采难度加大、灾害、事故增多、劳动生产率下降、成本 急剧增加，给深部金属矿山大规模正常生产和安全、 高效开采带来一系列的工程技术问题［18--19］． 2. 1 高地应力引发的开采动力灾害 深部高地应力场引起岩爆、塌方、冒顶、突水等 开采动力灾害，严重威胁深部开采安全［20］． 地应力 随深度的增加以线性的速率增加． 岩爆是采矿开挖 引起的扰动能量在岩体中聚集和突然释放的过程． 地应力越大，开采扰动能量越大，岩爆发生概率和震 级越大． 我国地下金属矿进入深部开采的时间较 晚，上世纪进入深部开采的矿山很少，因此观测到岩 爆的矿山很少，时间较晚，规模也不大． 红透山铜矿 20 世纪 80 年代开采到 400 m 时，就发生过轻微岩 爆，开采深度达到 700 m 后岩爆逐渐频繁发生，1999 年发生了 2 次较强岩爆，破坏力相当于 500 ～ 600 kg ( TNT 当量) ． 冬瓜山铜矿 1999 年发生了较强岩爆， 造成大量锚杆钢筋网破坏． 到目前为止，我国发生 过显著岩爆的地下金属矿山有 8 个( 见表 3) ． 表 3 我国部分金属矿山岩爆发生情况 Table 3 Ｒock burst in some metal mines in China 矿山名称 目前采深/m 岩爆状况 红透山铜矿 1300 发生较强岩爆 会泽铅锌矿 1500 发生较强岩爆 冬瓜山铜矿 1100 发生中等岩爆 灵宝崟鑫金矿 1600 发生中等岩爆 二道沟金矿( 夹皮沟金矿) 1500 发生中等岩爆 玲珑金矿 1150 发生中等岩爆 三山岛金矿 1050 发生轻微岩爆 玲南金矿 800 发生轻微岩爆 2. 2 深井开采中的高温环境与热害治理 地下岩层温度随着矿井开采深度的增大而升 高［21］． 据统计，常温带以下，深度每增加 100 m，岩 层温度一般将提高 1. 7 ～ 3. 0 ℃ 左右． 通常情况下， 千米以上的深井，岩层温度将超过人体温度，如南非 西部矿井，在深部 3000 m 处，岩层温度最高可达 80 ℃［22］． 目前，我国开采深度超过 1000 m 的地下 金属矿山已达 16 个，开采深度超过 700 m 的地下金 属矿山有 100 多处． 据各地统计资料，开采深度超 过 700 m 的矿井的岩层温度大都超过 35 ℃，有的接 近40 ℃，最高的达到近 50 ℃ ． 如: 安徽罗河铁矿，在 700 m 的深度，东部测得的岩温值为 38 ℃，西部为 42 ℃ ; 广西河池高峰锡矿 700 m 深度达到 40 ℃ ; 山 东三山岛金矿 825 m 深度达到 38. 5 ℃ ; 安徽庐江泥 河铁矿 870 m 深度达到 40. 9 ℃ ． 这样的温度值远远 超过我国《地下矿山安全规程》规定的“采掘工作面 空气温度不得超过 28 ℃”的标准． 高温导致工作面 条件严重恶化，给设备的安全运行、生产效率、工人 的健康、劳动生产率等带来严重影响． 当地下作业 环境温度过高时，地下作业人员的注意力、判断和协 调反应能力会降低，影响工人的工作效率，严重的将 导致事故的发生． 据统计资料，矿内环境气温超标 1 ℃，工人作业劳动生产率会下降 7% ～ 10%［23--26］． 因此，必须采取有效的降温措施，井下工作面环境保 持合理的温度和湿度，才能保证深部地下开采的正 常开展． 2. 3 深井采矿的提升能力和提升安全问题 提升是采矿过程中与开挖同等重要的一个环 节，随着开采深度增大，提升高度成倍增加，不但使 生产效率大幅度下降、生产成本大幅度增加，而且对 生产安全构成严重威胁． 我国矿山普遍采用摩擦轮多绳提升机，在深度 小于 1000 m 的范围内，采用这种提升技术是最经济 · 024 ·