巖土工程最近已成為礦山運(yùn)營(yíng)不可或缺的一部分。幾十年前，很少有礦山使用基于場(chǎng)地的巖土工程師，巖土工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)支持主要由專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)公司或研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行。如今，全球礦業(yè)公司在公司和礦山層面開(kāi)發(fā)內(nèi)部巖土工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，聘請(qǐng)顧問(wèn)進(jìn)行采礦項(xiàng)目研究或協(xié)助解決特定的地面工程問(wèn)題。這一重要變化是由于20世紀(jì)90年代制定的嚴(yán)格的礦山安全法規(guī)以及礦業(yè)界逐漸認(rèn)識(shí)到有源地面工程在優(yōu)化礦山設(shè)計(jì)和管理巖土工程風(fēng)險(xiǎn)方面的價(jià)值所帶來(lái)的。

雖然大多數(shù)礦業(yè)公司已經(jīng)建立了巖土工程能力，但許多礦業(yè)公司尚未開(kāi)發(fā)或升級(jí)它們。本文旨在提高人們對(duì)巖土工程在采礦中的作用和重要性的認(rèn)識(shí)。

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礦山技術(shù)服務(wù)中的巖土工程師角色

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礦場(chǎng)的巖土工程功能是礦山技術(shù)服務(wù)部門(mén)的一部分。該部門(mén)由若干綜合職能部門(mén)組成，負(fù)責(zé)戰(zhàn)略性礦山規(guī)劃和采礦作業(yè)的有效技術(shù)指導(dǎo)。

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現(xiàn)場(chǎng)巖土工程師的角色是提供地面工程支持，以實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)目標(biāo)，并找出改善礦山設(shè)計(jì)的巖土工程方面的機(jī)會(huì)。此外，該角色的一個(gè)重要方面是及時(shí)向礦山管理層提出改變礦山設(shè)計(jì)和或采礦計(jì)劃以解決巖土工程風(fēng)險(xiǎn)的建議。

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改善礦山設(shè)計(jì)的巖土工程師

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礦山項(xiàng)目研究階段的礦山設(shè)計(jì)基于研究開(kāi)展時(shí)可獲得的信息。人們認(rèn)識(shí)到，在這個(gè)階段，通常可用的巖體總數(shù)有限，并且有必要做出許多假設(shè)。隨著礦山的發(fā)展和新的地質(zhì)，巖土工程和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的收集以及現(xiàn)有挖掘的性能分析，有必要重新評(píng)估設(shè)計(jì)假設(shè)，并在必要時(shí)修改初始設(shè)計(jì)。礦山管理部門(mén)有責(zé)任尋求持續(xù)改進(jìn)初始礦山設(shè)計(jì)，以安全地提高礦山價(jià)值并降低長(zhǎng)期生產(chǎn)狀況。

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讓我們看一下通過(guò)巖土工程改進(jìn)礦山設(shè)計(jì)的幾個(gè)例子。

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露天采礦

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露天采礦作業(yè)的價(jià)值主要取決于礦石與廢鋼帶比率。提取礦石的浪費(fèi)越少，露天礦產(chǎn)生的收入就越高。露天礦斜坡幾何形狀（或斜坡角）是礦山設(shè)計(jì)的核心，它是由巖土工程師根據(jù)巖石力學(xué)原理確定的。由他們保管設(shè)計(jì)穩(wěn)定的斜坡以產(chǎn)生最大的挖掘價(jià)值。在大型露天礦坑中，傾斜角度改變一度可導(dǎo)致廢物量增加或減少幾個(gè)百分點(diǎn)，這對(duì)總成本具有顯著影響。

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值得注意的是，大多數(shù)礦坑項(xiàng)目都是在可行性水平巖土工程設(shè)計(jì)上執(zhí)行。詳細(xì)的巖土工程設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)礦坑開(kāi)采經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響。

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地下采礦

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對(duì)于地下運(yùn)營(yíng)優(yōu)化礦山基礎(chǔ)設(shè)施和礦石通道布局可以節(jié)省數(shù)百米的UG開(kāi)發(fā)。微調(diào)采礦方法參數(shù)（例如采場(chǎng)尺寸，提升高度）可以增加關(guān)鍵的UG操作度量——每米開(kāi)發(fā)的提取量。雖然這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但優(yōu)化地面支持要求可以提高開(kāi)發(fā)率。這些設(shè)計(jì)改進(jìn)中的每一項(xiàng)都可以提高礦山價(jià)值。

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值得注意的是，詳細(xì)的巖土工程設(shè)計(jì)也可能得出結(jié)論，即初始巖土工程設(shè)計(jì)過(guò)于樂(lè)觀(guān)，并提出修正以降低采礦計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)。

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必須充分探索通過(guò)連續(xù)巖土工程在礦山設(shè)計(jì)中創(chuàng)造價(jià)值的機(jī)會(huì)。對(duì)初始設(shè)計(jì)的所有修改都應(yīng)得到合格且經(jīng)驗(yàn)豐富的巖土工程師進(jìn)行的聲音分析的支持。

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巖土工程師與風(fēng)險(xiǎn)管理

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由于在設(shè)計(jì)階段對(duì)巖土工程條件的考慮不足或在采礦作業(yè)期間缺乏主動(dòng)地面工程而導(dǎo)致地面控制的喪失可能導(dǎo)致失敗，這里有一些例子：

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臺(tái)階和斜坡失效
不受控制的地面墜落
不受控制的下沉
不受控制的采空區(qū)或采空區(qū)
巖爆和其他地震事件
支柱故障包括冠和門(mén)檻柱
采場(chǎng)，礦石通道或豎井失效
未固結(jié)的地面或填充物或水體的英寸

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由局部巖土工程故障引起的延誤推遲了創(chuàng)收并擾亂了計(jì)劃的工作活動(dòng)。重大的巖土工程故障可能導(dǎo)致無(wú)法獲得資源和設(shè)備損失，從而導(dǎo)致礦山停工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及成本高昂的恢復(fù)工作。如果發(fā)生威脅公共安全，基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境的災(zāi)難性巖土工程故障，也可以永久關(guān)閉采礦作業(yè)。

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失去地面控制造成的巖土工程風(fēng)險(xiǎn)是真實(shí)的，不應(yīng)掉以輕心。對(duì)其對(duì)采礦過(guò)程或被動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理方法的影響缺乏了解將最終導(dǎo)致不安全的工作條件，并可能導(dǎo)致礦山價(jià)值的顯著降低。

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在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，全球礦業(yè)公司采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行地面控制風(fēng)險(xiǎn)管理。無(wú)論管轄區(qū)域如何，每個(gè)采礦作業(yè)都需要制定和實(shí)施特定地點(diǎn)的地面控制管理計(jì)劃。

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該框架用于管理從設(shè)計(jì)到實(shí)施和驗(yàn)證的地面控制，這通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：

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概述了地面控制的系統(tǒng)方法。
描述巖土災(zāi)害報(bào)告和交流的過(guò)程。
概述過(guò)程并為地面條件變化的預(yù)測(cè)，識(shí)別，監(jiān)測(cè)，評(píng)估和控制提供指導(dǎo)。
在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的情況下為變更管理提供指導(dǎo)。

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有效實(shí)施地面控制管理計(jì)劃的礦場(chǎng)應(yīng)具備可識(shí)別可能導(dǎo)致計(jì)劃外地面故障的因素的技術(shù)，控制和程序，并提供預(yù)防措施以防止此類(lèi)結(jié)果。

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結(jié)束語(yǔ)

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應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，由于對(duì)材料特性，荷載條件和巖體結(jié)構(gòu)的不完全了解，最初的礦山巖土工程設(shè)計(jì)是在普遍不確定的環(huán)境中進(jìn)行的。因此，需要連續(xù)的巖土工程數(shù)據(jù)收集和分析，以確保礦山設(shè)計(jì)基于實(shí)際條件并且是最佳的。

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設(shè)計(jì)執(zhí)行階段的巖土工程不確定性應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)特定的風(fēng)險(xiǎn)管理框架（地面控制管理計(jì)劃）進(jìn)行管理，以防止不必要的結(jié)果，或至少將其后果降低到可接受的水平。

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巖土工程可以為礦山規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)過(guò)程增加的價(jià)值不容低估。獲得地面工程的礦井能夠高效運(yùn)行，并且具有最小的實(shí)際巖土工程難度和危險(xiǎn)。