曹太彬

四川宏達(dá)技術(shù)中心，中國·四川 德陽 618400

中資企業(yè)在國際投資面臨較大的風(fēng)險。M 煤礦位于非洲T 國N 省L 縣。三層主采煤層平均厚度均在3.5m 以下，剝采比超過7.51m3/t，T 國的炸藥、機(jī)械費(fèi)以及柴油都比中國貴，采用傳統(tǒng)的穿爆工藝成本高于井工煤礦。為了降低開采成本主要從碎巖石和運(yùn)輸成本方式進(jìn)行變革，用硬巖露天采礦機(jī)免爆工藝和用皮帶運(yùn)輸機(jī)降低巖石礦物運(yùn)輸成本的問題。通過計(jì)算采礦機(jī)加管狀皮帶運(yùn)輸?shù)某杀?，成本只是傳統(tǒng)的井工開采成本的62%。隨著經(jīng)濟(jì)成本的降低，開采底部境界可以從原來的+950m 擴(kuò)大到+850m，可供露天開采的資源量從1360 萬噸增加到4600 萬噸，降低了投資風(fēng)險。從下往上開采，采空區(qū)及時回填露天剝離廢石，不但可以阻止邊坡崩塌，覆土后還可以開展生態(tài)建設(shè)。

創(chuàng)新采礦設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)；安全；環(huán)保；降投資風(fēng)險

1 風(fēng)險控制

在2011年，中資某企業(yè)中標(biāo)，與非洲T 國的國家開發(fā)公司NDC 聯(lián)合開發(fā)N 省L 縣的煤電鋼項(xiàng)目。建設(shè)60 萬/年露天煤礦和240 萬噸/年的井工煤礦、4x150MV 的火電機(jī)組和100 萬噸/年鋼材，投資30 億美元，合同規(guī)定期限20年。中資控股80%，NDC 以資源入股占20%。某公司經(jīng)過勘探，證實(shí)不是煉鋼用的焦煤，進(jìn)行了幾千次的實(shí)驗(yàn)，掌握了提鈦的技術(shù)。T 國的國家意志是要降低電價，上網(wǎng)電價和優(yōu)惠政策談判了多年，當(dāng)局至今優(yōu)惠政策沒有公布。電價為10.7 美分。通過計(jì)算，其水電電價不到人民幣7 分錢。隨著“尼雷爾”2100MW 水電站和300Mw 風(fēng)力發(fā)電站的建設(shè)，減少柴油發(fā)電。即使將來國家發(fā)電成本在5 美分以下，但還面臨水風(fēng)火之爭的問題。

中資企業(yè)在國際投資面臨較大風(fēng)險。有政權(quán)更迭風(fēng)險、反對黨與執(zhí)政黨拿中資企業(yè)撕逼的風(fēng)險、民粹主義薅羊毛的風(fēng)險、法律風(fēng)險、文化沖突的的風(fēng)險、工會勢力強(qiáng)大的風(fēng)險、種族歧視風(fēng)險、各國勢力在非洲爭斗的風(fēng)險、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險、以及井工煤礦自身具有的高危風(fēng)險，甚至還有因?yàn)楫?dāng)?shù)厝艘驗(yàn)橥档V石處理不當(dāng)被當(dāng)局吊銷投資者《采礦許可證》的風(fēng)險。面對風(fēng)險，除了采取金融工具，筆者認(rèn)為擴(kuò)大露天礦的生產(chǎn)規(guī)模，不建設(shè)井工煤礦，降低投資風(fēng)險。通過采用硬巖采礦機(jī)和皮帶輸送，降低生產(chǎn)成本，融入該國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血脈。

2 煤層基本情況

M 煤礦位于非洲T 國N 省L 縣。M 煤礦煤層賦存像一個破碎的碗，在碗的中心是個小山丘，煤層埋深0～600m。主要可采煤層有三層。其中M8煤層厚度為0～6.00m，平均厚度為3.32m；M9煤層厚度為0～4.55m，平均厚度為2.2m；M11煤層厚度為0～7.41m，平均厚度為3.14m。還有4 層薄煤與矸石互層的“五花肉”煤層。主采煤層厚度均在3.5m 以下，對露天煤層劃分而言，屬于薄煤層。煤層傾角6～8°，是個凹陷型露天礦[1]。可以在4.3km 外施工一 放水平硐，減少凹陷型露天礦山開采后的積水，對更深部的井工開采滲漏和安全威脅問題。

煤炭出露于地表+1030m 高程。在礦井的北部即碗邊上，可以進(jìn)行露天開采?！兜刭|(zhì)報告》和x 煤炭院認(rèn)為采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采到+950m，剝采比7.51m3/t，再往下采就不經(jīng)濟(jì)了，計(jì)算了可供露天開采的資源量1360 萬噸。因此設(shè)想的是建設(shè)60 萬噸/年的露天煤礦和240 萬噸/年的井工煤礦。

3 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及露天開采成本

3.1 計(jì)算依據(jù)和過程

3.1.1 計(jì)算依據(jù)

傳統(tǒng)的穿爆采裝汽車運(yùn)輸工藝，采用鉆機(jī)鉆孔，裝炸藥起爆，用挖掘機(jī)采裝。爆破會產(chǎn)生大塊巖石，采用礦用汽車運(yùn)輸?！禡 礦可行性研究報告》[2]，采取的是KQ150 潛孔鉆機(jī)和炸藥穿爆，臺階高度H=10m，采用4m3的斗容和32 噸的汽車采裝，用汽車運(yùn)輸外排。非洲T 國沒有工業(yè)基礎(chǔ)，沒有生產(chǎn)炸藥的能力。進(jìn)口的炸藥，不低于2500 美元/T。爆炸輔材按照比中國高1 倍估算。

根據(jù)地質(zhì)報告，巖石的天然抗壓強(qiáng)度值最大為54.9Mpa，即巖石的堅(jiān)固性系f ≦5.49。見表1《巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)》。

人工工資。中國的人工工資定額為55 元。非洲國家的技術(shù)工人勞動素質(zhì)普遍比中國低，按照80%計(jì)算，定為44 元。

機(jī)械費(fèi)。中國的工程機(jī)械，全世界單價最低。運(yùn)到施工工地，鉆桿、鉆頭等鋼材考慮海運(yùn)、關(guān)稅、大陸960km 的陸運(yùn)，按照增加30%計(jì)算；安裝費(fèi)，機(jī)械費(fèi)中的折舊、維修、保養(yǎng)、燃料動力也分別上調(diào)30%到0 不等。

表1 《巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)》

2019年5月，T 國的柴油價格是2146.53 先令/L，運(yùn)到M 礦工地960 公里柴油密度按照柴油0.835kg/L，按照1 元1 噸公里的運(yùn)費(fèi)計(jì)算。1 美元兌換7 元人民幣，兌換2300 先令，2410 先令，計(jì)算批發(fā)價優(yōu)惠8%，也需要2217 先令，也要2217x7/2300=6.74 元/L。而中國定額就5.44 元/L，超過中國24%。各種規(guī)費(fèi)如下表2所示。

表2 工程費(fèi)用基本費(fèi)率表

2016年8月16日，煤炭行業(yè)頒布《煤炭建設(shè)露天剝離工程綜合消耗量定額》（2015 基價）[3]。以此進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)比較，采用ky200 型牙輪鉆機(jī)最經(jīng)濟(jì)，效率最高，穿爆成本最低。

3.1.2 計(jì)算過程

（1）巖石穿爆定額如表3所示。

表3 巖石穿爆定額

（2）采裝定額如表4所示。

表4 巖石采裝定額

（3）汽車運(yùn)輸價格如表5所示。

表5 汽車運(yùn)輸價格定額

（4）排棄費(fèi)用如表6所示。

表6 巖石排棄定額

（5）煤炭開采定額如表7所示。

表7 煤炭穿爆定額

（6）煤炭采裝定額如表8所示。

表8 煤炭采裝定額

（7）煤炭運(yùn)輸如表9所示。

表9 煤炭運(yùn)輸定額

（8）煤炭排棄費(fèi)用按照1400 元錢/1000m3，即1 元/噸。

3.2 煤炭定額匯總

從表5～表8可知，根據(jù)1m3煤密度1.4 換算成噸。

表10 煤炭生產(chǎn)定額匯總

3.3 剝采比與資源量

根據(jù)《地質(zhì)報告》，對礦井北部的資源量計(jì)算，分別計(jì)算到+900m、+850m 高程，計(jì)算的資源量和剝采比如下表11所示。

表11 M 礦露天采區(qū)剝采比與資源量表

中國的露天煤礦一般都開采中厚至巨厚煤層.因而爆破炸飛混入廢渣的煤一般在5%.回收率一般在95%.對于薄煤層，中國礦大與神華集團(tuán)的研究結(jié)果，如果采用爆破工藝，回收率在76%。所以，根據(jù)剝采比調(diào)整除以0.76。

3.4 計(jì)算結(jié)果

通過以上的計(jì)算，如果采用傳統(tǒng)爆破工藝，當(dāng)開采到+950m 的時候，煤炭開采成本453.91/ 噸元；當(dāng)開采到+900m 的時候，煤炭開采成本522.88 元/噸；當(dāng)開采到+850m 的時候，煤炭開采成本556.65 元/噸。根據(jù)《可研報告》井工煤礦的生產(chǎn)成本為70 美元/噸，按照美元兌換人民幣1：7，也就是420 元/噸。成本高于井工開采。這個成本作為煉鋼可以接受。同時也說明可以將露天開采的下部境界擴(kuò)大到+850m。這樣就有4600 萬噸煤可供露天開采。經(jīng)營成本如表12所示。

既然高于井工開采成本，表現(xiàn)出不經(jīng)濟(jì)，還不如井工開采?？墒?，火電廠、鋼鐵廠急需煤炭供應(yīng)。井工煤礦屬于高危行業(yè)，投資大、風(fēng)險大，建設(shè)工期長、資本回報率低。需要尋找新的采礦方式[3]。

表12 非洲T 國露天開采傳統(tǒng)設(shè)計(jì)單位成本估算表

教科書式的采礦基本原理，就是露天煤礦的最終開采境界對應(yīng)的開采成本與井工煤礦相等。筆者突破固有思維，計(jì)算到+900m 和+850m 時的資源量和剝采比。

4 采礦設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)新

4.1 采用硬巖采礦機(jī)免爆工藝

由于非洲T 國的炸藥成本是中國的三倍，首先想到采用采礦機(jī)免爆工藝。據(jù)有關(guān)資料介紹，在澳大利亞甚至用其開采鐵礦石.意大利用“碎巖金剛”采礦機(jī)石灰石.2008年印度露天煤炭產(chǎn)量的1 億1 千萬噸采用維特根采礦機(jī)工藝，全印度約50%露天采煤產(chǎn)量由51 臺套不同規(guī)格的維特根采礦機(jī)開采出。在昆明長水機(jī)場旁邊的石灰礦用威猛地平王。露天采礦機(jī)消耗的是柴油，而不是在T 國昂貴的炸藥。柴油的單價世界上都差不多。選用柴油做動力，跟穿爆定額差不多?！芭c傳統(tǒng)的爆破方式相比，筆者們的工時減少了，而且，每開采1m3的石灰礦石，還可以節(jié)約1 美元的成本”[4]。

在露天采礦機(jī)中，威猛地平王，滾筒以‘自上而下’的旋轉(zhuǎn)方式，巧妙地借助了其自重，以更強(qiáng)勁的沖擊力截碎巖石，從而使巖石適用范圍更廣，地平王可用于最高至200Mpa硬度的巖石切削作業(yè)。根據(jù)《地質(zhì)報告》，巖石的堅(jiān)固性系f ≦5.49。威猛地平王實(shí)現(xiàn)了真正的無爆破、精益開采的效果。它具有的自上而下的切削技術(shù)，使刀齒在不損害設(shè)備牽引力的前提下獲得切削力。對于露天采礦機(jī)的開采成本有4～10 元/噸，主要是與巖石的裂隙有關(guān)。裂隙多，成本就低。本處按照平均7.6 元/噸。巖石密度取2.4。

對于個別巖石裂隙少完整性好的巖石，可以采用松動爆破，或者采用巖石劈裂機(jī)。小型劈裂機(jī)單機(jī)劈裂力度可到880噸。大型機(jī)載式分裂機(jī)主要用于各大礦山的開采大理石、花崗巖、砂巖等名貴采石場的荒料開采、大壩、水電站水工建筑、橋墩等或者是其他用途中對工作效率要求比較高的地方。巖石/混凝土破碎劈裂機(jī)特點(diǎn)：分裂過程中無振動，無沖擊，無噪音，無粉塵，數(shù)秒內(nèi)即可完成分裂任務(wù)。

4.2 采用管狀皮帶運(yùn)輸

機(jī)器行走和滾筒方向一致，滾筒刀齒作用于礦料表面，從接觸開始，刀齒自上而下的運(yùn)動軌跡就會切削出均勻尺寸的一切物料。自上而下的切削方式對于硬巖切削效果更佳顯著，優(yōu)于其他設(shè)備自下而上的切削方式。切削深度可以通過GPS 或激光系統(tǒng)來完成，從而形成一個平整的工作面，提高了物料裝在和運(yùn)輸?shù)男??！巴偷仄酵醪捎锚?dú)一無二的‘自頂向下’切割技術(shù)，能一步到位地將物料截割成152～203mm，礦料粒度可由調(diào)整滾筒切削來控制。相比穿孔，爆破而言，礦料處理更為高效，大幅降低了對初級破碎的要求。非常適合使用管狀皮帶運(yùn)輸”。采用免爆破工藝，不會因放炮而破壞。能實(shí)現(xiàn)柔性布置設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)小半徑三維空間轉(zhuǎn)彎，避免了中間轉(zhuǎn)運(yùn)站的設(shè)立和相應(yīng)輔助設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用。特別適合于空間比較狹小或者有障礙物等復(fù)雜環(huán)境下的輸送線路建設(shè)，縮短了輸送距離，從而降低工程的總造價。能實(shí)現(xiàn)大傾角輸送，普通槽形帶式輸送機(jī)提升角度最大只能達(dá)到18°左右，而圓管帶式輸送機(jī)由于輸送帶將物料圍包在管內(nèi)輸送，增大了物料與輸送帶之間的摩擦力，輸送角度可以進(jìn)一步提高。目前已投入應(yīng)用的圓管帶式輸送機(jī)最大可以達(dá)到30°傾斜輸送。管狀皮帶機(jī)的運(yùn)輸能力大，皮帶機(jī)的運(yùn)輸成本只是汽車運(yùn)輸成本的1/3 是不爭的事實(shí)。

4.3 從下往上采解決環(huán)保問題

這是一個凹陷型露天礦，煤層傾角6-8 度。采礦工藝采用露天采礦機(jī)碎巖石、鏟運(yùn)機(jī)跟隨采礦機(jī)分別裝運(yùn)碎石和煤炭運(yùn)到管狀皮帶機(jī)的尾部裝載口卸入。經(jīng)皮帶遇到地面排土場。從地表最終境界露頭1（+1030m）向+850m 標(biāo)高的煤富集區(qū)，坡度6～8°和3（+1000m）以30°的坡度向境地邊界2 施工開拓溝。采用露頭1 處和底部2 處同時開采的方式，利于開采成本的均衡。1 處廢石就近向4 排土場外排，覆土后成可耕地；2 處的廢石向排土場5 外排。當(dāng)2 處形成內(nèi)排空間，廢石就近填平采空區(qū)。坑口火電廠及煉鋼廠用不完的廢渣，填入采空區(qū)，覆土后也成為可耕地。采空區(qū)的回填，對邊坡起到支撐的作用，阻止了邊幫的崩塌危險。利用采礦機(jī)碎巖成本低和管狀皮帶運(yùn)輸成本的的特點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大開采范圍。

4.4 擴(kuò)大開采范圍

《地質(zhì)報告》表明，露采區(qū)探明111b+122b+333 類資源/儲量1367 萬噸，占總量的3%（計(jì)算至+950m）。中國的露天煤礦一般都開采中厚至巨厚煤層.因而爆破炸飛混入廢渣的煤一般在5%.回收率一般在95%.對于薄煤層，中國礦大與神華集團(tuán)的研究結(jié)果如果采用爆破工藝，回收率在76%，則露天開采區(qū)域可以采出1367*0.76=1038.92 萬噸，按照120 萬噸/年的規(guī)模，考慮1.2 的備用系數(shù)，可以服務(wù)1038.92/（120*1.2）=7.2年。意味著7.2年后需要有個年產(chǎn)300 萬噸的井工煤礦接續(xù)[5]。

通過以上的論證，可以把露天開采范圍擴(kuò)大從+950m擴(kuò)大到+850m，資源量從1360 萬噸擴(kuò)大到4600 萬噸。按照180 萬噸/年的規(guī)模，可以生產(chǎn)20年。

4.5 其他優(yōu)點(diǎn)

4.5.1 分采分選和提高礦石質(zhì)量

當(dāng)煤層中存在0.3～1 米的矸石時，爆破工藝將巖石混入煤層中，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了對廢石的無效運(yùn)輸。采用露天采礦機(jī)，能夠以0.2～0.65 米的可調(diào)采高對煤炭和巖石進(jìn)行截割，就相當(dāng)于刨子.截割下的料通過采礦機(jī)上的皮帶直接輸入跟隨的汽車.采到煤炭就裝入煤炭車，采到巖石就裝入巖石渣車。

4.5.2 大大增強(qiáng)了安全可靠性.

炸藥是危險性物質(zhì)，爆破的飛石，爆破對邊幫巖石的損壞，導(dǎo)致采場滑坡崩落，給人員及設(shè)備造成威脅。邊坡沒有受到爆破的震動，增強(qiáng)了安全性。采用露天采礦機(jī)開采的邊坡，沒有受到爆破震動，邊坡比較完整。

4.5.3 便于管理

由于不再購買鉆機(jī)、挖掘機(jī)，大大減少礦用汽車，人員大量減少。特別是不允許放炮，便于安全管理。采礦機(jī)從筑路機(jī)發(fā)展而來，因而還可以修路。

5 結(jié)語

通過以上的論述，采用傳統(tǒng)的爆破+汽車運(yùn)輸工藝，開采成本高于井工煤礦，而采用硬巖采礦機(jī)的免爆+皮帶運(yùn)輸機(jī)開采工藝，成本只是傳統(tǒng)爆破工藝的62%，低于井工煤礦開采成本。因而可以擴(kuò)大露天開采范圍，滿足合同規(guī)定的20年期限所需煤量。可以避免建井工煤礦。井工煤礦投資大、建設(shè)工期長、安全風(fēng)險大，投資回報率低?！犊裳袌蟾妗酚?jì)算的礦井項(xiàng)目總投資635450.26 千美元，按美元兌換人民幣1：6.5 計(jì)算，41.3 億元。如果采用免爆+管狀皮帶機(jī)工藝，噸煤投資300 元，按照180 萬噸/年的規(guī)模，投資5.4 億元。節(jié)省投資35.9 人民幣億元。降低投資風(fēng)險，降低運(yùn)營成本，環(huán)保又安全。