劉國棟(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

工作中接觸并翻閱過國外某地下金屬礦山的部分資料，了解到國外礦山高階段設(shè)計中，多采用三維設(shè)計軟件，可視化體現(xiàn)礦山從基建施工、出礦投產(chǎn)及擴(kuò)充采場數(shù)量、逐漸增加產(chǎn)量直至達(dá)產(chǎn)的礦山全生命周期的活動過程。其中在設(shè)計環(huán)節(jié)，尤其在基建施工的安排上，做到施工人員與環(huán)境的友好和諧，值得國內(nèi)設(shè)計及礦山施工單位學(xué)習(xí)。礦山基建隨著井巷施工向前推進(jìn)，工程一旦揭露到礦體，在完成采場采準(zhǔn)工作后，進(jìn)行采礦即為礦山投產(chǎn)；然后邊生產(chǎn)邊完善整個礦山整體系統(tǒng)，直至達(dá)到礦山規(guī)模，此后才是礦山正常達(dá)產(chǎn)階段，這與國內(nèi)的常規(guī)操作不同[1]。

2 國外某地下金屬礦山基建投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)

2.1 案例礦山概況

國外某地下金屬礦礦體走向南西，傾向南東，傾角約10°，走向長度5.5km，埋藏深度地表以下200～600m。礦區(qū)主要為U1、U2、U3三個礦層具有潛在經(jīng)濟(jì)開采價值，平均厚度分別是0.96m、1.10m、1.18m。礦區(qū)水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件屬于中等類型。沿礦體走向礦層剖面如圖1所示。

礦山采用房柱法采礦工藝，生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a。

礦山開拓系統(tǒng)采用脈外斜井組(共4條斜井，即1條皮帶斜井承擔(dān)礦石提升、1條無軌斜坡道通行無軌設(shè)備及物料、1條索道斜井負(fù)責(zé)人員運輸及1條專用通風(fēng)井組成)， 三個礦層的每個礦層開采均設(shè)有生產(chǎn)斜井組(4～5條)，形成提升運輸、供排水、供電供氣、通風(fēng)系統(tǒng)。其中礦層U1、U2產(chǎn)能為120萬t/a，U3產(chǎn)能為60萬t/a。礦山開拓系統(tǒng)基本構(gòu)架如圖2所示。

圖1 沿走向礦層剖面圖

圖2 三個礦層開拓系統(tǒng)示意圖

2.2 礦山基建環(huán)境創(chuàng)建

國外礦山基建遵循從一處與通達(dá)礦體的關(guān)鍵線路開始，采用大型化、機(jī)械化高效設(shè)備掘進(jìn)。該礦開拓斜井組的四條斜井，是礦山三個礦層的公用工程，是基建的主體，各斜井參數(shù)見表1。國內(nèi)與國外從基建施工程序上差異不大，不同在于對施工人員工作環(huán)境、職業(yè)衛(wèi)生安全的關(guān)注與執(zhí)行力度不夠，尤其體現(xiàn)在井下工程基建通風(fēng)上,國內(nèi)某礦山就發(fā)生過因工作面通風(fēng)不暢、高溫、高濕、粉塵，工人拒絕井下施工的事件。國內(nèi)設(shè)計階段側(cè)重結(jié)果，過程交給施工單位，而國外設(shè)計則是體現(xiàn)礦山全生命周期的活動。圖3、圖4即為該礦從基建開拓斜井組開口施工安排，到正常段斜井組的施工組織轉(zhuǎn)換，并按月掘進(jìn)進(jìn)尺、開挖工作面?zhèn)€數(shù)、施工人員數(shù)量、鑿巖、出渣設(shè)備功率、爆破排塵時間等計算需風(fēng)量，選配合適的風(fēng)機(jī)(組)、風(fēng)筒，井下施工人員始終工作在新鮮風(fēng)流中，滿足職業(yè)衛(wèi)生與安全，達(dá)到和諧友好的工作環(huán)境[2]。

表1 開拓斜井組參數(shù)

①—壓入式風(fēng)筒及風(fēng)機(jī)；②—污風(fēng)；③—風(fēng)機(jī)圖3 斜井組開口初期施工通風(fēng)組織

①—新鮮風(fēng)； ②—風(fēng)機(jī)(組)； ③—掘進(jìn)工作面圖4 斜井正常段掘進(jìn)施工通風(fēng)組織

2.3 礦山基建流程

國外礦山基建安排，簡單講就是從一點到另一點的施工模式，抓關(guān)鍵線路，盡快打通接近礦體的路徑，目的是讓資金投入盡可能少，而見到效益盡可能早。所以其施工一旦揭露到礦體，在完成采場采準(zhǔn)工作后，可以進(jìn)行采礦了，產(chǎn)生現(xiàn)金流有了收益，至此礦山基建就結(jié)束了，這是礦山基建到投產(chǎn)的節(jié)點，具體如圖5所示，在完成主要開拓斜井組、轉(zhuǎn)運皮帶道、部分生產(chǎn)斜井組和形成一個采區(qū)后基建就結(jié)束了。這與國內(nèi)礦山基建的概念不同，因為此時礦山并未完成礦山規(guī)模為300萬t/a的完整開拓運輸系統(tǒng)及其配套輔助系統(tǒng)。

圖5 基建到投產(chǎn)示意圖

2.4 礦山投產(chǎn)與達(dá)產(chǎn)過程

以該礦一個礦層為例，生產(chǎn)斜井組與采區(qū)形成回路后，就可以采礦了，礦山即為投產(chǎn)。但投產(chǎn)僅是可以采礦了，此時井下并未形成滿足礦山300萬t/a必須完成的開拓、采準(zhǔn)采切工程，基建掘進(jìn)因投產(chǎn)變成了生產(chǎn)掘進(jìn)，具體如圖6所示，生產(chǎn)斜井組索道斜井①、斜坡道②、皮帶斜井③、回風(fēng)斜井④繼續(xù)掘進(jìn)下去，采場采出礦石。①、②、③斜井的新鮮風(fēng)流給四條斜井掘進(jìn)工作面及生產(chǎn)采場用風(fēng)，采場污風(fēng)通過風(fēng)橋⑤，并匯集四條斜井掘進(jìn)工作面污風(fēng)，由回風(fēng)斜井④接力排放到開拓斜井組的專用通風(fēng)井出地表。礦山投產(chǎn)是井下采出礦石量不斷爬升的過程，即地下生產(chǎn)斜井組繼續(xù)向前掘進(jìn)，采區(qū)回采盤區(qū)逐漸擴(kuò)大，并相應(yīng)調(diào)整充實井下人員、設(shè)備，構(gòu)筑通風(fēng)線路及分配所需風(fēng)量。

①—索道斜井； ②—斜坡道； ③—皮帶斜井； ④—回風(fēng)井； ⑤—風(fēng)橋圖6 生產(chǎn)斜井組掘進(jìn)與生產(chǎn)采場延伸

隨著生產(chǎn)斜井組向前延伸，新的生產(chǎn)條帶采區(qū)加入到生產(chǎn)序列，礦山產(chǎn)量持續(xù)增加，在最終達(dá)到礦山規(guī)模前合適的時段，具體如圖7所示，生產(chǎn)斜井組回風(fēng)斜井向前延伸，并掘進(jìn)專用回風(fēng)平巷至回風(fēng)井(豎井)，采用反井鉆機(jī)完成回風(fēng)豎井施工，在地面建立風(fēng)機(jī)站，實現(xiàn)礦山對角式通風(fēng)，進(jìn)而完成該礦層的提升運輸、供排水、供電供氣、通風(fēng)系統(tǒng)。此時礦山的開拓斜井組四條斜井均為進(jìn)風(fēng)斜井，調(diào)整了回風(fēng)豎井未建成前的開拓斜井組中三條進(jìn)風(fēng)一條回風(fēng)的生產(chǎn)、掘進(jìn)通風(fēng)模式。3個礦層的基建、投產(chǎn)方式形式上是一樣的，只是細(xì)節(jié)的區(qū)別，礦山在完成投產(chǎn)并形成滿足其規(guī)模所需的開拓系統(tǒng)以及足夠的條帶采區(qū)數(shù)量后，即為投產(chǎn)到達(dá)產(chǎn)的節(jié)點，該礦實現(xiàn)礦山300萬t/a生產(chǎn)能力后，并持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)下去。礦山從基建到投產(chǎn)時間約計3年，從投產(chǎn)到達(dá)產(chǎn)約計4年，礦山從基建到實現(xiàn)礦山規(guī)模共計7年，穩(wěn)產(chǎn)11年后減產(chǎn)，全礦生命周期狀況如圖8所示。

圖7 投產(chǎn)到達(dá)產(chǎn)開拓系統(tǒng)形成示意圖

圖8 礦山從基建、投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)減產(chǎn)生命周期

3 國外基建投達(dá)產(chǎn)模式的優(yōu)缺點分析

國外礦山建設(shè)，初期階段一般從一處開始，并抓住關(guān)鍵線路等咽喉工程掘進(jìn)施工，來完成滿足見礦即投產(chǎn)所需的開拓工程、部分采準(zhǔn)、采切及配套設(shè)施即可，礦山建設(shè)遵循早見礦早產(chǎn)生現(xiàn)金流，基建資金投入越少越好的原則。礦山投產(chǎn)之后，便是滾雪球式的邊掘進(jìn)邊擴(kuò)大生產(chǎn)，這個過程一般歷時數(shù)年，這期間存在著邊完善礦山整體系統(tǒng)與邊生產(chǎn)之間相互影響的問題。國內(nèi)的礦山基建運作模式則不同，國內(nèi)基建工程指的是達(dá)到礦山規(guī)模所需的全部開拓、采準(zhǔn)、采切工程，而基建施工安排是盡可能利用出露地表的井巷工程作為施工點位，或者增加措施工程，創(chuàng)造工作面來加快礦山掘進(jìn)，集中多支基建隊伍完成達(dá)產(chǎn)時所需的開拓、采準(zhǔn)、采切的全部工程及配套設(shè)施，全力搞基建，盡量縮短基建時間，基建完成后，再集中精力做投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)工作，礦山的基建與投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)沒有相互交叉，優(yōu)點是從基建到投達(dá)產(chǎn)時間較短，缺點是基建投資大，意味著資金回收期有可能會拖長。所以，兩者比較起來，國內(nèi)基建模式只有在縮短從基建到達(dá)產(chǎn)的時間長度前提下可能才有優(yōu)勢；對開發(fā)資源稟賦一般及對產(chǎn)品價格因素敏感的礦山，國外該金屬礦山的建設(shè)模式是可取的，對于高品位高附加值的優(yōu)勢資源回收，國內(nèi)建設(shè)模式是有優(yōu)點的。

4 結(jié)論

人類從事采礦歷史上千年，礦山基建中環(huán)境友好和諧越來越被重視；從企業(yè)角度看礦山的開發(fā)，基建時間和基建資金投入最少，投達(dá)產(chǎn)過渡期最短，是礦山利潤最大化的必然追求，國外礦山基建投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)運作中的長處值得借鑒。