我国水泥矿山高效可持续发展的措施

张振龙　刘　锋

(兖州中材建设有限公司)



我国水泥矿山高效可持续发展的措施

张振龙刘锋

(兖州中材建设有限公司)

摘要我国水泥矿山存在数量多、规模小、开采技术落后、管理水平低下、资源利用率低、生态破坏严重、地质勘查工作不到位等问题。对此，为实现我国水泥矿山可持续开采、绿色开采的目标，从矿山生产集中化、开采承包化、矿山数字化、设备大型化、管理规范化和技术先进化等方面，探讨了解决该类问题的措施，供相关矿山参考。

关键词水泥矿山高效开采可持续发展绿色开采

矿产资源是人类生存、经济建设和社会发展的物质基础，是一种不可再生的自然资源，须选择最佳的资源配置方式，以提高其利用效率[1]。目前，我国有水泥用石灰石矿山企业约5 000家，其中90%以上的矿山都为小型矿山或私人采矿点[2]，不仅消耗了大量的石灰石矿资源，而且破坏了矿区生态环境[3]，引发了一系列的管理、安全和经济问题。为实现水泥矿山的可持续开采、绿色开采的目标，本研究对确保我国水泥矿山高效可持续发展的措施进行探讨。

1水泥矿山开采现状

(1)地质勘查工作不到位。目前，我国众多的水泥矿山仅在开采初期探查资源储量时进行了资源初探，在后期基建及开采过程中缺乏详细的补充勘探，石灰石矿赋存有溶洞、矿石品位分布不均匀等不良现象，对后期矿石的开采效率、开采安全、配矿、水泥生产质量等都会产生不同程度的影响。

(2)矿山规模小、数量多、无序开采。水泥矿山矿业权分散，存在以探代采、租赁转包、以包代管以及为规避监管而分割开采、大矿小采等不良现象[4]，直接表现为水泥矿山以中—小型矿山为主，数量多、生产规模小、安全监管困难，不仅提高了矿山生产成本，而且加剧了资源浪费和生态破坏。

(3)开采技术落后、资源利用率低。目前，我国水泥矿山普遍规模小，总体投入不足，设备设施水平落后，采矿方式原始粗放[4]，大部分矿山缺乏专业采矿技术人员，导致水泥矿山矿石回采率和资源综合利用率较低，生产成本高，资源浪费严重。

(4)法律法规执行不到位，生态问题突出。法律法规执行不到位，“嫌贫爱富”开采、违规开采现象屡禁不止，安全问题层出不穷。地质灾害危险性评估不足，甚至流于形式，生产过程中疏于防范和管理，导致一些水泥矿山滑坡、崩塌等事故频发。部分矿山剥离物、废石乱堆乱放，堵塞河道，易引发严重的地质灾害，对后期矿区的复垦带来较大的困难。部分矿山复垦和生态恢复治理方案无法得到贯彻执行，采空区裸露，雨水季节造成大量的水土流失，导致严重的环境失衡。

2水泥矿山发展方式

2.1生产集中化

生产集中化，即将区域内一定数量的规模小、机械化程度和管理水平低、安全隐患大的矿山整合组建成大型矿山，提高矿山的开采技术水平、生产效率和生产能力，协调矿山矿石产量和水泥厂需矿量，集中向1个或多个水泥厂供矿，实现规模化和无废化生产。长期以来，部分水泥企业由于自配的矿山生产能力不足或缺乏配置水泥矿山，需外购矿石，然而一旦供应的矿石中断将导致下游水泥厂生产停滞。水泥矿山的生产集中化可减少或完全避免该类问题的产生，可大幅提高水泥矿山的生产能力。南方水泥[5]在矿山生产能力无法满足水泥厂矿石需求的情况下，提出了“建设中心矿山，整合区域资源”的目标，大幅减少了水泥矿山数量，关闭了规模小、开采技术落后、资源利用率低的矿山，既保证了矿山资源的合理利用，又克服了矿区环境无法得到及时治理的弊端。

2.2开采承包化

专业化开采是合理开发和利用水泥矿产资源的有效途径，将矿山生产的各个环节按专业或工艺进行细分，达到提高矿山生产效率的目的。随着对矿山专业化生产要求的提高，国际上出现了开采工程总承包模式，该模式已广泛应用于铁路、电站、冶金等基础建设领域[6]。我国矿山工程的基础建设与矿山开采也由传统单一的自我开采经营模式逐渐向多种开采模式并存过渡。

2.2.1承包开采方式

矿业承包开采是指矿山企业将所属采矿权范围内的矿产资源或基建工程全部或部分承包给具有独立法人资格的外部施工企业，由该企业完成一定生产量或工程量的开采经营方式，以减少初期投资、降低管理工作量[7]。目前，我国矿山企业承包开采方式主要有：①开采总承包，将整个基建工程或矿产资源开采以总承包的形式进行外部承包，如深部开采工程、二期改扩建工程等；②某一块段或区域的矿产资源承包，如露天采场台阶、地下矿山中段开采进行承包；③分包，将矿山开采的某一环节进行承包，如穿爆、采装及运输环节[8-9]。

2.2.2承包开采优点

(1)转移风险。由于地质因素的不确定性，在开采过程中存在诸多的风险因素，矿山企业可通过承包开采模式将部分风险转移给承包单位[9]。

(2)促进新工艺、新技术发展。在项目招投标过程中，为提高中标率，承包单位势必通过优化设计，降低投标价格，在此过程中，大量新工艺、新技术应运而生，并且承包单位的施工技术水平往往较矿山企业更加专业化。

(3)充分发挥技术优势。若矿山建设初期地质勘探不充分，在建设过程中极有可能存在修改设计，导致重新施工的情况，延缓了矿山的正常投产，而承包商可利用自身优势加强地质勘探，充分发挥自身的开采技术水平，对项目建设的全过程进行有效的监督与管理。

(4)缩短基建周期。在承包方式下，地质勘探与设计工作同步执行，使得设计与施工有机结合，从而大幅度缩短基建周期。

(5)降低企业经济负担。承包商可负责解决劳资纠纷，负担年假和病休工资以及培训费用等。

2.3矿山数字化

数字矿山是数字地球理念及技术在矿山勘探、开采及矿山管理中的具体应用，以信息化、自动化和智能化带动矿山开采水平的提升[9]。经过20多年的发展，我国矿山数字化成果主要有：①数字化矿山配矿系统，数字化矿山配矿系统是以地质统计学克里格法为基本依据，建立地质数据库，建立三维地质模型与单元品位估值计算模型，采用模拟开采和线性规划与迭代优化相结合的方法，编制中长期配矿计划及最终生产配矿计划；②生产调度系统，主要由生产现场视频监控器、无线对讲机及中心调度室组成，通过该系统对运输车辆、电铲、钻机和其他机械设备进行实时动态监控，并优化调度和量化管理，从而大大提高矿山生产设备的利用效率，确保安全生产[10-13]。

丹东东方测控技术股份有限公司推出的石灰石矿山智能配矿系统[10]主要由三维矿山数字化模型、精细化配矿系统、车辆智能调度系统、卡车监量系统和在线品位分析系统组成，通过该系统实现了矿山稳定生产，提高了生产效率及低品位资源利用率。对该系统的各子系统进行了优化调整，建立了矿山智能配矿系统，如图1所示。矿山智能配矿系统涵盖矿山三维建模、中长期采矿计划、爆破方案、取样化验、建立地质资料库、中长期配矿计划、配矿自动调整系统、视频监控系统、无线语音通讯系统、GPS 车辆智能化调度、司机考核、卡车装载量监量及混矿品位在线分析等内容，通过该系统的建立可有效解决水泥矿山中混矿后矿石品位不稳定、低品位资源利用率低、生产指挥调度难等问题。

图1　矿山智能配矿系统

2.4设备大型化

随着生产集中度的提高以及矿山承包模式的发展，露天石灰石矿山将向大型化、规模化方向发展，对承包方的技术水平和相应开采能力的要求逐渐提高，与之相匹配的大型矿业设备的需求量也急剧增加。对于开采技术条件相对复杂的矿山，开采、运输成本将大幅度增加，导致矿石成本上升。为降低企业的平均投资和生产成本，降低矿山生产设备的维修难度和企业管理的复杂程度，高效率的穿孔设备、大吨位的铲装运输设备等逐渐得到推广应用[13]。设备的大型化和优化配置提高了装载运输效率，为水泥矿山的均化开采、强化开采创造了条件，同时，低能耗、高效率的矿业生产设备也有助于实现矿山生产过程中的节能减排目标。

2.5管理规范化

(1)加强资源勘探。加大对矿区周边的补充钻探力度，增加矿产资源储量，寻找水泥企业发展的后备矿山资源，在政府的引导、鼓励下，充分调动矿企补充勘探的积极性，促进水泥矿山持续健康发展。对低品位矿山进行开采，延长矿山服务年限，为后续矿山实现数字化配矿、生产调度提供便利。

(2)提高资源利用率。在进行开采设计时，应深入分析研究有关地质资料，详细掌握各矿层的地质情况，结合矿床赋存条件、矿石品位变化特征以及水泥成分的基本要求，利用数字化智能配矿系统，制定矿山开采中长期配矿计划，尽可能使废石、低品位矿石在开采过程中搭配利用，最大限度地利用矿石资源，实现无废开采。提高资源综合利用水平的措施有：①将矿层及部分可搭配的夹层作为矿石生产，将其余品位不合格的夹层全部作为建筑石料生产；②采用横向开采法，工作面垂直走向布置，沿走向推进，使矿层和夹层全部暴露，以便搭配开采；③采用大小孔径联合穿孔法、多角度穿孔法及边角料均化搭配等方法，提高资源的综合利用效率[14]。

2.6开采技术先进化

(1)精确钻孔。根据水泥矿山的矿体特征，选择最佳的钻机参数。在钻孔前，应根据爆区岩性，合理设计炮孔参数；钻孔时，严格控制钻孔精度；钻孔后(装药前)对炮孔进行验收、检查，对不合格的炮孔进行补钻。钻孔精度的控制方法主要有垂线测量法、比对测量法以及在钻机上安装GPS定位系统等方法。此外，杨年华等[15]研制出一种新型钻孔定向装置——电子罗盘，该装置可不受地理位置的影响，适用于不同类型的钻机，在钻孔过程中可随时监控钻孔角度，精度可达0.2°。

(2)精细爆破。精细爆破即通过定量化的爆破设计和精心的爆破施工，对炸药爆炸的能量释放与介质破碎、抛掷等过程进行控制，实现安全可靠、经济合理的爆破作业。爆破质量的优劣制约着矿石铲装、运输及二次破碎，因此有必要在水泥矿山进行精细爆破[16]。

(3)混装炸药。现场混装炸药是采用混装车将乳胶基质与敏化剂等其他物质混合装入炮孔，经过发泡后形成成品炸药。由于在储存、运输和使用环节都不存在成品炸药，排除了常规炸药在上述过程中存在的不安全因素，目前现场混装炸药已在多个石灰石矿得到了成功应用[17-19]。

3结语

分别从水泥矿山生产集中化、开采专业化、矿山数字化、设备大型化及管理规范化等方面，探讨了促进我国水泥矿山高效可持续发展的措施。建立大型矿山、实现水泥矿山的数字化、选择节能的设备是提高矿产资源利用率的必然趋势，也符合我国节能减排、保护生态环境的基本国策，也是建设“绿色矿山”的必由之路。要实现“绿色矿山”的建设目标，水泥矿山开采企业须将矿山开采作为一个系统工程，从矿床勘探、矿山开采、矿山复垦等各个环节进行优化和协调。

参考文献

[1]王巍巍.发展矿业循环经济途径分析[J].中国矿业，2011(S)：114-116.

[2]黄东方.水泥矿山资源综合利用与可持续发展[J].矿业装备，2012(7)：53-57.

[3]庄春来.循环经济——水泥行业可持续发展的有效途径[J].中国水泥，2005(3)：15-19.

[4]欧俊.水泥石灰石矿山绿色发展的思考[J].建材发展导向，2015(8)：18-20.

[5]张建新，王艺璇.转变发展方式系列报道——看南方水泥如何推进矿山资源整合[J].中国水泥，2010(11)：13-16.

[6]刘荣乐.国际矿山工程总承包项目管理问题研究——以赞比亚康科拉铜矿竖井总承包项目为例[D].南昌：南昌大学，2011.

[7]姜坤.承包开采模式下矿山安全管理分析[J].管理科学与经济学，2013(9)：256-257.

[8]王飞.矿山承包办矿模式的探讨[J].中国矿业，2013，22(7)：26-28.

[9]T.S.戈洛辛斯基.澳大利亚矿山承包开采实践经验[J].国外金属矿山，1999(3)：11-16.

[10]张振东，赵英朝，何继荣.水泥矿山的数字化矿山技术应用与研究[J].矿业装备，2012(6)：49-53.

[11]余璨，李峰，张达兵，等.基于DIMINE的红龙厂通矿床地质建模与储量计算[J].金属矿山，2015(2)：108-112.

[12]坚润堂，杨帆，王岩梅，等.西藏白容—岗讲铜(钼)矿三维地质建模及储量估算[J].金属矿山，2015(9)：95-99.

[13]唐光荣.节能低碳构建绿色矿山——水泥灰岩矿山矿产资源综合利用评述[J].矿业装备，2012(7)：48-51.

[14]陈栋.浅谈石灰石资源的研究现状及发展前景[J].科技资讯，2011(9)：96-97.

[15]杨年华，薛里，孟海利，等.精准控制钻孔角度的定向装置研究[J].工程爆破，2011，17(1)：39-42.

[16]谢先启，卢文波.精细爆破[J].工程爆破，2008，14(3)：1-7.

[17]胡燕武，林文勇.现场混装乳化炸药在华润红水河公司露天矿山的应用[J].爆破，2011，28(4)：53-56.

[18]史晓斌，昌德昆，李孝林.现场混装炸药车在宁国海螺露天矿的应用[J].露天采矿技术，2008(1)：7-8.

[19]冯有景，卢文川.BCRH-15DE型现场混装乳化炸药车在南芬铁矿的应用[J].现代矿业，2015(12)：204-205.

(收稿日期2016-02-25)

张振龙(1974—)，男，工程师，272100 山东省济宁市。