国外某金属矿山基建投产达产过程分析

2020-11-23刘国栋中国恩菲工程技术有限公司北京100038

中国矿山工程 2020年5期

刘国栋(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

工作中接触并翻阅过国外某地下金属矿山的部分资料，了解到国外矿山高阶段设计中，多采用三维设计软件，可视化体现矿山从基建施工、出矿投产及扩充采场数量、逐渐增加产量直至达产的矿山全生命周期的活动过程。其中在设计环节，尤其在基建施工的安排上，做到施工人员与环境的友好和谐，值得国内设计及矿山施工单位学习。矿山基建随着井巷施工向前推进，工程一旦揭露到矿体，在完成采场采准工作后，进行采矿即为矿山投产；然后边生产边完善整个矿山整体系统，直至达到矿山规模，此后才是矿山正常达产阶段，这与国内的常规操作不同[1]。

2 国外某地下金属矿山基建投产达产

2.1 案例矿山概况

国外某地下金属矿矿体走向南西，倾向南东，倾角约10°，走向长度5.5km，埋藏深度地表以下200～600m。矿区主要为U1、U2、U3三个矿层具有潜在经济开采价值，平均厚度分别是0.96m、1.10m、1.18m。矿区水文地质条件及工程地质条件属于中等类型。沿矿体走向矿层剖面如图1所示。

矿山采用房柱法采矿工艺，生产规模为300万t/a。

矿山开拓系统采用脉外斜井组(共4条斜井，即1条皮带斜井承担矿石提升、1条无轨斜坡道通行无轨设备及物料、1条索道斜井负责人员运输及1条专用通风井组成)，三个矿层的每个矿层开采均设有生产斜井组(4～5条)，形成提升运输、供排水、供电供气、通风系统。其中矿层U1、U2产能为120万t/a，U3产能为60万t/a。矿山开拓系统基本构架如图2所示。

图1 沿走向矿层剖面图

图2 三个矿层开拓系统示意图

2.2 矿山基建环境创建

国外矿山基建遵循从一处与通达矿体的关键线路开始，采用大型化、机械化高效设备掘进。该矿开拓斜井组的四条斜井，是矿山三个矿层的公用工程，是基建的主体，各斜井参数见表1。国内与国外从基建施工程序上差异不大，不同在于对施工人员工作环境、职业卫生安全的关注与执行力度不够，尤其体现在井下工程基建通风上,国内某矿山就发生过因工作面通风不畅、高温、高湿、粉尘，工人拒绝井下施工的事件。国内设计阶段侧重结果，过程交给施工单位，而国外设计则是体现矿山全生命周期的活动。图3、图4即为该矿从基建开拓斜井组开口施工安排，到正常段斜井组的施工组织转换，并按月掘进进尺、开挖工作面个数、施工人员数量、凿岩、出渣设备功率、爆破排尘时间等计算需风量，选配合适的风机(组)、风筒，井下施工人员始终工作在新鲜风流中，满足职业卫生与安全，达到和谐友好的工作环境[2]。

表1 开拓斜井组参数

①—压入式风筒及风机；②—污风；③—风机图3 斜井组开口初期施工通风组织

①—新鲜风； ②—风机(组)； ③—掘进工作面图4 斜井正常段掘进施工通风组织

2.3 矿山基建流程

国外矿山基建安排，简单讲就是从一点到另一点的施工模式，抓关键线路，尽快打通接近矿体的路径，目的是让资金投入尽可能少，而见到效益尽可能早。所以其施工一旦揭露到矿体，在完成采场采准工作后，可以进行采矿了，产生现金流有了收益，至此矿山基建就结束了，这是矿山基建到投产的节点，具体如图5所示，在完成主要开拓斜井组、转运皮带道、部分生产斜井组和形成一个采区后基建就结束了。这与国内矿山基建的概念不同，因为此时矿山并未完成矿山规模为300万t/a的完整开拓运输系统及其配套辅助系统。

图5 基建到投产示意图

2.4 矿山投产与达产过程

以该矿一个矿层为例，生产斜井组与采区形成回路后，就可以采矿了，矿山即为投产。但投产仅是可以采矿了，此时井下并未形成满足矿山300万t/a必须完成的开拓、采准采切工程，基建掘进因投产变成了生产掘进，具体如图6所示，生产斜井组索道斜井①、斜坡道②、皮带斜井③、回风斜井④继续掘进下去，采场采出矿石。①、②、③斜井的新鲜风流给四条斜井掘进工作面及生产采场用风，采场污风通过风桥⑤，并汇集四条斜井掘进工作面污风，由回风斜井④接力排放到开拓斜井组的专用通风井出地表。矿山投产是井下采出矿石量不断爬升的过程，即地下生产斜井组继续向前掘进，采区回采盘区逐渐扩大，并相应调整充实井下人员、设备，构筑通风线路及分配所需风量。

①—索道斜井； ②—斜坡道； ③—皮带斜井； ④—回风井； ⑤—风桥图6 生产斜井组掘进与生产采场延伸

随着生产斜井组向前延伸，新的生产条带采区加入到生产序列，矿山产量持续增加，在最终达到矿山规模前合适的时段，具体如图7所示，生产斜井组回风斜井向前延伸，并掘进专用回风平巷至回风井(竖井)，采用反井钻机完成回风竖井施工，在地面建立风机站，实现矿山对角式通风，进而完成该矿层的提升运输、供排水、供电供气、通风系统。此时矿山的开拓斜井组四条斜井均为进风斜井，调整了回风竖井未建成前的开拓斜井组中三条进风一条回风的生产、掘进通风模式。3个矿层的基建、投产方式形式上是一样的，只是细节的区别，矿山在完成投产并形成满足其规模所需的开拓系统以及足够的条带采区数量后，即为投产到达产的节点，该矿实现矿山300万t/a生产能力后，并持续稳产下去。矿山从基建到投产时间约计3年，从投产到达产约计4年，矿山从基建到实现矿山规模共计7年，稳产11年后减产，全矿生命周期状况如图8所示。

图7 投产到达产开拓系统形成示意图

图8 矿山从基建、投产、达产稳产减产生命周期

3 国外基建投达产模式的优缺点分析

国外矿山建设，初期阶段一般从一处开始，并抓住关键线路等咽喉工程掘进施工，来完成满足见矿即投产所需的开拓工程、部分采准、采切及配套设施即可，矿山建设遵循早见矿早产生现金流，基建资金投入越少越好的原则。矿山投产之后，便是滚雪球式的边掘进边扩大生产，这个过程一般历时数年，这期间存在着边完善矿山整体系统与边生产之间相互影响的问题。国内的矿山基建运作模式则不同，国内基建工程指的是达到矿山规模所需的全部开拓、采准、采切工程，而基建施工安排是尽可能利用出露地表的井巷工程作为施工点位，或者增加措施工程，创造工作面来加快矿山掘进，集中多支基建队伍完成达产时所需的开拓、采准、采切的全部工程及配套设施，全力搞基建，尽量缩短基建时间，基建完成后，再集中精力做投产达产工作，矿山的基建与投产、达产没有相互交叉，优点是从基建到投达产时间较短，缺点是基建投资大，意味着资金回收期有可能会拖长。所以，两者比较起来，国内基建模式只有在缩短从基建到达产的时间长度前提下可能才有优势；对开发资源禀赋一般及对产品价格因素敏感的矿山，国外该金属矿山的建设模式是可取的，对于高品位高附加值的优势资源回收，国内建设模式是有优点的。