某大型金矿开拓方案比选分析

陶树银 范富泉

〔摘 要〕以国内某大型地下金矿为例，根据矿区开采技术条件和开拓系统影响因素，结合采矿方法、选厂布置以及矿区地表运输等条件，初拟主斜坡道方案、主副斜井方案和混合井方案进行技术经济比较。分析结果表明：开拓系统是井下较为关键和复杂的生产系统，开拓方案比选需要综合考虑方面因素，仅靠费用现值一个指标，不能判断方案的优劣。通过采用最小二乘法建立指标权重评价模型，统筹考虑主观决策和客观实际，实现定性指标和定量指标的综合比选，最终推荐采用主斜坡道方案。

〔关键词〕开采技术条件;开拓系统;技术经济比较;最小二乘法

中图分类号：TD802     文献标志码：B  文章编号：1004-4345（2024）03-0001-05

Comparison and Analysis of Development Plan for a Large Gold Mine

TAO Shuyin， FAN Fuquan

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract  Taking a large underground gold mine in China as an example， a preliminary plan for the main inclined ramp， production & service inclined shaft， and mixed shaft is proposed for technical and economic comparison according to the technical conditions of mining， development system influencing factors， as well as mining methods， concentrator layout， and surface transportation conditions of the mine area. The analysis results indicate that the development system is a more critical and complex underground production system. A variety of factors are needed to be taken into consideration in the comparison and selection of the development plan. Relying solely on the cost present value is unable to determine the advantages and disadvantages of the plan. By using the least squares method to establish an indicator weight evaluation model， integrating the consideration of subjective decision-making and objective reality， and achieving a comprehensive comparison of qualitative and quantitative indicators， the main inclined ramp plan is ultimately recommended.

Keywords  technical conditions of mining; development system; techno-economic comparison; least squares

收稿日期：2023-10-17

基金项目：江西省重点研发计划项目（项目编号：20212BBG71009）

作者简介：陶树银（1986—），男，高级工程师，主要从事矿业工程咨询与设计工作。

0   前言

开拓系统是地下矿山最关键的生产系统，决定着整个矿山的生产面貌[1]。开拓方案选择是地下矿山开采设计中至关重要的部分，与地面总图布置、资源分布、开采技术条件，以及井下提升、运输、通风、排水、供电、供水、供风等系统密切相关[2-3]。开拓工程还具有唯一性、一次性和复杂性，一旦实施后投入生产将很难再改变，并且开拓工程投资在建设投资中占有的比重较大，施工期较长，合理的开拓方案关乎矿山开采的经济效益、生产安全和社会协作等问题，对矿山生产具有长远影响[4-5]。

1   开采技术条件

矿区地处低山—丘陵过渡地带，山间沟谷发育，沿沟谷发育较多小溪流，地形强烈切割，原始地形坡度 20°～35°为主，从北东向南西逐渐变低，地形起伏较大，地势总体从北东向南西逐渐变低，矿区最高点海拔标高 +370 m，最低点海拔标高+85 m，一般海拔标高+150 m～+300 m。

主矿体1#、2#矿体分布于整个矿区的浅部和中深部，1#矿体形态为似层状，属隐伏蚀变岩型矿体，走向控制长840 m，倾向控制延深1 210 m，分布于

+183 m～-265 m标高;矿体平均倾角12.6°，平均厚度4.3 m。2#矿体和1#矿体同步起伏变化，矿体形态呈似层状，主要分布于+102 m～-50 m标高，走向控制长702 m，倾向延深长121～590 m;矿体平均倾角约13.5°，平均厚度3.2 m。

矿体顶板以糜棱岩为主，干燥状态以坚硬—半坚硬为主，遇水后力学性质显著降低，岩体整体较完整，局部较破碎，构造破碎带及局部裂隙密集发育处，岩体的稳定性容易受到影响，必须进行支护处理;矿化岩体为半坚硬—坚硬岩浆岩，结构面以Ⅳ、Ⅴ级为主，岩体整体较完整，稳定性较好，但遇水后力学性质显著降低，沟通裂隙后，易沿结构面发生坍塌、冒顶。

矿区直接充水含水层为基岩裂隙含水层，以顶板充水为主。地下水主要通过导水裂隙进入矿坑或弱含水层直接对矿坑充水。矿区地表仅见季节性出露的溪流，主要含水层、含水破碎带富水性弱，透水性差，矿区地形起伏较大，有利于自然排泄。大气降水主要以地表径流形式排泄出矿区。

2   开拓方案初选

2.1  开拓系统影响因素

开拓系统影响因素主要包括以下几个方面：1）该矿矿权东、西、南3面与其他矿权紧邻，北面受相邻矿区废石场影响较大，周边矿权关系复杂，地表可利用的场地有限。2）该矿属缓倾斜矿床，矿体平均倾角12°，平均厚度10 m，且埋藏不深，主要矿体距离地表不到300 m。3）矿山设计生产能力1 500 t/d，因胶带提升方案受倾角限制和地表岩移范围影响，斜井井筒较长，维护费用较高，且井下矿石提升量不大，不考虑采用胶带提升。4）选厂位于矿区西南角，场地紧凑，采出矿石运至粗碎车间的方案选择性不多。5）基于响应国家资源整合号召和合理开发深部远景资源考虑，矿山有二期扩产的规划。

2.2  开拓方案初拟

该金矿矿体总体倾向北东，平均倾角14°，走向北东—南西，矿体主要分布在+125 m至8#标高之间。通过对现场地形初步踏勘和研究，工业场地设施主要布置在矿区西南部，地形西低东高，矿区东南部为下风侧，通风设施布置在矿区东南部。结合房柱采矿方法、生产能力以及选矿工业场地布置、矿山可能的运输、供水、供电等外部条件，开拓系统初拟主斜坡道方案（方案1）、主副斜井方案（方案2）、混合井方案（方案3）3个方案进行比选分析。

1）斜坡道方案（方案1）：（1）主斜坡道口位于选厂粗碎车间东侧平台，标高+165 m，基建至4#中段，可以满足井下全部矿石、废石、人员、材料等的运输任务，并作为井下辅助进风通道。（2）进风管缆斜井井口标高+165 m，基建至4#中段，倾角20°，作为井下生产时供水、供电、供气及排水的主要通道，兼作辅助进风通道。通风系统由主斜坡道和进风管缆斜井进风，回风斜井回风，矿井总需风量为180 m3/s。（3）排水系统采用分级排水方案，一期排水系统设于4#中段进风管缆斜井附近，井下涌水、生产废水和充填泌水等通过泄水孔引至4#中段排水系统水仓，由进风管缆斜井排出地表。（4）各中段采出矿石和掘进废石在装载硐室内由2 m3铲运机装入12 t自卸式卡车，再由自卸式卡车直接运至地表选厂粗碎站或废石场。方案示意见图1。

2）主副斜井方案（方案2）：（1）主斜井采用箕斗提升，倾角25°，井口标高+165 m，最低服务中段为8#，满足井下全部矿石的提升任务。副斜井采用串车提升，倾角20°，井口标高+165 m，最低服务中段为8#，满足井下全部废石、人员和材料等的提升任务，也是井下生产时进风、供水、供电、供气及排水的主要通道，兼做井下生产的安全出口。辅助斜坡道口位于矿区南部38线附近，标高+205 m。基建开拓至3#中段，作为无轨设备、人员和材料等进入工作面的辅助通道，也是井下辅助进风通道。主溜井分两段布置，在5#中段设转载硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段设分枝溜井及卸矿硐室。主溜井附近设专用回风天井，主要承担主溜井的污风排放任务，并兼作安全出口，井筒内设梯子间。（2）通风系统由副斜井和辅助斜坡道进风，回风斜井回风，矿井总需风量为105 m3/s。（3）排水系统采用一段排水方案，排水系统设于8#中段副斜井附近，各中段井下涌水、生产废水和充填泌水等通过泄水孔引至8#中段排水系统水仓，由副斜井排出地表。（4）中段采出矿石通过采场溜井下放至矿车，由电机车运输至主溜井。矿石卸载后，由主斜井内箕斗提出地表。掘进废石由装岩机装入矿车，经中段有轨巷道运输至副斜井，串车后由卷扬机提出地表。方案示意见图2。

3）混合井方案（方案3）：（1）混合井位于矿区南部365线附近，井口标高+155 m，最低服务中段为8#，满足井下全部矿石、人员、废石和材料等提升任务，也是坑内生产时进风、供水、供电、供气及排水的主要通道，兼作安全出口，井筒内设梯子间。辅助斜坡道口位于矿区南部38线附近，标高+205 m，基建至3#中段，作为无轨设备、人员和材料等进入工作面的辅助通道，也是井下辅助进风通道。主溜井系统设在混合井附近，包含1条矿石溜井和1条废石溜井。 溜井均在5#中段设转载硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段设分枝溜井及卸矿硐室。主溜井附近设专用回风天井，主要承担主溜井的污风排放任务，兼作安全出口，井筒内设梯子间。（2）通风系统主要由混合井进风（混合井内箕斗采用封闭板隔离），回风斜井回风，矿井总需风量为105 m3/s。（3）排水系统采用一段排水方案，排水系统设于8#中段混合井附近，各中段井下涌水、生产废水和充填泌水等通过泄水孔引至8#中段排水系统水仓，由混合井排出地表。（4）中段采出矿石和掘进废石均由电机车运输至混合井附近的主溜井。矿石卸载后，经皮带道运至混合井，由混合井内箕斗提出地表。方案示意见图3。

3   开拓方案比选

3.1  相关指标对比

上述3个方案的主要井巷规格、开拓工程量、提升运输设备、通风设施、总图布置、可比建设投资、可比年经营费等相关指标对比见表1。

3.2  最小二乘法应用

开拓系统是井下较为复杂的生产系统之一，开拓方案比选需要综合考虑多方面因素，从拟定的若干方案中择优选取。它涉及到矿体赋存特征、生产规模、围岩稳定性以及地面总平面布置等方面，单靠技经指标（净现值或费用现值），往往不能判断方案的优劣。

从表1中数据可以看出：方案1开拓工程量和土石方工程量最少，建设投资和运输安全可靠性最低，年经营费最高，生产管理难度居中;方案2开拓工程量居中，土石方工程量最多，建设投资、年经营费和运输安全可靠性居中，生产管理难度最低;方案3开拓工程量最多，土石方工程量和运输安全可靠性居中，建设投资和生产管理难度最高，年经营费最低。虽然方案1的费用现值最低，但是方案2的费用现值仅比方案1的高0.3%，数值相差不大，方案优劣不明显。

现采用陈小康[6]在《基于最小二乘法的开拓方案选择》中提到的最小二乘法的基本原理建立综合评价指标数学计算模型，从表1中选择开拓工程量、土石方工程量、建设投资、生产管理容易程度和运输安全可靠程度6项指标的权重，综合评判3个方案的优劣，各项指标的权重数值详见表2。

根据最小二乘法的数学计算模型和表1中数据建立指标特征量矩阵A和规范化特征量矩阵B。

A=171 730 185 919 223 970

46 310259 730 134 310

9 849    11 921   16 262

1 230    934     914

8           7          9

7           8          9

B=1.000 0 0.923 7   0.766 8

1.000 0   0.178 3   0.344 8

1.000 0   0.826 2   0.605 6

0.743 0   0.978 4   1.000 0

0.888 9   0.777 8   1.000 0

0.777 8   0.888 9   1.000 0

根据规范化特征量矩阵B计算所有评判指标的客观权重向量μ=[0.021 3，0.838 9，0.072 2，0.030 4，

0.018 6，0.018 6]T。

通过专家评分，对各项指标的重要程度进行赋值，可得到判断矩阵C，在此基础上计算所有评判指标的主观权重向量d=[0.373 3，0.288 8，0.148 6，0.079 8，0.076 6，0.032 9]T。

C=1.000 0  2.000 0  3.000 0  5.000 0  4.000 0  7.000 0

0.500 0  1.000 0  3.000 0  5.000 0  4.000 0  6.000 0

0.333 3  0.333 3  1.000 0  3.000 0  2.000 0  5.000 0

0.200 0  0.200 0  0.333 3  1.000 0  2.000 0  3.000 0

0.250 0  0.250 0  0.500 0  5.000 0  1.000 0  4.000 0

0.142 9  0.166 7  0.200 0  5.000 0  0.250 0  1.000 0

为了统筹考虑主观决策和客观实际，根据最小二乘法的决策模型，计算所有评判指标的综合权重向量w=[0.197 3，0.563 8，0.110 4，0.055 1，0.047 6，

0.025 8]T。

根据上述各指标权重的计算，得出3个方案的综合评价指标数值分别为R1=0.974 8、R2=0.487 8、R3=0.541 0。

4   结论

1）影响开拓系统选择的因素较多，在优选开拓方案时，采用最小二乘法理论加以辅助，算出主斜坡道方案（方案1）的综合评价指标数值最大，方案最优，与采用费用现值法的比选结果基本相同，由此证明采用最小二乘法数学计算模型综合评判开拓方案是可行的。

2）主副斜井方案工业场地布置占地面积较大，土方量多，边坡治理难度大，地表生产设备布置要求高，不利于总图布置。混合井方案各中段的石门较长，坑内矿废石运输距离较长，基建工程量大;井下矿石提升对块度要求较高，生产流程较为复杂;此外，主副斜井方案和混合井方案采场生产能力较小，对矿山生产规模有一定限制，二期扩产可能性小。结合费用现值和最小二乘法模型计算，最终推荐主斜坡道方案（方案1）。

参考文献

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