采礦工程設(shè)計(jì)與施工中存在問題

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長(zhǎng)江流域礦產(chǎn)資源豐富，分布礦種多樣，目前已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地約占全國礦產(chǎn)地總數(shù)1/4[1]。地處長(zhǎng)江流域的湖北磷礦資源較為豐富，有效開采磷礦是湖北山區(qū)較為重要的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，這就帶來采礦工程的安全高效、有效管控等問題。眾所周知，礦山開采是安全危險(xiǎn)性極高的行業(yè)，其設(shè)計(jì)與施工均應(yīng)考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦體構(gòu)造、開采設(shè)備設(shè)施以及周圍環(huán)境等因素的影響，特別是地質(zhì)結(jié)構(gòu)不好，礦體傾角陡的礦山，在開采過程中技術(shù)難題和安全隱患問題較突出，開采企業(yè)為贏得社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)不斷改進(jìn)采礦技術(shù)，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)優(yōu)化，以確保采礦工程順利安全進(jìn)行。

1采礦工程技術(shù)特點(diǎn)

1.1地質(zhì)勘探不徹底問題

根據(jù)礦體賦存條件確定開采礦區(qū)，一般是先開采品級(jí)（品位）較好、易開采的礦體，但由于地質(zhì)勘探普查與詳查條件的限制，礦產(chǎn)資源的品級(jí)（品位）和所處位置不可能一一清楚明了，不確定的礦山資源儲(chǔ)量和生產(chǎn)能力將直接影響采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。表1為某礦山資源儲(chǔ)量（中段）特征表。從表1中可以看出：（1）標(biāo)高1260m以下礦體厚度一般為1.6~2m，傾角9°~13°之間，標(biāo)高1260m以上礦體厚度為1.7m以下，傾角13°左右。（2）標(biāo)高1160m以上儲(chǔ)量3442.19kt，品級(jí)為25%以下，占全部?jī)?chǔ)量（7642.36kt）的45%。這部分礦石隨市場(chǎng)行情影響很大；品級(jí)為25%以上礦石有市場(chǎng)，可以開采，但礦體厚度小于2m，需要分層開采，才能保證礦石品級(jí)。

1.2采礦地點(diǎn)不固定問題

具體而言，采礦的機(jī)械設(shè)備和人員具有流動(dòng)性。這一礦區(qū)礦產(chǎn)開采完畢，設(shè)備和人員也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移到下一個(gè)礦區(qū)，礦山的生產(chǎn)與開拓、采準(zhǔn)和回采工作需要協(xié)調(diào)一致、密不可分。

1.3標(biāo)準(zhǔn)化不全面問題

伴隨采礦作業(yè)的深入，優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源會(huì)逐步減少，采礦技術(shù)難度隨開采時(shí)間的延長(zhǎng)而加大，采礦成本隨采掘條件復(fù)雜而提高，雖然標(biāo)準(zhǔn)化已實(shí)行多年，采礦工程在操作過程中仍有諸多不確定性，采礦工藝技術(shù)設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)全面標(biāo)準(zhǔn)化。礦山企業(yè)按照國家頒布的開采考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化已有多年，但企業(yè)在實(shí)際開采工程中有采富棄貧的現(xiàn)象，只采富礦層（假設(shè)為中礦層、品級(jí)較好的礦石，有利潤），這是標(biāo)準(zhǔn)化所不允許的；若干年后，當(dāng)貧礦層（上貧礦）有市場(chǎng)而開采時(shí)，開采難度會(huì)加大，會(huì)造成開采高度增加，采礦條件變差，原來已有的安全措施需要改進(jìn)，所需成本大大提高。

2設(shè)計(jì)與施工過程中存在的問題

2.1采礦工程設(shè)計(jì)存在的問題

2.1.1采礦工程的投資與成本控制由于勘察工作原因，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)“三同時(shí)”及設(shè)計(jì)交底時(shí)，難以及時(shí)全面掌握設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的新情況、新問題，導(dǎo)致采礦工程設(shè)計(jì)中的成本不能獲得良好的設(shè)計(jì)手段進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)成本巨大浪費(fèi)一旦出現(xiàn)想要通過后期設(shè)計(jì)調(diào)整，很難達(dá)到原有效果，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蔁o法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。其次，部分設(shè)計(jì)人員沒有保持足夠的經(jīng)濟(jì)敏感性，導(dǎo)致工程成本與預(yù)期目標(biāo)有較大差異。另外，材料管理方面的忽視，導(dǎo)致實(shí)際費(fèi)用與預(yù)期核算的結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，施工成本增大。采礦工程成本控制工作的失效還會(huì)讓施工周期不斷延長(zhǎng)，也讓企業(yè)的支出成本大幅度提升。因此，設(shè)計(jì)過程中開展高質(zhì)量、高水平的工程成本預(yù)算和控制，是設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡責(zé)任和基本職責(zé)，務(wù)必防止出現(xiàn)疏忽或是其他突發(fā)狀況，使設(shè)計(jì)工作大打折扣?，F(xiàn)舉一工程案例：某脈外通風(fēng)巷道長(zhǎng)800m，巖石結(jié)構(gòu)單一為大理巖，巷道規(guī)格寬×高=4m×2.6m，出渣運(yùn)距出井口200m，需要開17%的增值稅發(fā)票，工程造價(jià)2250元/m，工程款總額180萬元，工期半年。承包商一般對(duì)成本進(jìn)行了核算：（1）工期半年，6個(gè)月，按每個(gè)月25個(gè)工作日計(jì)工作天數(shù)為150d，每天需掘進(jìn)5.33m，不考慮臺(tái)車鑿巖，用手持式鑿巖機(jī)；（2）直接開采成本，每天2班，每班2.67m進(jìn)尺，炸藥48kg,雷管32發(fā)，鉆桿、鉆頭100元/班，材料消耗：48×11.23+32×5.6+100=818元/班，鉆孔工人工資600元/班（兩人），耙渣機(jī)司機(jī)250元/班，運(yùn)渣司機(jī)250元/班，柴油50元/班（單耗1.8元/方），通風(fēng)電費(fèi)50元/班（含照明），其他300元/班，以上計(jì)2318元/班，鉆機(jī)、風(fēng)、水管，抽風(fēng)機(jī)、耙渣機(jī)、礦車計(jì)40萬元；（3）間接開采成本：管理費(fèi)165元/班，增值稅30.6萬元，貸款150萬元（按銀行稅率5%計(jì)7.5萬元）；（4）成本計(jì)算=（2318+165）×2×150/10000+70.6+7.5≈153萬元，利潤27萬元，如果晚上作業(yè)，錯(cuò)開用電高峰，電費(fèi)可減少，另外抽風(fēng)機(jī)、耙渣機(jī)、礦車等設(shè)備可以二次使用。2.1.2環(huán)境保護(hù)環(huán)評(píng)亦是采礦設(shè)計(jì)中重要一環(huán)，采礦必須獲得環(huán)評(píng)的通過。在采礦工程的設(shè)計(jì)階段，采礦工程的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行考察，并做好規(guī)劃，減少資源開采給周圍環(huán)境帶來影響。新建企業(yè)在礦山開采之前所做的礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案即“三合一”報(bào)告中包括了環(huán)境影響評(píng)價(jià)，表述了企業(yè)在環(huán)境保護(hù)方面的成就，提出還需要做哪些工作，如邊坡的防護(hù)治理，砌筑擋土墻，植被恢復(fù)工程，地質(zhì)、環(huán)境的監(jiān)測(cè)，粉塵、污水的防治等，礦山企業(yè)按照開發(fā)利用方案應(yīng)該做好環(huán)境治理與保護(hù)，并且應(yīng)持之以恒，為采礦許可證延期打下良好基礎(chǔ)。環(huán)評(píng)對(duì)礦山生產(chǎn)周期會(huì)產(chǎn)生重要影響。2.1.3不同的特殊地質(zhì)條件例如：對(duì)于深厚的松散層地質(zhì)條件開采，由于開采地沉陷容易出現(xiàn)井壁破裂[2]，引起礦體崩塌、塌陷，危及采礦人員生命安全。因此,在設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)特殊地質(zhì)條件的甄別和判斷，設(shè)計(jì)合理有效安全的采礦方案和措施。

2.2采礦工程施工存在的問題

2.2.1采礦單位與設(shè)計(jì)單位技術(shù)交底溝通不協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員一般會(huì)參考同類礦山已有的設(shè)計(jì)參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)采礦工作量較大，開采過程中會(huì)出現(xiàn)新問題、新情況，設(shè)計(jì)人員不可能面面俱到，因此可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的局部無法得到良好規(guī)劃，同時(shí)因?yàn)樵趯?shí)地進(jìn)行考察的時(shí)間與精力有限，設(shè)計(jì)方案中的設(shè)計(jì)規(guī)劃就會(huì)出現(xiàn)片面的問題，加上施工單位在對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審時(shí)，沒有進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}排查，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙上的問題直接遺留到了施工階段。隨著采礦施工的深入，會(huì)出現(xiàn)例如地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化等特殊情況，設(shè)計(jì)人員無法及時(shí)提出解決方案，造成采礦局部中斷，增加投資成本。2.2.2施工過程中的安全問題采礦施工過程中存在較多安全隱患，必須高度重視安全生產(chǎn)問題，確保基層施工人員的人身財(cái)產(chǎn)安全得到根本保障。礦產(chǎn)開采工作在組織的過程中應(yīng)得到科學(xué)且適合的控制管理制度的監(jiān)管，包括對(duì)施工流程進(jìn)行更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃，如果在施工中出現(xiàn)與設(shè)計(jì)方案誤差較大的情況，應(yīng)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，出具設(shè)計(jì)變更函，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使工作得以順利進(jìn)行，同時(shí)有效的安全措施讓事故的發(fā)生率大大降低。另外，要注意礦體不同采礦方法也應(yīng)不同[3]，在施工過程中要進(jìn)行不同方案比選，要加強(qiáng)回采工藝研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，不僅要滿足不同的礦體采礦要求，也要滿足高效、經(jīng)濟(jì)要求。礦山安全隱患有：露天礦山的滑坡、泥石流，地下開采中的頂板脫落、片幫，井下煤礦的瓦斯突出，各種職業(yè)病，等等，礦山制定了相應(yīng)的安全保障制度措施，職工若嚴(yán)格遵守執(zhí)行，那么礦山事故率就會(huì)降低。

3對(duì)策分析

3.1明確設(shè)計(jì)重點(diǎn)

第一，要想從根本上提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員要明確采礦工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在地下開采過程中，井巷工程設(shè)計(jì)至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員除了收集服務(wù)方的有關(guān)資料外，還應(yīng)加大施工現(xiàn)場(chǎng)勘查力度，全面掌握礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素與水文條件等因素，以此為依據(jù)加大對(duì)脈外與沿脈巷道的關(guān)系利用力度，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)薄礦體的有效開采，延長(zhǎng)開采服務(wù)期限，同時(shí)還應(yīng)充分考慮開采過程中的安全性，有針對(duì)性地進(jìn)行通風(fēng)以及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，貫穿“安全第一”的工作指導(dǎo)方針，最終確定最佳井巷工程與爆破方案。第二，在設(shè)計(jì)工作中，還應(yīng)在綜合分析安全性、經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)性等因素的基礎(chǔ)上，確定最佳開拓運(yùn)輸方案，明確最佳的運(yùn)輸路線，使運(yùn)輸時(shí)間最短，同時(shí)對(duì)井筒規(guī)格進(jìn)行合理選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)井巷開拓工程設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，為加大采礦工程成本控制力度、提升開采作業(yè)效率奠定基礎(chǔ)。第三，露天礦山的開采設(shè)計(jì)，以經(jīng)濟(jì)合理剝采比、最佳開采深度為重點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇較好可行的開采方案，延長(zhǎng)礦山開采年限，從而取得利潤最大化。露天轉(zhuǎn)地下如果可行，應(yīng)充分考慮露天轉(zhuǎn)地下的最佳開采水平標(biāo)高，同時(shí)在露天采礦還未結(jié)束時(shí)完成井下開拓工程初步設(shè)計(jì)，為采礦的連續(xù)性奠定基礎(chǔ)。

3.2優(yōu)化采礦設(shè)計(jì)

首先，優(yōu)化生產(chǎn)探礦工程。聘請(qǐng)地質(zhì)專家進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)情況的深入分析，在實(shí)踐中針對(duì)不同礦體和深井對(duì)探礦方案和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理[4-5]，為節(jié)約開采成本奠定基礎(chǔ)。探礦中，一旦發(fā)現(xiàn)礦巖產(chǎn)生變化，應(yīng)及時(shí)展開重新圈定礦體的工作。其次，優(yōu)化采場(chǎng)回采設(shè)計(jì)。在深入分析地質(zhì)條件、采礦損失率以及回采率等參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)開采方法進(jìn)行優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)開采參數(shù)及工藝布置流程的改進(jìn)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)與施工技術(shù)人員進(jìn)行充分的溝通，優(yōu)化設(shè)計(jì)充填布置圖、采切布置圖和支護(hù)結(jié)構(gòu)圖等。另外，還要進(jìn)行綠色采礦技術(shù)優(yōu)化，目前充填采礦技術(shù)得到很大發(fā)展，但要處理好充填層與隔水關(guān)鍵層的相互作用關(guān)系、滲流穩(wěn)定判斷以及充填層充實(shí)率等問題[6]。只有在不斷進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)工作優(yōu)化的基礎(chǔ)上，才能夠從根本上提升采礦工程施工效率。以地下開采為例，設(shè)備先進(jìn)，按照設(shè)備技術(shù)參數(shù)，全礦層一次開采，可以減少設(shè)備周轉(zhuǎn)的時(shí)間，節(jié)約資金。如果設(shè)備較為普通，就應(yīng)該采取留礦法，先采上層礦，確保頂板安全穩(wěn)固后，再開采下層礦，這樣通風(fēng)、頂板的管理都有保障，否則，安全管理時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，安全管理不能到位，會(huì)造成開采進(jìn)度有較大影響。

3.3提級(jí)技術(shù)裝備

先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)在采礦工程中可以起到良好的經(jīng)濟(jì)性及安全性。針對(duì)采礦工程施工過程中的常見問題，在實(shí)際制定解決措施的過程中，首先，是優(yōu)化技術(shù)裝備。在采礦作業(yè)施工的過程中，應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)，有針對(duì)性地改進(jìn)采礦技術(shù)，并結(jié)合工程需求引入先進(jìn)的采礦設(shè)備，為提升采礦工程施工安全性以及施工效率奠定基礎(chǔ)。其次，對(duì)采掘設(shè)備升級(jí)，對(duì)自動(dòng)化開采技術(shù)等進(jìn)行充分應(yīng)用，為更加高效地展開大規(guī)模開采奠定基礎(chǔ)。比如用鑿巖臺(tái)車替代氣腿式鑿巖機(jī)，使鑿巖效率明顯提高?？梢粤斜磉M(jìn)行對(duì)比說明，如表2所示。從表2中可以看出，鉆鑿?fù)粩嗝?，臺(tái)車用時(shí)僅為手持式鑿巖機(jī)的1/3，其勞動(dòng)強(qiáng)度也大為降低。

3.4完善技改方案

在實(shí)際展開采礦工程施工以前，首先，應(yīng)針對(duì)技術(shù)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化處理，結(jié)合各項(xiàng)參數(shù)提升技術(shù)設(shè)施系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性，只有這樣才能夠在實(shí)際施工中將各種先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的功能全面發(fā)揮出來，以明確采礦工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次，還應(yīng)在開采作業(yè)以前，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，充分展開技術(shù)交底工作，并嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)圖紙展開施工，指派專人展開監(jiān)督審核工作，為科學(xué)施工提供保障。當(dāng)然，要滿足安全生產(chǎn)的需要，在綜合考慮的基礎(chǔ)上，來進(jìn)行技術(shù)改造與革新。目前開采技術(shù)日趨成熟，采礦工程技改和革新的措施因礦山而異。（1）開采方案的優(yōu)化。這一般發(fā)生在生產(chǎn)初期，如方案包括礦井主井口的選址，開拓方式，開采深度的確定，投資成本的多少、利潤等等，有多個(gè)方案，評(píng)選出最優(yōu)方案。（2）改進(jìn)采礦工藝[7]。比如：在安全的前提下，對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的礦石回采可采取快干砼漿砌片石來替換礦柱，多采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，提高礦石回采率和生產(chǎn)成本。（3）設(shè)備采用多樣化。井下斜坡上山，適合電耙作業(yè)出渣，而下山則用裝載機(jī)較好，極大提高工作效率。

4結(jié)語

采礦工程設(shè)計(jì)與施工，涉及技術(shù)、工藝、設(shè)備、操作方式等諸多方面，應(yīng)根據(jù)各種實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)規(guī)劃，同時(shí)采取有效對(duì)策，分析控制工程投資和成本，在確保安全的前提下，做到采礦企業(yè)利潤最大化，從根本上促進(jìn)我國采礦工程領(lǐng)域的健康發(fā)展。

作者:李永勝 單位:湖北神農(nóng)磷業(yè)科技股份有限公司