李官集鐵礦開采設計優化實踐與思考

馬毅敏

(中鋼礦業開發有限公司, 北京 100080)

李官集鐵礦開采設計優化實踐與思考

馬毅敏

(中鋼礦業開發有限公司, 北京 100080)

通過李官集鐵礦開采設計的優化實踐,闡述設計優化的必要性,以及設計優化對項目投資控制、生產運營管理的重大作用,提示設計者、項目建設者對設計優化工作的重視和認同。

低品位礦床;礦山設計;分層點柱充填采礦法;設計優化

山東李官集鐵礦原屬山東泰山陽光集團汶上縣富全礦業有限公司,2005年經省發改委批準建設,設計規模為采選 100萬 t/a,豎井開拓,共計有 3條井。礦山 2008年 6月被中鋼集團收購,更名為中鋼集團山東富全礦業有限公司,在原設計基礎上委托馬鞍山礦山研究院重新進行了初步設計,規模增加為 120萬 t/a,新增 1條設備進風井,其他開拓工程不變,概算投資 5.1億,計劃 2010年底建成投產,2012年達產。

1 礦區概況

李官集鐵礦位于山東省汶上縣郭倉鄉北部,礦區及周邊均為沖積平原地貌,區域內自北向南依次分布有大清河、小清河、小汶河等水系。礦體埋深標高 0～-600 m,被第四系地層覆蓋,厚 45～70 m,其下是含水豐富的砂、礫石層。

李官集礦區呈平行狀分布,有 14層礦,總地質儲量 5548萬 t,平均地質品位 29.6%。其中 1號礦層規模最大,連續性好,控制走向長 1365 m,最大厚度 100 m左右,礦體呈層狀、似層狀,傾角 75°左右。礦段內礦床巖性簡單,為碎裂狀黑云變粒巖,其底板為構造破碎帶,破碎帶走向與礦體走向基本一致,構成礦體的直接底板。礦體頂板主要為條帶狀含鐵角閃石英巖,局部為黑云變粒巖,頂板巖石的完整性和強度均優于底板巖石。礦區內斷裂節理構造發育,3組斷裂構造構成礦區的主體構造骨架,部分斷裂帶對礦體影響較大。

2 原初步設計簡述

原初步設計采用豎井開拓,概算投資 2.1億元。基建工程主要有:主副井、設備進風井、回風井,中段運輸,溜破系統,采切工程等,設 3個中段,其中-320 m、-220 m為運輸中段,-120 m為回風水平,開采深度為 -320 m以上,礦山基建期 2.6 a。主要開采 1#主礦體,以分段空場嗣后充填采礦方法為主,從下往上,分礦房礦柱兩步驟回采,分段高度12.5 m,設塹溝、進路式底部結構,采用 YGZ90鉆分段鑿巖,分段爆破,3 m3鏟運機集中出礦,采高 50 m集中充填。

3 新初步設計優化

從生產規模入手,論證礦床開拓、采礦方法的可行性,通過擴大規模,用規模效益來彌補礦床低品位的先天不足,同時尋求工藝簡單、流程短的開拓運輸方式和采礦方法,降低投資和生產成本,以期達到項目效益最優。

3.1 生產規模優化

中鋼集團收購李官集鐵礦后,在進一步研究地質資料和參照類似礦山規模的基礎上,決定擴大規模至 150萬 t/a,經校核及生產能力驗證,中段生產能力為 142～156萬 t/a,由于已開工建設的主井提升能力沒有富余,決定生產規模為 120萬 t/a,留20%的富余能力。

3.2 中段運輸水平的優化

新初步設計設 -320m、-220 m兩個運輸中段。考慮礦體為急傾斜產狀,不論是分段還是階段空場采礦,都沒有必要設 -220 m運輸水平,-220 m以上礦石可通過分段聯巷、階段溜井放至 -320 m水平集中運輸。方案優化后,減少了 4808 m及 1082 m的鋪軌架線,節約投資 3501萬元,同時減少了倒運環節,縮短了流程,降低運營成本 480萬元 /a。

3.3 采礦方法初步優化

結合優化后的中段布置方案,整個礦床擬從下往上,單中段連續采至 -120 m,可供選擇的方案有:上向分層點柱充填法,分段空場嗣后充填采礦法(原設計方案),大直徑深孔側向崩礦嗣后充填采礦法。3種方案均能滿足生產能力的需要,各有優缺點,但就關鍵的采切比、充填體強度要求、充填工序的復雜程度進行初步比較,傾向大直徑深孔側向崩礦嗣后充填采礦法,主要參數指標比較見表1。

表1 3種方案主要參數指標

3.4 采礦方法進一步優化

2010年 3月,為實現年底提前出礦、提前投產、減少采場準備時間,避免兩步驟回采工藝和解決輔助中段出礦底部結構設置在充填體上、減少采礦對充填體強度的要求、降低充填成本,經考察研究,擬采用改進的盤區上向分層點柱式充填采礦法。盤區沿礦體走向布置,長 90 m,分段高度 15 m,經圍巖與礦柱穩定性數值模擬,礦柱暫定 5 m×5 m,間距 15 m×15 m,分層采高 7.5 m,由分段聯巷和出礦聯巷與礦體 (礦房)聯通,分段間有采區斜坡道和設備井相連,水平和垂向上連續回采。該方案工藝簡單、流程短、原分段 4次充填減少為 2次,采切比也大幅減少至 16.6 m/萬 t,同時還解決了高階段下微細粒級尾砂充填體強度低的難題。采準方案設計已通過有關研究人員審查,正在進行采準施工。

3.5 采礦生產組織模式創新

井下掘進、采礦、充填各工序均實行對外承包,引進社會資源,降低項目風險,僅采礦工程,承包方自帶設備一項,節約設備投資 2300多萬元,大大降低了生產成本。

4 開采設計優化的幾點思考

4.1 設計原則

除遵守設計規范要求外,設計應著重考慮以下原則:

(1)安全、高效、經濟的設計原則。在確保安全前提下,通過設計高效的技術工藝,確保礦山的高產、穩產,取得最佳效益;

(2)體現循環減排的原則;

(3)敢于創新工藝,大膽使用新技術、新裝備,優化配置,流程最短,達到規模最佳有彈性,經濟指標先進且可靠;

(4)工藝選擇、裝備水平、工程布局等方面要有清醒的經濟思想和抗風險意識,遵循“一流”水平和經濟使用相統一的原則。因礦得法、靈活高效、控制投資、節能增效、降低成本是設計者、經營者永恒的主題;

(5)要充分考慮采礦外包這種生產組織模式所帶來的新變化;

(6)業主與設計者雙方充分溝通、互相學習。

4.2 關于生產規模的思考

礦山的生產規模應以市場需求為原則,因擴大規模而造成的服務年限縮短引起的其他問題,可通過開發接替礦山,加速折舊,甚至從高價位獲取的高額利潤中獲取等方式來解決,優化設計的最終目的就是企業 (集團)整體效益的最大化。

4.3 投資與運行成本

影響項目效益最敏感的經濟因素是產品的銷售價格。價格受市場影響,業主無法控制,但可設法控制投資和降低成本。

(1)單位礦石投資的高低直接影響項目收益的狀況,投資所形成的建設期利息,生產期的財務費用,折舊及攤銷的增加都將削弱項目的收益。因此優化設計中,控制投資是改善效益的重要途徑。

引進有實力的承包隊伍也是降低投資的重要舉措。中等以上規模的地下礦山,承包隊伍自帶采掘設備,可為業主減少投資 1500～3000萬元。

(2)就成本影響因素而言,改進工藝和設備是降低成本、提高效益的最直接途徑。構成成本的重要因素在于工藝技術、工藝方法的先進性和適宜性,它可以決定企業 80%以上的成本,是降低成本的關鍵。設計階段工藝和設備的優化,以及生產階段的持續改進,應貫穿項目的始終。

[1] 王方漢,曹為勤,張文如.無間柱階梯式連續回采分層充填采礦法試驗研究[J].采礦技術,2008,8(4).

[2] 田金華,李棟祥,徐建榮.開拓系統優化選擇的灰色局勢決策[J].礦業研究與開發,2003,23(5):20～22.

2010-07-08)

馬毅敏 (1963-),男,河南舞陽人,高級工程師,主要從事生產技術規劃與管理工作。