我國水泥礦山高效可持續發展的措施

張振龍　劉　鋒

(兗州中材建設有限公司)

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我國水泥礦山高效可持續發展的措施

張振龍劉鋒

(兗州中材建設有限公司)

摘要我國水泥礦山存在數量多、規模小、開采技術落后、管理水平低下、資源利用率低、生態破壞嚴重、地質勘查工作不到位等問題。對此，為實現我國水泥礦山可持續開采、綠色開采的目標，從礦山生產集中化、開采承包化、礦山數字化、設備大型化、管理規范化和技術先進化等方面，探討了解決該類問題的措施，供相關礦山參考。

關鍵詞水泥礦山高效開采可持續發展綠色開采

礦產資源是人類生存、經濟建設和社會發展的物質基礎，是一種不可再生的自然資源，須選擇最佳的資源配置方式，以提高其利用效率[1]。目前，我國有水泥用石灰石礦山企業約5 000家，其中90%以上的礦山都為小型礦山或私人采礦點[2]，不僅消耗了大量的石灰石礦資源，而且破壞了礦區生態環境[3]，引發了一系列的管理、安全和經濟問題。為實現水泥礦山的可持續開采、綠色開采的目標，本研究對確保我國水泥礦山高效可持續發展的措施進行探討。

1水泥礦山開采現狀

(1)地質勘查工作不到位。目前，我國眾多的水泥礦山僅在開采初期探查資源儲量時進行了資源初探，在后期基建及開采過程中缺乏詳細的補充勘探，石灰石礦賦存有溶洞、礦石品位分布不均勻等不良現象，對后期礦石的開采效率、開采安全、配礦、水泥生產質量等都會產生不同程度的影響。

(2)礦山規模小、數量多、無序開采。水泥礦山礦業權分散，存在以探代采、租賃轉包、以包代管以及為規避監管而分割開采、大礦小采等不良現象[4]，直接表現為水泥礦山以中—小型礦山為主，數量多、生產規模小、安全監管困難，不僅提高了礦山生產成本，而且加劇了資源浪費和生態破壞。

(3)開采技術落后、資源利用率低。目前，我國水泥礦山普遍規模小，總體投入不足，設備設施水平落后，采礦方式原始粗放[4]，大部分礦山缺乏專業采礦技術人員，導致水泥礦山礦石回采率和資源綜合利用率較低，生產成本高，資源浪費嚴重。

(4)法律法規執行不到位，生態問題突出。法律法規執行不到位，“嫌貧愛富”開采、違規開采現象屢禁不止，安全問題層出不窮。地質災害危險性評估不足，甚至流于形式，生產過程中疏于防范和管理，導致一些水泥礦山滑坡、崩塌等事故頻發。部分礦山剝離物、廢石亂堆亂放，堵塞河道，易引發嚴重的地質災害，對后期礦區的復墾帶來較大的困難。部分礦山復墾和生態恢復治理方案無法得到貫徹執行，采空區裸露，雨水季節造成大量的水土流失，導致嚴重的環境失衡。

2水泥礦山發展方式

2.1生產集中化

生產集中化，即將區域內一定數量的規模小、機械化程度和管理水平低、安全隱患大的礦山整合組建成大型礦山，提高礦山的開采技術水平、生產效率和生產能力，協調礦山礦石產量和水泥廠需礦量，集中向1個或多個水泥廠供礦，實現規模化和無廢化生產。長期以來，部分水泥企業由于自配的礦山生產能力不足或缺乏配置水泥礦山，需外購礦石，然而一旦供應的礦石中斷將導致下游水泥廠生產停滯。水泥礦山的生產集中化可減少或完全避免該類問題的產生，可大幅提高水泥礦山的生產能力。南方水泥[5]在礦山生產能力無法滿足水泥廠礦石需求的情況下，提出了“建設中心礦山，整合區域資源”的目標，大幅減少了水泥礦山數量，關閉了規模小、開采技術落后、資源利用率低的礦山，既保證了礦山資源的合理利用，又克服了礦區環境無法得到及時治理的弊端。

2.2開采承包化

專業化開采是合理開發和利用水泥礦產資源的有效途徑，將礦山生產的各個環節按專業或工藝進行細分，達到提高礦山生產效率的目的。隨著對礦山專業化生產要求的提高，國際上出現了開采工程總承包模式，該模式已廣泛應用于鐵路、電站、冶金等基礎建設領域[6]。我國礦山工程的基礎建設與礦山開采也由傳統單一的自我開采經營模式逐漸向多種開采模式并存過渡。

2.2.1承包開采方式

礦業承包開采是指礦山企業將所屬采礦權范圍內的礦產資源或基建工程全部或部分承包給具有獨立法人資格的外部施工企業，由該企業完成一定生產量或工程量的開采經營方式，以減少初期投資、降低管理工作量[7]。目前，我國礦山企業承包開采方式主要有：①開采總承包，將整個基建工程或礦產資源開采以總承包的形式進行外部承包，如深部開采工程、二期改擴建工程等；②某一塊段或區域的礦產資源承包，如露天采場臺階、地下礦山中段開采進行承包；③分包，將礦山開采的某一環節進行承包，如穿爆、采裝及運輸環節[8-9]。

2.2.2承包開采優點

(1)轉移風險。由于地質因素的不確定性，在開采過程中存在諸多的風險因素，礦山企業可通過承包開采模式將部分風險轉移給承包單位[9]。

(2)促進新工藝、新技術發展。在項目招投標過程中，為提高中標率，承包單位勢必通過優化設計，降低投標價格，在此過程中，大量新工藝、新技術應運而生，并且承包單位的施工技術水平往往較礦山企業更加專業化。

(3)充分發揮技術優勢。若礦山建設初期地質勘探不充分，在建設過程中極有可能存在修改設計，導致重新施工的情況，延緩了礦山的正常投產，而承包商可利用自身優勢加強地質勘探，充分發揮自身的開采技術水平，對項目建設的全過程進行有效的監督與管理。

(4)縮短基建周期。在承包方式下，地質勘探與設計工作同步執行，使得設計與施工有機結合，從而大幅度縮短基建周期。

(5)降低企業經濟負擔。承包商可負責解決勞資糾紛，負擔年假和病休工資以及培訓費用等。

2.3礦山數字化

數字礦山是數字地球理念及技術在礦山勘探、開采及礦山管理中的具體應用，以信息化、自動化和智能化帶動礦山開采水平的提升[9]。經過20多年的發展，我國礦山數字化成果主要有：①數字化礦山配礦系統，數字化礦山配礦系統是以地質統計學克里格法為基本依據，建立地質數據庫，建立三維地質模型與單元品位估值計算模型，采用模擬開采和線性規劃與迭代優化相結合的方法，編制中長期配礦計劃及最終生產配礦計劃；②生產調度系統，主要由生產現場視頻監控器、無線對講機及中心調度室組成，通過該系統對運輸車輛、電鏟、鉆機和其他機械設備進行實時動態監控，并優化調度和量化管理，從而大大提高礦山生產設備的利用效率，確保安全生產[10-13]。

丹東東方測控技術股份有限公司推出的石灰石礦山智能配礦系統[10]主要由三維礦山數字化模型、精細化配礦系統、車輛智能調度系統、卡車監量系統和在線品位分析系統組成，通過該系統實現了礦山穩定生產，提高了生產效率及低品位資源利用率。對該系統的各子系統進行了優化調整，建立了礦山智能配礦系統，如圖1所示。礦山智能配礦系統涵蓋礦山三維建模、中長期采礦計劃、爆破方案、取樣化驗、建立地質資料庫、中長期配礦計劃、配礦自動調整系統、視頻監控系統、無線語音通訊系統、GPS 車輛智能化調度、司機考核、卡車裝載量監量及混礦品位在線分析等內容，通過該系統的建立可有效解決水泥礦山中混礦后礦石品位不穩定、低品位資源利用率低、生產指揮調度難等問題。

圖1　礦山智能配礦系統

2.4設備大型化

隨著生產集中度的提高以及礦山承包模式的發展，露天石灰石礦山將向大型化、規模化方向發展，對承包方的技術水平和相應開采能力的要求逐漸提高，與之相匹配的大型礦業設備的需求量也急劇增加。對于開采技術條件相對復雜的礦山，開采、運輸成本將大幅度增加，導致礦石成本上升。為降低企業的平均投資和生產成本，降低礦山生產設備的維修難度和企業管理的復雜程度，高效率的穿孔設備、大噸位的鏟裝運輸設備等逐漸得到推廣應用[13]。設備的大型化和優化配置提高了裝載運輸效率，為水泥礦山的均化開采、強化開采創造了條件，同時，低能耗、高效率的礦業生產設備也有助于實現礦山生產過程中的節能減排目標。

2.5管理規范化

(1)加強資源勘探。加大對礦區周邊的補充鉆探力度，增加礦產資源儲量，尋找水泥企業發展的后備礦山資源，在政府的引導、鼓勵下，充分調動礦企補充勘探的積極性，促進水泥礦山持續健康發展。對低品位礦山進行開采，延長礦山服務年限，為后續礦山實現數字化配礦、生產調度提供便利。

(2)提高資源利用率。在進行開采設計時，應深入分析研究有關地質資料，詳細掌握各礦層的地質情況，結合礦床賦存條件、礦石品位變化特征以及水泥成分的基本要求，利用數字化智能配礦系統，制定礦山開采中長期配礦計劃，盡可能使廢石、低品位礦石在開采過程中搭配利用，最大限度地利用礦石資源，實現無廢開采。提高資源綜合利用水平的措施有：①將礦層及部分可搭配的夾層作為礦石生產，將其余品位不合格的夾層全部作為建筑石料生產；②采用橫向開采法，工作面垂直走向布置，沿走向推進，使礦層和夾層全部暴露，以便搭配開采；③采用大小孔徑聯合穿孔法、多角度穿孔法及邊角料均化搭配等方法，提高資源的綜合利用效率[14]。

2.6開采技術先進化

(1)精確鉆孔。根據水泥礦山的礦體特征，選擇最佳的鉆機參數。在鉆孔前，應根據爆區巖性，合理設計炮孔參數；鉆孔時，嚴格控制鉆孔精度；鉆孔后(裝藥前)對炮孔進行驗收、檢查，對不合格的炮孔進行補鉆。鉆孔精度的控制方法主要有垂線測量法、比對測量法以及在鉆機上安裝GPS定位系統等方法。此外，楊年華等[15]研制出一種新型鉆孔定向裝置——電子羅盤，該裝置可不受地理位置的影響，適用于不同類型的鉆機，在鉆孔過程中可隨時監控鉆孔角度，精度可達0.2°。

(2)精細爆破。精細爆破即通過定量化的爆破設計和精心的爆破施工，對炸藥爆炸的能量釋放與介質破碎、拋擲等過程進行控制，實現安全可靠、經濟合理的爆破作業。爆破質量的優劣制約著礦石鏟裝、運輸及二次破碎，因此有必要在水泥礦山進行精細爆破[16]。

(3)混裝炸藥。現場混裝炸藥是采用混裝車將乳膠基質與敏化劑等其他物質混合裝入炮孔，經過發泡后形成成品炸藥。由于在儲存、運輸和使用環節都不存在成品炸藥，排除了常規炸藥在上述過程中存在的不安全因素，目前現場混裝炸藥已在多個石灰石礦得到了成功應用[17-19]。

3結語

分別從水泥礦山生產集中化、開采專業化、礦山數字化、設備大型化及管理規范化等方面，探討了促進我國水泥礦山高效可持續發展的措施。建立大型礦山、實現水泥礦山的數字化、選擇節能的設備是提高礦產資源利用率的必然趨勢，也符合我國節能減排、保護生態環境的基本國策，也是建設“綠色礦山”的必由之路。要實現“綠色礦山”的建設目標，水泥礦山開采企業須將礦山開采作為一個系統工程，從礦床勘探、礦山開采、礦山復墾等各個環節進行優化和協調。

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(收稿日期2016-02-25)

張振龍(1974—)，男，工程師，272100 山東省濟寧市。