國外某銅礦中外設計的異同及優缺點分析

劉國棟， 尚曉明， 翟建波

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

1 前言

在對非洲某銅礦進行咨詢設計時，與澳大利亞OreWin、南非DRA、美國Stantec等相關咨詢公司進行了技術上的充分交流，從中發現了中外設計咨詢中的一些異同及各自特點。

本文以國外某銅礦為研究背景，該礦區位于非洲大陸剛果(金)西南部盧阿拉巴省(Lualaba)，剛果盆地南部外側與加丹加高原接壤部位，礦區海拔1300～1540m。地貌為低緩丘陵區，地勢平坦。該銅礦走向近似東西，長約7.7km,南北寬約1.5km，是一高品位、超大型隱伏銅礦床。當銅邊際品位按1%計算資源量時約為4.08億t,平均真厚度11.5m，平均品位3.09%，銅金屬量1262萬t;當邊際品位按3%計算資源量時約為1.28億t,平均真厚度5.2m，平均品位5.94%，銅金屬量760萬t。從目前對持續探礦的結果做前景分析，該礦有望成為尚未開發的世界級超高品位大型銅礦。

2 簡述中外咨詢公司對該銅礦設計的共同點

盡管中外設計理念有差異，設計手段不同，但是目的性是一致的。針對該銅礦中方與外方咨詢公司在設計上形成的共同點有以下幾個方面。

(1)礦體邊界品位優化，確定開采邊界品位3%以上控制級別的資源。該銅礦按邊界品位3%圈定工業礦體后，北西-南東向長7km，北東-西南向寬1～1.2km。埋深為250～900m，傾角5°～20°，礦體受沉積地層控制，

總體呈背斜產出，形態近似馬鞍狀。礦體形態剖面圖如圖1所示。礦體品位3%～11%，平均6.09%，邊界品位≥3%的資源量為116，389，425t。礦體真厚度3～14m，平均5.3m。該銅礦厚度、品位變化較穩定，總體上中部礦體厚度較大，品位高，四周礦體厚度薄，品位低。

圖1 礦體形態剖面圖

(2)采礦方法選擇上，提出了進路膠結充填法、中深孔房柱法、淺孔房柱法及上向分層點柱充填法，在

進行了技術經濟比較后，推薦了真厚度在4m以上且Cu品位在5%以上的礦體，采用進路膠結充填法，確保大厚度、高品位礦少損失、低貧化；其余薄礦體采用預控頂房柱法，也是為了降低這部分礦體的礦石損失率，不充填減少水泥(當地水泥價格250～300美元/t)總體用量，使采礦成本最低、效益最大化。

(3)礦山生產規模：在邊界品位3%時，礦山生產規模為6Mt/a。

(4)開拓系統為中央雙斜井開拓(一條主膠帶運輸巷、一條輔助斜坡道)；采用50t坑內卡車運輸礦石，分區段集中破碎后，礦石由東、西兩翼分支膠帶運至主膠帶出地表。開拓系統如圖2所示。

(5)采場使用雙臂鑿巖臺車+17t柴油鏟運機等全無軌設備。

圖2 開拓系統示意圖

3 中外咨詢公司對該銅礦設計的不同點

中方編制的基建進度計劃，是按該銅礦確定的設計規模6Mt/a所需要完成的相應工程量進行的，這些工程包括中央雙斜井、脈外北翼東西分支膠帶斜井、南北兩翼脈內東西輔助斜坡道、穿脈輔助斜坡道、南北兩翼風井、破碎站及其他硐室工程、采切工程等，工程總量約計150萬m3，項目基建進度利用Project軟件編制，基建時間3年。基建完開拓運輸、供水、供電、排水、充填及通風系統，滿足了礦山投產條件，基建完畢后的開拓系統如圖3所示。

圖3 基建完畢后開拓系統

中方編制的回采進度計劃，是在礦山基建完成了圖3中相關工程之后進行的。礦山基建完成即投產，從投產到達產持續時間為2年。

中方設計的該銅礦從基建到達產歷時5年。中方的基建進度計劃及回采進度計劃的編制，國內版采用國內的常規設計模式；對外交流版采用EPS軟件進行礦山基建與回采進度的編制。

外方咨詢公司對該銅礦基建進度及回采進度計劃,采用EPS軟件編制。用EPS軟件編制的基建、排產計劃與三維礦體模型結合，動態地將各時間點的任務屬性，呈現出來。但由于中外設計理念的差異，外方的礦山基建不同于中方的設計思路，從基建到達產這段時間，只有在脈外掘進雙斜井工程及接近礦體的輔助工程才屬于基建工程(如圖4、圖5所示為基建工程1、基建工程2)，一旦揭露礦體,圈定了采場范圍，便進行采切工作，就是礦山投產開始時間(如圖6所示為投產開始工程)。

圖4 基建工程1

圖5 基建工程2

圖6 投產開始工程

從圖7至圖11的過程就是一邊生產一邊掘進的過程，隨著掘進范圍擴大，生產采場數量的增加，礦山生產規模逐步達產，在這個過程中，隨著生產及掘進的展開，投入的人員、設備不斷增多，礦石產出在不斷增加，坑內通風量也需要不斷調整，直至實現6Mt/a的生產能力，才構筑起礦山達產后采掘銜接平衡的生產系統，從基建到達產歷時8年，這8年前3年相當于中方的基建，后5年等同于采選從投產到達產的過程，礦山達產時間見表1。

圖7 礦山生產掘進工程1

圖8 礦山生產掘進工程2

圖9 礦山生產掘進工程3

圖10 礦山生產掘進工程4

圖11 礦山生產掘進工程5

4 中外設計的優缺點分析

(1)設計輔助工具上，外方明顯優于中方[1]。利用這些工具，在方案設計階段可以把礦山基建、投產、達產、穩產、減產及閉坑的各個環節等礦山全壽命周期的活動，既可用數據全過程顯示，又可與礦體模型契合，礦山的開發過程一目了然，也便于礦山管理。

(2)設計思路上，中外雙方設計理念不同。中方是在確定礦山規模后，按規模要求構筑開拓系統，利用多工作面同時基建(雙斜井口、六條風井正向掘進)，在最短時間內完成基建工程量，然后快速實現達產，當然這樣會帶來礦山一次基建量大、投資大，但達產快，資金回籠也快，適合于礦山資源豐富、資金實力雄厚的企業；外方的則僅采用雙斜井施工，掘進到風井位置，再使用反井鉆機施工風井，在小范圍內形成通風循環后，揭露礦體就算投產，然后逐漸擴大采掘范圍，邊基建邊生產，需要較長時間才能達到設計規模，這樣的操作模式，先期基建量小，投入小，產能小，但早期能產生現金流，更適合于資源狀況一般，受銅金屬價格影響明顯的礦山或資金周轉不暢的企業。

表1 礦山達產時間表

(3)在達到6Mt/a生產能力時，中方基建方案較外方投資大，但從基建到達產時間比外方短，中外雙方產生3年的時間差，早投產這幾年所產生的價值遠大于雙方投資之差。對該礦這樣世界級的高品位銅礦資源的開發，越快建成企業就越早受益。

5 結論

該銅礦項目的中外設計咨詢方案，因文化及設計理念差異而有區別。外方更執著于設計中一切引用的數據要有計算依據，且少投入快產出早收益；而中方某些設計參數的選取往往是根據經驗數值或者類比法確定，嚴謹性上不足。涉外礦山工程設計，要做到與國際接軌，國內設計人員應掌握利用國際通用的礦山設計輔助工具[1]，融合并抓取中外設計中的優點運用到工程設計中。