采礦工程設計與施工中存在問題與對策分析

李永勝

(湖北神農磷業科技股份有限公司 湖北十堰 442400)

長江流域礦產資源豐富，分布礦種多樣，目前已發現礦產地約占全國礦產地總數1/4[1]。地處長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較為重要的一種經濟發展方式，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性極高的行業，其設計與施工均應考慮地質結構、礦體構造、開采設備設施以及周圍環境等因素的影響，特別是地質結構不好，礦體傾角陡的礦山，在開采過程中技術難題和安全隱患問題較突出，開采企業為贏得社會和經濟效益，應不斷改進采礦技術，引進先進設備，加強設計和施工技術優化，以確保采礦工程順利安全進行。

1 采礦工程技術特點

1.1 地質勘探不徹底問題

根據礦體賦存條件確定開采礦區，一般是先開采品級（品位）較好、易開采的礦體，但由于地質勘探普查與詳查條件的限制，礦產資源的品級（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量和生產能力將直接影響采礦企業的經濟效益。表1為某礦山資源儲量（中段）特征表。

從表1 中可以看出：（1）標高1 260 m 以下礦體厚度一般為1.6～2 m，傾角9°～13°之間，標高1 260 m以上礦體厚度為1.7 m以下，傾角13°左右。（2）標高1 160 m以上儲量3 442.19 kt，品級為25%以下，占全部儲量（7 642.36 kt）的45%。這部分礦石隨市場行情影響很大；品級為25%以上礦石有市場，可以開采，但礦體厚度小于2 m，需要分層開采，才能保證礦石品級。

表1 某礦山資源儲量（中段）特征表

1.2 采礦地點不固定問題

具體而言，采礦的機械設備和人員具有流動性。這一礦區礦產開采完畢，設備和人員也隨之發生轉移到下一個礦區，礦山的生產與開拓、采準和回采工作需要協調一致、密不可分。

1.3 標準化不全面問題

伴隨采礦作業的深入，優質礦產資源會逐步減少，采礦技術難度隨開采時間的延長而加大，采礦成本隨采掘條件復雜而提高，雖然標準化已實行多年，采礦工程在操作過程中仍有諸多不確定性，采礦工藝技術設計難以實現全面標準化。

礦山企業按照國家頒布的開采考評標準實現標準化已有多年，但企業在實際開采工程中有采富棄貧的現象，只采富礦層（假設為中礦層、品級較好的礦石，有利潤），這是標準化所不允許的；若干年后，當貧礦層（上貧礦）有市場而開采時，開采難度會加大，會造成開采高度增加，采礦條件變差，原來已有的安全措施需要改進，所需成本大大提高。

2 設計與施工過程中存在的問題

2.1 采礦工程設計存在的問題

2.1.1 采礦工程的投資與成本控制

由于勘察工作原因，設計人員在設計“三同時”及設計交底時，難以及時全面掌握設計中出現的新情況、新問題，導致采礦工程設計中的成本不能獲得良好的設計手段進行控制，設計成本巨大浪費一旦出現想要通過后期設計調整，很難達到原有效果，嚴重的甚至會造成無法挽回的經濟損失。其次，部分設計人員沒有保持足夠的經濟敏感性，導致工程成本與預期目標有較大差異。另外，材料管理方面的忽視，導致實際費用與預期核算的結果出現較大偏差，施工成本增大。

采礦工程成本控制工作的失效還會讓施工周期不斷延長，也讓企業的支出成本大幅度提升。因此，設計過程中開展高質量、高水平的工程成本預算和控制，是設計人員應盡責任和基本職責，務必防止出現疏忽或是其他突發狀況，使設計工作大打折扣。

現舉一工程案例：某脈外通風巷道長800 m，巖石結構單一為大理巖，巷道規格寬×高=4 m×2.6 m，出渣運距出井口200 m，需要開17%的增值稅發票，工程造價2 250 元/m，工程款總額180 萬元，工期半年。承包商一般對成本進行了核算：（1）工期半年，6個月，按每個月25 個工作日計工作天數為150 d，每天需掘進5.33 m，不考慮臺車鑿巖，用手持式鑿巖機；（2）直接開采成本，每天2班，每班2.67 m進尺，炸藥48 kg,雷管32發，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），耙渣機司機250 元/班，運渣司機250 元/班，柴油50 元/班（單耗1.8元/方），通風電費50元/班（含照明），其他300元/班，以上計2 318元/班，鉆機、風、水管，抽風機、耙渣機、礦車計40 萬元；（3）間接開采成本：管理費165 元/班，增值稅30.6萬元，貸款150萬元（按銀行稅率5%計7.5 萬元）；（4）成本計算=（2318+165）×2×150/10000+70.6+7.5≈153 萬元，利潤27 萬元，如果晚上作業，錯開用電高峰，電費可減少，另外抽風機、耙渣機、礦車等設備可以二次使用。

2.1.2 環境保護

環評亦是采礦設計中重要一環，采礦必須獲得環評的通過。在采礦工程的設計階段，采礦工程的設計人員應當對周圍的環境進行考察，并做好規劃，減少資源開采給周圍環境帶來影響。

新建企業在礦山開采之前所做的礦山礦產資源開發利用方案即“三合一”報告中包括了環境影響評價，表述了企業在環境保護方面的成就，提出還需要做哪些工作，如邊坡的防護治理，砌筑擋土墻，植被恢復工程，地質、環境的監測，粉塵、污水的防治等，礦山企業按照開發利用方案應該做好環境治理與保護，并且應持之以恒，為采礦許可證延期打下良好基礎。環評對礦山生產周期會產生重要影響。

2.1.3 不同的特殊地質條件

例如：對于深厚的松散層地質條件開采，由于開采地沉陷容易出現井壁破裂[2]，引起礦體崩塌、塌陷，危及采礦人員生命安全。因此,在設計中要加強特殊地質條件的甄別和判斷，設計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 采礦單位與設計單位技術交底溝通不協調

設計人員一般會參考同類礦山已有的設計參數來進行設計，同時采礦工作量較大，開采過程中會出現新問題、新情況，設計人員不可能面面俱到，因此可能出現設計方案中的局部無法得到良好規劃，同時因為在實地進行考察的時間與精力有限，設計方案中的設計規劃就會出現片面的問題，加上施工單位在對圖紙進行會審時，沒有進行嚴謹的問題排查，導致設計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，會出現例如地質結構的變化等特殊情況，設計人員無法及時提出解決方案，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問題，確保基層施工人員的人身財產安全得到根本保障。礦產開采工作在組織的過程中應得到科學且適合的控制管理制度的監管，包括對施工流程進行更為嚴謹的規劃，如果在施工中出現與設計方案誤差較大的情況，應請設計人員到現場進行確認，出具設計變更函，及時進行調整，使工作得以順利進行，同時有效的安全措施讓事故的發生率大大降低。另外，要注意礦體不同采礦方法也應不同[3]，在施工過程中要進行不同方案比選，要加強回采工藝研究和技術經濟分析，不僅要滿足不同的礦體采礦要求，也要滿足高效、經濟要求。

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，各種職業病，等等，礦山制定了相應的安全保障制度措施，職工若嚴格遵守執行，那么礦山事故率就會降低。

3 對策分析

3.1 明確設計重點

第一，要想從根本上提升設計質量，設計人員要明確采礦工程設計的重點。在地下開采過程中，井巷工程設計至關重要。設計人員除了收集服務方的有關資料外，還應加大施工現場勘查力度，全面掌握礦區的地質結構因素與水文條件等因素，以此為依據加大對脈外與沿脈巷道的關系利用力度，逐步實現對薄礦體的有效開采，延長開采服務期限，同時還應充分考慮開采過程中的安全性，有針對性地進行通風以及運輸等環節的設計，貫穿“安全第一”的工作指導方針，最終確定最佳井巷工程與爆破方案。

第二，在設計工作中，還應在綜合分析安全性、經濟性以及技術性等因素的基礎上，確定最佳開拓運輸方案，明確最佳的運輸路線，使運輸時間最短，同時對井筒規格進行合理選擇，實現對井巷開拓工程設計方案的優化，為加大采礦工程成本控制力度、提升開采作業效率奠定基礎。

第三，露天礦山的開采設計，以經濟合理剝采比、最佳開采深度為重點進行優化設計，選擇較好可行的開采方案，延長礦山開采年限，從而取得利潤最大化。露天轉地下如果可行，應充分考慮露天轉地下的最佳開采水平標高，同時在露天采礦還未結束時完成井下開拓工程初步設計，為采礦的連續性奠定基礎。

3.2 優化采礦設計

首先，優化生產探礦工程。聘請地質專家進行礦區地質情況的深入分析，在實踐中針對不同礦體和深井對探礦方案和技術進行優化處理[4-5]，為節約開采成本奠定基礎。探礦中，一旦發現礦巖產生變化，應及時展開重新圈定礦體的工作。其次，優化采場回采設計。在深入分析地質條件、采礦損失率以及回采率等參數的基礎上對開采方法進行優化處理，實現對開采參數及工藝布置流程的改進。設計人員應與施工技術人員進行充分的溝通，優化設計充填布置圖、采切布置圖和支護結構圖等。另外，還要進行綠色采礦技術優化，目前充填采礦技術得到很大發展，但要處理好充填層與隔水關鍵層的相互作用關系、滲流穩定判斷以及充填層充實率等問題[6]。只有在不斷進行采礦設計工作優化的基礎上，才能夠從根本上提升采礦工程施工效率。

以地下開采為例，設備先進，按照設備技術參數，全礦層一次開采，可以減少設備周轉的時間，節約資金。如果設備較為普通，就應該采取留礦法，先采上層礦，確保頂板安全穩固后，再開采下層礦，這樣通風、頂板的管理都有保障，否則，安全管理時間就會延長，安全管理不能到位，會造成開采進度有較大影響。

3.3 提級技術裝備

先進的設備技術在采礦工程中可以起到良好的經濟性及安全性。針對采礦工程施工過程中的常見問題，在實際制定解決措施的過程中，首先，是優化技術裝備。在采礦作業施工的過程中，應結合工程特點，有針對性地改進采礦技術，并結合工程需求引入先進的采礦設備，為提升采礦工程施工安全性以及施工效率奠定基礎。其次，對采掘設備升級，對自動化開采技術等進行充分應用，為更加高效地展開大規模開采奠定基礎。比如用鑿巖臺車替代氣腿式鑿巖機，使鑿巖效率明顯提高。可以列表進行對比說明，如表2所示。

表2 鑿巖機類型對比表

從表2中可以看出，鉆鑿同一斷面，臺車用時僅為手持式鑿巖機的1/3，其勞動強度也大為降低。

3.4 完善技改方案

在實際展開采礦工程施工以前，首先，應針對技術改造項目設計方案進行優化處理，結合各項參數提升技術設施系統分析的準確性，只有這樣才能夠在實際施工中將各種先進技術與設備的功能全面發揮出來，以明確采礦工程特點的基礎上實現技術改造方案的優化設計。其次，還應在開采作業以前，優化設計施工方案，充分展開技術交底工作，并嚴格遵守設計圖紙展開施工，指派專人展開監督審核工作，為科學施工提供保障。當然，要滿足安全生產的需要，在綜合考慮的基礎上，來進行技術改造與革新。

目前開采技術日趨成熟，采礦工程技改和革新的措施因礦山而異。

（1）開采方案的優化。這一般發生在生產初期，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，有多個方案，評選出最優方案。（2）改進采礦工藝[7]。比如：在安全的前提下，對經濟價值較高的礦石回采可采取快干砼漿砌片石來替換礦柱，多采用先進的工藝技術，提高礦石回采率和生產成本。（3）設備采用多樣化。井下斜坡上山，適合電耙作業出渣，而下山則用裝載機較好，極大提高工作效率。

4 結語

采礦工程設計與施工，涉及技術、工藝、設備、操作方式等諸多方面，應根據各種實際情況進行科學合理的設計規劃，同時采取有效對策，分析控制工程投資和成本，在確保安全的前提下，做到采礦企業利潤最大化，從根本上促進我國采礦工程領域的健康發展。