李官集鐵礦開采設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)踐與思考

馬毅敏

(中鋼礦業(yè)開發(fā)有限公司, 北京 100080)

李官集鐵礦開采設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)踐與思考

馬毅敏

(中鋼礦業(yè)開發(fā)有限公司, 北京 100080)

通過李官集鐵礦開采設(shè)計(jì)的優(yōu)化實(shí)踐,闡述設(shè)計(jì)優(yōu)化的必要性,以及設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)項(xiàng)目投資控制、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的重大作用,提示設(shè)計(jì)者、項(xiàng)目建設(shè)者對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的重視和認(rèn)同。

低品位礦床;礦山設(shè)計(jì);分層點(diǎn)柱充填采礦法;設(shè)計(jì)優(yōu)化

山東李官集鐵礦原屬山東泰山陽光集團(tuán)汶上縣富全礦業(yè)有限公司,2005年經(jīng)省發(fā)改委批準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)規(guī)模為采選 100萬 t/a,豎井開拓,共計(jì)有 3條井。礦山 2008年 6月被中鋼集團(tuán)收購,更名為中鋼集團(tuán)山東富全礦業(yè)有限公司,在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上委托馬鞍山礦山研究院重新進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),規(guī)模增加為 120萬 t/a,新增 1條設(shè)備進(jìn)風(fēng)井,其他開拓工程不變,概算投資 5.1億,計(jì)劃 2010年底建成投產(chǎn),2012年達(dá)產(chǎn)。

1 礦區(qū)概況

李官集鐵礦位于山東省汶上縣郭倉鄉(xiāng)北部,礦區(qū)及周邊均為沖積平原地貌,區(qū)域內(nèi)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(biāo)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(qū)呈平行狀分布,有 14層礦,總地質(zhì)儲(chǔ)量 5548萬 t,平均地質(zhì)品位 29.6%。其中 1號(hào)礦層規(guī)模最大,連續(xù)性好,控制走向長(zhǎng) 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(nèi)礦床巖性簡(jiǎn)單,為碎裂狀黑云變粒巖,其底板為構(gòu)造破碎帶,破碎帶走向與礦體走向基本一致,構(gòu)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(qiáng)度均優(yōu)于底板巖石。礦區(qū)內(nèi)斷裂節(jié)理構(gòu)造發(fā)育,3組斷裂構(gòu)造構(gòu)成礦區(qū)的主體構(gòu)造骨架,部分?jǐn)嗔褞?duì)礦體影響較大。

2 原初步設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

原初步設(shè)計(jì)采用豎井開拓,概算投資 2.1億元?；üこ讨饕?主副井、設(shè)備進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井,中段運(yùn)輸,溜破系統(tǒng),采切工程等,設(shè) 3個(gè)中段,其中-320 m、-220 m為運(yùn)輸中段,-120 m為回風(fēng)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?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V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(shè)塹溝、進(jìn)路式底部結(jié)構(gòu),采用 YGZ90鉆分段鑿巖,分段爆破,3 m3鏟運(yùn)機(jī)集中出礦,采高 50 m集中充填。

3 新初步設(shè)計(jì)優(yōu)化

從生產(chǎn)規(guī)模入手,論證礦床開拓、采礦方法的可行性,通過擴(kuò)大規(guī)模,用規(guī)模效益來彌補(bǔ)礦床低品位的先天不足,同時(shí)尋求工藝簡(jiǎn)單、流程短的開拓運(yùn)輸方式和采礦方法,降低投資和生產(chǎn)成本,以期達(dá)到項(xiàng)目效益最優(yōu)。

3.1 生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化

中鋼集團(tuán)收購李官集鐵礦后,在進(jìn)一步研究地質(zhì)資料和參照類似礦山規(guī)模的基礎(chǔ)上,決定擴(kuò)大規(guī)模至 150萬 t/a,經(jīng)校核及生產(chǎn)能力驗(yàn)證,中段生產(chǎn)能力為 142～156萬 t/a,由于已開工建設(shè)的主井提升能力沒有富余,決定生產(chǎn)規(guī)模為 120萬 t/a,留20%的富余能力。

3.2 中段運(yùn)輸水平的優(yōu)化

新初步設(shè)計(jì)設(shè) -320m、-220 m兩個(gè)運(yùn)輸中段。考慮礦體為急傾斜產(chǎn)狀,不論是分段還是階段空?qǐng)霾傻V,都沒有必要設(shè) -220 m運(yùn)輸水平,-220 m以上礦石可通過分段聯(lián)巷、階段溜井放至 -320 m水平集中運(yùn)輸。方案優(yōu)化后,減少了 4808 m及 1082 m的鋪軌架線,節(jié)約投資 3501萬元,同時(shí)減少了倒運(yùn)環(huán)節(jié),縮短了流程,降低運(yùn)營(yíng)成本 480萬元 /a。

3.3 采礦方法初步優(yōu)化

結(jié)合優(yōu)化后的中段布置方案,整個(gè)礦床擬從下往上,單中段連續(xù)采至 -120 m,可供選擇的方案有:上向分層點(diǎn)柱充填法,分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法(原設(shè)計(jì)方案),大直徑深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法。3種方案均能滿足生產(chǎn)能力的需要,各有優(yōu)缺點(diǎn),但就關(guān)鍵的采切比、充填體強(qiáng)度要求、充填工序的復(fù)雜程度進(jìn)行初步比較,傾向大直徑深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法,主要參數(shù)指標(biāo)比較見表1。

表1 3種方案主要參數(shù)指標(biāo)

3.4 采礦方法進(jìn)一步優(yōu)化

2010年 3月,為實(shí)現(xiàn)年底提前出礦、提前投產(chǎn)、減少采場(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間,避免兩步驟回采工藝和解決輔助中段出礦底部結(jié)構(gòu)設(shè)置在充填體上、減少采礦對(duì)充填體強(qiáng)度的要求、降低充填成本,經(jīng)考察研究,擬采用改進(jìn)的盤區(qū)上向分層點(diǎn)柱式充填采礦法。盤區(qū)沿礦體走向布置,長(zhǎng) 90 m,分段高度 15 m,經(jīng)圍巖與礦柱穩(wěn)定性數(shù)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(lián)巷和出礦聯(lián)巷與礦體 (礦房)聯(lián)通,分段間有采區(qū)斜坡道和設(shè)備井相連,水平和垂向上連續(xù)回采。該方案工藝簡(jiǎn)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(shí)還解決了高階段下微細(xì)粒級(jí)尾砂充填體強(qiáng)度低的難題。采準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)已通過有關(guān)研究人員審查,正在進(jìn)行采準(zhǔn)施工。

3.5 采礦生產(chǎn)組織模式創(chuàng)新

井下掘進(jìn)、采礦、充填各工序均實(shí)行對(duì)外承包,引進(jìn)社會(huì)資源,降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn),僅采礦工程,承包方自帶設(shè)備一項(xiàng),節(jié)約設(shè)備投資 2300多萬元,大大降低了生產(chǎn)成本。

4 開采設(shè)計(jì)優(yōu)化的幾點(diǎn)思考

4.1 設(shè)計(jì)原則

除遵守設(shè)計(jì)規(guī)范要求外,設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮以下原則:

(1)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則。在確保安全前提下,通過設(shè)計(jì)高效的技術(shù)工藝,確保礦山的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),取得最佳效益;

(2)體現(xiàn)循環(huán)減排的原則;

(3)敢于創(chuàng)新工藝,大膽使用新技術(shù)、新裝備,優(yōu)化配置,流程最短,達(dá)到規(guī)模最佳有彈性,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)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(jīng)濟(jì)思想和抗風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),遵循“一流”水平和經(jīng)濟(jì)使用相統(tǒng)一的原則。因礦得法、靈活高效、控制投資、節(jié)能增效、降低成本是設(shè)計(jì)者、經(jīng)營(yíng)者永恒的主題;

(5)要充分考慮采礦外包這種生產(chǎn)組織模式所帶來的新變化;

(6)業(yè)主與設(shè)計(jì)者雙方充分溝通、互相學(xué)習(xí)。

4.2 關(guān)于生產(chǎn)規(guī)模的思考

礦山的生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)以市場(chǎng)需求為原則,因擴(kuò)大規(guī)模而造成的服務(wù)年限縮短引起的其他問題,可通過開發(fā)接替礦山,加速折舊,甚至從高價(jià)位獲取的高額利潤(rùn)中獲取等方式來解決,優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的就是企業(yè) (集團(tuán))整體效益的最大化。

4.3 投資與運(yùn)行成本

影響項(xiàng)目效益最敏感的經(jīng)濟(jì)因素是產(chǎn)品的銷售價(jià)格。價(jià)格受市場(chǎng)影響,業(yè)主無法控制,但可設(shè)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(xiàng)目收益的狀況,投資所形成的建設(shè)期利息,生產(chǎn)期的財(cái)務(wù)費(fèi)用,折舊及攤銷的增加都將削弱項(xiàng)目的收益。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)中,控制投資是改善效益的重要途徑。

引進(jìn)有實(shí)力的承包隊(duì)伍也是降低投資的重要舉措。中等以上規(guī)模的地下礦山,承包隊(duì)伍自帶采掘設(shè)備,可為業(yè)主減少投資 1500～3000萬元。

(2)就成本影響因素而言,改進(jìn)工藝和設(shè)備是降低成本、提高效益的最直接途徑。構(gòu)成成本的重要因素在于工藝技術(shù)、工藝方法的先進(jìn)性和適宜性,它可以決定企業(yè) 80%以上的成本,是降低成本的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)階段工藝和設(shè)備的優(yōu)化,以及生產(chǎn)階段的持續(xù)改進(jìn),應(yīng)貫穿項(xiàng)目的始終。

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

[2] 田金華,李棟祥,徐建榮.開拓系統(tǒng)優(yōu)化選擇的灰色局勢(shì)決策[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2003,23(5):20～22.

2010-07-08)

馬毅敏 (1963-),男,河南舞陽人,高級(jí)工程師,主要從事生產(chǎn)技術(shù)規(guī)劃與管理工作。