采矿工程设计与施工中存在问题

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长江流域矿产资源丰富，分布矿种多样，目前已发现矿产地约占全国矿产地总数1/4[1]。地处长江流域的湖北磷矿资源较为丰富，有效开采磷矿是湖北山区较为重要的一种经济发展方式，这就带来采矿工程的安全高效、有效管控等问题。众所周知，矿山开采是安全危险性极高的行业，其设计与施工均应考虑地质结构、矿体构造、开采设备设施以及周围环境等因素的影响，特别是地质结构不好，矿体倾角陡的矿山，在开采过程中技术难题和安全隐患问题较突出，开采企业为赢得社会和经济效益，应不断改进采矿技术，引进先进设备，加强设计和施工技术优化，以确保采矿工程顺利安全进行。

1采矿工程技术特点

1.1地质勘探不彻底问题

根据矿体赋存条件确定开采矿区，一般是先开采品级（品位）较好、易开采的矿体，但由于地质勘探普查与详查条件的限制，矿产资源的品级（品位）和所处位置不可能一一清楚明了，不确定的矿山资源储量和生产能力将直接影响采矿企业的经济效益。表1为某矿山资源储量（中段）特征表。从表1中可以看出：（1）标高1260m以下矿体厚度一般为1.6~2m，倾角9°~13°之间，标高1260m以上矿体厚度为1.7m以下，倾角13°左右。（2）标高1160m以上储量3442.19kt，品级为25%以下，占全部储量（7642.36kt）的45%。这部分矿石随市场行情影响很大；品级为25%以上矿石有市场，可以开采，但矿体厚度小于2m，需要分层开采，才能保证矿石品级。

1.2采矿地点不固定问题

具体而言，采矿的机械设备和人员具有流动性。这一矿区矿产开采完毕，设备和人员也随之发生转移到下一个矿区，矿山的生产与开拓、采准和回采工作需要协调一致、密不可分。

1.3标准化不全面问题

伴随采矿作业的深入，优质矿产资源会逐步减少，采矿技术难度随开采时间的延长而加大，采矿成本随采掘条件复杂而提高，虽然标准化已实行多年，采矿工程在操作过程中仍有诸多不确定性，采矿工艺技术设计难以实现全面标准化。矿山企业按照国家颁布的开采考评标准实现标准化已有多年，但企业在实际开采工程中有采富弃贫的现象，只采富矿层（假设为中矿层、品级较好的矿石，有利润），这是标准化所不允许的；若干年后，当贫矿层（上贫矿）有市场而开采时，开采难度会加大，会造成开采高度增加，采矿条件变差，原来已有的安全措施需要改进，所需成本大大提高。

2设计与施工过程中存在的问题

2.1采矿工程设计存在的问题

2.1.1采矿工程的投资与成本控制由于勘察工作原因，设计人员在设计“三同时”及设计交底时，难以及时全面掌握设计中出现的新情况、新问题，导致采矿工程设计中的成本不能获得良好的设计手段进行控制，设计成本巨大浪费一旦出现想要通过后期设计调整，很难达到原有效果，严重的甚至会造成无法挽回的经济损失。其次，部分设计人员没有保持足够的经济敏感性，导致工程成本与预期目标有较大差异。另外，材料管理方面的忽视，导致实际费用与预期核算的结果出现较大偏差，施工成本增大。采矿工程成本控制工作的失效还会让施工周期不断延长，也让企业的支出成本大幅度提升。因此，设计过程中开展高质量、高水平的工程成本预算和控制，是设计人员应尽责任和基本职责，务必防止出现疏忽或是其他突发状况，使设计工作大打折扣。现举一工程案例：某脉外通风巷道长800m，岩石结构单一为大理岩，巷道规格宽×高=4m×2.6m，出渣运距出井口200m，需要开17%的增值税发票，工程造价2250元/m，工程款总额180万元，工期半年。承包商一般对成本进行了核算：（1）工期半年，6个月，按每个月25个工作日计工作天数为150d，每天需掘进5.33m，不考虑台车凿岩，用手持式凿岩机；（2）直接开采成本，每天2班，每班2.67m进尺，炸药48kg,雷管32发，钻杆、钻头100元/班，材料消耗：48×11.23+32×5.6+100=818元/班，钻孔工人工资600元/班（两人），耙渣机司机250元/班，运渣司机250元/班，柴油50元/班（单耗1.8元/方），通风电费50元/班（含照明），其他300元/班，以上计2318元/班，钻机、风、水管，抽风机、耙渣机、矿车计40万元；（3）间接开采成本：管理费165元/班，增值税30.6万元，贷款150万元（按银行税率5%计7.5万元）；（4）成本计算=（2318+165）×2×150/10000+70.6+7.5≈153万元，利润27万元，如果晚上作业，错开用电高峰，电费可减少，另外抽风机、耙渣机、矿车等设备可以二次使用。2.1.2环境保护环评亦是采矿设计中重要一环，采矿必须获得环评的通过。在采矿工程的设计阶段，采矿工程的设计人员应当对周围的环境进行考察，并做好规划，减少资源开采给周围环境带来影响。新建企业在矿山开采之前所做的矿山矿产资源开发利用方案即“三合一”报告中包括了环境影响评价，表述了企业在环境保护方面的成就，提出还需要做哪些工作，如边坡的防护治理，砌筑挡土墙，植被恢复工程，地质、环境的监测，粉尘、污水的防治等，矿山企业按照开发利用方案应该做好环境治理与保护，并且应持之以恒，为采矿许可证延期打下良好基础。环评对矿山生产周期会产生重要影响。2.1.3不同的特殊地质条件例如：对于深厚的松散层地质条件开采，由于开采地沉陷容易出现井壁破裂[2]，引起矿体崩塌、塌陷，危及采矿人员生命安全。因此,在设计中要加强特殊地质条件的甄别和判断，设计合理有效安全的采矿方案和措施。

2.2采矿工程施工存在的问题

2.2.1采矿单位与设计单位技术交底沟通不协调设计人员一般会参考同类矿山已有的设计参数来进行设计，同时采矿工作量较大，开采过程中会出现新问题、新情况，设计人员不可能面面俱到，因此可能出现设计方案中的局部无法得到良好规划，同时因为在实地进行考察的时间与精力有限，设计方案中的设计规划就会出现片面的问题，加上施工单位在对图纸进行会审时，没有进行严谨的问题排查，导致设计图纸上的问题直接遗留到了施工阶段。随着采矿施工的深入，会出现例如地质结构的变化等特殊情况，设计人员无法及时提出解决方案，造成采矿局部中断，增加投资成本。2.2.2施工过程中的安全问题采矿施工过程中存在较多安全隐患，必须高度重视安全生产问题，确保基层施工人员的人身财产安全得到根本保障。矿产开采工作在组织的过程中应得到科学且适合的控制管理制度的监管，包括对施工流程进行更为严谨的规划，如果在施工中出现与设计方案误差较大的情况，应请设计人员到现场进行确认，出具设计变更函，及时进行调整，使工作得以顺利进行，同时有效的安全措施让事故的发生率大大降低。另外，要注意矿体不同采矿方法也应不同[3]，在施工过程中要进行不同方案比选，要加强回采工艺研究和技术经济分析，不仅要满足不同的矿体采矿要求，也要满足高效、经济要求。矿山安全隐患有：露天矿山的滑坡、泥石流，地下开采中的顶板脱落、片帮，井下煤矿的瓦斯突出，各种职业病，等等，矿山制定了相应的安全保障制度措施，职工若严格遵守执行，那么矿山事故率就会降低。

3对策分析

3.1明确设计重点

第一，要想从根本上提升设计质量，设计人员要明确采矿工程设计的重点。在地下开采过程中，井巷工程设计至关重要。设计人员除了收集服务方的有关资料外，还应加大施工现场勘查力度，全面掌握矿区的地质结构因素与水文条件等因素，以此为依据加大对脉外与沿脉巷道的关系利用力度，逐步实现对薄矿体的有效开采，延长开采服务期限，同时还应充分考虑开采过程中的安全性，有针对性地进行通风以及运输等环节的设计，贯穿“安全第一”的工作指导方针，最终确定最佳井巷工程与爆破方案。第二，在设计工作中，还应在综合分析安全性、经济性以及技术性等因素的基础上，确定最佳开拓运输方案，明确最佳的运输路线，使运输时间最短，同时对井筒规格进行合理选择，实现对井巷开拓工程设计方案的优化，为加大采矿工程成本控制力度、提升开采作业效率奠定基础。第三，露天矿山的开采设计，以经济合理剥采比、最佳开采深度为重点进行优化设计，选择较好可行的开采方案，延长矿山开采年限，从而取得利润最大化。露天转地下如果可行，应充分考虑露天转地下的最佳开采水平标高，同时在露天采矿还未结束时完成井下开拓工程初步设计，为采矿的连续性奠定基础。

3.2优化采矿设计

首先，优化生产探矿工程。聘请地质专家进行矿区地质情况的深入分析，在实践中针对不同矿体和深井对探矿方案和技术进行优化处理[4-5]，为节约开采成本奠定基础。探矿中，一旦发现矿岩产生变化，应及时展开重新圈定矿体的工作。其次，优化采场回采设计。在深入分析地质条件、采矿损失率以及回采率等参数的基础上对开采方法进行优化处理，实现对开采参数及工艺布置流程的改进。设计人员应与施工技术人员进行充分的沟通，优化设计充填布置图、采切布置图和支护结构图等。另外，还要进行绿色采矿技术优化，目前充填采矿技术得到很大发展，但要处理好充填层与隔水关键层的相互作用关系、渗流稳定判断以及充填层充实率等问题[6]。只有在不断进行采矿设计工作优化的基础上，才能够从根本上提升采矿工程施工效率。以地下开采为例，设备先进，按照设备技术参数，全矿层一次开采，可以减少设备周转的时间，节约资金。如果设备较为普通，就应该采取留矿法，先采上层矿，确保顶板安全稳固后，再开采下层矿，这样通风、顶板的管理都有保障，否则，安全管理时间就会延长，安全管理不能到位，会造成开采进度有较大影响。

3.3提级技术装备

先进的设备技术在采矿工程中可以起到良好的经济性及安全性。针对采矿工程施工过程中的常见问题，在实际制定解决措施的过程中，首先，是优化技术装备。在采矿作业施工的过程中，应结合工程特点，有针对性地改进采矿技术，并结合工程需求引入先进的采矿设备，为提升采矿工程施工安全性以及施工效率奠定基础。其次，对采掘设备升级，对自动化开采技术等进行充分应用，为更加高效地展开大规模开采奠定基础。比如用凿岩台车替代气腿式凿岩机，使凿岩效率明显提高。可以列表进行对比说明，如表2所示。从表2中可以看出，钻凿同一断面，台车用时仅为手持式凿岩机的1/3，其劳动强度也大为降低。

3.4完善技改方案

在实际展开采矿工程施工以前，首先，应针对技术改造项目设计方案进行优化处理，结合各项参数提升技术设施系统分析的准确性，只有这样才能够在实际施工中将各种先进技术与设备的功能全面发挥出来，以明确采矿工程特点的基础上实现技术改造方案的优化设计。其次，还应在开采作业以前，优化设计施工方案，充分展开技术交底工作，并严格遵守设计图纸展开施工，指派专人展开监督审核工作，为科学施工提供保障。当然，要满足安全生产的需要，在综合考虑的基础上，来进行技术改造与革新。目前开采技术日趋成熟，采矿工程技改和革新的措施因矿山而异。（1）开采方案的优化。这一般发生在生产初期，如方案包括矿井主井口的选址，开拓方式，开采深度的确定，投资成本的多少、利润等等，有多个方案，评选出最优方案。（2）改进采矿工艺[7]。比如：在安全的前提下，对经济价值较高的矿石回采可采取快干砼浆砌片石来替换矿柱，多采用先进的工艺技术，提高矿石回采率和生产成本。（3）设备采用多样化。井下斜坡上山，适合电耙作业出渣，而下山则用装载机较好，极大提高工作效率。

4结语

采矿工程设计与施工，涉及技术、工艺、设备、操作方式等诸多方面，应根据各种实际情况进行科学合理的设计规划，同时采取有效对策，分析控制工程投资和成本，在确保安全的前提下，做到采矿企业利润最大化，从根本上促进我国采矿工程领域的健康发展。

作者:李永胜 单位:湖北神农磷业科技股份有限公司