現(xiàn)代礦山開采規(guī)模優(yōu)化及綜合工藝研究

李長富

（云南金沙礦業(yè)股份有限公司，云南 東川 654100）

礦山開采對于企業(yè)來說是一項風(fēng)險性極大的投資活動，尤其對邊際礦床的開發(fā)風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他行業(yè)。邊際礦床的開采風(fēng)險不僅來源于自身復(fù)雜的自然條件，更受到國內(nèi)外政治因素的影響，這也為企業(yè)投資帶來更大的風(fēng)險性[1]。礦山開采首先需要進(jìn)行開采規(guī)模設(shè)計，開采規(guī)模設(shè)計也是礦山開采目標(biāo)的準(zhǔn)則，通常以經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則為主。通常情況下不同的礦場自然條件與經(jīng)濟(jì)環(huán)境都會存在較大差異，甚至存在同一礦床用不同目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選時，結(jié)果自相矛盾的情況。這也就證明了經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則與相應(yīng)經(jīng)濟(jì)變化量范圍的合理選擇時十分重要的。因此，為保證礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益對現(xiàn)代礦山開采規(guī)模優(yōu)化及綜合工藝進(jìn)行研究。

1 現(xiàn)代礦山開采規(guī)模準(zhǔn)則及優(yōu)化分析

通常，規(guī)模經(jīng)濟(jì)理論作為經(jīng)濟(jì)學(xué)的基本理論之一，也是現(xiàn)代企業(yè)理論研究的重要范疇，主要研究經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)規(guī)模的演變之間的數(shù)量關(guān)系。在其他條件不變的條件下，在企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模上加入各生產(chǎn)要素投入量，那么這一工程的產(chǎn)出量會增加一倍多。并且隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的增加，時間成本會隨之減少，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)利潤。國內(nèi)外關(guān)于規(guī)模經(jīng)濟(jì)問題主要分為以下幾點(diǎn)。

（1）規(guī)模經(jīng)濟(jì)的變動與邊際收益遞減規(guī)律( The law of Diminishing Marginal Return)是有區(qū)別的。邊際收益遞減規(guī)律主要是指在一定生產(chǎn)要素組合下，其他投入要素不變時，由某一要素變量所引起的收益變動情況。

（2）強(qiáng)調(diào)“大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)越性”，并不是說企業(yè)規(guī)模越大越好。大規(guī)模生產(chǎn)僅適用于稀缺性生產(chǎn)資源與預(yù)期市場有效需求增加到值得生產(chǎn)組織時才能達(dá)到節(jié)約與經(jīng)濟(jì)效益的實現(xiàn)。

（3）制約規(guī)模經(jīng)濟(jì)變動的因素大致分為市場需求、社會生產(chǎn)力水平、自然條件以及社協(xié)作條件四種。

（4）通常所說的“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”是指包括內(nèi)在規(guī)模經(jīng)濟(jì)、內(nèi)在規(guī)模不經(jīng)濟(jì)、外在規(guī)模經(jīng)濟(jì)、外在規(guī)模不經(jīng)濟(jì)四種情況在內(nèi)的圍觀規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

礦山投產(chǎn)后生產(chǎn)規(guī)模為y（萬t），礦山存在年限為L（a），基建期D（a），基建總投入于D內(nèi)每年初等額投入，貼現(xiàn)采用連續(xù)復(fù)利，將會得到以下公式：

其中PVINT為礦山凈支出現(xiàn)金現(xiàn)值總和，單位（萬元）；PVOUT為礦山凈收入現(xiàn)金現(xiàn)值總和，單位（萬元）；NPV為礦山凈現(xiàn)值總額，單位（萬元）；r為每噸礦石純收入，單位為（元/t）；s為貼現(xiàn)率；A為單位礦石可變投資，單位為（元/t）；Q為礦床可采工業(yè)儲量，單位（萬t）；KO為與規(guī)模無關(guān)的投資，單位（萬元）。

A/r投資回收水平的無量綱返本期；K為固定投資比重?zé)o量綱參數(shù)；b為無量綱服務(wù)年限率。由公式（3）與（7）得到：

由公式（2）、（3）（4），同時利用公式（8）、（9），可以得到：

B決定了礦山規(guī)模的大小，根據(jù)最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模，需要求出最優(yōu)年限b*。將q·b作為一個變量，并且q、d與b無關(guān)。導(dǎo)數(shù)為0的關(guān)于qb公式（11）求導(dǎo)得到：

其中：

若以現(xiàn)值比作為評價準(zhǔn)則，由公式（3）、（8）、（9）、（11）可得到：

由此可知，現(xiàn)值比確定最優(yōu)值，與無量綱參數(shù)q，k有關(guān)，與基建期無關(guān)。

以資金增值（CAR）率作為最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模評價準(zhǔn)則，由（1）、（8）、（9）可得 ：

以內(nèi)部收益率（IRR）作為礦山最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模評價準(zhǔn)則，由PVINT=PVOUT可得：

礦山最優(yōu)開采模型主要以經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則為選擇標(biāo)準(zhǔn)，不同的準(zhǔn)則也會影響結(jié)果的不同。 若某一項參數(shù)固定，那由IRR法、NPV法、CAR法為標(biāo)準(zhǔn)所確定的最優(yōu)開采規(guī)模增加。

2 現(xiàn)代化礦山開采綜合工藝

隨著現(xiàn)代礦山開采工業(yè)化程度的不斷提升，綠色與低碳環(huán)保成為開礦的主要原則。在開采過程中，將現(xiàn)代化采礦技術(shù)與設(shè)備相結(jié)合，才能推動采礦業(yè)更好發(fā)展。目前現(xiàn)代化礦山開采綜合工藝主要設(shè)備與系統(tǒng)有，井下遙控鏟運(yùn)機(jī)、井下遙控礦車、井下遙控裝藥車、井下遙控鑿巖臺車、井下采礦管理系統(tǒng)、井下遠(yuǎn)程遙控破碎系統(tǒng)、井下溜井料位檢測系統(tǒng)、井下車輛防碰撞系統(tǒng)、斜坡道信號系統(tǒng)、電機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)、提升自動化系統(tǒng)、充填自動化系統(tǒng)、選礦自動化系統(tǒng)、排水自動化系統(tǒng)、供電自動化系統(tǒng)、避風(fēng)自動化系統(tǒng)、井下無線通信系統(tǒng)、井下人員定系統(tǒng)、井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、井下地壓監(jiān)測系統(tǒng)、采空區(qū)安全檢測系統(tǒng)、井下安全巡查系統(tǒng)、視頻監(jiān)控數(shù)字化系統(tǒng)、尾礦庫在線檢測系統(tǒng)。

2.1 空場采礦工藝技術(shù)

在礦山開采中空場采礦技術(shù)作為較為普及的采礦技術(shù)，主要將礦區(qū)分為礦房與礦柱兩部分。開采過程中，主要開采順序為先開采礦房中資源，再開采礦柱中資源。在開采過程中，礦柱作為礦房回采支撐，開采借助敞空的形式。礦柱開采主要利用工具支撐，從而保證整個開采過程中礦房不會對產(chǎn)生較大影響?？請霾傻V技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠加大程度的提高開采率。

2.2 充填采礦工藝技術(shù)

填充采礦技術(shù)主要借助填充材料對采空區(qū)進(jìn)行填補(bǔ)，一般應(yīng)用于回采工作前進(jìn)行。填充采礦適用于礦石和圍巖不穩(wěn)固，不允許有較大暴露面的礦床；地表需要保護(hù)的礦床；稀有貴金屬或高品位的礦床；有自燃性的硫化礦床；賦存條件復(fù)雜的礦床等。在保證采空區(qū)支撐強(qiáng)度的同時，滿足礦區(qū)安全生產(chǎn)的需求。應(yīng)用充填采礦技術(shù)能夠有效提高回采率，降低安全事故發(fā)生率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 巖體加固工藝技術(shù)

礦山開采通常會受到地質(zhì)條件、氣候、機(jī)械設(shè)備等各種條件的制約，采礦區(qū)附近巖體會出現(xiàn)穩(wěn)定的情況。為保證礦山開采工作的順利進(jìn)行，需要借助錨索等工具對不穩(wěn)定的頂板、溜井、圍巖等進(jìn)行固定，即巖體加固技術(shù)。在實際應(yīng)用過程中，為確保礦山開采的安全性，一般會將巖體加固技術(shù)與空場采礦技術(shù)、填充采礦技術(shù)相結(jié)合。

2.4 崩落采礦工藝技術(shù)

崩落采礦技術(shù)的應(yīng)用能夠減小崩落礦洞中危險巖頂層崩塌的危險性，為礦山開采提供安全的施工條件。崩落采礦技術(shù)主要分為有底柱分段崩落法、無底柱分段崩落法。有底柱分段崩落法，需要對階段高度、漏斗間距、分段水平斷面尺寸、分段高度等一系列參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。而無底柱分段崩落采礦技術(shù)因為較高的機(jī)械化水平，在使用過程中減少大量的人力物力，從而得到廣泛應(yīng)用。

2.5 溶浸采礦工藝技術(shù)

現(xiàn)代礦山開采技術(shù)應(yīng)用中，溶浸采礦技術(shù)作為一種化學(xué)技術(shù)有著廣泛應(yīng)用。溶浸采礦技術(shù)需要對礦區(qū)地質(zhì)的物理特性與化學(xué)特性進(jìn)行勘查，從而選擇合適的溶浸液，將溶浸液灌入礦層后，溶浸液會與目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)礦物固態(tài)像液態(tài)的轉(zhuǎn)化。溶浸采礦技術(shù)作為目前開采率與安全性較高的一些技術(shù)，有著良好的發(fā)展前景。

3 結(jié)語

通過對現(xiàn)代化礦山開采規(guī)模優(yōu)化與綜合工藝的研究，對礦山開采規(guī)模優(yōu)化進(jìn)行詳細(xì)的分析，為今后優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)提供參考。為保障礦山開采效率與安全性，將現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用到礦山開采中，在提高采礦效率的同時，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]田大明,李林,王智能．深部接續(xù)開采高邊坡治理研究與實踐——以晉寧磷礦東采區(qū)為例[J]．化工礦物與加工, 2017,26(2)：39-42．