某大型金礦開(kāi)拓方案比選分析

陶樹(shù)銀 范富泉

〔摘 要〕以國(guó)內(nèi)某大型地下金礦為例，根據(jù)礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)條件和開(kāi)拓系統(tǒng)影響因素，結(jié)合采礦方法、選廠布置以及礦區(qū)地表運(yùn)輸?shù)葪l件，初擬主斜坡道方案、主副斜井方案和混合井方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。分析結(jié)果表明：開(kāi)拓系統(tǒng)是井下較為關(guān)鍵和復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，開(kāi)拓方案比選需要綜合考慮方面因素，僅靠費(fèi)用現(xiàn)值一個(gè)指標(biāo)，不能判斷方案的優(yōu)劣。通過(guò)采用最小二乘法建立指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)模型，統(tǒng)籌考慮主觀決策和客觀實(shí)際，實(shí)現(xiàn)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的綜合比選，最終推薦采用主斜坡道方案。

〔關(guān)鍵詞〕開(kāi)采技術(shù)條件;開(kāi)拓系統(tǒng);技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;最小二乘法

中圖分類號(hào)：TD802?? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? 文章編號(hào)：1004-4345（2024）03-0001-05

Comparison and Analysis of Development Plan for a Large Gold Mine

TAO Shuyin， FAN Fuquan

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract? Taking a large underground gold mine in China as an example， a preliminary plan for the main inclined ramp， production & service inclined shaft， and mixed shaft is proposed for technical and economic comparison according to the technical conditions of mining， development system influencing factors， as well as mining methods， concentrator layout， and surface transportation conditions of the mine area. The analysis results indicate that the development system is a more critical and complex underground production system. A variety of factors are needed to be taken into consideration in the comparison and selection of the development plan. Relying solely on the cost present value is unable to determine the advantages and disadvantages of the plan. By using the least squares method to establish an indicator weight evaluation model， integrating the consideration of subjective decision-making and objective reality， and achieving a comprehensive comparison of qualitative and quantitative indicators， the main inclined ramp plan is ultimately recommended.

Keywords? technical conditions of mining; development system; techno-economic comparison; least squares

收稿日期：2023-10-17

基金項(xiàng)目：江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20212BBG71009）

作者簡(jiǎn)介：陶樹(shù)銀（1986—），男，高級(jí)工程師，主要從事礦業(yè)工程咨詢與設(shè)計(jì)工作。

0?? 前言

開(kāi)拓系統(tǒng)是地下礦山最關(guān)鍵的生產(chǎn)系統(tǒng)，決定著整個(gè)礦山的生產(chǎn)面貌[1]。開(kāi)拓方案選擇是地下礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的部分，與地面總圖布置、資源分布、開(kāi)采技術(shù)條件，以及井下提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電、供水、供風(fēng)等系統(tǒng)密切相關(guān)[2-3]。開(kāi)拓工程還具有唯一性、一次性和復(fù)雜性，一旦實(shí)施后投入生產(chǎn)將很難再改變，并且開(kāi)拓工程投資在建設(shè)投資中占有的比重較大，施工期較長(zhǎng)，合理的開(kāi)拓方案關(guān)乎礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)安全和社會(huì)協(xié)作等問(wèn)題，對(duì)礦山生產(chǎn)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)影響[4-5]。

1?? 開(kāi)采技術(shù)條件

礦區(qū)地處低山—丘陵過(guò)渡地帶，山間溝谷發(fā)育，沿溝谷發(fā)育較多小溪流，地形強(qiáng)烈切割，原始地形坡度 20°～35°為主，從北東向南西逐漸變低，地形起伏較大，地勢(shì)總體從北東向南西逐漸變低，礦區(qū)最高點(diǎn)海拔標(biāo)高 +370 m，最低點(diǎn)海拔標(biāo)高+85 m，一般海拔標(biāo)高+150 m～+300 m。

主礦體1#、2#礦體分布于整個(gè)礦區(qū)的淺部和中深部，1#礦體形態(tài)為似層狀，屬隱伏蝕變巖型礦體，走向控制長(zhǎng)840 m，傾向控制延深1 210 m，分布于

+183 m～-265 m標(biāo)高;礦體平均傾角12.6°，平均厚度4.3 m。2#礦體和1#礦體同步起伏變化，礦體形態(tài)呈似層狀，主要分布于+102 m～-50 m標(biāo)高，走向控制長(zhǎng)702 m，傾向延深長(zhǎng)121～590 m;礦體平均傾角約13.5°，平均厚度3.2 m。

礦體頂板以糜棱巖為主，干燥狀態(tài)以堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬為主，遇水后力學(xué)性質(zhì)顯著降低，巖體整體較完整，局部較破碎，構(gòu)造破碎帶及局部裂隙密集發(fā)育處，巖體的穩(wěn)定性容易受到影響，必須進(jìn)行支護(hù)處理;礦化巖體為半堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖漿巖，結(jié)構(gòu)面以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主，巖體整體較完整，穩(wěn)定性較好，但遇水后力學(xué)性質(zhì)顯著降低，溝通裂隙后，易沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生坍塌、冒頂。

礦區(qū)直接充水含水層為基巖裂隙含水層，以頂板充水為主。地下水主要通過(guò)導(dǎo)水裂隙進(jìn)入礦坑或弱含水層直接對(duì)礦坑充水。礦區(qū)地表僅見(jiàn)季節(jié)性出露的溪流，主要含水層、含水破碎帶富水性弱，透水性差，礦區(qū)地形起伏較大，有利于自然排泄。大氣降水主要以地表徑流形式排泄出礦區(qū)。

2?? 開(kāi)拓方案初選

2.1? 開(kāi)拓系統(tǒng)影響因素

開(kāi)拓系統(tǒng)影響因素主要包括以下幾個(gè)方面：1）該礦礦權(quán)東、西、南3面與其他礦權(quán)緊鄰，北面受相鄰礦區(qū)廢石場(chǎng)影響較大，周邊礦權(quán)關(guān)系復(fù)雜，地表可利用的場(chǎng)地有限。2）該礦屬緩傾斜礦床，礦體平均傾角12°，平均厚度10 m，且埋藏不深，主要礦體距離地表不到300 m。3）礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 500 t/d，因膠帶提升方案受傾角限制和地表巖移范圍影響，斜井井筒較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高，且井下礦石提升量不大，不考慮采用膠帶提升。4）選廠位于礦區(qū)西南角，場(chǎng)地緊湊，采出礦石運(yùn)至粗碎車間的方案選擇性不多。5）基于響應(yīng)國(guó)家資源整合號(hào)召和合理開(kāi)發(fā)深部遠(yuǎn)景資源考慮，礦山有二期擴(kuò)產(chǎn)的規(guī)劃。

2.2? 開(kāi)拓方案初擬

該金礦礦體總體傾向北東，平均傾角14°，走向北東—南西，礦體主要分布在+125 m至8#標(biāo)高之間。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形初步踏勘和研究，工業(yè)場(chǎng)地設(shè)施主要布置在礦區(qū)西南部，地形西低東高，礦區(qū)東南部為下風(fēng)側(cè)，通風(fēng)設(shè)施布置在礦區(qū)東南部。結(jié)合房柱采礦方法、生產(chǎn)能力以及選礦工業(yè)場(chǎng)地布置、礦山可能的運(yùn)輸、供水、供電等外部條件，開(kāi)拓系統(tǒng)初擬主斜坡道方案（方案1）、主副斜井方案（方案2）、混合井方案（方案3）3個(gè)方案進(jìn)行比選分析。

1）斜坡道方案（方案1）：（1）主斜坡道口位于選廠粗碎車間東側(cè)平臺(tái)，標(biāo)高+165 m，基建至4#中段，可以滿足井下全部礦石、廢石、人員、材料等的運(yùn)輸任務(wù)，并作為井下輔助進(jìn)風(fēng)通道。（2）進(jìn)風(fēng)管纜斜井井口標(biāo)高+165 m，基建至4#中段，傾角20°，作為井下生產(chǎn)時(shí)供水、供電、供氣及排水的主要通道，兼作輔助進(jìn)風(fēng)通道。通風(fēng)系統(tǒng)由主斜坡道和進(jìn)風(fēng)管纜斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)，礦井總需風(fēng)量為180 m3/s。（3）排水系統(tǒng)采用分級(jí)排水方案，一期排水系統(tǒng)設(shè)于4#中段進(jìn)風(fēng)管纜斜井附近，井下涌水、生產(chǎn)廢水和充填泌水等通過(guò)泄水孔引至4#中段排水系統(tǒng)水倉(cāng)，由進(jìn)風(fēng)管纜斜井排出地表。（4）各中段采出礦石和掘進(jìn)廢石在裝載硐室內(nèi)由2 m3鏟運(yùn)機(jī)裝入12 t自卸式卡車，再由自卸式卡車直接運(yùn)至地表選廠粗碎站或廢石場(chǎng)。方案示意見(jiàn)圖1。

2）主副斜井方案（方案2）：（1）主斜井采用箕斗提升，傾角25°，井口標(biāo)高+165 m，最低服務(wù)中段為8#，滿足井下全部礦石的提升任務(wù)。副斜井采用串車提升，傾角20°，井口標(biāo)高+165 m，最低服務(wù)中段為8#，滿足井下全部廢石、人員和材料等的提升任務(wù)，也是井下生產(chǎn)時(shí)進(jìn)風(fēng)、供水、供電、供氣及排水的主要通道，兼做井下生產(chǎn)的安全出口。輔助斜坡道口位于礦區(qū)南部38線附近，標(biāo)高+205 m?；ㄩ_(kāi)拓至3#中段，作為無(wú)軌設(shè)備、人員和材料等進(jìn)入工作面的輔助通道，也是井下輔助進(jìn)風(fēng)通道。主溜井分兩段布置，在5#中段設(shè)轉(zhuǎn)載硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段設(shè)分枝溜井及卸礦硐室。主溜井附近設(shè)專用回風(fēng)天井，主要承擔(dān)主溜井的污風(fēng)排放任務(wù)，并兼作安全出口，井筒內(nèi)設(shè)梯子間。（2）通風(fēng)系統(tǒng)由副斜井和輔助斜坡道進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)，礦井總需風(fēng)量為105 m3/s。（3）排水系統(tǒng)采用一段排水方案，排水系統(tǒng)設(shè)于8#中段副斜井附近，各中段井下涌水、生產(chǎn)廢水和充填泌水等通過(guò)泄水孔引至8#中段排水系統(tǒng)水倉(cāng)，由副斜井排出地表。（4）中段采出礦石通過(guò)采場(chǎng)溜井下放至礦車，由電機(jī)車運(yùn)輸至主溜井。礦石卸載后，由主斜井內(nèi)箕斗提出地表。掘進(jìn)廢石由裝巖機(jī)裝入礦車，經(jīng)中段有軌巷道運(yùn)輸至副斜井，串車后由卷?yè)P(yáng)機(jī)提出地表。方案示意見(jiàn)圖2。

3）混合井方案（方案3）：（1）混合井位于礦區(qū)南部365線附近，井口標(biāo)高+155 m，最低服務(wù)中段為8#，滿足井下全部礦石、人員、廢石和材料等提升任務(wù)，也是坑內(nèi)生產(chǎn)時(shí)進(jìn)風(fēng)、供水、供電、供氣及排水的主要通道，兼作安全出口，井筒內(nèi)設(shè)梯子間。輔助斜坡道口位于礦區(qū)南部38線附近，標(biāo)高+205 m，基建至3#中段，作為無(wú)軌設(shè)備、人員和材料等進(jìn)入工作面的輔助通道，也是井下輔助進(jìn)風(fēng)通道。主溜井系統(tǒng)設(shè)在混合井附近，包含1條礦石溜井和1條廢石溜井。 溜井均在5#中段設(shè)轉(zhuǎn)載硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段設(shè)分枝溜井及卸礦硐室。主溜井附近設(shè)專用回風(fēng)天井，主要承擔(dān)主溜井的污風(fēng)排放任務(wù)，兼作安全出口，井筒內(nèi)設(shè)梯子間。（2）通風(fēng)系統(tǒng)主要由混合井進(jìn)風(fēng)（混合井內(nèi)箕斗采用封閉板隔離），回風(fēng)斜井回風(fēng)，礦井總需風(fēng)量為105 m3/s。（3）排水系統(tǒng)采用一段排水方案，排水系統(tǒng)設(shè)于8#中段混合井附近，各中段井下涌水、生產(chǎn)廢水和充填泌水等通過(guò)泄水孔引至8#中段排水系統(tǒng)水倉(cāng)，由混合井排出地表。（4）中段采出礦石和掘進(jìn)廢石均由電機(jī)車運(yùn)輸至混合井附近的主溜井。礦石卸載后，經(jīng)皮帶道運(yùn)至混合井，由混合井內(nèi)箕斗提出地表。方案示意見(jiàn)圖3。

3?? 開(kāi)拓方案比選

3.1? 相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

上述3個(gè)方案的主要井巷規(guī)格、開(kāi)拓工程量、提升運(yùn)輸設(shè)備、通風(fēng)設(shè)施、總圖布置、可比建設(shè)投資、可比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)等相關(guān)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

3.2? 最小二乘法應(yīng)用

開(kāi)拓系統(tǒng)是井下較為復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)之一，開(kāi)拓方案比選需要綜合考慮多方面因素，從擬定的若干方案中擇優(yōu)選取。它涉及到礦體賦存特征、生產(chǎn)規(guī)模、圍巖穩(wěn)定性以及地面總平面布置等方面，單靠技經(jīng)指標(biāo)（凈現(xiàn)值或費(fèi)用現(xiàn)值），往往不能判斷方案的優(yōu)劣。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出：方案1開(kāi)拓工程量和土石方工程量最少，建設(shè)投資和運(yùn)輸安全可靠性最低，年經(jīng)營(yíng)費(fèi)最高，生產(chǎn)管理難度居中;方案2開(kāi)拓工程量居中，土石方工程量最多，建設(shè)投資、年經(jīng)營(yíng)費(fèi)和運(yùn)輸安全可靠性居中，生產(chǎn)管理難度最低;方案3開(kāi)拓工程量最多，土石方工程量和運(yùn)輸安全可靠性居中，建設(shè)投資和生產(chǎn)管理難度最高，年經(jīng)營(yíng)費(fèi)最低。雖然方案1的費(fèi)用現(xiàn)值最低，但是方案2的費(fèi)用現(xiàn)值僅比方案1的高0.3%，數(shù)值相差不大，方案優(yōu)劣不明顯。

現(xiàn)采用陳小康[6]在《基于最小二乘法的開(kāi)拓方案選擇》中提到的最小二乘法的基本原理建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)學(xué)計(jì)算模型，從表1中選擇開(kāi)拓工程量、土石方工程量、建設(shè)投資、生產(chǎn)管理容易程度和運(yùn)輸安全可靠程度6項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，綜合評(píng)判3個(gè)方案的優(yōu)劣，各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)值詳見(jiàn)表2。

根據(jù)最小二乘法的數(shù)學(xué)計(jì)算模型和表1中數(shù)據(jù)建立指標(biāo)特征量矩陣A和規(guī)范化特征量矩陣B。

A=171 730 185 919 223 970

46 310259 730 134 310

9 849 ?? 11 921 ? 16 262

1 230????934?????914

8 ????????? 7 ???????? 9

7 ????????? 8 ???????? 9

B=1.000 0 0.923 7?? 0.766 8

1.000 0?? 0.178 3?? 0.344 8

1.000 0?? 0.826 2?? 0.605 6

0.743 0?? 0.978 4?? 1.000 0

0.888 9?? 0.777 8?? 1.000 0

0.777 8?? 0.888 9?? 1.000 0

根據(jù)規(guī)范化特征量矩陣B計(jì)算所有評(píng)判指標(biāo)的客觀權(quán)重向量μ=[0.021 3，0.838 9，0.072 2，0.030 4，

0.018 6，0.018 6]T。

通過(guò)專家評(píng)分，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行賦值，可得到判斷矩陣C，在此基礎(chǔ)上計(jì)算所有評(píng)判指標(biāo)的主觀權(quán)重向量d=[0.373 3，0.288 8，0.148 6，0.079 8，0.076 6，0.032 9]T。

C=1.000 0? 2.000 0? 3.000 0? 5.000 0? 4.000 0? 7.000 0

0.500 0? 1.000 0? 3.000 0? 5.000 0? 4.000 0? 6.000 0

0.333 3? 0.333 3? 1.000 0? 3.000 0? 2.000 0? 5.000 0

0.200 0? 0.200 0? 0.333 3? 1.000 0? 2.000 0? 3.000 0

0.250 0? 0.250 0? 0.500 0? 5.000 0? 1.000 0? 4.000 0

0.142 9? 0.166 7? 0.200 0? 5.000 0? 0.250 0? 1.000 0

為了統(tǒng)籌考慮主觀決策和客觀實(shí)際，根據(jù)最小二乘法的決策模型，計(jì)算所有評(píng)判指標(biāo)的綜合權(quán)重向量w=[0.197 3，0.563 8，0.110 4，0.055 1，0.047 6，

0.025 8]T。

根據(jù)上述各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，得出3個(gè)方案的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值分別為R1=0.974 8、R2=0.487 8、R3=0.541 0。

4?? 結(jié)論

1）影響開(kāi)拓系統(tǒng)選擇的因素較多，在優(yōu)選開(kāi)拓方案時(shí)，采用最小二乘法理論加以輔助，算出主斜坡道方案（方案1）的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值最大，方案最優(yōu)，與采用費(fèi)用現(xiàn)值法的比選結(jié)果基本相同，由此證明采用最小二乘法數(shù)學(xué)計(jì)算模型綜合評(píng)判開(kāi)拓方案是可行的。

2）主副斜井方案工業(yè)場(chǎng)地布置占地面積較大，土方量多，邊坡治理難度大，地表生產(chǎn)設(shè)備布置要求高，不利于總圖布置。混合井方案各中段的石門(mén)較長(zhǎng)，坑內(nèi)礦廢石運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，基建工程量大;井下礦石提升對(duì)塊度要求較高，生產(chǎn)流程較為復(fù)雜;此外，主副斜井方案和混合井方案采場(chǎng)生產(chǎn)能力較小，對(duì)礦山生產(chǎn)規(guī)模有一定限制，二期擴(kuò)產(chǎn)可能性小。結(jié)合費(fèi)用現(xiàn)值和最小二乘法模型計(jì)算，最終推薦主斜坡道方案（方案1）。

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