中型矿山小设备开擦IDE经济环境效益分析.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第1 5卷 第2期 2 0 0 9年6月 工程爆破 ENGINEERINGBLASTING Vol115 , No12 June 2009 文章编号 1006 - 7051200902 - 0037 - 04 中型矿山小设备开采的经济环境效益分析 刘 畅,崔晓荣,李战军,郑炳旭 广东宏大爆破股份有限公司,广州510623 摘 要以经山寺矿为例,分别从爆破技术、 设备选型、 开采顺序、 道路规划、 排水设计、 设备利用率等 方面综合分析了中小型设备高强度采矿技术的经济效益和环境效益。实践证明,小型设备高强度开采 值得在矿体规模小、 数量多、 厚度薄、 产状复杂的中小型露天矿中推广,有利于控制贫化和损失。 关键词露天矿;开采;优化设计;经济效益分析;环境效益分析 中图分类号TD854 ; F40317 文献标识码A ECONOMIC AND ENVIRONMEN TAL EFFECT ANAL YSIS OF OPEN2PIT MINE EXPLOITATION WITH SMALL2SIZE EQUIPMENT L IU Chang , CUI Xiao2rong ,L I Zhan2j un , Z H EN G Bing2xu Guangdong Hongda Blasting Co. , L td, Guangzhou510623, China ABSTRACT The paper , by taking the blasting technology used in Jingshansi open2pit Mines an example , discussed the economic and environmental effects resulted from the employment of small2medium capacity facilities of high ability in terms of blasting technology , equipment selection , mining sequence , road lay2 out , drainage design and equipment operational rate1Practical operation showed that small2size equipment was favorable in terms of the control of ore leaning and losing to open2pit mine of small and medium capaci2 ty with small ore body but much quantity occurring in thin strip and complex nature1 KEY WORDS Open pit ; Mining ; Optimization design ; Economic effect analysis; Environmental effect a2 nalysis 收稿日期 2008 - 12 - 30 作者简介刘 畅,副总经理、 高级爆破工程师。 1 工程概况 河南中加矿业发展有限公司是采选联合企业, 其选矿所需矿石主要来源于河南省舞钢市境内的经 山寺矿床和尚庙矿床。根据矿床赋存情况,中加矿 业公司在上述两矿床上组建了经山寺矿、 扁担山矿、 冷岗矿和小韩庄矿进行矿石开采。经山寺矿和扁担 山矿采用露天开采;冷岗矿和小韩庄矿为井下开采。 经山寺矿和扁担山矿由广东宏大爆破股份有限公司 以合同采矿形式组织生产。 经山寺矿段由经山北坡向斜和经山南坡背斜组 成,矿体走向近东西,倾角为100 ～180,开采矿体 为缓倾斜、 多层状矿体,每层矿由3～5个小分层组 成,单层矿厚1106～31168m ,平均5191m ,总厚度 23～253m以上,平均108m。与一般露天矿比,经 山寺矿的特点是矿体小、 状态复杂,分采、 剔除工作 量大。扁担山矿段的矿体赋存情况及特点与经山寺 矿段类似。 2 原设计面临的问题 按照原设计,经山寺矿段初步设计开采境界内矿 石量1251162万t、 岩石量3921162万t ,平均剥采比 3113t/ t。扁担山矿段初步设计开采境界内矿石量 1107171万t ,岩石量4371185万t ,平均剥采比3195t/ t。 两座矿山年设计生产能力均为120万t/ a ,服务年限均 为11年。 根据多年的矿山开采施工经验和现场实地踏勘 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 分析,经山寺等矿区原设计面临两个主要问题 1从基建期至达产期时间较长,经山寺矿第2 年投产,第3年达到设计规模;扁担山矿第2年投 产,第3年末达到设计规模。 2经山寺和扁担山的矿体上部基本上是氧化 矿,意味着按原设计开采,在矿山投产的前4年之内 所生产的矿石基本上都是氧化矿,第4年以后才可 以见到原生矿,而氧化矿的选矿工艺复杂,单一磁选 可选性差、 选出率低、 经济效益不高。 另外,扁担山矿段存在棘手的搬迁问题,根本无 法按期完成搬迁工作,扁担山矿段不能按计划形成 120万t/ a的生产能力。 以上问题产生的后果是矿山生产期长,生产能 力只有设计的一半,不能按期形成规模生产;而当时 国内外铁原料市场看好,精矿粉价格持续走高,铁原 料市场的最好时期不容错过,否则将失去发展机遇。 3 原设计的优化要点 针对原设计面临的问题,提出了在露天开采设 计方案不变情况下,采用加大剥岩量、 提高采矿强度 等强化开采方案。所谓强化开采,即通过合理组织, 让一座矿山高强度开采的产量,达到甚至超过两座 矿山正常进度的产量,将原设计的经山寺、 扁担山两 矿同时开采变为先经山寺矿、 后扁担山矿的顺序强 化开采。 甲乙双方经过充分研究论证,提出小型设备强 化开采方案,用以解决前期原生矿生产不足、 矿山初 期投资大、 成本收回晚的问题。综合考虑采矿、 选 矿、 炼钢铁的系统工程,甲方提出如下强化开采要 求 1先期只对经山寺矿段进行开采,生产规模 达到原来经山寺和扁担山矿同时开采的总规模,即 240万t/ a。 2开采量前19个月采出原生矿石量120 万t以上。 3生产能力及出矿量第7个月原生矿生产 能力达到10万t/月以上,并具备稳定的原生矿生产 能力。 设计优化后,经山寺和扁担山露天矿的生命周 期均由11年变为515年。在采掘设备选型方面,将 原来的大型设备开采,变为使用适于贫化矿山开采 的小型设备高强度开采。此举减小了初期投资、 加 快了投资收益、 减少了能源资源的消耗、 大大节省了 工期,走出了一条我国贫化矿山环境友好型高强度 开采的新模式。 4 小型设备高强度开采模式的效益分析 该项工程自2006年2月5日正式开工以来,结 合现场实际灵活运作,根据情况及时调整生产工艺 和生产次序,积累了丰富的现场施工经验,在以下几 个方面取得了骄人战绩。 411 多种爆破新技术提高回采率 综合运用多种开采工艺,包括分段开采技术、 原 位爆破技术、 大块采矿技术,提高了矿石的回采率, 节约了资源 〔1 ,2〕。 1分段开采技术,即倾斜台阶和小台阶开采工 艺。对于倾角小于10 的缓倾斜矿体,由于矿体底 板相对比较平缓,采矿设备基本可以正常工作,采用 倾斜台阶开采工艺。倾斜台阶开采工艺如图1所 示。 图1 倾斜台阶开采工艺 Fig11 Exploitation technology using lean step 当矿体倾角大于10 时,由于矿体倾角较大,设 备无法在矿体顶板上正常作业,不适宜采用倾斜台 阶开采。对于这部分矿体,设计采用小台阶开采工 艺,见图2。 图2 小台阶开采工艺 Fig12 Exploitation technology using little height step 2原位爆破技术的实质是爆破后矿石和岩石 依然各自成堆,边界依然在爆堆断面中清晰可见。 具体做法是通过调整爆挖作业程序、 改变起爆方式、 变更起爆顺序及时差、 改变孔径及单耗等工艺过程 来实现原位爆破。这样做简化了采矿爆破工艺,不 用分采和剔除,在装运过程中用小挖机选装,将岩石 与矿石分装分运。 3当矿脉复杂或矿脉较小时,采用大块采矿 法,即将围岩炸碎,矿石炸成大块便于挑出来,进行 83工 程 爆 破 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 二次破碎,以减少损失。具体作法包括矿段填塞、 矿 段弱装药、 矿段空气间隔。当然,如果矿块当中夹 岩,也可以将矿爆碎,夹岩处填塞或弱装药,或空气 间隔 , 岩石出大块,便于分装剔除,减少矿石贫化。 根据具体情况,综合采用多种爆破新技术 〔3 ,4〕, 为矿石和废岩分采、 分装、 分运提供技术保障,提高 铁矿石资源的回采率,有效控制贫化。 412 合理选型开采设备提高矿石质量 经山寺矿区原设计中钻孔选用YZ235型牙轮 钻,设计孔径为Φ250mm。考虑到本矿山矿脉特性、 矿石规格要求和贫化损失控制要求 1矿体规模小、 数量多、 厚度薄、 产状复杂,属 于难采矿体; 2送往一选厂的矿石块度要小于80cm ,送往 二选厂的矿石块度要小于60cm ; 3矿石的贫化控制在6 以内,损失控制在 12 以内。 不难看出,如果选用YZ235型牙轮钻,孔径比 较大,台阶爆破的孔网参数比较大,不利于难采矿石 的分采分装,很难满足严格的贫化和损失的控制要 求;比较大的孔网参数,容易产生大块,相对于选矿 厂的块度要求,大块率偏高,解炮和机械二次破碎的 工作量大,影响钻爆和挖运工作的高效协调开展,很 难满足强化开采的要求。 原设计中选用110～410m3电铲,以410m3电 铲为主,对于矿体规模小、 数量多、 厚度薄、 产状复杂 的中型矿山,不利于分采分装和矿石的贫化、 损失控 制,不利于矿石的块度控制要求,容易夹杂超规格的 大块送往选矿厂。 结合本工程的特点及类似工程的经验,选用小 型的钻孔、 铲装、 运输设备,选用潜孔钻钻 Φ140孔 径爆破,选用110～116m3反铲挖掘机,112m3左右 反铲挖掘机配置15～20t自卸汽车,116m3挖掘机 配25t自卸汽车。合理选型小型设备,便于装车时 挑选矿石,将矿石的损失控制在12 以内,贫化控 制在6 以内。矿石损失的控制,提高了矿石的回 采率,节约了资源;矿石贫化的控制,提高了入选比, 大大降低了选矿能耗。 413 优化开采模式和开采顺序减少征地 原设计需要两个排土场,经山寺露天矿的碴石 排往2 排土场,扁担山露天矿的碴石排往1 排土 场。采用先经山寺矿、 后扁担山矿强化开采模式,扁 担山矿的碴石可以回填经山寺采坑,减少占用土地 面积,为矿山开采和后期农田复垦带来极大方便。 采用强化开采模式后,经山寺采坑作为扁担山 排土场可减少1 排土场的征地费用500万元,约 600亩 1 亩 66617m2。 414 合理规划组织运输减少燃油消耗 经山寺露天矿将原来的单出入沟优化为双出入 沟,增加南采区至露天开采境界西南端的总出入口, 修筑了一条矿石运输道路,长度455m ,节约矿石运 距约1km。经山寺露天矿设计矿量为1200万t ,即 矿石运输减少了1200万吨公里,节约了大量的燃 油。按成本017元/吨公里计算其中50 为燃油 消耗 , 合计节约420万元的燃油。 扁担山露天矿的碴石回填经山寺采坑,不仅避 免了排土场的征地问题,而且缩短了排碴石的运距, 排土费可减少015元/吨重车上坡经营费,即015 4000 2000万元。上坡经营费主要成本为燃油的 消耗,因汽车爬坡较平坡耗油多,每爬坡10m ,增加 运距125m按坡度8 计算。按照燃油成本为运 输成本的50 计算,合计节约1000万元的燃油。 合理规划组织运输,缩短矿石和岩石的运距,减 少燃油消耗成本共计1420万元。 415 优化矿山排水系统降低耗能 根据生产和排水需要,结合工程实际情况,将原 设计中的水汇聚到坑底一次抽排至采场外优化为逐 级接力排水至采场外。调整后的排水系统由集水 坑、 泵站、 管道、 排水沟四部分构成。初期每下降一 个台阶时先掘出一个临时集水坑,然后随工作面的 推进尽快形成半永久集水坑,半永久集水坑每两个 水平设置一个,集水坑选择不影响生产的地点布置, 逐级接力排水至采场外。矿山生产中期 60水平 形成永久集水坑以后,为了简化排水系统、 提高排水 效率,在 60水平集水坑设扬程90m的泵站,选用 离心泵一次从 60水平集水坑排水至采场外, 60 水平以下继续延用临时泵站和半永久泵站相结合的 接力排水方式排水至 60水平集水坑。 矿山初期排水系统示意流程临时集水坑 潜水泵、 排水管 第1级半永久集水坑 潜水泵、 排水管 第 2级半永久集水坑 潜水泵、 排水管 采场外排水沟。 矿山中期以后排水系统示意流程临时集水坑 潜水泵、 排水管 第1级半永久集水坑 潜水泵、 排水管 第 2级半永久集水坑 潜水泵、 排水管 60水平永久集水 坑 离心泵、 排水管 采场外排水沟 改变后的排水系统,各台阶的水可以汇往此阶 93刘 畅等中型矿山小设备开采的经济环境效益分析 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 段的集水坑,不再下流至坑底,减小了排水压力、 节 约了排水费用、 尤其是电能的消耗。 另外,原设计中经山寺矿和扁担山矿的排水周 期均为11年;采用先经山寺矿、 后扁担山矿的顺序 强化开采模式后,只需先后对一矿排水经山寺矿和 扁担山矿均为515年 , 单矿排水在时间上减少一 半。所以,强化开采的排水费用只有原设计的1/ 4 , 节省配电和排水设施658万元,大大减少了排水电 耗。 416 设备利用率高,避免重复购置和闲置 采用强化开采模式,变经山寺、 扁担山两矿同时 开采为先经山寺矿、 后扁担山矿顺序开采,提高钻 爆、 铲装、 运输等主要设备的利用率,避免了设备的 重复购置和长期闲置问题。按原设计进行开采,需 要经山寺和扁担山同时基建,购买设备;强化开采以 后,先期只建经山寺一矿,这样初始设备投资减少一 半;经山寺露天矿进入后期扫尾阶段,设备渐渐转移 到扁担山矿的开采,从而大大提高了设备的利用率, 避免了设备的重复购置和长期闲置。 另外,排水设备、 道路维护设备、 洒水降尘设备 等辅助设备,总服务年限不变,为11年;但由原来的 两矿均11年变为两矿先后共11年,设备投资和运 营费用减少一半,大大提高了辅助设备的利用率,避 免了设备的重复购置和长期闲置。 417 现场运营维护量少周期短 采用强化开采模式,变经山寺、 扁担山两矿同时 开采为先经山寺矿、 后扁担山矿顺序开采,现场运营 维护工程量由两矿均持续11年,变成两矿先后共持 续11年,排水的电耗、 道路养护的油耗、 洒水降尘的 水耗油耗等等均减少一半,节约了资源能源。 5 结 语 随着人类社会的发展,人口与资源的矛盾越来 越尖锐。我国虽是资源总量大国,但却是人均资源 量小国。在我国有限的矿产资源中,类似于河南舞 钢这种赋存条件不好的矿产资源很多,如何在尽量 减少资源浪费的情况下将这些矿产资源快速采出, 以满足我国经济的高速发展需要,是摆在全体矿业 人面前的一个崭新课题。广东宏大爆破公司在河南 舞钢采用的这种环保节约型的中型矿山高强度合同 采矿模式,为此类问题的解决开辟了一条甲乙双方 共赢的新路,希望这种模式能对类似问题的解决有 所裨益。 参考文献 〔1〕 刘殿中,杨仕春1 工程爆破实用手册第2版 [ M]1 北 京冶金工业出版社,20031 〔2〕 郑炳旭,王永庆,李萍丰1 建设工程台阶爆破[M]1 北京 冶金工业出版社,20051 〔3〕Wang Xuguang , Wang Zhongqian , Zhang Zhengyu , et al1Status Quo and Outlook for Engineering Blasting in China[C]1Aditor WANG Xuguang , NEW DEVELOP2 MENT ON ENGINEERINGBLASTING1Beijing Met2 allurgical Industry Press , 2007 , 3 - 91 〔4〕 汪旭光1 中国工程爆破与爆破器材的现状及展望[J ]1 工程爆破,20074 1 - 81 新书介绍 工程爆破安全 由中国铁道科学研究院顾毅成、 史雅语、 金骥良三位研 究员共同编著的 工程爆破安全,是 “十一五” 国家重点图 书。作者本着 “理实交融、 深入浅出” 的写作理念,针对爆破 工程中常见的安全事故,从爆破器材的特性及爆破基本理论 出发,系统分析总结了在起爆技术、 装药与爆破施工、 岩石爆 破、 城镇复杂环境控制爆破、 建构筑物拆除爆破等作业领 域中有关爆破安全的工程经验和教训,阐述了爆破对岩体的 破坏、 爆破产生的冲击波与个别飞散物、 爆破地震效应及其 它有害效应的产生机理、 安全判据和应对技术,介绍了爆破 安全监测及有关爆破安全管理的最新资料。全书95万字。 本书对从事爆破工程的广大工程技术人员和安全管理干部 有较大的实用价值,也可供爆破科研与教学人员参考。 该书 于2009年1月由中国科学技术大学出版社出版发行,定价 120100元。欲订购,可与中国科学技术大学出版社发行部联 系。 联 系 人孙红梅,徐萍 联系电话 05513602906 传 真 05513602897 联系地址安徽省合肥市金寨路96号 邮 编 230026 开户单位中国科学技术大学出版社 开户银行工商银行合肥望江路支行 银行账号 1302010509024909012 中国铁道科学研究院 04工 程 爆 破