陶樹銀 范富泉

〔摘 要〕以國內(nèi)某大型地下金礦為例，根據(jù)礦區(qū)開采技術條件和開拓系統(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行技術經(jīng)濟比較。分析結(jié)果表明：開拓系統(tǒng)是井下較為關鍵和復雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，開拓方案比選需要綜合考慮方面因素，僅靠費用現(xiàn)值一個指標，不能判斷方案的優(yōu)劣。通過采用最小二乘法建立指標權重評價模型，統(tǒng)籌考慮主觀決策和客觀實際，實現(xiàn)定性指標和定量指標的綜合比選，最終推薦采用主斜坡道方案。

〔關鍵詞〕開采技術條件;開拓系統(tǒng);技術經(jīng)濟比較;最小二乘法

中圖分類號：TD802?? ? 文獻標志碼：B? 文章編號：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

基金項目：江西省重點研發(fā)計劃項目（項目編號：20212BBG71009）

作者簡介：陶樹銀（1986—），男，高級工程師，主要從事礦業(yè)工程咨詢與設計工作。

0?? 前言

開拓系統(tǒng)是地下礦山最關鍵的生產(chǎn)系統(tǒng)，決定著整個礦山的生產(chǎn)面貌[1]。開拓方案選擇是地下礦山開采設計中至關重要的部分，與地面總圖布置、資源分布、開采技術條件，以及井下提升、運輸、通風、排水、供電、供水、供風等系統(tǒng)密切相關[2-3]。開拓工程還具有唯一性、一次性和復雜性，一旦實施后投入生產(chǎn)將很難再改變，并且開拓工程投資在建設投資中占有的比重較大，施工期較長，合理的開拓方案關乎礦山開采的經(jīng)濟效益、生產(chǎn)安全和社會協(xié)作等問題，對礦山生產(chǎn)具有長遠影響[4-5]。

1?? 開采技術條件

礦區(qū)地處低山—丘陵過渡地帶，山間溝谷發(fā)育，沿溝谷發(fā)育較多小溪流，地形強烈切割，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，地勢總體從北東向南西逐漸變低，礦區(qū)最高點海拔標高 +370 m，最低點海拔標高+85 m，一般海拔標高+150 m～+300 m。

主礦體1#、2#礦體分布于整個礦區(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840 m，傾向控制延深1 210 m，分布于

+183 m～-265 m標高;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標高，走向控制長702 m，傾向延深長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)以堅硬—半堅硬為主，遇水后力學性質(zhì)顯著降低，巖體整體較完整，局部較破碎，構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，必須進行支護處理;礦化巖體為半堅硬—堅硬巖漿巖，結(jié)構面以Ⅳ、Ⅴ級為主，巖體整體較完整，穩(wěn)定性較好，但遇水后力學性質(zhì)顯著降低，溝通裂隙后，易沿結(jié)構面發(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。地下水主要通過導水裂隙進入礦坑或弱含水層直接對礦坑充水。礦區(qū)地表僅見季節(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?? 開拓方案初選

2.1? 開拓系統(tǒng)影響因素

開拓系統(tǒng)影響因素主要包括以下幾個方面：1）該礦礦權東、西、南3面與其他礦權緊鄰，北面受相鄰礦區(qū)廢石場影響較大，周邊礦權關系復雜，地表可利用的場地有限。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）礦山設計生產(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，維護費用較高，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，場地緊湊，采出礦石運至粗碎車間的方案選擇性不多。5）基于響應國家資源整合號召和合理開發(fā)深部遠景資源考慮，礦山有二期擴產(chǎn)的規(guī)劃。

2.2? 開拓方案初擬

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#標高之間。通過對現(xiàn)場地形初步踏勘和研究，工業(yè)場地設施主要布置在礦區(qū)西南部，地形西低東高，礦區(qū)東南部為下風側(cè)，通風設施布置在礦區(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)場地布置、礦山可能的運輸、供水、供電等外部條件，開拓系統(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個方案進行比選分析。

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，標高+165 m，基建至4#中段，可以滿足井下全部礦石、廢石、人員、材料等的運輸任務，并作為井下輔助進風通道。（2）進風管纜斜井井口標高+165 m，基建至4#中段，傾角20°，作為井下生產(chǎn)時供水、供電、供氣及排水的主要通道，兼作輔助進風通道。通風系統(tǒng)由主斜坡道和進風管纜斜井進風，回風斜井回風，礦井總需風量為180 m3/s。（3）排水系統(tǒng)采用分級排水方案，一期排水系統(tǒng)設于4#中段進風管纜斜井附近，井下涌水、生產(chǎn)廢水和充填泌水等通過泄水孔引至4#中段排水系統(tǒng)水倉，由進風管纜斜井排出地表。（4）各中段采出礦石和掘進廢石在裝載硐室內(nèi)由2 m3鏟運機裝入12 t自卸式卡車，再由自卸式卡車直接運至地表選廠粗碎站或廢石場。方案示意見圖1。

2）主副斜井方案（方案2）：（1）主斜井采用箕斗提升，傾角25°，井口標高+165 m，最低服務中段為8#，滿足井下全部礦石的提升任務。副斜井采用串車提升，傾角20°，井口標高+165 m，最低服務中段為8#，滿足井下全部廢石、人員和材料等的提升任務，也是井下生產(chǎn)時進風、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，標高+205 m。基建開拓至3#中段，作為無軌設備、人員和材料等進入工作面的輔助通道，也是井下輔助進風通道。主溜井分兩段布置，在5#中段設轉(zhuǎn)載硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段設分枝溜井及卸礦硐室。主溜井附近設專用回風天井，主要承擔主溜井的污風排放任務，并兼作安全出口，井筒內(nèi)設梯子間。（2）通風系統(tǒng)由副斜井和輔助斜坡道進風，回風斜井回風，礦井總需風量為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泄水孔引至8#中段排水系統(tǒng)水倉，由副斜井排出地表。（4）中段采出礦石通過采場溜井下放至礦車，由電機車運輸至主溜井。礦石卸載后，由主斜井內(nèi)箕斗提出地表。掘進廢石由裝巖機裝入礦車，經(jīng)中段有軌巷道運輸至副斜井，串車后由卷揚機提出地表。方案示意見圖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，井口標高+155 m，最低服務中段為8#，滿足井下全部礦石、人員、廢石和材料等提升任務，也是坑內(nèi)生產(chǎn)時進風、供水、供電、供氣及排水的主要通道，兼作安全出口，井筒內(nèi)設梯子間。輔助斜坡道口位于礦區(qū)南部38線附近，標高+205 m，基建至3#中段，作為無軌設備、人員和材料等進入工作面的輔助通道，也是井下輔助進風通道。主溜井系統(tǒng)設在混合井附近，包含1條礦石溜井和1條廢石溜井。 溜井均在5#中段設轉(zhuǎn)載硐室，在1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#中段設分枝溜井及卸礦硐室。主溜井附近設專用回風天井，主要承擔主溜井的污風排放任務，兼作安全出口，井筒內(nèi)設梯子間。（2）通風系統(tǒng)主要由混合井進風（混合井內(nèi)箕斗采用封閉板隔離），回風斜井回風，礦井總需風量為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泄水孔引至8#中段排水系統(tǒng)水倉，由混合井排出地表。（4）中段采出礦石和掘進廢石均由電機車運輸至混合井附近的主溜井。礦石卸載后，經(jīng)皮帶道運至混合井，由混合井內(nèi)箕斗提出地表。方案示意見圖3。

3?? 開拓方案比選

3.1? 相關指標對比

上述3個方案的主要井巷規(guī)格、開拓工程量、提升運輸設備、通風設施、總圖布置、可比建設投資、可比年經(jīng)營費等相關指標對比見表1。

3.2? 最小二乘法應用

開拓系統(tǒng)是井下較為復雜的生產(chǎn)系統(tǒng)之一，開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（凈現(xiàn)值或費用現(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開拓工程量和土石方工程量最少，建設投資和運輸安全可靠性最低，年經(jīng)營費最高，生產(chǎn)管理難度居中;方案2開拓工程量居中，土石方工程量最多，建設投資、年經(jīng)營費和運輸安全可靠性居中，生產(chǎn)管理難度最低;方案3開拓工程量最多，土石方工程量和運輸安全可靠性居中，建設投資和生產(chǎn)管理難度最高，年經(jīng)營費最低。雖然方案1的費用現(xiàn)值最低，但是方案2的費用現(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拓方案選擇》中提到的最小二乘法的基本原理建立綜合評價指標數(shù)學計算模型，從表1中選擇開拓工程量、土石方工程量、建設投資、生產(chǎn)管理容易程度和運輸安全可靠程度6項指標的權重，綜合評判3個方案的優(yōu)劣，各項指標的權重數(shù)值詳見表2。

根據(jù)最小二乘法的數(shù)學計算模型和表1中數(shù)據(jù)建立指標特征量矩陣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計算所有評判指標的客觀權重向量μ=[0.021 3，0.838 9，0.072 2，0.030 4，

0.018 6，0.018 6]T。

通過專家評分，對各項指標的重要程度進行賦值，可得到判斷矩陣C，在此基礎上計算所有評判指標的主觀權重向量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際，根據(jù)最小二乘法的決策模型，計算所有評判指標的綜合權重向量w=[0.197 3，0.563 8，0.110 4，0.055 1，0.047 6，

0.025 8]T。

根據(jù)上述各指標權重的計算，得出3個方案的綜合評價指標數(shù)值分別為R1=0.974 8、R2=0.487 8、R3=0.541 0。

4?? 結(jié)論

1）影響開拓系統(tǒng)選擇的因素較多，在優(yōu)選開拓方案時，采用最小二乘法理論加以輔助，算出主斜坡道方案（方案1）的綜合評價指標數(shù)值最大，方案最優(yōu)，與采用費用現(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)學計算模型綜合評判開拓方案是可行的。

2）主副斜井方案工業(yè)場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)設備布置要求高，不利于總圖布置?；旌暇桨父髦卸蔚氖T較長，坑內(nèi)礦廢石運輸距離較長，基建工程量大;井下礦石提升對塊度要求較高，生產(chǎn)流程較為復雜;此外，主副斜井方案和混合井方案采場生產(chǎn)能力較小，對礦山生產(chǎn)規(guī)模有一定限制，二期擴產(chǎn)可能性小。結(jié)合費用現(xiàn)值和最小二乘法模型計算，最終推薦主斜坡道方案（方案1）。

參考文獻

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