武山铜矿采矿作业高效低廉对策浅析

陈智宏

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山铜矿是江西铜业集团有限公司下属的井下大型铜矿山，于2016 年左右提出了“三期技改工程”的设想，以提升矿山整体规模效益。近年来受采深增加、矿体赋存状态改变、采矿作业盘区减少等因素的影响，采矿能力受到制约。为提升采场生产能力、防止生产规模下降，并配合三期技改工程前期调研的开展，从2017 年开始，大力开展了单产能力攻关活动，在活动开展期间，通过对现有采矿方法分析，找到了施工方法及管理措施中的一些不足，有针对性地开展了一系列攻关措施，取得了一些效果。

但受现有采掘施工设备设施的先进性不足及对采矿作业流程分析不完全等因素的影响，采场单产能力提升没有达到预期，采矿作业成本也居高不下。为更好地配合三期技改工程的设计工作，同时也为提升矿山综合效益，有必要对现有采矿方法及工艺特点进行分析，找到影响单产能力及作业成本的根本原因，为矿山三期建成时如何有效地发挥出高效低廉效应提出切实可行的对策。

2 矿体及围岩地质条件

武山铜矿分南、北两个矿区，南矿区呈马蹄形，全长约2500m，北矿带为东西走向直线形，全长约1700m。矿石类型主要为含铜黄铁矿、含铜碳酸盐岩，次为含铜高岭土、铜铅锌黄铁矿、黄铁矿等，矿体整体稳定性一般。围岩主要以砂岩及大理岩、铁帽等为主，稳定性较好［1］。

3 现状

为确保施工安全，同时考虑到成本及作业能力的影响，武山铜矿南北矿区采取了不同的采矿方法。北矿带采用下向进路式胶结充填采矿法（含南矿带西部），南矿带矿岩稳固性较北矿带好，同时胶结充填力不足以覆盖南部所有采场，因此南矿带主要采用钢筋混凝土假底下向进路式水砂充填采矿方法［2］。但现有采矿方法生产能力还远没有达到设计能力，同时，受工序多的影响，作业人员多、劳动强度大、材料成本耗用大是其特点，特别是南矿带上向水砂充填采场。

通过近两年来单产能力攻关活动，主要在管理措施及作业连续性上做了些工作，平均单产能力约110t/d.采场，吨矿采矿成本约200 元。

4 影响因素分析

4.1 影响能力提升因素

（1）采场规模。采场规模的大小直接影响到各采场施工的布局，同时施工过程中协调能力的大小也受其影响，规模越小，越难以长时间保有充足的采矿工作面及备采工作面，采场劳动力及机械设备发挥不了应有效率，采矿能力提升难。通过对近两年来单产能力攻关数据统计，采场分层矿量在1.5万t 以下的采场，单产能力普遍小于100t/d。虽单产能力大小与采场分层矿量大小不完全成线性关系，但按线性回归分析，采场分层矿量越大，单产能力成上升趋势。见表1、表2。

表1 2018 年胶结充填采场按分层矿量大小分单产能力统计情况

表2 2018 年水砂充填采场按分层矿量大小分单产能力统计情况

（2）辅助作业时间。在开拓及围绕开拓工程同步布置的采准工程结束后，采场施工主要涉及采场联络道及采矿作业。在胶结充填作业采场，通过调查及测算，采场联络道通常占分层开采作业时间的7%左右。而采矿作业中主要包括：凿岩、装药爆破、出矿、支护、充填等工序，通过对各工序分时作业写实，统计出各工序作业时间见表3。

表3 采场各工序作业时间统计表

从表3 可以看出，把充填及支护作为辅助作业时间，其占总采矿作业时间约50%左右，其中以充填作业时间长、影响大为主要因素。另外，在主作业时间上，凿岩占据了大部分时间（31%），在后期提升作业效率方面，也是要主要解决的方向之一。

（3）机械化程度。现我矿采矿作业过程中的凿岩、装药、支护等主要工作还是以人力为主，机械化程度低。特别是支护（含砼支护及充填密闭墙施工），不但机械化水平低，而且劳动强度特别大。这也在一定程度制约了生产效率的提升。

4.2 影响成本控制因素

（1）当投入一定时，成本控制最直接的影响因素是规模、及效率。生产规模上，我矿现已达到并超过设计能力，因此，在现有系统下，生产规模再提升潜力不大。效率方面，全员劳动生产率是判别效率上升与否的一项重要指标，通过对矿近年来全员劳动生产率指标的分析，效率是有所上升的，但对全员劳动生产率上升因素分析，我们可以发现，其中影响最主要的因素是人员数量减少（由2017年初1700 人左右减少至现在1400 人左右）,生产作业量（采掘总量）方面变化不太大。我矿采、掘、选都大范围地依靠设备设施，要从本质上提升效率，在方法不变的情况下，通过提升设备利用率来实现无疑是最直接有效的，如采场将出矿设备由0.75m3电动铲车改进为2m3内燃机铲车后,单产能力由每采场每天50t 提升到时现的110t，全员劳动生产率由原先的7t/人·年左右提升至现在的11.2t/人·年,效益可观。因此，设备设施大型化、先进性是后期效益提升的重要关注点，有利于成本的节约。

表4 回采分条的成本消耗表

（2）采矿施工过程中成本消耗与采矿方法关系密切，以我矿胶结充填采场为例，其成本主要包含人工、机械、材料等费用，其中人工成本及机械费用受企业性质及投入规模效应的影响，不好比较，而材料成本与日常管理及生产工艺优化关系贴近，在此仅对该成本进行分析比较，以说明成本控制的重点。设定基础条件：每分层层高4m、回采分条宽4m、分条长24m、每分层平均分条数25 条，掘进及采矿施工每循环炮眼数为30 个，每循环进尺为1.8m，尾砂比重1.55t/m3，矿石平均比重3.04t/m3。以此分析采矿全过程成本消耗。表4 为分层掘进联络道40m、1 个回采分条的成本消耗表（不含出矿、出碴及用水、电、油成本等）。

上述成本消耗列表中，1～11 项为采矿施工成本，合计0.69 万元，12～26 项为充填成本，合计5.28 万元。充填材料成本消耗占总采矿作业成本的90%左右，而采矿施工过程中，坑木及炸药占成本的81%左右，充填施工过程中水泥占成本的70%。即支护及充填水泥占了采矿作业成本的约60%左右，为成本控制的主控方向。

5 对策

5.1 提升采矿作业断面

通过断面的提升，有利于发挥规模效应。当提升断面后，同样支护量及充填准备的工作下，每分条的采矿作业量会大大增加，同时也便于凿岩时双机作业。当然，断面的提升要在确保施工安全的前提下，也就是确保顶板的稳定性，根据江西理工大学提供的《武山铜矿大断面开采条件下分级尾砂胶结充填试验研究》，我矿施工断面是可以提升为（5×4）m2［3］，通过对生产效率及成本比较，当断面提升后能产生以下益处。见表5。

充填用时不变是因为现充填作业由于上下工序间难以做到100%无缝衔接，充填工作量不饱满，所以在充填量增加不多时，充填作业用时不会发会变化。

当断面适当提升，生产效率及成本方面均能取得不错的效果，但断面不能无止境的增大，需根据顶板稳定性研究成果予以确定，确保施工的安全、可靠。而顶板稳定性是否可通过增加水泥的配比、坚筋的网度、添加粗骨料等方式提升，也需要在必要时开展相应的技术研究予以确定。

表5 采矿作业断面由（4×4）m2 改（5×4）m2 生产效率分析表

5.2 提升机械化水平

武山铜矿从建矿以来，除采矿方法略有改进外，其中变化最大的就是设备，出矿设备尤其变化大，如采场出矿铲车、中段运输出矿电机车及车皮，由于这些设备的改进，其特点就是设备大型化，向更大更便捷的方向发展，才促进了我矿快步达成现有的生产能力。同时机械化水平提升对提升作业效率有极大的帮助，也有助于降低劳动强度。结合武山特点，井下可推行的设备主要有：凿岩台车或遥控凿岩台车、液压碎石台车、混凝土喷射台车、液压支护、锚杆台车、井下混凝土输送泵及混凝土运输车、快速拼装支护钢模等［4］。其效益表现见表6。

5.3 改进采矿方法

采矿效率及作业成本最直接也是影响最主要的因素就是采矿方法，武山铜矿现有采矿方法成本高、作业效率低最主要的原因上文中已作了明确的分析，即采矿工艺复杂，支护量大、充填次数频繁导致辅助作业时间长，另外，支护量及充填量大也导致支护耗材及充填耗水泥量大，占据采矿作业成本的60%以上，成为成本高的主要因素。因此，选择一种支护量少、充填耗水泥量小且能实现连续充填的采矿方法，对当前武山铜矿提效率、降成本将会很有帮助。

结合武山铜矿地质条件及对国内外高效低廉采矿方法的比较分析，注意到“有底柱空场嗣后充填”［6］采矿法具有较好的安全性、经济性及高效性的特点，支护量少、充填体强度可以根据充填空区分段控制原则实现少用水泥，大空区也可以实连续充填，减少充填准备时间，大大节约辅助作时间。同时，根据该矿地质条件现场踏勘，发现该矿部分采场矿体及围岩均较为稳定，有利于该方法在该矿应用。为此，建议在后期采矿施工时，可以选择该采矿方法进行试验，以促进采矿方法向高效、低成本的方向迈进，从根本上实现高效低廉效应的目标。

6 结束语

高效低廉的采矿生产目标，可以通过设备设施大型化及自动化来实现，而武山铜矿现有采矿方法因排水、排污量大、采矿量不集中等特点，后期要真正达成设备设施大型化及自动化的难度将会非常大。而若通过一定的研究及技术改进，应用新的、高效的采矿方法，在该矿形成“一矿多方法”共存的局势，同样可以达到在减少作业采场的同时采矿量集中且能力大幅提升的目标，同时也能较好地实现设备的大型化，采矿综合效益将会显著提高。

对比武山铜矿现阶段效率发挥难提升、成本控制难下降的各种因素，提出了武山铜矿在现有采矿方法下如何实现高效低廉效应的具体措施，即合理地扩大采矿施工断面，同时投入效率更高、能力更大、自适性更好的采矿机械设备，以降低劳动强度、缩短部分工序的施工作业时间、及时处理安全隐患，从而达到安全、高效、降成本的目的。