復雜條件下申請劃定礦區范圍方案的設計

羅寶金

(廣東省冶金建筑設計研究院)

某擬建地下礦礦區地形條件復雜，為弧峰、坡谷等地貌，地勢陡峻，起伏較大，屬中低山地貌，地勢西高東低，絕對標高最高818 m，最低270 m。礦區周邊環境復雜，探礦權周邊有2個采礦權和1個探礦權預留區、多個工業場地，需考慮巖移范圍相互影響和保護措施。礦體埋藏較深，絕大部分資源估算范圍與探礦權范圍重疊，無較多合適的位置布置主井口和工業場地。雖然申請劃定礦區范圍方案設計屬于初步方案設計階段，但該礦條件復雜，一旦方案審批后，若需調整，程序上較為繁瑣，且周期較長。因此為確保設計方案能夠滿足后續設計和施工的需要，井口和井巷工程(開拓運輸工程)必須考慮到施工圖階段，特別是靠近劃定礦區范圍附近對劃定礦區范圍有影響的井巷工程，同時考慮該類工程在后續的設計和施工過程中能夠根據地形地貌、地質及開采技術條件等因素進行適當優化調整，方案需要預留少部分的調整范圍。為確保設計方案既能夠滿足國家相關政策法規和安全要求，順利通過國土部門審批，又要能夠滿足后續設計和施工的需要，本研究通過對劃定礦區范圍的原則和影響因素進行分析，并對合理的礦區范圍劃分方案進行設計。

1 礦山概況

礦區礦體呈層狀產出，賦存標高為436.77～-398.94 m，埋深120.00～1 017.48 m。礦層產狀與圍巖一致，傾角大部分為10°～30°，內部有小幅度寬緩起伏。礦區共有2層礦層，上部為Ⅲ+Ⅱ礦層，下部為Ⅰ礦層。Ⅰ礦層分布于8#～58#線，東西方向長2 810 m，南北方向最大寬1 332 m，厚0.71～3.70 m，平均1.82 m。Ⅲ+Ⅱ礦層主要分布于68#線以西，東西方向長3 600 m，南北方向最大寬1 330 m，厚0.72～6.10 m，平均2.42 m。各礦層的圍巖基本相同，主要有薄層狀硅質灰巖、硅質巖夾鈣質泥巖，微粒—致密結構，質較堅硬。兩礦層之間的夾層為薄—微層狀、扁豆狀硅質灰巖夾少量硅質巖、泥灰巖或鈣質泥巖，厚9.03～25.10 m，平均15.66 m。礦區探礦權范圍與周邊礦山礦界分明，不存在重疊和礦界糾紛，勘查面積為3.53 km2，分布于9#～68#線。礦區資源估算范圍見圖1，估算面積為2.46 km2，估算標高為-398.94～436.77 m，分布于9#～58#線。擬定礦山采礦生產規模為60萬t/a，擬采用地下開采方式，生產服務年限約35 a，產品為原礦。

圖1 申請劃定礦區范圍的設計方案

2 劃定礦區范圍的主要原則

2.1 符合國家和地方政府的相關法律法規和政策規劃

根據國家和地方政府相關法律法規和政策規劃，在自然保護區、森林公園、風景名勝區、地質公園、濕地公園、生態公益林、重要濕地、生態嚴格控制區、自然文化遺產及基本農田保護區等禁止開采礦產資源，在鐵路、公路、高壓輸電線路、天然氣管道和重要流域、水庫、海岸線、島岸線等附近的礦產資源開發項目應符合相關規定，保留足夠的安全距離，并通過相關部門審查[1-4]。因此，劃定的礦區范圍不能包括上述禁止開采區域，與鐵路等需保護區域保留設足夠的安全距離。

2.2 與周邊礦業權和地表建筑物的安全間距

申請劃定的礦區范圍與周邊毗鄰的采礦權區應按照相關設計規范保留安全間距[5-7]。對于地下礦，應確保各自的巖移范圍不出現重疊，并有一定的安全距離。地表建筑物應確保位于開采的巖移范圍和安全防護帶以外，一般取一級安全防護，帶寬20 m，如果距離不足，同時地表構筑物無法搬遷，應留設保安礦柱縮小巖移范圍，確保達到足夠的安全距離。

2.3 礦區范圍

礦區范圍是指可供開采的礦產資源分布范圍以及擬開采工程分布范圍的立體空間區域，可以理解為包括所有的井口和井巷工程，不包括工業場地、巖移范圍等，礦區范圍一般應設置于探礦權范圍內。

2.4 安全要求

根據相關安全規程和設計規范，井口和工業場地等地面設施應布置于巖石移動范圍的安全保護帶以外，應避開法定保護的文物古跡、風景區、內澇低洼處和采空區，且不受地面滾石、滑坡、山洪暴發和雪崩等危害的影響[7]。井口工業場地標高應高于當地歷史最高洪水位。進風井宜位于當地常年主導風向的上風側，進入礦井的空氣不應受到有害物質的污染；回風井宜設置于當地常年主導風向的下風側，排出的污風不應對礦區環境造成危害[7]。

2.5 探礦權范圍內的無礦空白區域

由于開拓系統布置需要，可能需要將部分探礦權范圍內的無礦空白區域納入申請劃定的礦區范圍，但無礦空白區域也屬于土地資源，受國土部門嚴格管理，需保證該區域無礦產資源，占用理由應充分合理。

3 復雜條件因素分析

3.1 周邊礦權和工業用地多且距離近

礦區所在區域原為一個大整裝勘探區，由于勘探開發、礦業權交易、時間長等因素，被分割成多個礦業權，同時由于補充勘探、開發生產的需要，各個礦業權范圍一直處于調整過程中。礦區周邊分布有：①A公司采礦權，位于探礦權西側及南側，與探礦權區的距離為30.47～102.81 m；②A公司工業用地，位于探礦權東南側，分布有A公司主井口及工業場地，其中，0#～4#線附近A公司已經辦理了國有土地使用證的工業用地范圍與探礦權范圍部分重疊；③B公司采礦權，位于探礦權區8#～9#線北側，與探礦權區的距離為21.46～38.32 m；④探礦權預留空白區，為國土部門將來擬設探礦權預留的區域(圖1)。目前該探礦權范圍已經形成了1個不規則的多邊形，整體與周邊礦業權范圍較近，資源估算范圍絕大部分與探礦權范圍重疊，在資源全部開采的情況下，巖移范圍勢必會影響周邊礦權和工業用地。

3.2 井口和工業場地選址困難

礦區主要的井口和工業場地包括主井口、回風井、進風井口及對應的井口工業場地。探礦權范圍內，資源估算范圍與探礦權范圍絕大部分重疊，僅剩北側8#～9#線、北側3#～8#線、東北角8#～68#線為無礦區域，同時由于礦體埋藏深，初步圈定的巖移范圍較大，北側8#～9#線、北側3#～8#線、東北角8#～68#線西側區域均在巖移范圍內，僅剩68#線附近區域在巖移范圍外，可布置主井口和主工業場地，但還有回風井井口和進風井井口及其井口工業場地必須布置于58#線以西，需留設保安礦柱，縮小巖移范圍，但需選擇合適的布置方式和位置，以減少保安礦柱的留設資源量，提高資源利用率。

3.3 開拓運輸方案選擇困難

探礦權周邊礦業權區和建(構)筑物較多，其下盤和側翼均無可布置主井口及工業場地、主運輸系統的區域。礦區礦體總體傾向SE，為緩傾斜礦體，絕大部分位于礦區最低侵蝕基準面以下，開拓深度達800 m，僅可采用上盤開拓方式，主井口和工業場地布設于礦區東北部。

由于礦床開拓深度大，主井口距離礦體較遠，生產規模較大，如果采用單一開拓方式，礦體埋藏深，地形條件導致無法采用平硐開拓方式；斜井開拓提升轉載環節多、速度慢、提升能力小，難以滿足生產能力；斜坡道開拓掘進工程量大，運輸距離長，僅適用于開拓深度小于300 m的礦體，因此，如果采用單一開拓方式，只能選擇豎井開拓。

豎井提升速度快、能力大、費用少，井巷工程量較斜坡道少。但主、副井開拓深度較大，中段較多，施工較復雜，向下延伸相對困難，掘進速度慢，基建期較長；井筒設備較多，安裝工程量大；管理環節多，技術要求高。中段石門長1.3～3.8 km，如果每個中段都設置石門，工程量大。

斜坡道施工簡便，掘進速度快，設備少，安裝工程量少，有較大靈活性，容易接近礦體，可縮短基建時間和提高綜合效益；可分期投資、分期建設；生產環節少，管理較簡單。但井巷工程量大，需風量大，通風、運輸費用多，無軌設備投資大，維修技術復雜，石門工程量雖然比豎井開拓方案少，但如果每個中段都設置石門，工程量仍較大。

4 申請劃定礦區范圍方案的設計

4.1 查閱規劃

經查閱國家、省和當地縣市的礦產資源“十三五”規劃等資料，確保擬劃定的礦區范圍符合國家和當地政府的相關政策，避開保護區域，應與保護對象留設足夠的安全距離[8-10]。

4.2 可供開采資源分布范圍

該探礦權資源儲量估算范圍與A公司已經辦理的國有土地使用證的工業用地范圍部分重疊，當地縣、市國土資源局要求申請的礦區范圍退出重疊區域，估算資源儲量需要割讓，按礦產資源儲量壓覆處理，扣除該范圍(0.02 km2)后為可供開采的資源分布范圍，面積為2.44 km2。

4.3 井口和工業場地

主井口需布置工業場地，需布置井口車場、礦倉、井口辦公區、維修、供電、供風等設備房，所需面積相對較大，回風井井口僅設置風機房和值班房，進風井井口僅需設置值班房，需要的場地面積較少。

可供開采的礦產資源分布于探礦權區中西部，絕大部分與探礦權區重疊。探礦權區北、西、南三面外圍已設采礦權，沒有可布置主井口及工業場地的合適范圍。9#～58#線幾乎全部為巖石移動范圍，地形復雜，地面標高375.0～818.8 m，山體陡峭，起伏較大，存在山坡滾石和巖崩潛在威脅，可供選擇的場地面積小，地面設施基建工程量大。58#～74#線為無礦空白區，唯有68#線附近的荒山坡地地形相對平緩，位于最終巖石移動安全防護帶以外，地面標高約285 m，遠高于當地歷史最高洪水水位，巖土體較為穩固，周邊沒有空氣污染源，不存在地質災害，可供選擇的場地面積較大，便于布置礦山地面設施，基建工程量少。因此，主井口和工業場地只能選址在68#線附近區域，主副井井口標高為285 m。

探礦權范圍西北角8#～9#線(標高約610 m)和3#～8#線北側(標高520～706 m)有無礦空白區，故而可在這2個區域布置主回風井和進風井，以減少保安礦柱的留設資源量。

考慮到礦區資源量集中于中部，進風井宜布設于靠近資源量集中的區域，以提高通風效率，因此在3#～8#線北側無礦區域布置主進風豎井，井口標高為535 m，回風井布置于最高回風水平(400 m)附近，井口標高為610 m。進風井、回風井均采用豎井形式，可使得保安礦柱留設的資源量最少。

井口工業場向外側(由礦區范圍向外)布置，可以超出礦區范圍、探礦范圍(不進入周邊的礦業權范圍即可)。在礦體下盤、主回風井和進風井底部分別設置斜井與各中段聯接。

4.4 巖移范圍和保安礦柱

為避免開采引起的巖移對周邊礦權和A公司工業場地的安全造成影響，通過與政府國土部門、周邊礦業權人協商后，為保證各礦業權互不影響，該礦在邊界處留設了保安礦柱，確保巖移范圍在探礦權范圍內，同時在生產過程中在相鄰邊界區域采用留設保安礦柱的方法，確保各礦業權開采的巖移范圍均保持在各自采礦權區范圍內[11-13]。根據礦體的賦存條件、礦巖穩定性程度，通過類比同類礦山巖石移動角，本研究礦體上盤和下盤的巖石移動角均選取65°，走向為75°，表土層均為40°。

4.5 開拓運輸方案

考慮到礦區資源量較大、分布范圍較廣、生產能力較大、服務年限較長，采用豎井開拓，主副井提升運輸方式。同時，礦區礦體為緩傾斜礦體，為減少中段石門的掘進工程量，提高靈活性和運輸效率，可采用輔助斜坡道+溜井輔助運輸方式。采用中小型無軌設備機械化出礦，中段高度為50 m，回風水平400 m，最高中段350 m，最低中段-400 m。

輔助斜坡道設置于下盤，各中段之間采用輔助斜坡道聯絡，用作運輸設備、材料以及行人通道和安全出口。為減少豎井石門長度，一般2～4個中段設置1個階段，具體根據中段資源量確定，每個階段僅最低中段設置石門聯接主副井。

由于上部東北角資源量少，每4個中段設置1個階段，每個階段設置集中階段溜井，溜井設置于回風側，從上盤穿至下盤，各中段采用石門連接溜井，開采過程中逐段廢棄，各中段設置石門連接溜井，階段最低中段設置石門與主副井聯接，礦(廢)石通過溜井溜至階段最低水平，經振動放礦機運輸至礦車，采用電機車牽引礦車組通過石門運輸至主副井，提升至地表。綜上分析，采用主副豎井+輔助斜坡道+溜井聯合開拓運輸方案。考慮到階段采用輔助斜坡道聯絡，通風、排水路徑較長，因此在北側設置通往地表的專用進風井和進風斜井，與各個中段聯接，作為進風、排水、供電、通信管纜的通道和安全出口。

4.6 分區域設計申請劃定的礦區范圍

探礦權范圍中西部由于資源估算范圍與探礦權范圍絕大部分重疊，為確保探礦權范圍內的礦產資源能夠被盡可能多的開采，以及便于后續設計和施工，本研究初步構想將探礦權范圍盡可能劃入礦區范圍，對申請劃定的礦區范圍的各個區段分別進行設計。

4.6.1 平面范圍

(1)北側和西南側。首先以回風井、進風井為圓心，半徑35 m(初步考慮5 m為井筒和支護的施工半徑，10 m為調節范圍，20 m為井口巖移范圍一級安全保護帶)劃定巖移范圍，其余以探礦權邊界為巖移范圍，并對巖移范圍修改圓滑；然后以巖移范圍反推開采邊界線，開采邊界線和可供開采的資源分布范圍之間的區域為保安礦柱范圍。申請劃定的礦區范圍邊界為探礦權范圍。該區域為可供開采的礦產資源分布范圍和西北側2個無礦空白區(面積共計0.13 km2)。

(2)東南側。首先將A公司的工業場地外輪廓勾畫出，然后整體偏離30 m圈定巖移范圍，其中20 m為巖移范圍一級安全保護帶，10 m為調節范圍。但由于該區域部分存在較大的無礦空白區域，因此，為了不多占用土地資源，考慮生產勘探后礦體會發生變化等地質因素，回風斜井布置于礦體以外約30 m處，回風斜井外10 m即為礦區范圍邊界。綜合上述2種方法確定申請劃定的礦區范圍邊界，該區域為可供開采的礦產資源分布范圍和東南側部分無礦空白區(面積共計0.04 km2)。

(3)東北側。該區域為探礦權內的無礦空白區域，為給后續設計和實際施工留有足夠的空間，應按施工圖標準詳細設計主副井、車場、溜井、卸礦硐室水倉和泵房，同時也應考慮主副井地表設施和主工業場地的布置來判斷合理的井口位置，同時考慮主副井可能受工程地質條件影響較大，井位能夠根據地形地貌、地質條件作適當優化調整，需要預留少部分的調整范圍，綜合以上確定該區域申請劃定的礦區范圍邊界，該區域為東北側部分無礦空白區(面積為0.18 km2)[14-15]。將上述各區域設計的礦區范圍邊界連接起來即為申請劃定的礦區平面范圍，即為可供開采的礦產資源分布范圍及擬設開采工程的分布范圍，面積為可供開采的礦產資源分布范圍和占用的無礦空白區面積之和，為2.79 km2，經估算，留設保安礦柱的礦量占總礦量的16%。

4.6.2 開采深度

礦區范圍內地形標高為818.80～255 m，工業礦體賦存標高為436.77～-398.94 m。本研究設計的主斜坡道井口標高為285 m，總進風井井口標高為535 m，總回風井井口標高為610 m，最低開采中段標高為-400 m，主井井口標高為285～-435 m，副井井筒標高為285～-420 m。考慮到后續礦山開采設計和施工過程中可能根據地形地貌、地質條件等因素變化而作適當優化調整，開采深度上限需要向上預留20 m的調整標高。最終申請劃定礦區范圍的設計方案詳見圖1，該區域由14個拐點組成，面積2.79 km2，開采標高為630～-435 m。

5 結 語

申請劃定礦區范圍階段是礦區建設的首要環節，需要詳細考慮對象保護、開拓布置、地形地貌、地質條件等因素。目前由于采礦權申辦工作的緊迫性，本研究設計的方案僅滿足礦山目前需要，在后續工作中，建議礦山與周邊礦區保持密切聯系，保證開采安全，在條件成熟并符合各方利益的情況下，可對礦區范圍進行優化調整，對礦權進行整合，對生產系統進行整合共用，實現礦山開采經濟效益最大化。