作者：李莉

新南威爾士大學(xué)采礦工程博士 

澳大利亞曼寧文礦業(yè)咨詢公司（Mining One Consulting） 巖土工程師

考拉按：礦山巖土工程師（Geotech Engineer）,，或稱工程地質(zhì)工程師,，是解決礦山工程地質(zhì)問題的專業(yè)人員，在國際礦山生產(chǎn)中扮演了重要的角色,，然而在國內(nèi)卻沒有得到相應(yīng)的重視,，往往作為是采礦工程或者安全工程的一個(gè)分支。事實(shí)上,，巖石力學(xué)的研究可以決定一個(gè)礦山項(xiàng)目的成敗,。例如考拉曾經(jīng)介紹過的澳大利亞杜加爾河鋅礦項(xiàng)目,，就是通過扎實(shí)的巖石力學(xué)研究解決了礦山存在的工程地質(zhì)難題（文章鏈接見文末）。目前在全球正成為技術(shù)趨勢,，并在自由港在印尼的Grasberg銅金礦,、力拓在蒙古的OT銅金礦、洛鉬在澳洲的Northparks銅礦等世界級(jí)礦山得到應(yīng)用的自然礦塊崩落采礦法（Block Caving）,，需要在采礦前做大量的巖石力學(xué)分析和工作,。成為巖石力學(xué)工程師，將是國內(nèi)的礦業(yè)畢業(yè)生獲得海外大型礦業(yè)公司工作機(jī)會(huì)的一條捷徑,。（文后有工程地質(zhì)工程師等技術(shù)崗位工作機(jī)會(huì),，歡迎咨詢和投遞簡歷）

2017年以來，全球礦業(yè)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,，新礦山相繼開發(fā),，舊礦山逐步復(fù)產(chǎn)，巖土工程師的需求越來越多,，澳洲/加拿大/南非等礦業(yè)占GDP比重較高的國家出現(xiàn)了巖土工程師（或巖石力學(xué)工程師）短缺的局面,。物以稀為貴，現(xiàn)場巖土工程師薪資水平往往要高于普通采礦工程師和地質(zhì)工程師,。那么,，為何國外礦業(yè)公司愿意高薪雇傭現(xiàn)場巖土工程師，而我國卻幾乎沒有 “現(xiàn)場巖土工程師” 的概念,？

三十年前,，國內(nèi)外幾乎沒有礦山會(huì)雇傭現(xiàn)場巖土工程師，巖土工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營支持主要由專業(yè)咨詢公司和/或研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行,。如今,，全球礦業(yè)公司紛紛開始雇傭礦山內(nèi)部巖土工程師，實(shí)時(shí)監(jiān)測和解決采礦設(shè)計(jì)和短期施工中面臨的巖土力學(xué)問題,。針對長期或者特定的巖土工程問題,，礦業(yè)公司仍會(huì)聘請專業(yè)咨詢公司和/或科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行采礦項(xiàng)目研究。這一重要變化源于20世紀(jì)90年代,，澳洲開始逐漸制定嚴(yán)格的礦山安全法規(guī) (Ref.1),，而且礦業(yè)界逐漸認(rèn)識(shí)到巖土工程在優(yōu)化礦山設(shè)計(jì)和管理巖土工程風(fēng)險(xiǎn)方面，能為礦山帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,。

大多數(shù)國際礦業(yè)公司已經(jīng)建立了成熟的巖土工程師團(tuán)隊(duì),，具備相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)能力。例如Rio Tinto,、BHP和Glencore，以及大多數(shù)澳洲礦業(yè)公司,。然而,，中國的礦業(yè)公司尚未建立礦山巖土工程師團(tuán)隊(duì),，因?yàn)橹袊V業(yè)界仍未認(rèn)識(shí)到巖土工程師在礦山技術(shù)服務(wù)和開采運(yùn)營中的重要性。

巖土工程在礦山技術(shù)服務(wù)中的角色

礦山技術(shù)服務(wù)部門,，是服務(wù)礦山開采建設(shè)的主體,。礦山巖土工程是礦山技術(shù)服務(wù)部門不可缺少的一部分。礦山技術(shù)部門由地質(zhì)/測量/礦山規(guī)劃和采場設(shè)計(jì)/巖土工程/通風(fēng),，以及水文地質(zhì)等構(gòu)成,，負(fù)責(zé)戰(zhàn)略性礦山規(guī)劃和采礦作業(yè)的有效技術(shù)指導(dǎo)。典型的礦山技術(shù)服務(wù)部門和關(guān)鍵職責(zé)如下圖所示,。

現(xiàn)場巖土工程師的角色,，主要為礦山提供巖土工程支持，實(shí)現(xiàn)礦山安全高效生產(chǎn),，并從巖土工程角度輔助改善礦山設(shè)計(jì),。此外，巖土工程師另一個(gè)重要角色是,，及時(shí)向礦山管理層提出建議,，優(yōu)化礦山設(shè)計(jì)和/或采礦規(guī)劃，以降低巖土工程方面的風(fēng)險(xiǎn),。例如,，豎井設(shè)計(jì)過程中，巖土工程師需要對以下問題給出建議：不同深度巖體條件對井巷穩(wěn)定性的影響,，是否有軟弱巖層和地下水風(fēng)險(xiǎn),，豎井位置是否需要調(diào)整，井壁支護(hù)和長期穩(wěn)定性問題等,。

巖土工程輔助改善礦山設(shè)計(jì)

礦山項(xiàng)目可行性研究階段的礦山設(shè)計(jì),，通常可用的巖體數(shù)據(jù)有限,，迫使設(shè)計(jì)基于許多假設(shè),。隨著礦山的開發(fā)，收集了新的地質(zhì)/巖土工程和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)后,，有必要對設(shè)計(jì)假設(shè)重新評(píng)估,，并修改初始設(shè)計(jì)。礦山管理部門有責(zé)任持續(xù)尋求改進(jìn)礦山設(shè)計(jì),，降低長期運(yùn)營的成本,，提高礦山經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（1）露天采礦

露天采礦作業(yè)的成本主要取決于剝采比（剝離廢石量/采出礦石量比率）,。開采礦石時(shí)剝離的廢石越少,，露天礦產(chǎn)生的收益就越高。露天礦的邊坡角是礦山設(shè)計(jì)的核心,，它是由巖土工程師根據(jù)巖體分級(jí),、巖體力學(xué)特性,、水文地質(zhì)條件、穩(wěn)定性分析和數(shù)值計(jì)算等結(jié)果確定的,。巖土工程師既要設(shè)計(jì)穩(wěn)定的邊坡角以產(chǎn)生最大的開挖價(jià)值,，更需要考慮邊坡失穩(wěn)甚至滑坡造成的安全事故和影響。在大型露天礦坑中,，邊坡角微小的改變,，可導(dǎo)致廢石量增加或減少幾個(gè)甚至十幾個(gè)百分點(diǎn)。然而,，大多數(shù)露天礦項(xiàng)目都是在可行性研究階段,，進(jìn)行巖土邊坡角設(shè)計(jì)，邊坡角的精度很少達(dá)到±3到5度的準(zhǔn)確可靠度,。礦山可行性研究階段和礦山生產(chǎn)階段會(huì)有10-15%的成本差異（Ref.2）,。詳細(xì)的工程案例請見李濤博士的文章Geotechnical Engineering Designs in Mining。

（2）地下采礦

優(yōu)化地下礦山長期井巷工程和短期水平巷工程,，可以節(jié)省數(shù)百米的爆破開挖量,。微調(diào)采礦技術(shù)參數(shù)（例如采場尺寸，提升采場高度）可以改善每立方米掘進(jìn)量,。根據(jù)不同巖體特性和空區(qū)尺寸,，優(yōu)化礦山支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以節(jié)約巨額的支護(hù)成本,。諸如此類礦山開采階段的設(shè)計(jì)優(yōu)化,，有助于改善可行性研究階段過于樂觀或者過于保守的設(shè)計(jì)，以降低采礦長期規(guī)劃一成不變帶來的安全風(fēng)險(xiǎn),，或者對經(jīng)濟(jì)價(jià)值的高估或低估,。

巖土工程與風(fēng)險(xiǎn)管理

由于在設(shè)計(jì)階段對巖土工程條件考慮不足，或者在采礦作業(yè)期間缺乏主動(dòng)巖土體控制管理,，往往容易導(dǎo)致巖體失穩(wěn)事故,。例如：

• 露天礦邊坡滑坡失穩(wěn)

• 地下礦山頂板冒落、片幫

• 礦山地表沉降

• 地下礦采空區(qū)的突發(fā)塌落或者沖擊地壓

• 巖爆和礦山微震事件

• 礦柱失穩(wěn),，包括頂柱和底柱/邊柱

• 充填擋墻失穩(wěn),，未固結(jié)充填物料淹沒巷道/采場

由巖石力學(xué)問題引起的局部巖土工程事故，不僅會(huì)擾亂采礦工作計(jì)劃,，還有可能造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,。重大的巖土工程事故，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損毀并且長期無法進(jìn)入開采區(qū),，從而導(dǎo)致礦山停工時(shí)間過長,，需要花費(fèi)巨大成本進(jìn)行恢復(fù)。如果發(fā)生人員傷亡和/或威脅公共安全,，基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境的災(zāi)難性巖土工程事故,，也可能長期或者永久關(guān)閉采礦作業(yè)區(qū),。對于忽視巖體控制造成的巖土工程風(fēng)險(xiǎn)，不應(yīng)掉以輕心,。對采礦過程缺乏了解，或者采取被動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理,，不僅無法提供安全的工作條件,，還可能顯著降低礦山價(jià)值。

GCMP,，用于管理從設(shè)計(jì)/實(shí)施和驗(yàn)證礦山開采中的巖土工程問題,，包括：

• 概述礦山經(jīng)理/高級(jí)工程師/普通工程師的工作職責(zé)和工作要求
• 系統(tǒng)描述露天礦或者地下礦地質(zhì)條件、采礦設(shè)計(jì)要求和支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)
• 描述采礦作業(yè)期間巖土事故發(fā)生后的匯報(bào)/溝通/解決方式
• 描述巖體穩(wěn)定性預(yù)測,、識(shí)別,、監(jiān)測、評(píng)估和控制的處理方式以及提供指導(dǎo)
• 描述發(fā)現(xiàn)巖土工程事故或?yàn)?zāi)害時(shí),，為變更管理提供指導(dǎo)
• 描述如何提供意外巖土工程災(zāi)害發(fā)生時(shí)的預(yù)防措施

結(jié)束語

可行性研究階段的巖土工程設(shè)計(jì)是基于有限的數(shù)據(jù)以及諸多不確定因素,。因此，在礦山開發(fā)階段,，需要連續(xù)采集和分析巖土工程數(shù)據(jù),，以確保礦山設(shè)計(jì)基于當(dāng)前實(shí)際巖土體條件。在執(zhí)行設(shè)計(jì)階段,，巖土工程不確定性應(yīng)通過GCMP或者其他有效方式進(jìn)行管理,，以降低工程風(fēng)險(xiǎn)。巖土工程管理為礦山規(guī)劃和運(yùn)營過程額外增加的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益不容低估,。巖土工程管理良好的礦山,，能使礦山開采安全高效的進(jìn)行。國內(nèi)礦業(yè)界應(yīng)該充分探索巖土工程師在礦山設(shè)計(jì)中創(chuàng)造的價(jià)值,，創(chuàng)建礦山內(nèi)部巖土工程師團(tuán)隊(duì),，為礦山開采提供及時(shí)有效的設(shè)計(jì)優(yōu)化和安全開采的建議，并使礦山開采價(jià)值最大化,。

致謝

作者特此感謝李濤博士和吳春平博士給予本文提出寶貴的修改意見,，并提供相關(guān)資料予以完善本文,。李濤博士擁有30多年澳洲巖土工程領(lǐng)域的科研和企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，能提供獨(dú)立巖土工程項(xiàng)目咨詢,。吳春平博士在國內(nèi)采礦和爆破方面擁有豐富的項(xiàng)目咨詢和科研經(jīng)歷,。

同行評(píng)論:

Tao Li: It took other countries such as South Africa and Australia many years and many fatalities and losses in production, to have finally recognised the importance of geotechnical engineering in mining and took another decade or so to fully implemented the associated geotechnical systems, processes and personnel in mines. I hope it can be much less pain and shorter period of time in the Chinese mining industry.

References

(1) Mines Safety and Inspection Regulations 1995, Western Australia

(2) Li, T. 2013. Geotechnical Engineering Designs in Mining. Proc.  3rd ISRM SinoRock Sym. - Rock Characterisation, Modelling and Engineering Design Methods. pp833-838. CRC Press, Tongji University, Shanghai, China

(3) Louie Human (2015), Adding value via systematic review and compliance audits, SRK Consulting.

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