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作者：李莉 新南威尔士大学采矿工程博士 澳大利亚曼宁文矿业咨询公司（Mining One Consulting） 岩土工程师 考拉按：矿山岩土工程师（Geotech Engineer），或称工程地质工程师，是解决矿山工程地质问题的专业人员，在国际矿山生产中扮演了重要的角色，然而在国内却没有得到相应的重视，往往作为是采矿工程或者安全工程的一个分支。事实上，岩石力学的研究可以决定一个矿山项目的成败。例如考拉曾经介绍过的澳大利亚杜加尔河锌矿项目，就是通过扎实的岩石力学研究解决了矿山存在的工程地质难题（文章链接见文末）。目前在全球正成为技术趋势，并在自由港在印尼的Grasberg铜金矿、力拓在蒙古的OT铜金矿、洛钼在澳洲的Northparks铜矿等世界级矿山得到应用的自然矿块崩落采矿法（Block Caving），需要在采矿前做大量的岩石力学分析和工作。成为岩石力学工程师，将是国内的矿业毕业生获得海外大型矿业公司工作机会的一条捷径。（文后有工程地质工程师等技术岗位工作机会，欢迎咨询和投递简历） 2017年以来，全球矿业经济复苏，新矿山相继开发，旧矿山逐步复产，岩土工程师的需求越来越多，澳洲/加拿大/南非等矿业占GDP比重较高的国家出现了岩土工程师（或岩石力学工程师）短缺的局面。物以稀为贵，现场岩土工程师薪资水平往往要高于普通采矿工程师和地质工程师。那么，为何国外矿业公司愿意高薪雇佣现场岩土工程师，而我国却几乎没有 “现场岩土工程师” 的概念？ 三十年前，国内外几乎没有矿山会雇佣现场岩土工程师，岩土工程设计和运营支持主要由专业咨询公司和/或研究机构进行。如今，全球矿业公司纷纷开始雇佣矿山内部岩土工程师，实时监测和解决采矿设计和短期施工中面临的岩土力学问题。针对长期或者特定的岩土工程问题，矿业公司仍会聘请专业咨询公司和/或科研机构进行采矿项目研究。这一重要变化源于20世纪90年代，澳洲开始逐渐制定严格的矿山安全法规 (Ref.1)，而且矿业界逐渐认识到岩土工程在优化矿山设计和管理岩土工程风险方面，能为矿山带来巨大的经济价值。 大多数国际矿业公司已经建立了成熟的岩土工程师团队，具备相应的技术服务能力。例如Rio Tinto、BHP和Glencore，以及大多数澳洲矿业公司。然而，中国的矿业公司尚未建立矿山岩土工程师团队，因为中国矿业界仍未认识到岩土工程师在矿山技术服务和开采运营中的重要性。 岩土工程在矿山技术服务中的角色 矿山技术服务部门，是服务矿山开采建设的主体。矿山岩土工程是矿山技术服务部门不可缺少的一部分。矿山技术部门由地质/测量/矿山规划和采场设计/岩土工程/通风，以及水文地质等构成，负责战略性矿山规划和采矿作业的有效技术指导。典型的矿山技术服务部门和关键职责如下图所示。 现场岩土工程师的角色，主要为矿山提供岩土工程支持，实现矿山安全高效生产，并从岩土工程角度辅助改善矿山设计。此外，岩土工程师另一个重要角色是，及时向矿山管理层提出建议，优化矿山设计和/或采矿规划，以降低岩土工程方面的风险。例如，竖井设计过程中，岩土工程师需要对以下问题给出建议：不同深度岩体条件对井巷稳定性的影响，是否有软弱岩层和地下水风险，竖井位置是否需要调整，井壁支护和长期稳定性问题等。 岩土工程辅助改善矿山设计 矿山项目可行性研究阶段的矿山设计，通常可用的岩体数据有限，迫使设计基于许多假设。随着矿山的开发，收集了新的地质/岩土工程和水文地质数据后，有必要对设计假设重新评估，并修改初始设计。矿山管理部门有责任持续寻求改进矿山设计，降低长期运营的成本，提高矿山经济价值。 （1）露天采矿 露天采矿作业的成本主要取决于剥采比（剥离废石量/采出矿石量比率）。开采矿石时剥离的废石越少，露天矿产生的收益就越高。露天矿的边坡角是矿山设计的核心，它是由岩土工程师根据岩体分级、岩体力学特性、水文地质条件、稳定性分析和数值计算等结果确定的。岩土工程师既要设计稳定的边坡角以产生最大的开挖价值，更需要考虑边坡失稳甚至滑坡造成的安全事故和影响。在大型露天矿坑中，边坡角微小的改变，可导致废石量增加或减少几个甚至十几个百分点。然而，大多数露天矿项目都是在可行性研究阶段，进行岩土边坡角设计，边坡角的精度很少达到±3到5度的准确可靠度。矿山可行性研究阶段和矿山生产阶段会有10-15%的成本差异（Ref.2）。详细的工程案例请见李涛博士的文章Geotechnical Engineering Designs in Mining。 （2）地下采矿 优化地下矿山长期井巷工程和短期水平巷工程，可以节省数百米的爆破开挖量。微调采矿技术参数（例如采场尺寸，提升采场高度）可以改善每立方米掘进量。根据不同岩体特性和空区尺寸，优化矿山支护标准，可以节约巨额的支护成本。诸如此类矿山开采阶段的设计优化，有助于改善可行性研究阶段过于乐观或者过于保守的设计，以降低采矿长期规划一成不变带来的安全风险，或者对经济价值的高估或低估。 岩土工程与风险管理 由于在设计阶段对岩土工程条件考虑不足，或者在采矿作业期间缺乏主动岩土体控制管理，往往容易导致岩体失稳事故。例如：
由岩石力学问题引起的局部岩土工程事故，不仅会扰乱采矿工作计划，还有可能造成人员伤亡和巨大的经济损失。重大的岩土工程事故，可能会导致设备损毁并且长期无法进入开采区，从而导致矿山停工时间过长，需要花费巨大成本进行恢复。如果发生人员伤亡和/或威胁公共安全，基础设施和环境的灾难性岩土工程事故，也可能长期或者永久关闭采矿作业区。对于忽视岩体控制造成的岩土工程风险，不应掉以轻心。对采矿过程缺乏了解，或者采取被动风险管理，不仅无法提供安全的工作条件，还可能显著降低矿山价值。 印尼某露天矿山发生边坡失稳事故 国际矿业公司采用统一的岩体控制和风险管理方法。无论是露天矿还是地下矿，都需要制定基于矿山的“岩层管理控制计划”（Ground Control Management Plan）。一般来说，矿山企业内部每年应对该计划进行更新。外部咨询公司每三年对矿山内部岩层管理计划进行审核，对不足的地方提出相应的改善意见。可以提供此方面审核工作的包括SRK和AMC等大型咨询公司（Ref.3）。 GCMP，用于管理从设计/实施和验证矿山开采中的岩土工程问题，包括：
结束语 可行性研究阶段的岩土工程设计是基于有限的数据以及诸多不确定因素。因此，在矿山开发阶段，需要连续采集和分析岩土工程数据，以确保矿山设计基于当前实际岩土体条件。在执行设计阶段，岩土工程不确定性应通过GCMP或者其他有效方式进行管理，以降低工程风险。岩土工程管理为矿山规划和运营过程额外增加的经济价值和社会效益不容低估。岩土工程管理良好的矿山，能使矿山开采安全高效的进行。国内矿业界应该充分探索岩土工程师在矿山设计中创造的价值，创建矿山内部岩土工程师团队，为矿山开采提供及时有效的设计优化和安全开采的建议，并使矿山开采价值最大化。 致谢 作者特此感谢李涛博士和吴春平博士给予本文提出宝贵的修改意见，并提供相关资料予以完善本文。李涛博士拥有30多年澳洲岩土工程领域的科研和企业经验，能提供独立岩土工程项目咨询。吴春平博士在国内采矿和爆破方面拥有丰富的项目咨询和科研经历。 同行评论: 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. 考拉黄金产业与投资群期待你的加入，共同交流黄金投资。 考拉澳洲、非洲、美洲、欧亚大陆、香港及工程技术群期待你的加入，共同交流矿业投资、勘探、运营、技术和生活。 -END- |
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