創(chuàng)新的低品位資源開發(fā)技術在紫金山礦的應用

鄒 凱

(紫金礦冶設計研究院， 福建上杭縣 364200)

創(chuàng)新的低品位資源開發(fā)技術在紫金山礦的應用

鄒 凱

(紫金礦冶設計研究院， 福建上杭縣 364200)

紫金山金礦礦床屬次火山熱液金屬硫化物次生富集的成礦類型，礦量達幾億噸，其中可供開發(fā)利用的資源占63.1%，屬于含金0.2～0.5 g/t的低品位礦。礦山十分重視運用創(chuàng)新技術對低品位資源的開發(fā)與利用，而且獲得了先進的生產(chǎn)技術指標和顯著的規(guī)模經(jīng)濟效益。介紹了礦床賦存的基本特點;闡述了應用綜合技術方法對低品位資源開發(fā)利用所取得的創(chuàng)新成果和經(jīng)驗。通過研究建立低品位資源開發(fā)經(jīng)濟模型和資源評估軟件系統(tǒng)以及強化對礦石質(zhì)量的嚴格管理，確保了礦床資源的合理開發(fā)與利用，使礦山取得了低成本、規(guī)?；_采的顯著經(jīng)濟效益，推動了礦山的持續(xù)發(fā)展。

紫金山金礦;低品位資源;開發(fā)利用;創(chuàng)新技術

0 前言

紫金礦業(yè)集團所屬的紫金山金銅礦床，是1980年代探明的特大型有色金屬礦床之一，其中金含量在0.2 g/t以上的低品位礦石資源就有幾億噸，約占可利用的金資源的63.1%。紫金礦業(yè)集團從1993年開始，為了充分開發(fā)利用低品位金礦資源，組織了大量的技術力量，開展由地質(zhì)、采礦、選礦和環(huán)保等多專業(yè)配合的技術攻關研究，并取得了低品位資源開采利用的國內(nèi)領先、世界先進的成果。礦山經(jīng)過艱苦創(chuàng)業(yè)、滾動發(fā)展，已成為國內(nèi)單體礦山保有可利用儲量最大、采選規(guī)模最大、產(chǎn)金量最大、入選礦石品位最低、噸礦處理成本最低、經(jīng)濟效益最好的中國第一大黃金礦山?，F(xiàn)在，紫金山礦田被列為2011年國家首批40家資源節(jié)約與綜合利用示范基地。

1 金礦資源概述

紫金山金礦床屬燕山晚期中酸性斑巖成礦系列的一部分。金礦體產(chǎn)于潛水面以上的氧化帶中，是原生含金銅的硫化物氧化次生富集的產(chǎn)物，其平面及剖面上都呈右行側列分布，礦頭埋深一般在50～80 m左右。礦區(qū)西北礦段已探明的金礦體有0，1，2，3等4個。其中主采的1號礦化帶展布于15～12勘探線之間，富集在8～11線，長600 m、寬300～400 m，走向 320°，傾向北東，傾角 40°～50°。礦山的資源量高達幾億噸，金金屬量超百噸，是一個特大型低品位金礦床。

礦物成分比較簡單，其中微晶蝕變石英含量大于90%，地開石及其它粘土礦物占3%，金屬礦物(褐鐵礦等)為3%～5%，還有少量氧化殘余的硫化物(2%～4%)。

在設計開發(fā)利用的礦產(chǎn)資源中，金品位為0.2 g/t以上的資源量占到63.1%。礦體具有典型的面狀礦化特征，礦石品位在其中心及裂隙交匯部位處較高，隨礦體賦存標高不同，呈現(xiàn)明顯跳躍式變化的基本規(guī)律。一般情況下，礦石的品位變化系數(shù)為63%～107%，高低相差5～20倍，最高可達20余倍。礦石的工業(yè)類型為單一次生氧化金礦石，具有易選冶的顯著特點。

2 低品位資源的勘探與評價

礦山在發(fā)展中，針對勘探程度偏低等問題，大力開展了成礦機理和規(guī)律特征的研究，并實施與生產(chǎn)探礦資料結合的分析方法，獲得了對礦床資源的新認識和技術成果，從而為礦產(chǎn)的資源查定控制與開采利用提供了重要依據(jù)。

2.1 資源開發(fā)利用的地質(zhì)技術

2.1.1 礦床特征與成礦規(guī)律研究

通過成礦理論研究，更加明確了礦區(qū)內(nèi)主要礦體的賦存部位與相關因素的關系，糾正了認為紫金山金礦體垂直剖面上出現(xiàn)的上金下銅現(xiàn)象，主要不是原生礦化分帶，而是氧化分帶的看法，確定了金的后期礦化作用與火山熱液期后的火山熱泉有重要關系，從而有效地指導了地質(zhì)工程實施以及露、坑開采的生產(chǎn)技術工作。礦山通過井巷、硐室及鉆孔等工程手段，保證了探礦工程40 m×40 m的網(wǎng)度，符合了正規(guī)勘探的Ⅱ類和Ⅲ類要求，使可控制礦體儲量達到總儲量的80%以上，同時糾正了認為970 m標高以上范圍無礦體的看法，深化了對礦體資源規(guī)律與前景的認識。

2.1.2 勘探增儲夯實資源基礎

礦山自20世紀開始，耗資幾千萬元，投入工程量近3萬余米，鉆探數(shù)千米，并廣泛采集礦樣8000余個，全面開展了低品位礦提金試驗及礦巖磨片分析，為充分開發(fā)利用低品位資源提供了技術依據(jù)。

編制完成的《西北礦段金礦勘探報告》和《金銅礦床西北礦段勘探補充及儲量計算報告》，順利通過了專家評審，后經(jīng)國土資源部核準認定，紫金山金礦床屬特大型金礦床，探明可提供利用的金金屬儲量超過百噸，平均品位1.238 g/t左右，與原先的詳查結果相比增儲24倍。這一研究與勘探成果，獲得國家經(jīng)貿(mào)委黃金科技進步特等獎。

2.2 低品位資源的評價技術

2.2.1 編制低品位資源的評價系統(tǒng)軟件

在低品位資源的開發(fā)利用中，緊密結合礦山生產(chǎn)經(jīng)營成本實際，運用經(jīng)濟地質(zhì)理論，研制開發(fā)了與國際接軌的IDS儲量計算與評價軟件系統(tǒng)。

IDS儲量計算系統(tǒng)基本原理特點是不同于傳統(tǒng)方法，它把礦體中各部位的平均品位看成是空間位置的函數(shù)，按如下要求進行計算:

(1)將儲量計算范圍劃分為大小一致的地段;

(2)對每塊地段的平均品位進行估值，依據(jù)可利用地段品位影響范圍內(nèi)的樣品來估算塊段品位;

(3)計算大于等于不同邊界品位的塊段儲量之和，即為總儲量，并根據(jù)不同的入選品位及儲量，形成品位－噸位圖。

實踐表明，軟件的應用對礦山資源的評價和開采指導作用是十分明顯的。當采用大規(guī)模露采邊界品位為0.5 g/t指標圈定礦體時，原來的礦化描述為帶狀礦化帶現(xiàn)象變得模糊，取而代之的是個礦化以強硅化為中心的一個垂向構造控制帶。礦山臺階高度12 m，嚴格與IDS資源評價軟件系統(tǒng)的塊段保持一致;生產(chǎn)中以炮孔巖粉樣品作為二次圈定礦體的依據(jù)，效果良好。多年來的統(tǒng)計結果表明，儲量隨生產(chǎn)而不斷變化的情況基本符合礦山實際，資源開發(fā)呈現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)勢，數(shù)字化系統(tǒng)把紫金山低品位金礦資源動態(tài)管理技術提高到一個創(chuàng)新的水平。

2.2.2 建立資源開發(fā)評價的經(jīng)濟模式

礦山為適應低品位資源開發(fā)利用的新形勢要求，運用市場化經(jīng)濟規(guī)律和技術經(jīng)濟法則，運用黃金價格市場的杠桿調(diào)節(jié)作用，建立起了切實的經(jīng)濟模式，指導了低品位資源的開發(fā)利用，并創(chuàng)造了好效益。

(1)遵循經(jīng)濟法則更新礦床工業(yè)指標。在市場經(jīng)濟條件下，低品位資源的開采存在激烈競爭的實際問題，傳統(tǒng)的計劃經(jīng)濟時期規(guī)定的礦床工業(yè)指標已落后于礦業(yè)發(fā)展要求，更不是評價礦床資源開發(fā)利用的唯一依據(jù)，只有應用生產(chǎn)技術經(jīng)濟與市場價格結合的體系指標來規(guī)范采礦計劃，才能使礦山贏得主動，達到對低品位資源利用的最大化、成本最低化和經(jīng)濟效益顯著化的目標。隨著生產(chǎn)技術的提高和成本的降低，礦山對計劃經(jīng)濟年代規(guī)定的邊界品位進行了合理修正，把最初的邊界品位由1 g/t調(diào)整到0.5 g/t，然后又再降到0.2 g/t的現(xiàn)行生產(chǎn)計劃指標。這樣以來，礦山相對增加了數(shù)千萬噸的低品位資源利用量，既利于延長礦山壽命，又促進了礦山的持續(xù)發(fā)展。

(2)最低礦石工業(yè)品位確定。從礦山生產(chǎn)經(jīng)營角度上說，保持生產(chǎn)盈虧平衡應該是最基本的要求。根據(jù)這一原則，通過合理的計算確定，用成本價格法確定礦床最低工業(yè)品位，有利于提高礦山的生產(chǎn)技術經(jīng)濟水平，獲得更好的經(jīng)濟效益。礦山運用如下公式計算，確定最低工業(yè)品位:

式中:α——最低工業(yè)品位，%;

β——精礦品位，%;

C——原礦綜合成本，包括采、剝、選、運成本、管理費及資源稅等;

D——單位精礦價格，元/t;

K——選冶綜合回收率，%;

ρ——采礦貧化率。

根據(jù)礦山情況，運用上式計算出生產(chǎn)礦石的最低工業(yè)品位，然后再結合資源控制要求，并按尾礦品位的實際指標，最終確定紫金山金礦最低工業(yè)品位指標為≥0.2 g/t。多年來，礦山依據(jù)成本控制法并結合實際，取得了資源開發(fā)規(guī)?；б婧徒?jīng)驗，推動了礦山的跨越式發(fā)展。目前，礦山生產(chǎn)能力為10萬t/d左右，最低入選品位為0.2 g/t，年利潤數(shù)億元，使低品位金礦資源的開發(fā)利用與保護控制技術達到了國際領先水平。

(3)從廢石中回收低品位資源的技術。礦山一年的剝離總量在3000萬m3左右，如能從中回收部分含金廢石，效益是可想而知的。通過對具有圍巖礦化程度高，礦巖含量＞0.2 g/t和全巖礦化的礦床特性研究，并調(diào)查分析了依據(jù)穿孔巖粉樣單一因素界定排棄廢石量的不科學性后，總結出了“挑塊品位分級法”，使廢石中的低品位資源得到了較為合理的回收。“挑塊品位分級法”操作簡單，只要運用露采生產(chǎn)中鏟裝作業(yè)的小鏟斗反向挖掘機，對礦巖的大小塊進行挑塊分裝，就可在剝離排土的過程中實現(xiàn)從廢石中進行低品位資源的回收。保守估計，礦山在多年的實際工作中，每年能從廢石中回收100萬t以上的低品位礦石量，創(chuàng)收數(shù)百萬元的經(jīng)濟效益。

3 低品位礦床資源開采與管理技術

3.1 資源的規(guī)模效益開采

礦山的生產(chǎn)方式經(jīng)過了資本與技術積累的早期階段，并從那時起就決策了因地制宜、總體規(guī)劃、分步實施、滾動發(fā)展的遠景規(guī)劃。本世紀初，紫金山礦的開采方式從地采順利轉(zhuǎn)型為露天開采，充分利用露天作業(yè)所具有的可運用高效采掘、運輸設備，勞動生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本較低和勞動條件較好等顯著優(yōu)勢，獲得了對低品位金資源開采的顯著規(guī)模經(jīng)濟效益。現(xiàn)在，露天開采的生產(chǎn)能力可達10萬t/d以上，超過轉(zhuǎn)型前生產(chǎn)能力的20倍，年利潤超過10億元。

3.2 陡幫開采技術應用

露采生產(chǎn)的前期，為了減少剝離費用，嚴格控制低品位資源開發(fā)成本，并通過理論探索和生產(chǎn)技術實踐，不斷取得經(jīng)驗，緊密結合具體的開采條件，正確選擇了生產(chǎn)單組合臺階數(shù)3～5個;工作平臺寬35～60 m;安全平臺寬15 m，臺階坡面角75°，工作幫坡角為31°等有效而合理的技術要素，使陡幫開采技術應用的水平不斷提高，從而加快了由地采向露天開采轉(zhuǎn)型過渡的順利銜接，促進了規(guī)模生產(chǎn)能力的形成。

實踐認為，通過陡幫開采工藝，也就是露天采場剝巖段陡工作幫作業(yè)，避開剝巖高峰，均衡生產(chǎn)剝采比，從而提高了礦山的效益，保證了采礦場的生產(chǎn)能力，礦山生產(chǎn)量得到了不斷攀升，有效地加快了低品位金資源開發(fā)利用的進程。礦山應用此技術，減少表土剝離量超過3000萬m3，少支出財務費用數(shù)千萬元。

3.3 優(yōu)化境界，回采貧礦資源

在保穩(wěn)定求發(fā)展的思想理念指導下，礦山生產(chǎn)中，多次對露采的境界設計進行優(yōu)化，擴采了大量的貧礦資源，使低品位金礦資源的開發(fā)利用更加合理，達到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。僅2002年的露采設計方案中，把地質(zhì)詳查報告中Ⅰ—2號礦化帶的NE邊緣礦體納入境界內(nèi)，就比礦業(yè)公司的早期方案新增了(0.7 g/t以上的品位)礦石量1272.4×104t，金金屬量13335.37 kg;比設計院方案增加礦石量2806.41×104t，金金屬量 28155.14 kg，取得了低品位資源開發(fā)利用的明顯效果。

3.4 嚴格的礦巖管理技術

礦山在生產(chǎn)中，針對低品位礦體在生產(chǎn)平臺上的分布特點，編制了一套嚴格的礦巖管理技術操作辦法，控制了礦石在鏟裝運排工藝過程中的貧化損失，提高了資源回收利用效率。通過對施工作業(yè)的礦巖分采分爆、分裝分運、爆堆礦量校核、待排巖土淘洗抽查等多種辦法和技術，達到了對礦巖質(zhì)量合格的嚴格規(guī)定。同時，對露采生產(chǎn)中外包工程隊的施工要求，實行了礦巖警戒區(qū)限的量化規(guī)定，并體現(xiàn)獎罰分明的制度約束力。通過這些綜合的技術管理措施，保證了外排廢石的品位 ＜0.2 g/t的標準規(guī)定。

3.5 市場化運作模式的露采工程建設

在露天開采的生產(chǎn)中，引進了市場化競爭的運營機制，保證了生產(chǎn)過程的良性循環(huán)。礦山將采礦工程外包，不僅節(jié)約了大量的設備投入和資金籌備，而且實現(xiàn)了對低品位資源開采的規(guī)模效益。各工程承包公司具有大量的工程設備及專業(yè)隊伍和管理技術優(yōu)勢，能根據(jù)礦山生產(chǎn)的需要，靈活進行計劃性調(diào)節(jié)，解決生產(chǎn)中陡幫開采管理要求相對較高的困難和問題，保證了設備能力的充分發(fā)揮，體現(xiàn)其在露采規(guī)?；a(chǎn)中的有效作用。

在低品位金資源的開發(fā)利用中，礦山還應用了諸如采空區(qū)處理和防塌陷等多種技術，確保了生產(chǎn)作業(yè)的安全與持續(xù)，為取得露天開采的顯著規(guī)模效益提供了技術保障。

4 結論

紫金山礦在低品位金礦資源的開發(fā)利用中，實施了科學興礦戰(zhàn)略，采用有效的綜合創(chuàng)新技術和新工藝，使品位控制、生產(chǎn)成本、規(guī)模效益等各種技術指標達到了世界先進水平。為完成礦業(yè)集團所賦予的“新一輪創(chuàng)業(yè)”任務，必須進一步加強科技創(chuàng)新、體制創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，不斷強化先進技術的應用，在礦業(yè)的開發(fā)中取得新突破、新成績，全面促進低品位金礦資源的開發(fā)利用技術的提升，為礦業(yè)的發(fā)展做出新貢獻。

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2011－06－13)

鄒 凱(1941－)，男，江西信豐人，教授級高工，享受國務院特殊津貼，長期從事采礦和礦山地壓控制技術的科研工作。