某難采選地采礦山改擴(kuò)建探索及實(shí)踐

任建平，齊 炎

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌330038）

礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)95%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料、70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料均來(lái)源于礦產(chǎn)資源[1]。但是，我國(guó)礦產(chǎn)資源存在兩個(gè)突出特點(diǎn)：1）大礦少、小礦多、富礦少、貧礦多；2）單一礦種少，共（伴）生礦種多，相當(dāng)一部分為難采、難選、難冶礦種，開(kāi)發(fā)利用難度大。因此，如何通過(guò)工藝技術(shù)創(chuàng)新盡可能多地回收礦產(chǎn)資源、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益是我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要攻關(guān)課題。

黨的十九大報(bào)告指出要推進(jìn)“資源全面節(jié)約和循環(huán)利用”，支持“資源型地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展”，形成“綠色發(fā)展方式和生活方式”“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)”。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和舉措的實(shí)施離不開(kāi)礦產(chǎn)資源的有力支撐，也意味著我國(guó)礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)利用方向和理念從追求數(shù)量和速度轉(zhuǎn)向提高質(zhì)量和效益。新時(shí)代對(duì)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提出了新要求，尤其是老礦山要充分利用現(xiàn)有設(shè)備，挖掘資源潛能，實(shí)現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展[2-3]。

1 項(xiàng)目概況

某礦是一座國(guó)內(nèi)中等規(guī)模，共（伴）生銅、鉛、鋅、鐵、硫、金、銀等多金屬低品位，典型的復(fù)雜巖溶富水“三下”隱伏式難采選礦山。該礦雖于20世紀(jì)60年代已探明，但因受限于當(dāng)時(shí)的采選工藝技術(shù)，安全條件得不到保障，導(dǎo)致遲遲未能開(kāi)發(fā)利用。直至21世紀(jì)初，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求大幅增長(zhǎng)和礦產(chǎn)價(jià)值大幅提升，該礦實(shí)現(xiàn)了采選規(guī)模300 kt/a的探索性開(kāi)發(fā)。隨后，該礦通過(guò)綜合工藝技術(shù)創(chuàng)新，順利改擴(kuò)建為600 kt/a采選規(guī)模企業(yè)。

2 礦山地質(zhì)、采選技術(shù)難點(diǎn)

該礦改擴(kuò)建技術(shù)難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)、水文地質(zhì)復(fù)雜

該礦床為隱伏的中型銅、鉛、鋅礦床，礦體直接頂?shù)装鍑鷰r多為完整的大理巖、花崗斑巖，一般為整體狀的結(jié)構(gòu)，局部有裂隙，且以閉合裂隙為主，穩(wěn)定性較好，但在溶洞發(fā)育帶、溶蝕裂隙帶、斷層破碎帶、風(fēng)化帶等地帶，圍巖穩(wěn)定性較差。該礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬中等，礦體頂?shù)装逯苯映渌?，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，巖溶形態(tài)以溶洞為主，屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床。礦區(qū)最大涌水量達(dá)37.5～274 L/s，為國(guó)內(nèi)典型大水礦床。

在生產(chǎn)過(guò)程中，尤其對(duì)于這類(lèi)復(fù)雜典型的富水礦山，工作面突水會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅作業(yè)人員、設(shè)備的安全。近年來(lái)，帷幕注漿技術(shù)在大水礦山的應(yīng)用效果明顯，且能在大大降低開(kāi)采成本的基礎(chǔ)上，起到良好的安全保護(hù)、地下水資源環(huán)境保護(hù)作用。若不采取帷幕注漿技術(shù)，巷道掘進(jìn)時(shí)可以采用局部注漿方式，但這不僅會(huì)影響作業(yè)效率，提高掘進(jìn)綜合成本，而且會(huì)導(dǎo)致突水風(fēng)險(xiǎn)增高，威脅作業(yè)安全。而若對(duì)整個(gè)礦山實(shí)施疏干強(qiáng)排，則不僅排水量大，還會(huì)大幅增加經(jīng)營(yíng)成本從而影響經(jīng)濟(jì)效益；且疏干巖溶水容易造成疏干塌陷，嚴(yán)重影響地表設(shè)施安全和生態(tài)環(huán)境。

2.2 生產(chǎn)能力限制因素多

該礦主礦體上覆灰?guī)r含水層，地表為大片農(nóng)田及村鎮(zhèn)，是一座典型“三下”坑采礦山。礦體總體走向近東EW向，主要礦體平均厚度3～12 m，傾角為15°～68°。鑒于資源開(kāi)采條件和復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，礦山為降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，以試采的方式，始建礦山采選規(guī)模為300 kt/a的坑采礦山?，F(xiàn)采用上向水平分層充填采礦法，電耙方式出礦，留設(shè)礦柱多，損失大，采場(chǎng)綜合能力小，勞動(dòng)效率低，采礦作業(yè)成本高。由于礦體走向短，中段礦量少，只能采用連續(xù)多中段同時(shí)回采的方式達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。為避免污風(fēng)串聯(lián)，各中段在上盤(pán)還需新增獨(dú)立回風(fēng)道，掘進(jìn)工程量大且存在安全生產(chǎn)隱患。如按現(xiàn)有采礦模式實(shí)現(xiàn)300 kt/a到600 kt/a的改擴(kuò)建，將有4～5個(gè)中段同時(shí)作業(yè)，管理愈加復(fù)雜。

基于此，此次改擴(kuò)建時(shí)不僅要考慮現(xiàn)有系統(tǒng)的能力，充分利用業(yè)已形成的部分系統(tǒng)工程，還要考慮到改擴(kuò)建過(guò)程中基建與生產(chǎn)的相互影響關(guān)系，同時(shí)還得使主體工藝及其設(shè)備與擴(kuò)建后的生產(chǎn)規(guī)模相匹配。由于該礦為銅鉛鋅多金屬礦，混合礦石的選礦指標(biāo)不理想，還需實(shí)現(xiàn)銅鐵礦石（CuFeM）與鉛鋅礦石（PbZn）兩類(lèi)礦石的分采、分運(yùn)、分選，這將大幅增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組織管理的難度。

2.3 多金屬礦分選工藝復(fù)雜

該礦礦石種類(lèi)多，性質(zhì)復(fù)雜難選，需采取高效分選工藝以提高選礦指標(biāo)。本項(xiàng)目現(xiàn)有選礦工業(yè)場(chǎng)地有限，不能新建廠房，現(xiàn)有車(chē)間廠房又較狹小，亟需選擇合適的選礦工藝流程、藥劑制度以及與之匹配的新設(shè)備，從而最大程度地利用資源，節(jié)省投資，獲取最大的收益。對(duì)多金屬礦而言，選礦工藝的改進(jìn)，除了要考慮選礦新技術(shù)的發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況（產(chǎn)品的價(jià)格、物價(jià)、工資等）等因素外，還要兼顧不同選礦工藝之間的配礦方案。選礦設(shè)備選型必須滿(mǎn)足以下幾個(gè)基本原則：1）在滿(mǎn)足生產(chǎn)能力的條件下，設(shè)備的規(guī)格尺寸必須結(jié)合原廠房實(shí)際現(xiàn)狀；2）同一作業(yè)設(shè)備的規(guī)格統(tǒng)一，方便管理；3）盡量使用與原選廠設(shè)備同一類(lèi)型的選礦設(shè)施，以便于設(shè)備的檢修和維護(hù)，加快工作人員對(duì)新設(shè)備的適應(yīng)，提升工作效率。

3 突破改擴(kuò)建技術(shù)難點(diǎn)的創(chuàng)新

3.1 防治水措施

針對(duì)該礦復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，技術(shù)人員采取了創(chuàng)新型組合防治水方式，即以堵水和留設(shè)防水礦柱為主，結(jié)合疏干、超前探放水的防治水措施：1）在東部23線(xiàn)設(shè)帷幕注漿堵水工程，帷幕設(shè)計(jì)整體透水率為5 Lu（K=0.06 m/d），滲透系數(shù)小于0.002 5 m/d[4]；2）上盤(pán)留設(shè)防水巖柱，并加強(qiáng)巷道、鉆孔封堵；3）優(yōu)化采礦工藝，確保充填質(zhì)量，設(shè)計(jì)充填體強(qiáng)度1.5～2 MPa，接頂率在95%以上；4）根據(jù)開(kāi)拓過(guò)程中已經(jīng)揭露的部分巖溶含水層，發(fā)現(xiàn)巖溶主要發(fā)育在-220 m以上，因此在-105 m、-185 m中段結(jié)合穿脈巷道施工放水孔放水；5）在生產(chǎn)、開(kāi)拓巷道中采取超前探、放水措施，堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘、先治后采”原則，消除突水隱患。采用該組合創(chuàng)新型防治水方式后，礦體上盤(pán)預(yù)留防水礦柱垂直厚度減少到20 m[5]，擴(kuò)大了安全開(kāi)采范圍，最大限度回收了礦產(chǎn)資源。

3.2 采礦方法優(yōu)化

若按照原先的開(kāi)采方式，采用上向水平分層充填法和電耙出礦，需要多中段、多采場(chǎng)同時(shí)回采才可達(dá)到相應(yīng)的生產(chǎn)能力。這不僅給施工組織和通風(fēng)管理帶來(lái)壓力，也為維護(hù)礦區(qū)穩(wěn)定性提出難題。因此滿(mǎn)足礦石處理量600 kt/a的生產(chǎn)規(guī)模，需對(duì)采礦方法進(jìn)行優(yōu)化，引入鏟運(yùn)機(jī)等高效機(jī)械化裝運(yùn)設(shè)備。推薦采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ɑ夭?，在一期開(kāi)采深度內(nèi)，以-185 m中段為界，分成上下兩個(gè)單元同時(shí)進(jìn)行回采。采場(chǎng)沿走向布置，以盤(pán)區(qū)為回采單元進(jìn)行采準(zhǔn)切割。選用YT-28型鑿巖機(jī)進(jìn)行淺孔鑿巖，每個(gè)工作面配備2～3臺(tái)鑿巖機(jī)，采用3班輪崗工作制，以提高工作效率。爆破使用銨油炸藥，采用排間微差起爆方式爆破；為了減少對(duì)頂板的破壞，方便管理維護(hù)，在靠近頂板的炮孔采用光面爆破。出礦主要采用電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，局部采場(chǎng)回收殘礦使用遙控鏟運(yùn)機(jī)。充填管道從充填井鋪設(shè)至采場(chǎng)，采場(chǎng)濾水井布置在盤(pán)區(qū)中央礦柱內(nèi)。該方法有效解決了開(kāi)采效率低、回收難度大、施工組織和通風(fēng)管理難等一系列問(wèn)題。

3.3 選礦廠改造

本次擴(kuò)建后礦石處理能力達(dá)到600 kt/a，由于原有的破碎篩分車(chē)間的處理能力能達(dá)到600 kt/a，因此不考慮對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)建。而現(xiàn)有的兩個(gè)選廠的設(shè)計(jì)處理能力各為200 kt/a，故還需在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)產(chǎn)200 kt/a。增加200 kt/a的選礦能力有兩個(gè)方案，一是在原有磨浮車(chē)間內(nèi)進(jìn)行改造，二是新建一個(gè)200 kt/a的磨浮車(chē)間?？紤]到新建磨浮車(chē)間需要額外的場(chǎng)地，還會(huì)增加生產(chǎn)人員成本，因此選擇第一種方案，對(duì)一選廠進(jìn)行重新調(diào)整：1）增加大型浮選機(jī)。2）調(diào)整碎磨工藝，將原工藝中的“三段開(kāi)路+球磨”流程改成“三段閉路+球磨”流程。3）對(duì)于銅硫鐵類(lèi)型礦石，將原選礦流程“優(yōu)先選銅，銅硫混選再分離，浮選尾礦再磁選鐵”調(diào)整為“銅硫混浮→銅硫分離化→浮選尾礦浮選鐵”。針對(duì)銅鉛鋅硫類(lèi)型礦石，選擇全優(yōu)先浮選選礦工藝和銅鉛優(yōu)先浮選—鋅硫混浮再分離工藝流程。采用新的選礦工藝及設(shè)備后，銅精礦、鐵精礦和硫精礦的品位和回收率指標(biāo)均有提高。

4 改擴(kuò)建技術(shù)創(chuàng)新效果

通過(guò)改擴(kuò)建綜合創(chuàng)新，該礦獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)綜合效果：1）礦區(qū)的采選能力由原來(lái)的300 kt/a擴(kuò)至600 kt/a，確保了順利達(dá)產(chǎn)后的均衡持續(xù)生產(chǎn)。2）采礦損失率由原來(lái)的12%降至7%，提高了5%的資源回收率，減少了同時(shí)作業(yè)采場(chǎng)數(shù)和工作人員數(shù)量，每年降低人工成本約200萬(wàn)元。3）改擴(kuò)建完成后，礦區(qū)防治水效果顯著。-225 m中段礦坑地質(zhì)預(yù)測(cè)涌水量由76 920 m3/d降至現(xiàn)在穩(wěn)定的4 879 m3/d左右，防治水有效率高達(dá)94%。僅此一項(xiàng)每年減少排水費(fèi)3 000萬(wàn)元。若以本項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)19年計(jì)，其直接排水總費(fèi)用將節(jié)約57 000萬(wàn)元，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。4）采用新的選礦工藝及設(shè)備后，銅精礦品位提高了1.04%，回收率提高3.26%；鐵精礦品位提高1.82%，回收率提高6.72%；硫精礦品位提高2.73%，回收率提高5.19%。而且，選礦廢水回用率達(dá)到92%，減輕了礦區(qū)工業(yè)用水對(duì)周邊水環(huán)境的污染，推進(jìn)了綠色礦山的建設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，該礦的改擴(kuò)建創(chuàng)新取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，是“綠水青山就是金山銀山”的一次很好實(shí)踐，為我國(guó)難采選金屬礦床資源綜合利用提供了范例。其組合防治水措施、多中段同時(shí)高效回采與分采分運(yùn)尾砂充填采礦工藝、難選共（伴）元素綜合回收技術(shù)，均滿(mǎn)足《有色金屬行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范（DZT 0320-2018）》中對(duì)礦山綠色礦山建設(shè)的要求，值得國(guó)內(nèi)類(lèi)似老礦山改擴(kuò)建項(xiàng)目借鑒參考。