焦家金礦無廢礦山建設(shè)工程實踐

陳楨宇 李曉飛 孟文文

摘要：焦家金礦存在尾礦庫庫容不足，井下采空區(qū)難以保證細粒級尾砂全部利用等問題。為緩解排尾壓力，實行細粒級尾砂充填、粗粒級尾砂加工銷售模式;為增加新的采空區(qū)，在井下淺部區(qū)域回采低品位礦石，同時增加了金屬回收量。實踐結(jié)果表明，采用廢石利用+低品位資源綜合利用+尾砂再造及綜合利用協(xié)同技術(shù)生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了焦家金礦無廢礦山建設(shè)，也為同類礦山實現(xiàn)無廢礦山提供了寶貴經(jīng)驗，具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：細粒級尾砂;低品位資源;尾砂再造;無廢礦山;綜合利用

中圖分類號：TD7文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2022）05-0093-04doi：10.11792/hj20220518

引 言

隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提升，選礦處理量逐步增大，產(chǎn)生大量尾礦，易造成環(huán)境污染，影響礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。專家學(xué)者研究了分級尾砂充填技術(shù)[2]，實現(xiàn)了粗粒級尾砂充填，細粒級尾砂尾礦庫堆存。隨著尾礦庫庫容逐漸不足，提出了全尾砂膏體充填技術(shù)[3]，實現(xiàn)了尾砂全部充填采空區(qū)，但未考慮采空區(qū)不足情況下尾砂處理方法，因此迫切需要從工藝、技術(shù)手段實現(xiàn)無廢礦山建設(shè)。

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦（下稱“焦家金礦”）位于山東省煙臺市萊州境內(nèi)，屬于國內(nèi)十大金礦之一。尾礦庫總庫容2 800萬m3，為三等庫，尾礦工藝系統(tǒng)為細粒級尾砂進入尾礦庫，粗粒級尾砂井下充填。隨著選礦處理量逐步增大，尾礦堆存量日益增加，導(dǎo)致尾礦庫庫容不足。焦家金礦通過對整個生產(chǎn)工藝優(yōu)化，采用廢石利用+低品位資源綜合利用+尾砂再造及綜合利用協(xié)同技術(shù)[2]，最終實現(xiàn)焦家金礦全過程無廢開采，不僅解決了廢石提升運輸、細粒級尾砂堆存等問題，也提高了資源利用率，同時還利用充填解決了采空區(qū)塌陷問題，是保障礦山安全生產(chǎn)的重要舉措。

1 廢石利用

1.1 廢石回填

焦家金礦采用上向進路充填采礦法開采[3]，可將部分廢石回填至待充填進路，一方面節(jié)省充填成本，減少充填時間;另一方面能有效消耗廢石，降低廢石運輸費用，真正實現(xiàn)廢石不出坑，自身消耗。當廢石過多難以全部回填時，將廢石運至移動式破碎站加工處理后進行二次利用。

1.2 建設(shè)移動式破碎站

焦家金礦巷道支護及道路修筑用石子原為外購，成本較高。井下建設(shè)移動式破碎站，將廢石制成支護材料，實現(xiàn)井下支護材料就地取材，提高了支護效率，降低了支護成本。粗骨料通過混凝土輸送泵進行巷道混凝土支護，細骨料通過噴漿臺車進行巷道噴漿支護。井下不能直接消耗的廢石則提升到地表，進入地表破碎站加工成砂石子，用于井下安全文明生產(chǎn)及巷道砌筑、礦區(qū)道路修繕，提升資源利用率。

2 低品位資源綜合利用

焦家金礦淺部存在大量低品位礦石[4]，前期因工藝價值不高未進行開采。隨著黃金價格的上漲和其附屬品砂石子供不應(yīng)求，以及尾礦庫庫容不足，井下采空區(qū)難以保證尾砂全部利用，亟待增加新的采空區(qū)。鑒于以上情況，焦家金礦進行了低品位礦石開采以增加黃金產(chǎn)量，同時形成大量采空區(qū)。

2.1 采礦方法及參數(shù)

低品位礦石開采采用似菱形采場結(jié)構(gòu)[5]，該結(jié)構(gòu)形式利用了巖體自身拱形承載特性，最大化巖體自身的承載能力，有利于采場圍巖的整體穩(wěn)定性。此外，似菱形采場底部“V”形結(jié)構(gòu)，有利于礦石的運搬，提高了采場的生產(chǎn)效率。低品位資源開采三維圖見圖1，采場結(jié)構(gòu)見圖2。

在設(shè)計范圍內(nèi)劃分了5 個區(qū)域，112個采場，2個分段合計 224個采場。單一似菱形采場體積為6 346.3 m3 ，礦量為17 769.7 t，該區(qū)域累計可回采礦量約3 980 413 t，累計采場體積約1 421 571 m3。焦家金礦規(guī)劃回采規(guī)模500 t/d，日處理尾礦量200 m3;于2019年12月開工建設(shè)，目前已回采低品位資源5萬t，創(chuàng)造采空區(qū)1.9萬m3。開采出的低品位礦石，經(jīng)井下運輸至斜井，由斜井提升至地表礦倉，然后由卡車運至地表砂石廠。

2.2 低品位礦石利用

井下低品位礦石經(jīng)振動給料機送至破碎機初碎，初碎后經(jīng)膠帶輸送機送至反擊式破碎機進行二次破碎，然后經(jīng)振動篩進行不同粒級篩分[6]。實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)廠家需要生產(chǎn)不同粒級的砂石子。成品砂顆粒形狀好、石子級配合理、粒級可調(diào)整，各項指標均滿足國家標準要求，是優(yōu)質(zhì)的建筑原材料，且成本低、效益好。

2.3 搖床選金

焦家金礦新增設(shè)搖床工藝[7]，將生產(chǎn)砂石子過程中的細粒級礦石粉磨后進行搖床選金，使其在搖床上往復(fù)運動，根據(jù)金與砂石子密度不同，經(jīng)自重和沖流作用使金分離出來?；夭傻推肺毁Y源，既能創(chuàng)造地下空間，將過剩細粒級尾礦進行充填，還能根據(jù)市場需要制備不同粒級的砂石子。通過搖床工藝每月可回收金金屬量約2 kg，每年創(chuàng)造經(jīng)濟價值約700萬元，實現(xiàn)了低品位資源的回收。

3 尾砂再造及綜合利用

3.1 尾礦壓濾干排

焦家金礦針對尾礦庫庫容不足問題，采用尾礦壓濾干排工藝[8]，有效解決了許多嚴重制約生產(chǎn)的問題。尾礦壓濾干排工藝流程見圖3，現(xiàn)場濾餅見圖4。

細粒級尾礦經(jīng)濃縮后進入隔膜壓濾機脫水，得到水分20 %左右的尾礦濾餅，使用裝載機裝車后，經(jīng)汽車外運。焦家金礦尾礦壓濾干排系統(tǒng)廠房面積1 700 m2。尾礦壓濾干排工藝投產(chǎn)以來，共再利用尾礦385萬t，節(jié)省尾礦庫庫容300萬m3，新增綠化土地500 m2。目前，處理能力6 000 t/d，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

尾礦壓濾干排工藝可消耗大量細粒級尾砂，且投資低，市場風險小。但是，成本壓力日益增加，外排成本已由最初58.9元/t上漲到目前的68.9元/t，且外排點數(shù)量、容量有限。

3.2 細粒級尾砂高濃度充填

3.2.1 工藝流程7D6B990E-B4A4-4D42-AA13-5C2A87377062

鏟車將壓濾后的細粒級尾砂上料至打散機打散后[9]，落入配料倉中，計量后經(jīng)斜皮帶運輸機運至雙軸臥式攪拌機[10];濃密機底流通過渣漿泵經(jīng)管道輸送計量后至雙軸臥式攪拌機;新型膠凝材料經(jīng)粉料計量斗計量后至雙軸臥式攪拌機;充分攪拌混勻，之后將符合質(zhì)量要求的充填料漿卸料至料漿緩存斗（設(shè)有篩網(wǎng)），通過拖泵加壓后將充填料漿經(jīng)充填管道輸送至井下采空區(qū)進行充填作業(yè)[11]。細粒級尾砂堆見圖5，充填站見圖6。

3.2.2 配比及強度

對于焦家金礦細粒級尾砂，灰砂比1 ∶10充填體強度滿足井下生產(chǎn)需要[12]。采用上向進路充填采礦法開采，當?shù)装鍨榧俚讜r，先采用灰砂比1 ∶4充填料漿充填，充填高度1 m，然后采用灰砂比1 ∶20充填料漿充填至接頂線位置[13]，最后采用灰砂比1 ∶10充填料漿進行接頂充填。

單軸抗壓強度測定儀為YAW-50C型壓力試驗機、YAW-200C型壓力試驗機[14]，每個齡期取3個試塊，每個試塊測定5次，結(jié)果取平均值。在進行壓力試驗之前，采用標準測力環(huán)對壓力機進行調(diào)校，以保證結(jié)果的準確性[15]。細粒級尾砂充填料漿相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。試驗結(jié)果驗證了細粒級尾砂充填料漿濃度60 %是可行的，能夠滿足生產(chǎn)需要。

焦家金礦現(xiàn)已完成J21086采場2條進路工業(yè)性試驗，充填采空區(qū)約300 m3，充填料漿濃度為60 %。通過現(xiàn)場制作試塊測得：灰砂比1 ∶4充填料漿充填量約140 m3，充填體單軸抗壓強度1 d為0.72 MPa，3 d為1.84 MPa，7 d為3.11 MPa;灰砂比1 ∶10充填料漿充填量約160 m3，充填體單軸抗壓強度1 d為0.20 MPa，3 d為0.52 MPa，7 d為1.05 MPa，較原分級尾砂充填工藝強度性能更優(yōu)越。

3.3 粗粒級尾砂綜合利用

粗粒級尾砂輸送至加氣混凝土砌塊廠[16]，配以石灰、水泥、石膏等材料自制成新型墻體材料（見圖7），實現(xiàn)“變廢為寶”。該材料獲得國家生態(tài)綠色建筑產(chǎn)品榮譽稱號，年銷售額7 500萬元以上。其中，B05級、B06級用于墻體材料的加氣混凝土砌塊年產(chǎn)量30萬m3。加氣混凝土砌塊見圖8。

4 結(jié) 論

焦家金礦通過廢石利用+低品位資源綜合利用+尾砂再造及綜合利用等技術(shù)形成協(xié)同化作業(yè)，直接處理了井下廢石產(chǎn)生量的89 %，尾砂產(chǎn)生量的94.5 %。

1）基于井下廢石不出坑設(shè)計理念，采用廢石回填充填進路、建設(shè)移動式破碎站，將井下廢石加工成砂石子，實現(xiàn)了井下支護、澆筑等就地取材，不僅節(jié)省了廢石提升費用，且節(jié)約了支護材料和運輸成本。未利用的廢石通過提升井提升至地表砂石廠進行二次加工銷售，真正實現(xiàn)礦山無廢開采。

2）面對當前黃金市場行情，進行了低品位資源回收利用，選取淺部低品位礦石，進行大范圍開采，每月回收黃金約2 kg，砂石子產(chǎn)品銷量穩(wěn)定可靠。同時，井下形成大范圍采空區(qū)，為細粒級尾砂利用提供保障。

3）建設(shè)細粒級尾砂高濃度充填站，通過新型膠凝材料的使用實現(xiàn)了細粒級尾砂充填;當充填料漿濃度為60 %時，灰砂比1 ∶4充填體單軸抗壓強度3 d為1.84 MPa;灰砂比1 ∶10充填體單軸抗壓強度3 d為0.52 MPa，較原分級尾砂充填工藝強度性能更優(yōu)越。粗粒級尾砂經(jīng)加工后外銷，銷量較好。

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Construction practice of waste-free mine in Jiaojia Gold Mine

Chen Zhenyu1，Li Xiaofei2，Meng Wenwen2

（1.Jiaojia Gold Mine of Shandong Gold Mining（Laizhou） Co.，Ltd.;

2.Shandong Gold Group Co.，Ltd.）

Abstract：The tailing pond in Jiaojia Gold Mine has insufficient capacity，and the fine-grained tailings can not be fully utilized as backfill into goafs.In order to alleviate tailing discharge pressure，the pattern that the fine-grained tailings are backfilled and the coarse-grained tailings are processed and sold have been implemented.In order to add new goafs，a production model of mining low-grade ore in shallow areas of underground mines，at the same time increasing the amount of metal recovered.The practice shows that waste rock utilization+low-grade resource comprehensive utilization+tailings recycling collaborative technology production process has realized the construction of a waste-free mine in Jiaojia Gold Mine，and also has provided valuable experience for similar mines to achieve a waste-free mine，which is of reference significance.

Keywords：fine-grained tailings;low-grade resources;tailings recycling;waste-free mine;comprehensive utilization

收稿日期：2021-12-10; 修回日期：2022-03-15

作者簡介：陳楨宇（1964—），男，湖南邵東人，高級工程師，從事采礦技術(shù)、基建工程、巖土工程方面研究工作;山東省萊州市金城鎮(zhèn)焦家村，山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦，261441;E-mail：chenzy@sd-gold.com7D6B990E-B4A4-4D42-AA13-5C2A87377062