撫順東露天礦提高油頁巖富礦回采率的技術(shù)研究

夏壽亮

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順東露天礦主要礦產(chǎn)資源為油頁巖富礦，油頁巖作為不可再生的礦產(chǎn)資源，其可以提煉出燃料油類，并且可以煉出合成煤氣及化工燃料[1]。撫礦集團(tuán)公司東露天礦生產(chǎn)油頁巖主要作為集團(tuán)公司煉油廠原材料，最終提煉為頁巖油。煉油廠穩(wěn)定高效生產(chǎn)的前提是油頁巖富礦原材料穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)，因此，在采礦過程中，要加強(qiáng)富礦資源的充分回收利用，這也是提高集團(tuán)公司頁巖油經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長的關(guān)鍵所在。

1 礦山概況

撫順東露天礦為典型的傾斜礦層、深凹型露天礦，北幫主要采用單斗－鐵道間斷工藝生產(chǎn)，油頁巖富礦的含油率≥3.8%。目前，坑底以降深至－50 m 水平，與地面垂直高差達(dá)150 m。采區(qū)方面，北幫上部為剝離采區(qū)，坑底上部2～3 個(gè)臺(tái)階為油頁巖采區(qū)。截至2021 年末，北幫富礦采區(qū)有7 個(gè)，分布于坑底東、西區(qū)，分別為11W3、11W4、－5W3、－5W4、－5W5、－15E1 和－15E2 富礦采區(qū)。

隨著深凹露天礦采礦重心的逐年下降，受端幫邊坡壓制，新水平油頁巖富礦采區(qū)工作線逐漸縮短，同時(shí)，在采礦降深過程中，地下水滲透點(diǎn)、涌出量逐漸加大。北幫巖層受斷層、井工礦采動(dòng)的影響，巖層的整體性被破壞，造成巖層節(jié)理、裂隙十分發(fā)育，隨著不斷降深，構(gòu)造斷層也隨之被揭露，這些不利因素均對(duì)提高富礦回采率造成一定影響。

2 影響油頁巖富礦回采率的原因

2.1 油頁巖含水率大

撫順東露天礦礦坑位于撫順市區(qū)南部，礦坑?xùn)|西長6.0 km，南北寬1.2 km，礦坑北幫距離渾河最小距離1.9 km。受渾河水滲透影響，北幫采區(qū)水源豐富，滲透點(diǎn)較多，在臺(tái)階坡面隨處可見地下水涌出點(diǎn)，這部門涌水隨著爆破裂隙、斷層截面等孔隙不斷向下部油頁巖富礦采區(qū)滲透[2]。此外，在汛期雨季時(shí)，受降雨影響，礦坑內(nèi)水源多匯入坑底臺(tái)階區(qū)域，這就造成油頁巖富礦采區(qū)內(nèi)含水量較大，進(jìn)而導(dǎo)致采出富礦水分含量大、濕潮，易碎。礦坑水在很大程度上增加了油頁巖富礦含水率，對(duì)提高油頁巖富礦回采率產(chǎn)生了不利影響。

2.2 斷層破碎帶影響爆破質(zhì)量

分布在東露天礦田范圍內(nèi)較大的斷層有3 條，均為正斷層，分別為F6、F7、F8。同時(shí)，在全區(qū)E4400～E10400、－200 m 以上，分布低次級(jí)斷層35 條，落差均在10 m 左右。F6、F7、F8正斷層產(chǎn)狀及落差情況見表1。

表1 F6、F7、F8 正斷層產(chǎn)狀及落差情況

油頁巖富礦采區(qū)內(nèi)受斷層位移及裂隙影響，斷層破碎帶處大多被風(fēng)化物或碎石充填，導(dǎo)致同一爆區(qū)內(nèi)分布2 種或2 種以上不同巖性的礦石，礦石硬度不同且交互出現(xiàn)，其可爆性差異性較大。爆破作業(yè)時(shí)，由于孔網(wǎng)參數(shù)不變，這就使得一部分炮孔布置在破碎帶交界處，這部分炮孔就會(huì)出現(xiàn)抵抗線不均勻，改變了原來設(shè)計(jì)的爆破作用方向[3]，致使設(shè)計(jì)方向爆破作用不夠充分，進(jìn)而影響爆破質(zhì)量，造成富礦爆破塊度不符合要求。另外，受2 種礦石可爆性差異大影響，炸藥產(chǎn)生的爆轟氣體會(huì)沿著弱面方向逸出[4]，爆炸能量得不到充分發(fā)揮，相鄰炮孔間的裂隙難以發(fā)育完全，進(jìn)而也會(huì)在臺(tái)階底部留下大塊和根底。受斷層影響爆破后的油頁巖塊度大小不均、尾礦率增加問題也是影響富礦回采率的原因之一。

2.3 油頁巖貧礦和富礦接觸帶資源難以分選

東露天礦主要開采含油率不小于3.8%的油頁巖富礦，在富礦底板與煤炭頂板之間夾雜著1 層油頁巖貧礦，其與油頁巖富礦之間呈整合接觸，走向和傾角與富礦一致，貧礦厚度40～60 m，平均厚度為52 m。東露天礦初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)，煤層賦存及開采工藝等情況進(jìn)行綜合分析[5]，確定了東露天礦開采程序?yàn)檠刎毜V底板拉溝降段，向兩側(cè)推進(jìn)的開采方法，即：南幫采煤，北幫采貧礦、富礦及其以上的剝離物。開拓方式采用頂幫（北幫）移動(dòng)坑線開拓。開采程序?yàn)檠刎毜V底板拉溝降段向兩側(cè)推進(jìn)，開采程序示意圖如圖1。

圖1 開采程序示意圖

在推進(jìn)至貧、富礦接觸帶范圍時(shí)，存在的生產(chǎn)難題有：①難以準(zhǔn)確界定貧、富礦分界線；②貧、富礦接觸帶內(nèi)上三角臺(tái)階富礦難以分選。為了保證供應(yīng)富礦品位和質(zhì)量，一般將采掘帶內(nèi)上三角富礦作為剝離物進(jìn)行排棄，這也是影響油頁巖回采率的又一重要因素。

3 提高油頁巖富礦回采率技術(shù)

3.1 建立富礦頂板疏排水系統(tǒng)

東露天礦北幫主要的疏排水泵站有4 座，分別為西南泵站、西北泵站、隧道泵站和東部泵站，分別坐落于采區(qū)的東、西部位，汛期時(shí)在坑底設(shè)立臨時(shí)浮船蓄水池。結(jié)合現(xiàn)有泵站疏排水系統(tǒng)，要解決富礦采區(qū)內(nèi)滲水量大、富礦受水浸泡問題，亟待對(duì)現(xiàn)有防排水路徑進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整，提高采區(qū)內(nèi)排水溝的攔截水能力。結(jié)合現(xiàn)狀，提出了分區(qū)域優(yōu)化方案。

采區(qū)上部區(qū)域，設(shè)計(jì)形成以68 站蓄水池為中心向東、西兩側(cè)延展的攔截地表水系統(tǒng)。首先，設(shè)計(jì)形成68 站蓄水池，擴(kuò)增容積至5 000 m3，同時(shí)，由68站蓄水池向東與東部泵站系統(tǒng)連接，新建大斷面攔截水溝1 200 m，阻斷采區(qū)東部滲透水向下部富礦采區(qū)滲透。新建68 站蓄水池隧道泵站大斷面攔截水溝1 450 m，阻斷采區(qū)西部滲透水向下部富礦采區(qū)滲透；采區(qū)中下部區(qū)域，計(jì)劃在富礦頂板區(qū)域新建11 站移動(dòng)泵站方案，即在電鐵運(yùn)輸站場(chǎng)11 站北側(cè)建立1 座移動(dòng)泵站，設(shè)計(jì)泵站占地面積41 m2，容積6 500 m3，安裝水泵3 臺(tái)，其中型號(hào)125D×5 水泵1臺(tái)，型號(hào)80KQW－50－15 水泵2 臺(tái)。以11 站移動(dòng)泵站為中心，向西鋪設(shè)形成2 500 m 長大斷面攔截水溝與隧道泵站連通，向東鋪設(shè)攔截水溝與東部泵站連通。通過上述方案的實(shí)施，對(duì)北幫采區(qū)形成了東西貫穿、上下雙道攔截疏排水系統(tǒng)。11 站移動(dòng)泵站投入運(yùn)用后，經(jīng)過測(cè)算得出，其可收集匯入80%以上采區(qū)上部向下部富礦采區(qū)的滲透水，為解決油頁巖富礦濕、潮問題奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)方案

東露天礦礦區(qū)內(nèi)較大斷層有3 條，低次級(jí)斷層有35 條。為減少斷層破碎帶處風(fēng)化物或碎石對(duì)爆破質(zhì)量的影響，爆破設(shè)計(jì)前，首先要結(jié)合地質(zhì)資料，了解清楚有關(guān)斷層破碎帶的部位、走向和傾向，合理調(diào)整爆破參數(shù)、布孔方式、裝藥結(jié)構(gòu)，作為布孔時(shí)參考；其次，炮孔穿過破碎帶時(shí)，采用分段裝藥，藥柱要位于破碎層上下適當(dāng)位置，以減少能量逸出。東露天礦油頁巖爆破單耗一般為170～180 g/m3，而含有斷層破碎帶的富礦巖體整體硬度小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算，爆破單耗應(yīng)控制在150 g/m3左右[6]。因此，在地質(zhì)條件變化，含有斷層破碎帶區(qū)域作業(yè)時(shí)，為保證爆破質(zhì)量，減少尾礦率，首先要確定與硬度匹配的炸藥單耗值，根據(jù)一次爆破量進(jìn)行穿孔設(shè)計(jì)，完善孔網(wǎng)參數(shù)。結(jié)合鉆機(jī)穿孔延米統(tǒng)計(jì)記錄得出，一般情況下，鉆機(jī)在油頁巖富礦巖體鉆孔時(shí)效率為20 m/h。鉆機(jī)司機(jī)在作業(yè)時(shí)，需了解鉆桿進(jìn)尺速度，發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺速度明顯加快時(shí)，要及時(shí)做好記錄，在下一鉆孔作業(yè)時(shí)，繼續(xù)跟進(jìn)記錄，以此可大致確定斷層產(chǎn)狀情況，為裝藥爆破提供數(shù)據(jù)支持，最大限度的保證爆破效果，減少尾礦率。

3.3 改變富礦底板采掘方式

在進(jìn)入新水平富礦采區(qū)擴(kuò)幫過程中，為減少富礦底板與貧礦交界處資源損失，在不改變?cè)虚_采程序的前提下，提出富礦底板倒堆方案。方案的實(shí)施分為2 步：首先需要明確油頁巖貧、富礦交界處油線位置；其次采用液壓反鏟對(duì)貼近油線的北側(cè)的富礦沿礦層傾角進(jìn)行倒堆作業(yè)。具體實(shí)施過程如下：

1）確定油頁巖貧、富礦油線位置。每月由生產(chǎn)技術(shù)部門人員聯(lián)合集團(tuán)公司研發(fā)中心化驗(yàn)人員，對(duì)富礦采區(qū)進(jìn)行全區(qū)含油率取樣化驗(yàn)，并進(jìn)行含油率技術(shù)性分析，最終形成月含油率統(tǒng)計(jì)表，并將油頁巖含油率與取樣坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，直觀的反映在采掘平面圖上，在平面圖上，連接含油率3.8%的油線確定了油頁巖貧、富礦油線位置，通過對(duì)該油線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放點(diǎn)、標(biāo)記方式，為計(jì)劃人員掌握富礦采區(qū)含油率的高低分布、變化規(guī)律提供指導(dǎo)日常生產(chǎn)中，對(duì)于油頁巖富礦采區(qū)實(shí)施含油率跟蹤取樣、化驗(yàn)，指導(dǎo)生產(chǎn)，避免因斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響導(dǎo)致油線變化，誤導(dǎo)生產(chǎn)。

2）液壓反鏟倒堆與電鏟采裝聯(lián)合作業(yè)。在明確了油頁巖貧、富礦交界線后，在富礦底板區(qū)域完成穿孔爆破準(zhǔn)備階段后，組織液壓反鏟進(jìn)行倒堆作業(yè)。液壓反鏟富礦底板倒堆示意圖如圖2。在由貧礦采區(qū)向富礦采區(qū)推進(jìn)過程中，貧、富礦接觸帶通常有1 幅采掘帶寬度（圖2 中a－b 部分）。液壓反鏟按單斗挖掘機(jī)采掘帶走向行進(jìn)，以油線為分界位置，按向北傾向30°下延，逐幅完成上三角富礦向北側(cè)采掘帶上部的倒堆作業(yè)。因液壓反鏟相比單斗電鏟勺斗容積小，移動(dòng)爬升便捷，便于選采[7]，可充分揭露貧礦頂板，進(jìn)而完成富礦底板的分選任務(wù)。

圖2 液壓反鏟富礦底板倒堆示意圖

4 成效分析

東露天礦通過實(shí)施提高油頁巖富礦回采率技術(shù)方案，改善了供應(yīng)油頁巖富礦濕度、塊度和品位等參數(shù)，有效提升了供應(yīng)富礦質(zhì)量，尤其是在油頁巖富礦底板區(qū)域，采用液壓反鏟倒堆與電鏟采裝聯(lián)合作業(yè)的方式，按照富礦產(chǎn)量1 300 萬t/a 計(jì)算，可降低尾礦量48.1 萬t，該部分回采富礦可煉化原油1 500 t。近年來，東露天礦油頁巖富礦回采率均達(dá)到了98%以上。礦產(chǎn)資源回采率的提高對(duì)礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，當(dāng)?shù)V山年產(chǎn)量一定時(shí)，回采率越高，對(duì)延長礦山服務(wù)年限越有利，同時(shí)可降低礦石單位生產(chǎn)成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化[8]。

5 結(jié)語

油頁巖作為一種非常規(guī)油氣資源，是石油和天然氣等常規(guī)能源的重要補(bǔ)充，合理開采油頁巖資源，提高油頁巖富礦回采率符合東露天礦綠色礦山可持續(xù)發(fā)展要求，同時(shí)對(duì)改善礦山技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果具有積極作用。生產(chǎn)技術(shù)人員要在采掘工藝、采掘流程、采掘方式和日常生產(chǎn)管理中思考提高油頁巖富礦回采率的辦法舉措，不斷地探索新型的、可操作的富礦回采方案。