新疆寶明低品位油頁巖礦石經(jīng)濟(jì)可采性及選采方法的研究

韓 崗，胡紅倩，胡繼忠

（1.新疆寶明礦業(yè)有限公司，新疆 吉木薩爾 831700；2.新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；3.徐礦集團(tuán)天山公司 俄霍布拉克煤礦，新疆 庫車 842000）

新疆寶明礦業(yè)有限公司油頁巖的賦存條件復(fù)雜，存在褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，部分地段不連續(xù)、礦石及巖石夾層厚度不一的現(xiàn)象。在地質(zhì)勘探報(bào)告圈定礦體外存在大量礦體較薄、品位不穩(wěn)定、控制程度低的低品位礦石帶。

低品位礦是介于一般工業(yè)指標(biāo)中邊界品位和（最低）工業(yè)品位之間的礦產(chǎn)資源。低于邊界品位可利用的礦產(chǎn)資源，屬于超低品位礦。根據(jù)《中華人民共和國資源稅法》指出納稅人開采共、伴生礦、低品位礦，省、自治區(qū)、直轄市可以決定免征或者減征資源稅。全國多地出臺了納稅人開采低品位礦，并與主礦產(chǎn)品分別核算銷售額或者銷售數(shù)量的，減征50%資源稅。新疆寶明低品位礦石數(shù)量龐大，隨著礦山接續(xù)以及地質(zhì)找礦工作的難度不斷增加，勘探和礦山建設(shè)周期不斷延長。為了充分利用礦產(chǎn)資源，充分發(fā)揮礦山的生產(chǎn)潛力，需要延長礦山服務(wù)年限，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；為此，對新疆寶明低品位油頁巖礦石經(jīng)濟(jì)可采性及選采方法進(jìn)行研究[1-3]。

1 生產(chǎn)工藝及礦層特征

1.1 生產(chǎn)工藝

新疆寶明礦業(yè)有限公司油頁巖綜合開發(fā)利用項(xiàng)目生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要由露天礦開采，洗選加工、干餾組成，在低品位礦石利用中，通過礦山選采提高礦石經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，由于有了洗選廠，綜合含礦率、含油率較低的低品位礦石被利用的可能性增大，通過洗選廠選礦等工藝環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步將低品位礦帶中的夾矸剔除，洗選后的精礦石用于干餾生產(chǎn)。

1.2 礦層特征

新疆寶明礦區(qū)的含油頁巖層位中，第三巖性段為主要的賦礦層位，次為第五巖性段。其他各巖性段也含油頁巖層，但厚度很小或較少。第三巖性段在礦區(qū)內(nèi)露頭較好，而第五、第六巖性段，總體上礦體較薄，品位較低，縱、橫向上變化較大。

1.2.1 第五巖性

油頁巖層垂向組合特征：該組合由Ⅱ5、Ⅱ4 號礦體組成，平均視厚度8.27 m，含礦率7.43%，一般為僅達(dá)到邊界品位。該層段組合油頁巖層分布較穩(wěn)定，Ⅱ4 號礦體在19 線有3 個(gè)分層，23 線有具2個(gè)分層。分層視厚度2.65～8.10 m；Ⅱ5 號礦體分布于Ⅱ4 號礦體上部，在19 線有2～3 個(gè)分層，分層視厚度2.50～6.00 m。

1.2.2 第四巖性段

油頁巖層垂向組合特征：該組合由Ⅲ號礦體組成，平均視厚度5.19 m，含礦率11.05%。一般為僅達(dá)到邊界品位。分布特征：該層段組合油頁巖層分布較穩(wěn)定，Ⅱ4 號礦體在19 線有3 個(gè)分層，23 線有2個(gè)分層，分層視厚度2.65～8.10 m；Ⅱ5 號礦體分布于Ⅱ4 號礦體上部，在19 線有2～3 個(gè)分層，分礦層視厚度1.92～6.00 m。

1.2.3 第三巖性段

勘探區(qū)內(nèi)現(xiàn)已探明的資源量均集中在該組合中。根據(jù)層位關(guān)系、巖石組合特征，該組合可分為上部組合和下部組合。

1）上部組合。由Ⅰ2 號和Ⅰ1 號2 個(gè)礦體組成，平均視厚度為42.54 m，含礦率57.28%。該組合幾乎分布于整個(gè)勘探區(qū)，礦體中分礦層較多，反映出油頁巖層具有分叉合并、尖滅再現(xiàn)特征；分礦層視厚度6～194 m，厚度變化很大；礦體、礦層在27 線以西均被北界推覆斷裂破壞，各地段破壞程度不盡相同，22～38 線及以東油頁巖礦層被斷失殆盡。

2）下部組合。由Ⅰ0 號礦體組成，平均視厚度為24.6 m，含礦率43.71%；局限分布于東部27 線以東，以西地段被斷裂斷失殆盡。礦體中分礦層很多，平均夾石率高達(dá)27%。

勘探區(qū)低品位礦體難以全面控制，各勘探線前排淺孔也未控制到，就勘探報(bào)告控制情況和品位變化，對其可采性地質(zhì)控制較為困難。因此，低品位礦石的利用需要結(jié)合生產(chǎn)勘探、現(xiàn)場化驗(yàn)、選采、經(jīng)濟(jì)性評價(jià)等方式，綜合判斷其可采性。

2 低品位可采性評價(jià)

不同售價(jià)下精礦石含油率與可采性（含礦率）關(guān)系見表1。

表1 不同售價(jià)下精礦石含油率與可采性（含礦率）關(guān)系

低品位礦石的利用需評價(jià)其經(jīng)濟(jì)可采性，低品位礦石經(jīng)選采后還需要運(yùn)輸至洗選廠進(jìn)行洗選，洗選后的合格精礦用于干餾，最終才能生產(chǎn)出頁巖油。低品位礦石在開采過程中需綜合考慮生產(chǎn)經(jīng)營的各個(gè)環(huán)節(jié)，其中頁巖油售價(jià)、低品位礦石含礦率、精礦含油率、收油率、入洗率、礦石回收率、礦石洗出率為主要變量，新疆寶明選取頁巖油售價(jià)、低品位礦石含礦率、精礦含油率為可采性經(jīng)濟(jì)評價(jià)的主要分析因素，其中頁巖精礦品位主要集中在3.5%～8%，頁巖油售價(jià)區(qū)間主要集中在3 800 元/t 至5 400 元/t，頁巖干餾成本、礦石入洗比例、頁巖油回收率、礦石回采率、精礦選出率、噸礦石開采成本、噸礦石洗選成本參照2022 年生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)，基于此建立可采性含礦率數(shù)學(xué)模型。

地質(zhì)勘探圈定主礦體以外且在含礦巖性段內(nèi)的，確定為低品位礦石含礦區(qū)域。此區(qū)域應(yīng)優(yōu)先采區(qū)測量放樣等方式標(biāo)定出主礦體區(qū)域，再根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對主礦體邊界進(jìn)行校準(zhǔn)。主礦體區(qū)域可以直接供礦。其余低品位礦石根據(jù)不同情況進(jìn)行選采。對低品位礦體是否具備可采性，可采用現(xiàn)場測量出低品位礦帶總厚度、礦層厚度，使用工具可為米尺等測量工具，采用厚度乘以礦／巖密度求出礦石含礦率，再對照表1 中數(shù)據(jù)判斷其是否具備可采性，其中礦石密度按照2.15 kg/m3，巖體密度按照2.35 kg/m3。

油頁巖低品位礦石的可采性是指其開采及加工成本不低于其頁巖油售價(jià)，那么利用是合理的，即使不賠不賺也回收了資源[4]。根據(jù)經(jīng)濟(jì)可采含礦率的推導(dǎo)公式，得到頁巖油售價(jià)、精礦石含油率與低品位礦石含礦率關(guān)系矩陣表，如低品位礦石含礦率低于表中對應(yīng)比例，則可選擇丟棄或者暫時(shí)堆存，若高于對應(yīng)低品位礦石含礦率則具有可采性[5]。

從表1 可以看出：礦石含油率越高，對低品位礦石可采性含礦率要求越低；頁巖油售價(jià)4 200 元/t、礦石含油率5%時(shí)，低品位礦石含礦率達(dá)到16.18%以上時(shí)才具有可采性；頁巖油售價(jià)4 200 元/t、礦石含油率8%時(shí)，低品位礦石含礦率達(dá)到7.33%以上時(shí)就具有了可采性；頁巖油售價(jià)越高，對含礦率的要求也隨之降低，礦石含油率5%時(shí)，頁巖油售價(jià)3 800元/t 時(shí)，低品位礦石含礦率達(dá)到18.17%上時(shí)就具有了可采性；頁巖油售價(jià)5 400 元/t，含礦率達(dá)到12.18%時(shí)即具有了可采性。

3 選采方法

按照頁巖油售價(jià)、精礦石含油率與低品位礦石含礦率關(guān)系表，可以得到邊界低品位礦石可采含礦率，通過選采可增加邊界收益或者可以讓不具備供礦條件的低品位礦石具備供礦條件，根據(jù)礦巖互層情況將選采方法分為頂、底板選采法、低品位礦帶內(nèi)巖石夾層剔除法、低品位礦帶內(nèi)部分區(qū)段不具備可采性選采法、低品位礦帶內(nèi)只有部分區(qū)域具備可采性選采法等選采方法。

1）頂、底板選采法。采用橫采和縱采相結(jié)合的方式進(jìn)行采剝作業(yè)，橫向推進(jìn)有利于礦、巖層位的勘察?？v向采礦，有利于頂板露礦，向底板推進(jìn)采礦，便于選采工作。可以先將低品位礦帶進(jìn)行標(biāo)定，剔除頂、底板巖石后，將低品位礦帶供礦至下游洗選廠。

2）低品位礦帶內(nèi)巖石夾層剔除法。若低品位礦帶整體滿足可采性要求，但礦帶內(nèi)有明顯巖石夾層，夾層厚度大于2 m，在選采過程中優(yōu)先采用從頂板向底板推進(jìn)的采礦方法，將巖石夾層剔除，以提高經(jīng)濟(jì)效益[6]。

3）低品位礦帶內(nèi)部分區(qū)段不具備可采性選采法。若低品位礦帶整體滿足可采性要求，但部分區(qū)段可采性差，可將具備可采性低品位礦帶和不具備可采性低品位礦石區(qū)段分別標(biāo)定，將具備可采性區(qū)段供礦至下游洗選廠。對于不具備可采性的低品位礦石區(qū)段盡可能地挑選出其夾層礦石，剩余礦巖混合物做排棄處理或單獨(dú)堆存。

4）低品位礦帶內(nèi)只有部分區(qū)域具備可采性選采法。若低品位礦帶內(nèi)整體不具備可采性要求，但有部分區(qū)域具備可采性，可將具備可采性低品位礦帶與不具備可采性低品位礦石區(qū)段分別標(biāo)定，將不具備可采性低品位礦石區(qū)段盡可能地挑選出夾層礦石，剩余礦巖混合物做排棄處理或單獨(dú)堆存。將具備可采性低品位礦石區(qū)段進(jìn)行供礦。

5）低品位礦石供礦區(qū)域及可采性較差區(qū)域大塊巖石挑選。低品位礦石用于礦石供應(yīng)或暫做堆存處理的區(qū)域，選采時(shí)應(yīng)將粒度大于0.8 m 的巖石剔除，以提高低品位礦石的經(jīng)濟(jì)效益。

6）貼近主礦體的低品位礦帶選采方法。貼近與主礦體的低品位礦帶，且低品位礦帶具有可采性，可隨低品位礦帶一起混采，這樣處理的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使得礦體圈連形態(tài)簡單，更加符合礦化規(guī)律，表外礦分布減少，有利于露天礦規(guī)模開采工作的開展，這樣即節(jié)約了資源，又提高了礦山綜合經(jīng)濟(jì)效益[7]。

4 選采作業(yè)管理

1）繪制采礦區(qū)域斷面草圖。通過測量及化驗(yàn)手段，確定礦石厚度及品位，對于無法判斷的油頁巖礦石品位，應(yīng)現(xiàn)場采樣后進(jìn)行化驗(yàn)，生產(chǎn)技術(shù)科或調(diào)度人員應(yīng)繪制出采礦區(qū)域斷面草圖，指導(dǎo)現(xiàn)場技術(shù)人員及設(shè)備操作手選礦。對已圈定的礦體進(jìn)行二次圈定，優(yōu)化采礦設(shè)計(jì)，在最終設(shè)計(jì)、年度設(shè)計(jì)、月度設(shè)計(jì)中，將低品位礦體納入統(tǒng)籌開發(fā)[8]。

2）現(xiàn)場標(biāo)記。選采前，在現(xiàn)場標(biāo)記出低品位礦石具備可采性區(qū)域、不具備可采性工作區(qū)域、選礦區(qū)域，指導(dǎo)現(xiàn)場技術(shù)人員及設(shè)備操作手選礦。同時(shí)，有利于采礦作業(yè)時(shí)將低品位礦石與地質(zhì)圈定礦體分別計(jì)量，用于后續(xù)地質(zhì)儲量管理。

3）現(xiàn)場管理。加大調(diào)度巡查及現(xiàn)場選采監(jiān)管，嚴(yán)格按照選礦制度和采礦設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，做到應(yīng)采盡采，盡量避免應(yīng)施工不規(guī)范造成的貧化和損失。爆破效果控制方面：可采用原位爆破等方法，減少爆堆前鋪量，減少礦石間層位擾動(dòng)。選采段高要求方面：礦體傾角大于70°時(shí)，采用12 m 全段高開采；礦體傾角小于70°時(shí)，采用分段開采；上段挖掘機(jī)采用平裝車，下挖3～4 m 將頂板砂巖剔除后進(jìn)行采礦；下段挖掘機(jī)采用下裝車，挖掘機(jī)可將剩余8～9 m 一次性選采。管理制度方面：需制定選礦考核制度或者獎(jiǎng)懲辦法，加強(qiáng)選礦力度，落實(shí)施工管理要求，有針對性地對低品位礦石選采處理進(jìn)行攻關(guān)。

4）選礦設(shè)備選型。不同設(shè)備類型，其最大采掘高度及最大采裝深度不同，斗容不同，斗齒間距不同，最小旋轉(zhuǎn)半徑不同；規(guī)格相對較小的設(shè)備選采效果相對更高。因此，在選采作業(yè)，尤其是開采薄礦層時(shí)，應(yīng)在滿足產(chǎn)量的前提下盡量選用相對較小的設(shè)備。

5 結(jié)語

對新疆寶明低品位油頁巖礦石經(jīng)濟(jì)可采性進(jìn)行了分析、評價(jià)，建立了頁巖油售價(jià)、油品回收率、油頁巖含油率以及低品位礦帶可采性含礦率關(guān)系模型，基于可采性模型，對選采方法及選采管理提出了針對性的措施和方法。2022 年新疆寶明共計(jì)采選出2 324 萬t 的礦巖混合物，其中低品位礦石約有1 400萬t，若按照錯(cuò)選率10%，年可減少不具備可采性低品位礦石140 萬t，可節(jié)約選礦費(fèi)用900 萬元。同時(shí)，回收大量低品位礦石資源，提高資源利用率，延長礦山服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。