積極探索 勇于創(chuàng)新 謀求礦業(yè)新發(fā)展

孫永貴

(西部礦業(yè)股份有限公司, 青海西寧 810001)

積極探索 勇于創(chuàng)新 謀求礦業(yè)新發(fā)展

孫永貴

(西部礦業(yè)股份有限公司, 青海西寧 810001)

總結(jié)了西部礦業(yè)股份有限公司近年來在采礦技術(shù)和裝備方面的技術(shù)應用和進展情況,并針對行業(yè)態(tài)勢及時調(diào)整企業(yè)發(fā)展方向,以謀求礦業(yè)新發(fā)展。

膠結(jié)充填;溶浸采礦;地壓監(jiān)控;數(shù)字礦山

西部礦業(yè)股份有限公司是一家西部地區(qū)以礦產(chǎn)資源開發(fā)為主的大型礦業(yè)上市公司。公司主要從事銅、鉛、鋅、鋁、鐵等基本金屬和非金屬磷礦的采選、冶煉、貿(mào)易等業(yè)務。

公司累計已探明資源超千萬噸,旗下主要經(jīng)營9座礦山和4家冶煉廠,其中,青海錫鐵山鉛鋅礦是我國年采選規(guī)模最大的獨立鉛鋅礦,采選規(guī)模為150萬t/a;青海賽什塘銅礦為省內(nèi)最大的銅礦,采選規(guī)模為75萬t/a;內(nèi)蒙古獲各琦銅礦位居國內(nèi)資源儲量第6大礦山,采選設(shè)計規(guī)模為300萬t/a;內(nèi)蒙古雙利礦業(yè)公司,采選鐵礦石200萬t/a;四川呷村銀多金屬礦以銀鉛鋅銅富集一體而著稱,采選設(shè)計規(guī)模為60萬t/a;擴建過程中的西藏玉龍銅礦極有潛力成為我國資源儲量最大的銅礦,采選冶設(shè)計規(guī)模為10萬t/a陰極銅。

1 采礦技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀和進展

1.1 不斷優(yōu)化采礦工藝和提高裝備水平

錫鐵山鉛鋅礦已有二十幾年的開采歷史,依據(jù)資源賦存狀態(tài),原設(shè)計采礦方法為無底柱分段崩落法。鑒于儲量發(fā)生變化及上部氧化礦回采無法形成采礦方法所必需的覆蓋層等原因,礦山將主體采礦方法更改為有底柱分段空場法,輔以部分淺孔留礦法。

分段空場采礦法依據(jù)礦體厚度不同,分別采用垂直和沿走向布置方式,采場出礦采用30kW和55 kW兩種型號的電耙?；夭蛇^程中,對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和爆破參數(shù)不斷進行了優(yōu)化與改進,取得了良好效果

1.1.1 采場底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

鑒于礦山從平硐開拓轉(zhuǎn)為平硐+盲豎井開拓的現(xiàn)實情況,為增加主平硐中段的回采礦量,盡量減少下部盲中段回采礦量,節(jié)約提升費用,將原來14m的采場底柱高度降低到了10m。具體做法是,在運輸穿脈巷頂板上部布置沿脈電耙巷道,運輸巷的頂板和耙道的底板穿透,耙臺安裝在穿脈靠近耙道的一側(cè),另一側(cè)施工電耙絞車硐室,礦石由耙臺電耙耙到臺板上直接裝車。通過優(yōu)化底部結(jié)構(gòu),平硐中段平均每個采場增加了7500t的礦量,按1個中段60個采場測算,可以節(jié)約450萬元的提升費用。

1.1.2 采場側(cè)崩技術(shù)

傳統(tǒng)采場切槽布置在礦體厚大部位,然后由切槽向兩側(cè)逐排崩礦,但實際生產(chǎn)中,礦體形態(tài)復雜多變,并不十分規(guī)則,逐排崩礦容易造成某些部位有較大的貧化或損失,礦山通過采用側(cè)崩技術(shù)很好的解決了這一問題。采場正?；夭尚纬傻目諈^(qū),為側(cè)崩提供了足夠的補償空間,其回采也可與礦房同時爆破,但爆破使用的雷管段數(shù)要比礦房崩礦最后一段延遲一段以上。側(cè)崩一般采用大孔徑深孔放礦技術(shù),孔位布置以平行排位時效果較好,實際生產(chǎn)表明,側(cè)崩使形態(tài)變化較大的礦體的貧化損失降低到了最低程度,并且具有施工簡單,安全性好的特點。

1.1.3 多切槽技術(shù)

在礦巖不穩(wěn)固、極厚礦體,并有軟弱巖層和斷層影響,又不適合垂直礦體走向布置的采場,可采用多切槽技術(shù)回采。施工中切巷間要布置行人通風井,各切巷間的間距不得小于8m,一般為14m?；夭蓵r,先將各水平切槽全部爆破,如補償空間夠可一次性將礦房爆破。實踐表明,多切槽技術(shù)對于厚大礦體、礦房長度較大的采場十分有效,雖然增加了部分采切工程量,但使礦體的貧化降低到了最低程度,利大于弊。

1.1.4 使用天井鉆機加快礦塊準備時間

天井施工一般采用普通法、吊罐法,盡管投資省,但施工周期長、安全隱患大。為此,礦山引進長沙礦山研究院研制的型號為AT1500天井鉆機進行施工,該設(shè)備施工天井不僅安全可靠、速度快(上下鉆機硐室形成時,成井時間為7d),而且可有效地加快礦塊的準備時間。目前礦山計劃再投資400萬元引進2臺AT2000直徑的天井鉆機,以最大限度滿足采切工程需要。

1.1.5 引進地下汽車確保供礦

礦山井下平硐盲豎井(6m直徑罐籠混合井,井深180m,提升能力45萬t/a)開拓僅擔負兩個中段的回采任務,如下延豎井不僅基建周期長,而且150萬t/a的出礦能力更是無法保障。為此,礦山新建地表輔助斜坡道通達盲中段水平,并投資引進8臺25t瑞典產(chǎn)VOLVOA25D型鉸接式礦用自卸卡車,從而有效解決了盲豎井出礦能力有限的局面,確保了礦山持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)(目前礦山深部千米主副井工程已陸續(xù)開工建設(shè),建成后深部回采出礦問題可以徹底解決)。引進地下汽車盡管投資大,但該車性能好、維修工作量和尾氣排放量少,適宜井下生產(chǎn)作業(yè)的安全環(huán)保要求。

1.2 實施充填采礦工藝 努力回收礦產(chǎn)資源

內(nèi)蒙古獲各琦銅礦是一個以銅為主的多金屬(鉛鋅、鐵礦石與銅礦石異體共生)礦山,其礦巖整體堅固,局部破碎、穩(wěn)固性較差,礦體上盤斷層構(gòu)造帶較易冒落。礦山采用電耙出礦的分段空場法和淺孔留礦法,該法采切工程少,出礦見效快、通風條件好,但回采過程中采場上盤斷層構(gòu)造帶時有冒落,采礦貧化損失難以控制,出礦時礦巖需經(jīng)常分出,嚴重影響正常的回采作業(yè)。為此,礦山與長沙礦山研究院合作研究推出了適合礦山生產(chǎn)的新的采礦方法,即鏟運機出礦的上向水平分層膠結(jié)充填采礦法和小分段空場嗣后充填采礦法。

1.2.1 上向水平分層充填法

充填系統(tǒng)主要包括全尾砂儲存供料線、水泥儲存供料線、調(diào)濃水供給線、充填料漿制備與輸送、自動控制等系統(tǒng)和環(huán)節(jié)組成。

礦塊布置和構(gòu)成參數(shù):當?shù)V體厚度＜20m時,垂直礦體走向以勘探線為界劃分采場,采場寬為50 m,采場長為礦體厚度;當?shù)V體厚度＞20m時,采場寬為25m,采場長為礦體厚度。中段高為60m,分段高為12m、分層高為4m、頂柱高為4m。為提高采場作業(yè)安全系數(shù),在回采時,采場間留臨時的連續(xù)礦柱,充填前將其削為點柱,點柱尺寸為4m×4m,中心間距8m左右。充填通風井布置在礦房內(nèi),采場溜井和采區(qū)斜坡道布置在礦體下盤脈外,出礦采用2m3電動鏟運機。充填采用全尾砂膠結(jié)充填,充填料濃度為68%～71%,灰砂比為1∶4～1∶12。分層充填高3.3m,首分層全部采用灰砂比1∶4的充填體。其他各分層每分層采高3.3m,下部2.3m充填體灰砂比為1∶12,中間0.5m充填體灰砂比為1∶8,上部0.5m澆面層采用較高強度(要求3d強度＞0.5MPa)的充填體。

井下掘進的廢石可就近充填采空區(qū),采場中的廢石留在采場充填,逐步向無廢開采方向邁進。

采場礦石貧化率為6%,損失率為7%,生產(chǎn)能力為350t/d。目前盡管取得了一定效果,但也存在以下問題需要改進:一是頂板管理難度大,采用管逢式錨桿支護雖能穩(wěn)固巖石,但成本較高,礦山已采取周邊眼光面爆破技術(shù)控制破碎帶;二是采礦作業(yè)仍采用YT-28鉆機,效率較低,生產(chǎn)能力無法保障。礦山計劃采購4臺液壓鑿巖臺車,以提高采礦工效,確保出礦能力。

1.2.2 小分段空場嗣后充填采礦法

礦塊布置和構(gòu)成參數(shù):中段高度為60m,為了控制技術(shù)風險,在礦山現(xiàn)有的60m中段中設(shè)輔助中段,中段高度降為30m,分段高為12m,頂柱高為6 m。垂直礦體走向劃分礦塊,礦塊寬為24m,長為礦體厚度,礦柱寬為12m?；夭蓵r先采礦房,嗣后全尾砂膠結(jié)充填,充填體養(yǎng)護達到設(shè)計要求后回采礦柱。對于邊角薄礦體,礦塊沿走向布置,礦塊長為50m,寬為礦體厚度,礦房礦柱長均為25m。

采場出礦與分層充填法一致,該法目前正在實施采準工程,尚未進行回采充填作業(yè)。

1.3 開發(fā)建設(shè)玉龍銅礦

該礦地處高寒高海拔地區(qū),礦體含泥高、含水高,氧化礦和硫化礦共生,與同類型礦山相比面臨著更多的困難。同時礦山因地處青藏高原,屬于“三江源”保護區(qū),被國家科技部列入“十一五”科技支撐計劃課題“高寒環(huán)境條件下復雜銅礦高效提取新技術(shù)開發(fā)”項目。

礦床采用露天開采,汽車運輸公路開拓方式。一期工程為年產(chǎn)3萬t陰極銅,考慮氧化礦(耗酸)和硫化礦(含硫制酸量)兩種礦石的平衡,確定礦山一期工程生產(chǎn)規(guī)模為:年產(chǎn)富氧化礦石量63萬t,年產(chǎn)硫化礦石量36萬t。礦山于2006年9月開始建設(shè),2008年10月一期一步1萬t/a陰極銅建成投產(chǎn),一期二步3萬t/a陰極銅正在建設(shè)之中。

氧化銅礦采用全堆浸即浸出-萃取-電積濕法工藝。堆浸工藝為洗礦-破碎-筑堆,入堆礦石粒度為-40mm;萃取工藝采用兩級萃取一級洗滌一級反萃流程;電積工藝采用不溶陽極和始極片法進行電積作業(yè)。

存在主要問題:由于施工中取消了洗礦這一環(huán)節(jié),礦石含泥量造成滲透性差、堆場表面形成積液,致使堆浸工藝浸出率指標偏低,導致萃取、電積生產(chǎn)能力下降;礦山冬季晝夜溫差較大,容易造成滴淋管凍結(jié)及滴淋表面凍結(jié),影響滲透率。目前公司正下大力氣與科研院所及設(shè)計單位聯(lián)合對選冶工藝流程進行優(yōu)化,以盡快形成公司新的經(jīng)濟增長點。

1.4 礦山地壓監(jiān)測與控制

獲各琦銅礦130萬t/a露天轉(zhuǎn)地下豎井系統(tǒng)已于2006年初建成投產(chǎn),170萬t/a千米豎井深部開拓工程也即將建成投產(chǎn)。從目前開采情況分析,在井下500m深度附近,井巷開挖后巖體有失穩(wěn)和巖爆現(xiàn)象存在。為保證當前生產(chǎn)和后期深部開采的安全,礦山與中南大學合作開展了礦山地壓監(jiān)測和控制研究,并著重分析研究典型巖石的密度、原巖應力、單軸抗壓強度、巖石內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比和全應力應變曲線等技術(shù)參數(shù)與指標,確定礦山強采環(huán)境下的工程構(gòu)筑物采動失穩(wěn)的閥值和提出礦山安全自動預警的理論框架,從而為提出優(yōu)化的采場及井巷工程結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護類型與支護參數(shù)提供了科學理論依據(jù)。

1.5 推進井下通訊系統(tǒng) 提高礦山管理能力

公司旗下多數(shù)礦山為地下開采礦山,盡管配有有線通訊系統(tǒng),但由于業(yè)界人士普遍共識的缺陷和弊端,無法充分發(fā)揮通訊系統(tǒng)對生產(chǎn)的調(diào)度、指揮作用。為此礦山與南昌耐林自動化有限公司合作,于2007年初首先在獲各琦銅礦建成泄露電纜無線通訊系統(tǒng),該系統(tǒng)由光纖直放站(包括近端機、遠端機),平板定向天線,施主天線,光分路器、泄露電纜等組成,其通訊媒介采用一種橫向屏蔽得到適當削弱的通訊電纜(每段400m左右,電纜之間由中繼放大器連接),因此不僅在縱向上象有線電纜那樣傳輸信號,同時在橫向上也向外發(fā)射和接受無線信號(普通手機可以使用),是一種無線/有線的綜合通訊平臺。該無線通訊系統(tǒng)的應用極大地改善了礦山井下生產(chǎn)與地面調(diào)度的難度,從而為確保安全、高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。目前該法已逐步推廣并應用到公司其它下屬礦山。

1.6 建設(shè)數(shù)字礦山努力提升企業(yè)科技創(chuàng)新能力

數(shù)字信息技術(shù)在礦山中的具體應用,是礦業(yè)科技創(chuàng)新的重要方向。為此,礦山引進澳大利亞Surpac、Microming等礦業(yè)軟件,積極探尋礦山及勘探項目領(lǐng)域的建設(shè)工作。目前公司又與中南大學橫向聯(lián)合,準備向全公司下屬礦山推廣應用其開發(fā)的中文Dimine軟件,并適時應用于地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)資源管理、礦山生產(chǎn)管理和決策之中,從而為提高勞動生產(chǎn)率、降低成本,增強企業(yè)的核心競爭力和提升企業(yè)科技創(chuàng)新能力奠定了堅實基礎(chǔ)。

2 企業(yè)未來發(fā)展

2.1 礦山方面

隨著礦山(獲各琦銅礦、錫鐵山鉛鋅礦)開采深度逐漸增大,提高礦石回采率和保護生態(tài)環(huán)境尤為重要,充填采礦法的應用比重將會有所增加,一方面要繼續(xù)搞好和不斷優(yōu)化充填采礦工藝,另一方面要開展采礦向高效化和無廢化方向的發(fā)展研究。同時與科研院所合作,繼續(xù)深入開展玉龍銅礦高海拔、嚴寒地帶氧化礦堆浸工藝研究工作,盡快達標達產(chǎn)。

依據(jù)地壓監(jiān)測理論,做好深部礦床綜合開采技術(shù)研究,確保資源安全高效回采。

加快推進數(shù)字礦山建設(shè)進程,努力實現(xiàn)科技指導生產(chǎn)的目的。

2.2 公司未來發(fā)展

2.2.1 短期目標(1～2a)

公司近期目標是奠定發(fā)展基石:

(1)下大力氣扭轉(zhuǎn)冶煉板塊,堅決扭虧增盈。

(2)在不斷強化資源儲備保障的基礎(chǔ)上,進一步提升現(xiàn)有主力礦山產(chǎn)能和盈利能力。

(3)提高管理水平,強化內(nèi)部控制,向管理要效益。

(4)加快基建項目建設(shè),加大資源拓展力度,強化資源儲備,特別是力爭短期內(nèi)在省內(nèi)資源配置上取得重大突破,為公司中長期發(fā)展打好基礎(chǔ)。

2.2.2 中期目標(3～5a)

公司中期目標是堅決做大做強:

(1)發(fā)展壯大冶煉板塊。發(fā)展冶煉板塊既是公司進一步實施資源拓展戰(zhàn)略的需要,也是公司履行社會責任的需要。

(2)實現(xiàn)大礦大開。

(3)積極拓展能源產(chǎn)業(yè)。

(4)大力發(fā)展鹽湖化工。

(5)向稀有及貴金屬領(lǐng)域進軍,特別是要形成公司的黃金板塊。

(6)大力推進在省外戰(zhàn)略區(qū)域、重點成礦帶的資源拓展工作,謹慎樂觀地開拓國際資源,做好省外大型礦山的收購工作,在海外資源拓展取得重大突破。

(7)積極為集團公司與股份公司合并創(chuàng)造條件,奠定公司長遠發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。

2.2.3 長期目標(5a以上)

公司的長期目標是打造企業(yè)航母,通過上述努力,使公司未來形成4大主要業(yè)務板塊:

(1)大有色板塊,包括礦山板塊和冶煉板塊。

(2)能源板塊。

(3)鹽湖化工板塊。

(4)其他產(chǎn)業(yè)板塊,包括其他品種礦產(chǎn)的開發(fā),以及銀行、財務公司、基金等金融產(chǎn)業(yè)。

3 結(jié)束語

西礦公司通過對市場前景分析和企業(yè)自身發(fā)展態(tài)勢的把握,依靠地域和資源優(yōu)勢,實時提出了未來5年的長遠發(fā)展構(gòu)想,制定了企業(yè)總體發(fā)展規(guī)劃和具體的目標、步驟和保障措施,并得到了青海省政府的大力支持和肯定。相信不遠的將來,一個大型的礦業(yè)集團公司的建立,必將為推動青海省經(jīng)濟的快速發(fā)展和對西部資源開發(fā)戰(zhàn)略的可持續(xù)發(fā)展起到積極地促進作用。

[1]孟中華,王聚永.分段鑿巖階段礦房法在錫鐵山鉛鋅礦的應用和改進[J].采礦技術(shù),2006,6(3):220～222.

2010-05-07)

孫永貴(1953-),男,教授級高級工程師,第六屆中國有色金屬學會采礦學術(shù)委員會委員,主要從事礦業(yè)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理工作,Email:Wanghch8248@163.com。