露天開(kāi)采建筑石料型礦山資源綜合利用

張長(zhǎng)貴

（湖州鹿山塢礦業(yè)有限公司，浙江 湖州313025）

1 緒論

人類社會(huì)的發(fā)展依賴于物質(zhì)，而礦產(chǎn)資源則是這些重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。目前，95%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料和70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料都來(lái)自礦產(chǎn)資源［1］。礦產(chǎn)資源大多來(lái)自于礦山，而露天開(kāi)采建筑石料型礦山作為我國(guó)各類礦山的一部分，就礦山個(gè)數(shù)而言可占到總礦山60%左右。因此，它的資源綜合利用實(shí)現(xiàn)的程度，對(duì)我國(guó)礦山資源綜合利用總體發(fā)展起到舉足輕重的作用。在建筑礦山領(lǐng)域中，如何綜合利用礦山資源，保護(hù)礦山環(huán)境，建設(shè)綠色礦山，推進(jìn)綠色礦業(yè)多做些有益探索，促進(jìn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)綜合利用和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)健康協(xié)調(diào)發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義。浙江湖州鹿山塢礦業(yè)有限公司位于浙江省湖州市吳興區(qū)妙西鎮(zhèn)鹿山塢，始建于2000年，注冊(cè)資金1600萬(wàn)元，是一家從事露天開(kāi)采、加工、銷售的建筑石料民營(yíng)礦山企業(yè)，年開(kāi)采規(guī)模65萬(wàn)t，年加工能力200萬(wàn)t。是首批浙江省省級(jí)綠色礦山企業(yè)，目前正在創(chuàng)建國(guó)家級(jí)綠色礦山企業(yè)，大力推廣綠色開(kāi)采理念，致力于綠色礦山的創(chuàng)建。為實(shí)現(xiàn)礦山資源的綜合利用，企業(yè)進(jìn)行自主科研活動(dòng)，為綠色礦山創(chuàng)建提供專項(xiàng)基金，立足 “精”字做文章，履行節(jié)能減排義務(wù)，抓好環(huán)境保護(hù)和建設(shè)，全力打造綠色礦山，為礦山資源的綜合利用提供了科學(xué)有效的實(shí)現(xiàn)途徑。現(xiàn)已初步實(shí)現(xiàn)資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有機(jī)統(tǒng)一，企業(yè)效益穩(wěn)步提升。

2 礦石開(kāi)采階段資源綜合利用

浙江省湖州鹿山塢礦業(yè)有限公司礦區(qū)，地處湖州市吳興區(qū)妙西鎮(zhèn)鹿山塢，屬山坡露采礦山。階梯山坡露天豎直采掘，水平分層，自上而下依次逐層水平臺(tái)階開(kāi)采，開(kāi)采工序可以簡(jiǎn)單描述為剝離－鉆孔－爆破－二次破碎－鏟裝運(yùn)輸。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量礦山廢棄物。公司通過(guò)研究并結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際情況，制定了一系列礦山開(kāi)采階段所產(chǎn)生廢棄物的綜合利用措施。

2.1 礦山表層植被的利用

目前，礦山開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)于表面覆蓋的林木，一般采用的方法是砍伐，或棄置堆放待其自然腐爛。這樣做，不論是對(duì)環(huán)境還是資源都是一種很嚴(yán)重的浪費(fèi)。為解決這個(gè)問(wèn)題，公司領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)向浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的有關(guān)專家進(jìn)行請(qǐng)教，在他們的幫助下，形成了一整套有效移植樹(shù)木的方法。這樣既減少了因砍伐樹(shù)木造成的浪費(fèi)，同時(shí)也為廠區(qū)快速綠化提供了苗木。

這個(gè)方法主要包括四個(gè)方面：①移植前的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備好移植過(guò)程中需要的機(jī)械設(shè)備、選擇生長(zhǎng)健壯、發(fā)育充實(shí)、無(wú)病蟲害、符合綠化設(shè)計(jì)要求的苗木。②起苗。確定所移植大樹(shù)后，在移植前分兩次提前1～2a進(jìn)行斷根處理，即首先提前六個(gè)月在距離大樹(shù)胸徑3～4倍遠(yuǎn)的位置挖兩條寬30～40cm、深60～80cm左右相對(duì)平行的溝槽，挖到主根分岔以下。截?cái)啻执蟮膫?cè)根，截面必須平齊，以利于傷口愈合和下側(cè)發(fā)根，較小的側(cè)根可用剪子剪斷。溝挖好后，填入疏松肥沃的土壤，填滿后夯實(shí)，澆足水。然后再等待六個(gè)月，在已有溝槽的兩側(cè)挖兩個(gè)平行溝槽，使溝槽形成 “口”字，對(duì)勾槽的處理辦法同前次。等待六個(gè)月后再進(jìn)行挖樹(shù)、修剪、包裹樹(shù)干、裝運(yùn)。③栽植。④養(yǎng)護(hù)管理。通過(guò)這種方法對(duì)樹(shù)木進(jìn)行移植，可以大大提高樹(shù)木的存活率。

這種方法要求礦山企業(yè)必須做好開(kāi)采規(guī)劃，根據(jù)礦山開(kāi)采進(jìn)度調(diào)整進(jìn)行移植前準(zhǔn)備工作的時(shí)間。只有礦山開(kāi)采范圍必須擴(kuò)大時(shí)，才將相應(yīng)區(qū)域植被移植，盡量避免 “開(kāi)采未至，植被先移”的局面，并杜絕由此引發(fā)的水土流失等問(wèn)題。

2.2 礦山表土的利用

據(jù)研究，形成1cm厚的表土需要100～400a［2］，而風(fēng)化成1．5m厚的表土層則至少需要6萬(wàn)a。但破壞這6萬(wàn)年才風(fēng)化形成的表土層，卻只需一朝一夕就可以完成，這是一種資源在時(shí)間上的極大浪費(fèi)。目前，礦山表土處理的傳統(tǒng)做法，為剝離下來(lái)后進(jìn)行填埋或堆置。將表土作為廢棄物進(jìn)行堆置，不僅是一種資源的浪費(fèi)，不利于礦山資源綜合利用，而且表土生產(chǎn)是連續(xù)的，隨著礦山開(kāi)采時(shí)間加長(zhǎng)，表土存量也將增加，這必將占用更多的土地用來(lái)堆放，對(duì)土地資源的占用也不容忽視。堆置的表土在雨水的沖擊下，會(huì)造成水土流失、形成嚴(yán)重安全隱患，阻礙河道的排水、泄洪能力等。

為解決這個(gè)問(wèn)題，鹿山塢礦業(yè)有限公司引進(jìn)了表土剝離再利用技術(shù)，先將礦山表面1．5m厚的表土進(jìn)行剝離，然后將剝離的表土進(jìn)行綜合利用，運(yùn)輸?shù)匠鞘芯G化區(qū)進(jìn)行銷售，為種植綠化灌木、樹(shù)木及其花草提供肥力充足的熟土。這樣既解決了城市綠化取土困難，又解決了表土堆積或填埋帶來(lái)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了表土資源的充分利用。在礦山開(kāi)采后期，將剝離的表土適當(dāng)存儲(chǔ)一部分作為礦區(qū)復(fù)墾之用，與使用外調(diào)土相比，具有減少運(yùn)輸費(fèi)用、縮短熟化時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 礦山風(fēng)化層巖石的利用

礦山表土剝離之后的下方，是平均厚度為6．5m的風(fēng)化巖石。鹿山塢礦業(yè)有限公司對(duì)這層風(fēng)化巖石進(jìn)行剝離后，并不是簡(jiǎn)單的丟棄或堆置，而是將這些占剝離總量的5%，即1．2萬(wàn)m3的風(fēng)化巖石進(jìn)行綜合利用，用于工業(yè)場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或做為新建公路的基礎(chǔ)土方工程用料進(jìn)行銷售。此舉不僅提高了礦石開(kāi)采階段資源的綜合利用率，更提高了公司的經(jīng)濟(jì)效益，得到實(shí)實(shí)在在的好處。

2.4 礦山最上層巖石的利用

在風(fēng)化層巖石以下接近風(fēng)化層的區(qū)域，是原礦石開(kāi)采區(qū)。但是這一部分礦石外觀呈土黃色，礦石品質(zhì)相對(duì)不高，但其強(qiáng)度可以達(dá)到低強(qiáng)度混凝土的使用標(biāo)準(zhǔn)。公司利用這些礦石生產(chǎn)加工成普通建筑石料 （C30以下混凝土用）。普通建筑石料加工工藝及流程為一閉路三段破碎，其生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 普通建筑石料車間生產(chǎn)工藝流程圖

礦石首先經(jīng)給料篩分，除去泥和雜質(zhì)。再經(jīng)過(guò)粗碎 （一級(jí)破碎）、中碎 （二、三級(jí)破碎）等步驟，最終生產(chǎn)出40～25mm的產(chǎn)品。將25mm以下進(jìn)行成品篩分，又篩分出25～15mm、15～5mm和＜5mm的產(chǎn)品。產(chǎn)品的粒徑可根據(jù)市場(chǎng)需求具體要求，通過(guò)改變篩孔尺寸進(jìn)行調(diào)整。

2.5 礦山中下層巖石的利用

普通建筑石料所用礦石層 （礦山最上層）以下即礦山中下部，這部分礦石品質(zhì)優(yōu)良，公司用來(lái)加工精品建筑石料。精品建筑石料加工工藝前階段步驟與普通建筑石料加工部分類似，后階段加工工藝及流程為一閉路二段破碎，其生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 精品石料車間生產(chǎn)工藝流程圖

利用普通建筑石料加工工藝生產(chǎn)的40～25mm碎石，經(jīng)沖擊破碎 （一級(jí)破碎）后再進(jìn)行整形破碎 （二級(jí)破碎）等步驟，最終生產(chǎn)出出15～10mm、10～5mm、5～3mm、＜3mm四種精品石料。每種碎石產(chǎn)品生產(chǎn)比例，也按照市場(chǎng)的需求靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3 礦石加工階段資源綜合利用

鹿山塢礦區(qū)所產(chǎn)礦石主要為輝綠巖，包括輝石和基性長(zhǎng)石 （與輝長(zhǎng)巖成分相當(dāng)?shù)臏\成巖類），還含有少量橄欖石、黑云母、石英、磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦等。

3.1 生產(chǎn)高附加值專用石料

輝綠巖是上等路面和建筑材料。公司通過(guò)研究礦石實(shí)際品質(zhì)與生產(chǎn)加工工藝流程，采用國(guó)際最先進(jìn)的沖擊式破碎工藝，生產(chǎn)出不同粒徑的具有高附加值的建筑骨料，已經(jīng)成功應(yīng)用于高速公路路面瀝青混凝土、高鐵客運(yùn)專線高性能混凝土之中。這種石料產(chǎn)品具有壓碎值低、磨耗率低、堅(jiān)固性低、針片狀顆粒含量極低、緊密空隙率低、磨光值高、耐磨性好、嵌壓力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)研究?jī)?yōu)化生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合科技攻關(guān)項(xiàng)目，公司生產(chǎn)出具備高品質(zhì)的專用骨料，每噸銷售價(jià)格是普通建筑骨料的3～4倍，成功提高了產(chǎn)品的附加值，公司效益得到進(jìn)一步提升。

3.2 利用尾礦廢棄物生產(chǎn)機(jī)制砂

目前在我國(guó)，現(xiàn)有大大小小的廢棄物尾礦堆400多個(gè)，堆存的尾礦達(dá)到50億t以上，而且以每年5億t的速度增加。因此，要重視并開(kāi)展尾礦廢棄物綜合利用與處置，實(shí)現(xiàn)尾礦廢棄物的變廢為寶，從根本上改善和提高礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，走出一條資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的礦業(yè)發(fā)展道路［3］。礦山在生產(chǎn)加工粗集料的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量以廢石、石屑、尾礦為主的廢棄物。以往的做法是將這些廢棄物進(jìn)行簡(jiǎn)單堆置，既浪費(fèi)又污染環(huán)境，一些企業(yè)也在嘗試將這些廢棄物再利用，如建立機(jī)制砂生產(chǎn)線，以尾礦為主要原料進(jìn)行機(jī)制砂生產(chǎn)。

公司與上海同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行合作，利用廢石、石屑、尾礦開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)混凝土用機(jī)制砂。由于工藝路線科學(xué)合理，目前公司生產(chǎn)的機(jī)制砂具有含粉量低、泥塊含量低、堅(jiān)固性指標(biāo)質(zhì)量損失低、單級(jí)最大壓碎指標(biāo)低等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)處國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。試制品經(jīng)上海市建筑科學(xué)研究院檢測(cè)站檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合 《建筑用砂》GB／T 14684－2001標(biāo)準(zhǔn)要求。這對(duì)推動(dòng)我國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及其他建設(shè)工業(yè)的發(fā)展，節(jié)約資源和保護(hù)自然環(huán)境具有一定現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)略意義。

3.3 粉塵回收再利用

對(duì)于礦山企業(yè)，在生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，絕對(duì)是一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)中并不注重對(duì)粉塵的控制，對(duì)于露天生產(chǎn)的礦山企業(yè)，粉塵的處理更是簡(jiǎn)單的任其 “隨風(fēng)而逝”，更不用說(shuō)對(duì)粉塵進(jìn)行回收再利用了。

公司對(duì)其所有生產(chǎn)廠房都使用鋼板進(jìn)行封閉，這就有效的控制了粉塵飛揚(yáng)，最大限度降低對(duì)環(huán)境的不利影響。另一方面，公司購(gòu)置安裝了XM350、XM250粉塵聯(lián)合吸塵器各一臺(tái)，在破碎設(shè)備下方多處及廠房高處均設(shè)有吸塵管道口，機(jī)械設(shè)備將生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉塵和廠房空間彌漫的粉塵，通過(guò)多條管道輸送集中到兩只容量各為100t的粉塵收集筒，同時(shí)，砂粉分離機(jī)分離出的石粉也被輸送到粉塵收集筒中。對(duì)收集到的粉塵進(jìn)行綜合利用，目前不僅應(yīng)用于新型墻體材料——水泥標(biāo)準(zhǔn)磚、多孔磚及多種砌塊之中，而且通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)，提高粉塵的利用價(jià)值，現(xiàn)已成功應(yīng)用于生產(chǎn)加氣砌塊和作為水泥熟料混合材。此舉化廢為寶、化害為寶，既減少了對(duì)環(huán)境的污染，又大大提高了建筑石料資源的綜合利用率和產(chǎn)品的附加值。

4 礦石清洗階段資源綜合利用

礦石成品在銷售前還需要清洗，清洗時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污水，而污水中含有大量的泥沙，不可以直接排放，必須經(jīng)過(guò)處理。由于產(chǎn)生的污水量較大，處理時(shí)必定要耗費(fèi)一定量的人力、物力和時(shí)間。目前，比較常用的處理方法為利用三級(jí)沉淀池進(jìn)行自然沉淀。但是這樣做的話，泥沙沒(méi)有得到分離，限制了泥沙的回收再利用，只能作為廢棄物處理，這樣必然要占用大面積場(chǎng)地，浪費(fèi)了土地資源，而且處理效率低下，處理效果也不盡如人意。

公司通過(guò)科學(xué)研究，對(duì)污水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)了四級(jí)污水處理方法。四級(jí)污水處理工藝流程見(jiàn)圖3。污水經(jīng)過(guò)四級(jí)處理，回收到的粗細(xì)砂、泥餅都可以再利用；處理后的污水達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用，為礦石成品料清洗的資源綜合利用提供了可行的途徑。

圖3 污水處理流程圖

4.1 污水中的粗、細(xì)粒尾砂回收利用

四級(jí)污水處理過(guò)程中，一級(jí)處理通過(guò)螺旋分離機(jī)對(duì)較大顆粒的砂石進(jìn)行分離，使污水的固含量從13．8%下降到10．6%。二級(jí)處理通過(guò)旋流器組和高頻振動(dòng)篩對(duì)細(xì)砂進(jìn)行分離，使污水固含量從10．6%下降到9．2%。按照每天處理4000t污水計(jì)算，每天可以收集128t粗砂、56．0t細(xì)砂。目前，收集到的粗砂與細(xì)砂都具有一定的市場(chǎng)銷路，可作為配置混凝土建筑用料，制造各類砌塊。這樣一來(lái)，污水尾砂的回收也為公司效益的提升做出了貢獻(xiàn)。

4.2 污水凈化后的循環(huán)利用

二級(jí)處理后，向污水中加入礦山專用生物泥漿分離劑，污泥在沉淀池中快速沉淀，從而實(shí)現(xiàn)了污泥和水快速分離，使得沉淀后得到的清水可以再次用于礦石成品料的清洗，達(dá)到了水資源循環(huán)利用的目的。

4.3 礦污水中的污泥回收利用

在沉淀池中，污泥快速沉淀下來(lái)后，使用廂式自動(dòng)拉板壓濾機(jī)對(duì)泥漿進(jìn)行處理，建成污泥干化處理流水線。沉淀的污泥經(jīng)過(guò)處理后變成了泥餅 （含水率≤20%），成功實(shí)現(xiàn)了污泥干化的目的，處理效果優(yōu)異。同時(shí)，壓濾出來(lái)的凈水達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。收集的污泥可以作為燒結(jié)磚的原料，實(shí)現(xiàn)了污泥的回收再利用。

5 地表水資源的綜合利用

地表水是指存在于地殼表面，暴露于大氣中的水，它是人類生活用水的重要來(lái)源之一，也是各國(guó)水資源的主要組成部分［4］。公司礦山所在地區(qū)擁有豐富的地表水資源。認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，公司投資在開(kāi)采區(qū)旁建造蓄水池和沉淀池，其中容量達(dá)3000m3的蓄水池兩個(gè)，200m3的沉淀池6個(gè)。這樣做，能夠收集利用礦區(qū)范圍內(nèi)的自然水，基本保證了礦區(qū)每天200t左右的生產(chǎn)用水；另外，遇到災(zāi)害性天氣發(fā)生時(shí)，能夠起到防洪作用，使整個(gè)礦區(qū)無(wú)洪水外泄。經(jīng)粗略測(cè)算，礦山每年節(jié)省用水經(jīng)費(fèi)26．79萬(wàn)元，節(jié)約了寶貴的水資源，又降低了生產(chǎn)成本。

［1］ 李明立，原振雷，朱嘉偉．礦山固體廢物對(duì)環(huán)境的影響及綜合利用探討 ［J］．礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2005（4）：38．

［2］ 孫禮．關(guān)于保護(hù)和利用表土資源的思考 ［J］．中國(guó)水土保持，2010 （3）：4－6．

［3］ 常前發(fā)，王運(yùn)敏．我國(guó)尾礦綜合利用的現(xiàn)狀及對(duì)策 ［J］．中國(guó)礦業(yè)，1999 （8）．

［4］ 廖岳華，樊娟，陳世雄，等．我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)存在的問(wèn)題與建議 ［J］．安全與環(huán)境工程，2010，17（3）：55－58．