石灰石礦山的集約化開(kāi)采

方新紅，路海軍，栗紅玉，樸志友，陶翠林

石灰石礦山的集約化開(kāi)采

方新紅1，路海軍2，栗紅玉2，樸志友2，陶翠林2

Intensive Exploitation of Limestone Mine

礦產(chǎn)是不可再生的自然資源。而資源的合理利用不僅是國(guó)家戰(zhàn)略問(wèn)題，也關(guān)系到企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)責(zé)任。筆者負(fù)責(zé)管理某石灰質(zhì)原料礦山，經(jīng)歷了從前期礦山勘查、開(kāi)發(fā)策劃、組織建設(shè)到投入生產(chǎn)的全過(guò)程，并在不同階段對(duì)不同環(huán)節(jié)，以圍繞資源節(jié)約、降低能耗為核心，采取了一系列的技術(shù)措施，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

石灰石；資源綜合利用；破碎；粉磨；脫硫；貧化

杭州鑫磊脫硫劑有限公司成立于2005年，是目前浙江省內(nèi)最大的石灰石脫硫劑生產(chǎn)和供應(yīng)基地，是一家利用優(yōu)質(zhì)石灰石資源加工熱能脫硫劑和熔劑灰?guī)r，集采礦、破碎及粉磨加工為一體的大型開(kāi)采加工聯(lián)合企業(yè)。以下為公司通過(guò)對(duì)礦山技改實(shí)現(xiàn)資源集約化開(kāi)采和節(jié)能減排的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 礦山資源條件

（1）礦床地質(zhì)特征

礦床處于一個(gè)北東向的向斜核部，礦層為石炭系黃龍組灰?guī)r，礦層平均厚度152m，其中，硅質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r厚17m，縫合線(xiàn)灰?guī)r厚40m，生物碎屑細(xì)晶灰?guī)r及細(xì)晶灰?guī)r厚95m。礦體出露最低標(biāo)高206m，最高標(biāo)高379.53m，相對(duì)高差173.53m。

（2）礦體化學(xué)成分

礦體化學(xué)成分沿礦體傾向和走向變化穩(wěn)定。全礦區(qū)礦體平均化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。

（3）圍巖與夾層

礦體內(nèi)發(fā)現(xiàn)含礦夾石層15個(gè)，全部為高硅夾層。礦體頂板為石炭系下統(tǒng)葉家塘組（C1y），巖性主要為白色、灰白色中—厚層狀石英砂礫巖、砂巖、紫紅色泥巖。礦體底板由黃龍組第二段（C2h2）白云質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r、硅質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r下部巖層組成。

（4）地質(zhì)構(gòu)造

由于受縱向、橫向斷層的影響，礦體沿傾向和走向方向的連續(xù)性受到破壞，并對(duì)開(kāi)采造成一定影響。

（5）工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)條件也比較簡(jiǎn)單。但在切割斷層部位，采礦工作面需要注意生產(chǎn)安全。

（6）礦區(qū)資源儲(chǔ)量

礦區(qū)內(nèi)脫硫用灰?guī)r、熔劑灰?guī)r、水泥用灰?guī)r資源儲(chǔ)量29 343.35千噸。其中，脫硫用灰?guī)r（332+ 333）資源儲(chǔ)量為5 202.28千噸，熔劑用灰?guī)r（熔劑121b+熔劑122b）資源儲(chǔ)量為8 554.91千噸，水泥用灰?guī)r（121b+122b+333）資源儲(chǔ)量為15 586.16千噸。

2 礦床開(kāi)拓與礦山開(kāi)采

該礦山在取得采礦許可證前地表已被人為改變，原有簡(jiǎn)易道路坡度大、路面狹窄、彎急路險(xiǎn)，行車(chē)條件極為危險(xiǎn)；工作面為“一面坡”開(kāi)采方式，越采越高，覆蓋剝離物到處堆砌，不僅植被破壞嚴(yán)重，而且隨意堆砌于山坡及溝谷的土石導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生泥石流災(zāi)害?；诘V山實(shí)際狀況，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通，采用公路開(kāi)拓與溜槽結(jié)合的開(kāi)采形式。

受地質(zhì)構(gòu)造影響，礦床分割成東、西兩個(gè)礦段。為了降低投資將東西礦段劃分為一期和二期分別開(kāi)發(fā)利用。

一期時(shí)礦物加工生產(chǎn)線(xiàn)包括初級(jí)破碎均距離礦山2.5km以外。初級(jí)破碎選用PCF1616單轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)。破碎后經(jīng)過(guò)篩分分級(jí)進(jìn)行儲(chǔ)存與粉磨，最終通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸至碼頭到用戶(hù)。

3 生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中采取的工藝技術(shù)與節(jié)能措施

（1）礦山基建期間的運(yùn)輸

利用溜槽轉(zhuǎn)載運(yùn)輸，解決了道路尚不完善期間的工期進(jìn)度與行車(chē)安全問(wèn)題，并對(duì)初期生產(chǎn)出礦量的保證起到儲(chǔ)備作用。

表1 全礦區(qū)礦體平均化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

（2）調(diào)整采礦計(jì)劃，提高礦山管理水平

將部分剝離成本均衡到二期中，降低一期基建投入和一期生產(chǎn)的剝采比。由于礦山開(kāi)采條件差，初期剝離量很大，如果采用常規(guī)方法，一期礦山投資勢(shì)必較高，對(duì)于企業(yè)壓力較大。由于減少一期剝離工程，到二期生產(chǎn)時(shí)就需要擴(kuò)大境界“擴(kuò)幫”剝離和延深開(kāi)采。為了確保二期的開(kāi)采，在一期生產(chǎn)所形成的剝離、采礦臨時(shí)邊幫保留足夠的平臺(tái)寬度，以滿(mǎn)足二期采礦設(shè)備通行和爆破作業(yè)的需求。

（3）礦床開(kāi)拓系統(tǒng)的選擇與確定

山坡露天礦的公路開(kāi)拓系統(tǒng)一般都設(shè)在開(kāi)采境界以?xún)?nèi)，隨著開(kāi)采水平的不斷下降而廢除消失。依據(jù)礦體賦存條件和經(jīng)濟(jì)原則確定了本礦山分東西兩個(gè)采區(qū)分期開(kāi)采，東采區(qū)也分期開(kāi)采，這就要求保證后期的開(kāi)采工作開(kāi)拓道路的完整性。如仍將道路設(shè)在開(kāi)采境界內(nèi)，則東礦段開(kāi)采時(shí)會(huì)破壞開(kāi)拓道路或保留大量“礦柱”，不利于東礦段的開(kāi)采。因此考慮開(kāi)拓道路主要利用東西礦段F2~F5斷層之間的無(wú)礦段地形，可以確保開(kāi)拓系統(tǒng)的完整性，又兼顧了東西礦段。而道路的幾處回頭曲線(xiàn)位置已考慮東西礦段各開(kāi)采水平道路接線(xiàn)的便利。由于一期開(kāi)拓系統(tǒng)規(guī)劃的預(yù)知性與完整性，二期道路銜接非常順暢。

（4）剝離與采礦協(xié)調(diào)作業(yè)，分爆分采，提高采礦回收率

礦山覆蓋層厚，夾層多，地質(zhì)和開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜。前期設(shè)計(jì)采用大爆破開(kāi)采，礦體內(nèi)的薄夾層和礦、巖交界處的圍巖會(huì)混入礦石內(nèi)造成礦石貧化；部分礦石也會(huì)混棄于剝離物中造成礦石損失、廢石排放增加，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)影響環(huán)境。

為此，對(duì)不同的礦體進(jìn)行分爆分采，使采礦方法更加科學(xué)合理，管理更加精細(xì)。在采礦過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行貧富、厚薄、難易、大小和主副兼采的原則，有效提高了資源的綜合回采率，收到了很好的效果。2012年度，礦山實(shí)際采礦回采率提高到99%，比國(guó)土資源部門(mén)核定指標(biāo)提高7個(gè)百分點(diǎn)。

（5）調(diào)整破碎加工系統(tǒng)工藝，提高主導(dǎo)產(chǎn)品（8~ 55mm粒級(jí)）成品率

礦石原有破碎加工系統(tǒng)，采用單段錘式破碎機(jī)一次破碎工藝流程，粉礦占比35%以上，降低了主導(dǎo)產(chǎn)品的出產(chǎn)率，造成資源浪費(fèi)并增加了廢棄物的排放。

經(jīng)過(guò)對(duì)破碎加工工藝流程、設(shè)備選型的反復(fù)試驗(yàn)和研究，確定將原有單段錘式破碎機(jī)工藝改為顎破+圓錐+圓錐的三段破碎一閉路的生產(chǎn)工藝，改進(jìn)了工藝流程，提高了主導(dǎo)產(chǎn)品的產(chǎn)量，將塊礦產(chǎn)品率提高到72%（指8mm以上，原為65%）。

（6）采用能耗低的膠帶機(jī)取代汽車(chē)運(yùn)輸

礦山原采用汽車(chē)運(yùn)輸，道路彎曲長(zhǎng)度約2km。生產(chǎn)穩(wěn)定以后，由于產(chǎn)品比率不理想，借破碎系統(tǒng)改造機(jī)會(huì)對(duì)長(zhǎng)距離運(yùn)輸方式進(jìn)行了論證。

通過(guò)比較，最終確定采用膠帶機(jī)輸送，建成了由6條膠帶機(jī)組成的運(yùn)輸線(xiàn)路，充分利用了高差，下坡運(yùn)行節(jié)省了大量的電能，運(yùn)輸成本銳減。同時(shí)線(xiàn)路多數(shù)地段標(biāo)高的設(shè)計(jì)與道路坡度接近，工作人員在道路行車(chē)時(shí)對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)一目了然，提高了巡檢效率與巡檢次數(shù)。

（7）加強(qiáng)礦區(qū)生產(chǎn)勘查，優(yōu)礦優(yōu)用，提高資源利用的附加值，提高低品位礦（按工業(yè)指標(biāo)CaO< 51%）資源的綜合利用率

與地質(zhì)勘查單位合作，對(duì)礦體、圍巖與夾石特征及分布情況做了進(jìn)一步勘查，為提高低品位礦產(chǎn)資源的綜合利用率打下了基礎(chǔ)。礦山按質(zhì)分類(lèi)開(kāi)采，達(dá)到優(yōu)礦優(yōu)用；按不同礦種分爆分采；礦山生產(chǎn)要求分堆、分裝、分運(yùn)。結(jié)構(gòu)細(xì)膩的純灰?guī)r（CaO> 51%）做脫硫用，保證脫硫效率（95%以上）和再生石膏達(dá)到可利用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；含有燧石（SiO2）條帶或結(jié)核的灰?guī)r（SiO2超過(guò)脫硫灰?guī)r工業(yè)指標(biāo)要求）則搭配加工生產(chǎn)，白云質(zhì)灰?guī)r（MgO不超標(biāo)）用作熔劑用灰?guī)r。通過(guò)上述措施和工作，最大限度地提高了資源利用的附加值和低品位資源的綜合利用率。

（8）新增粉體材料深加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)尾礦（指8mm以下碎屑礦）全部綜合利用

為改變?cè)袉味五N式破碎加工系統(tǒng)塊礦率較低、廢棄物排放多、粉礦未能得到綜合利用的局面，2009年公司針對(duì)粉礦的回收利用進(jìn)行了研究，新增一臺(tái)球磨機(jī)（?3m×9m）及粉磨分級(jí)系統(tǒng)，將加工過(guò)程中產(chǎn)生的尾礦（碎屑礦），深加工成325目的粉體材料，使尾礦得以100%全部綜合利用。

表2 技改后新增主要設(shè)備

表3 技改后各項(xiàng)指標(biāo)完成情況

4 技改后工藝流程、主要設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)

（1）工藝流程

原礦用汽車(chē)從礦山運(yùn)至破碎車(chē)間原礦受礦倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)棒條振動(dòng)給料機(jī)喂至顎式破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎，破碎后的物料經(jīng)地槽帶式輸送機(jī)運(yùn)至過(guò)渡料倉(cāng)，過(guò)渡料倉(cāng)的物料經(jīng)膠帶喂至圓錐破碎機(jī)（二破）進(jìn)行破碎，破碎后的物料經(jīng)1.5km的長(zhǎng)膠帶輸送至半成品料倉(cāng)，半成品料倉(cāng)的物料用膠帶機(jī)送至振動(dòng)篩上進(jìn)行粒度分級(jí)，分級(jí)后60mm以上的物料送至圓錐破碎機(jī)（三破）進(jìn)行破碎，破碎后的物料重新送至振動(dòng)篩上進(jìn)行粒度分級(jí)，形成閉路循環(huán)。根據(jù)不同礦種，＜60mm的物料經(jīng)振動(dòng)篩篩分為三種產(chǎn)品，一為石灰石脫硫劑碎石，產(chǎn)品粒度為8~25mm；二為熔劑灰?guī)r，產(chǎn)品粒度為26~60mm；三為＜8mm的物料經(jīng)球磨機(jī)和選粉機(jī)生產(chǎn)325目脫硫劑粉產(chǎn)品。

（2）技改后新增主要設(shè)備見(jiàn)表2。

（3）技改后各項(xiàng)指標(biāo)完成情況見(jiàn)表3。

5 技改后新增經(jīng)濟(jì)效益

（1）開(kāi)采回采率由92%提高到99%，可增加資源量17.5萬(wàn)噸，增加銷(xiāo)售收入875萬(wàn)元。計(jì)算過(guò)程：

250萬(wàn)噸×（99%-92%）=17.5萬(wàn)噸

17.5 萬(wàn)噸×50元/噸=875萬(wàn)元

（2）礦塊成品率由65%提高到72%，可增加主導(dǎo)產(chǎn)品17.5萬(wàn)噸，增加經(jīng)濟(jì)效益1 016.4萬(wàn)元。計(jì)算過(guò)程：

250萬(wàn)噸×（72%-65%）=17.5萬(wàn)噸

17.5 萬(wàn)噸×（78.08-20）元/噸=1 016.4萬(wàn)元

（3）科學(xué)設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)資源全部綜合利用。二氧化硅、氧化鎂含量較高的低品位礦石經(jīng)適當(dāng)配礦后全部利用，尾礦全部深加工為脫硫用粉體材料，剝離表土用于復(fù)墾、復(fù)綠。

尾礦100%被利用，可利用尾礦23.44萬(wàn)噸，增加經(jīng)濟(jì)效益1 584.54萬(wàn)元。計(jì)算方式：

23.44 萬(wàn)噸×（87.6-20）元/噸=1 584.54萬(wàn)元

（4）實(shí)現(xiàn)了資源利用集約化、開(kāi)采方式科學(xué)化、生產(chǎn)工藝環(huán)?；?，促進(jìn)了礦業(yè)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

6 綜合效益與推廣前景

公司通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，采用科學(xué)合理、先進(jìn)環(huán)保、成熟可靠的工藝技術(shù)裝備，初步建成了資源節(jié)約、環(huán)保節(jié)能、生態(tài)環(huán)境好、符合礦山循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的礦山，并能給當(dāng)?shù)氐V山起到明顯的示范作用，促進(jìn)本地區(qū)礦山的礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用水平邁上一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)該項(xiàng)目被國(guó)家財(cái)政部、國(guó)土資源部列為礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用示范工程。?

TD216

A

1001-6171（2017）02-0091-04

通訊地址：1中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心浙江總隊(duì)，浙江杭州310022；2天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2016-07-25；編輯：趙蓮