低品位铜钼矿露天开采工艺优化与实践

王雪峰 刘秋晓 乔江晖 李文超

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；2.中国国土资源经济研究院；3.中国地质调查局成都地质调查中心)

低品位铜钼矿露天开采工艺优化与实践

王雪峰1，2刘秋晓3乔江晖2李文超2

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；2.中国国土资源经济研究院；3.中国地质调查局成都地质调查中心)

结合低品位铜钼矿体赋存条件和矿产品市场价格等因素，采用产品成本比较法确定经济合理剥采比，平面比较法确定境界剥采比，降低成本，提高矿山服务年限;并提出半连续露天开采工艺的坑内破碎站移设步距优化方案，提高低品位铜钼矿石的露天回采率，降低生产成本，增加经济效益;采取优先在矿岩接触带的矿石中布置开段沟的方式，明显降低矿石损失率与贫化率。从而进一步提高低品位铜钼矿的露天开采率和综合利用水平,取得了良好的经济效益和社会效益。

低品位铜钼矿 半连续开采 露天开采境界 移设步距 开段沟

随着目前铜钼矿山高强度的开采，低品位铜钼矿石的开发利用越来越重要。但目前低品位铜钼矿露天开采技术造成了资源的大量浪费和开采成本的大幅度提升，因此优化露天开采工艺就成了提高资源利用效率的关键。结合某地区低品位铜钼矿生产实践，提出半连续露天开采优化方案，提高回采率，降低损失率和贫化率，降低生产成本，增加经济效益，使矿山合理开发与可持续发展。

1 矿区概况

1.1 矿区地质特征

矿区位于天山—内蒙—兴安华力西晚期褶皱带的南部，四面为二叠纪沉积地层所包围，中部为早白垩纪火山岩，铜钼矿化赋存在粗面火山岩中。火山岩为早白垩系下统满克头鄂博组。白垩系火山岩与二叠系地层呈侵出不整合接触,由火山碎屑岩、熔岩及次火山岩组成,有2个火山活动旋回：流纹质火山活动旋回和粗面质火山活动旋回。矿区侵入岩见有钾长花岗岩及各种脉岩，钾长花岗岩仅在矿区东北部零星出露，而脉岩则分布广泛。区域内断裂构造较为发育，主要为北东(北北东)向及北西向断裂，成带出现，规模较大，与褶皱构造伴生，对控岩、控矿具有重要意义。矿区内火山岩类的各种岩石受火山气水热液作用，普遍经受了强烈的多期次蚀变作用。其主要蚀变类型有矽化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化、钾化、萤石化、绿泥石化、碳酸盐化等。

1.2 矿体形态与规模

该矿体为隐伏矿体，主要赋存于白垩纪火山岩—粗面质角砾凝灰岩、石英粗面岩和流纹岩中。其成矿与碱性火山活动密切相关，为火山热液细脉浸染型(斑岩型)。在粗面质火山岩中的捕虏体(如流纹岩、流纹斑岩)及后期侵入的细粒辉绿岩、花岗斑岩、石英斑岩中也见铜钼矿化，有些构成矿体的一部分。矿体呈不规则的长扁豆状，平面呈略向北突出的弧形，走向自西向东，40°～105°，倾向NW或NE，倾角为54°～74°，控制矿体延长大于780 m，平均宽140 m，延深推断大于480 m。

1.3 资源状况及矿物组成结构

截止2013年底累计探明122b+2M22+333类资源储量：矿石量1 598万t，钼金属量122 568.5 t，钼平均品位0.075%，伴生铜金属量319 560.7 t，伴生铜平均品位0.26%。详查报告中还对矿区的远景储量进行了分析估算，推断内蕴经济资源量(333)为6 878.2万t，预测远景资源量(334)为 1 205.3万t。

矿石金属矿物中主要为黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿和闪锌矿；非金属矿物中含量最多的为石英，其次是长石、绢云母和白云母(表1)。

表1 矿物成分及品位分析结果统计 %

元素MoCuPbCdSnFeMnAs含量0.1040.020.0120.0280.0012.120.0150.04元素MgOAl2O3BiCaOTiO2SSiO2含量1.0213.420.0320.4350.341.0170.31

矿石具自形晶结构、半自形晶结构、残余结构、交代溶蚀结构，在矿石中辉钼矿以六边形晶体产出，黄铜矿以他形粒状或不规则状产出。矿石具浸染状构造、斑状构造、脉状构造。

矿石自然类型主要为粗面质角砾凝灰岩型和细粒辉绿岩型铜钼矿石；矿床成因类型为次火山热液细脉浸染型铜钼矿床；工业类型为产于粗面质角砾凝灰岩中的脉状铜钼矿床。

矿体中铜钼矿化比较均匀，品位变化不大。工业矿体中钼品位为0.074%～0.117%，个别样品可达0.45%；铜品位为0.01%～0.06%。122b类型块段钼平均品位为0.095%，品位变化系数为15%；333类型块段钼平均品位为0.094%，品位变化系数为20%；2S22类型块段钼平均品位为0.043%，品位变化系数为6%。

2 露天开采境界确定

2.1 露天开采范围

矿区范围由4个拐点圈定，面积为5.805km2，开采深度为814～210m。

2.2 开采境界圈定

2.2.1 露天境界圈定

由于矿体走向长度较短，露天采场的2个端帮剥离量所占比重较大。用常规的地质剖面法不能准确确定境界剥采比，因此遵循境界剥采比小于等于经济合理剥采比的原则来圈定露天境界[1]，同时设计采用平面比较法来确定境界剥采比[2]。

(1)

式中,S为露天采场地表境界内矿岩水平投影总面积，649 478 m2；Sp为露天采场底和边帮上矿石水平投影总面积，133 500 m2；Nk为境界剥采比，m2/m2。

经计算得出境界剥采比为3.865 m2/m2。

2.2.2 经济合理剥采比的计算

采用产品成本比较法计算经济合理剥采比[3]，以露天开采和地下开采原矿石单位成本相等为基础，即

(2)

式中，Nj为经济合理剥采比，t/t；c为地下开采矿石成本，40元/t；a为露天开采矿石成本，7.36元/t；b为露天开采岩石剥离成本，7.6元/t。

计算得出经济合理剥采比为4.29 t/t。

根据上述计算可以看出，境界剥采比比经济合理剥采比小0.425。由于矿体厚大，埋藏较深，易采用分期开采方式，500 m标高为本次优化设计开采的露天采场底标高。

3 露天采场结构参数

矿体赋存于粗面斑岩与流纹岩之间的粗面质凝灰岩中，岩石均属中等以上稳固。矿区气候干燥，水文地质条件简单，岩石整体性好，无断层，但上部岩层风化较深，因没有力学试验报告，故参照类似矿山的资料确定，最终边帮角应分别控制在上盘42°，下盘45°，两端帮45°以内[4]。500 m标高以上境界内的矿石量可满足矿山生产19 a以上。

根据矿体赋存条件，综合上、下盘及两端帮岩石的稳固性、露天采场的开采深度、边帮存在的年限等因素，设计确定露天采场边帮参数：台阶高度为14 m；最终台阶坡面角为65°，地表部分为45°～52°；工作台阶坡面角为70°；安全平台宽4 m；清扫平台宽10 m，每2个安全平台设一个清扫平台；运输道路宽15 m；最小回头曲线半径为20 m；运输道路纵坡度为8%；最小工作平台宽45 m。

露天采场在696 m标高以上为山坡露天矿，在696 m水平以下为深凹露天矿，采场封闭圈在696 m水平标高，总出入沟口设在696，682 m水平，露天采场参数见表2。

表2 露天采场参数 m

采场上口长宽采场下口长宽采场底标高采场边帮最高点标高采场最大采深118682879280～200500840340

4 半连续露天开采工艺的优化

半连续开采工艺可实现连续运输及电驱动，从而节省燃油消耗并提高生产能力，生产能力大，工作效率高。深露天矿应用带式输送机陡沟开拓，可克服大坡度，缩短运输距离，减少卡车数量及燃油消耗，开拓工程量较小，运营成本低。半连续生产工艺示意见图1。

图1 露天开采半连续生产工艺流程

在半连续开采工艺中，破碎站一般有2种设置方式：一是设在地表，二是设在采掘场内部。随着工作面的推进，自卸卡车将矿石或剥离物运到破碎站的距离将会越来越远； 另外，对于可实现内排的露天矿，当破碎站移设步距较大时，将会占用内排空间，影响内排土场的正常排土并增加剥离物运距。因此，破碎站应适时随着工作面的推进而向前移动。对于半固定破碎站，其移设工程量大、周期长、费用多。因此，要权衡以上几个因素，找出半固定破碎站合理的移设步距以寻求二者之间达到平衡。

4.1 露天矿坑内破碎站移设步距优化

如图2所示，当破碎站移设步距为S时，卡车的平均运距为KS，K根据实际工作面长度适当取值。

图2 平均运距示意

生产总费用公式为：

Z=KSA(Nγ+M)+RT(L/S-1) ，

(3)

式中，L为采掘场长度，km；S为破碎站移设步距，km；R为破碎站移设一次所需费用，万元；T为破碎站的台数，台；A为卡车运费，万元/(t·km)；γ为剥离物密度，t/m3；M为矿石量，t；N为剥离量，m3；K为平均运距调整系数；Z为总费用，万元。

除Z和S之外，其他的参数均可根据实际情况获得常数值。

总费用Z和破碎站移设步距S的函数关系见图3。

图3 Z和S的函数关系

(4)

考虑到破碎站的移设工程量、周期和费用，移设步距的最终选取可以上述公式推导结果作为依据，而后适当做出调整。这样考虑到各方面的综合因素，在降低总费用的同时，也提高了生产效率。

经测算，S=0.214km时总费用最小。结合实际情况，破碎站的移动不宜太频繁，否则会影响生产效率。另外破碎站的移设最好是采幅宽度的整数倍，这样有助于工程管理。该铜钼矿采幅宽40m，再综合各方面因素，最终确定破碎站的移设步距为200m。

4.2 采矿损失率和贫化率优化

根据矿体赋存条件，本采区内矿体夹层较少，倾角较陡，厚大且走向较短。如果掌握好矿岩接触带的分采环节，可大大降低矿石损失率与贫化率。因此，优先在矿岩接触带的矿石中布置开段沟，即在矿体上盘布置开段沟，分别向矿体下盘、岩石上盘垂直走向方向推进。

在矿岩接触带挖掘时，应严格要求分采，尽可能地减少矿石的损失。经对比计算，结合目前国内特大型、大型露天矿的实践经验[5]，设计确定矿石损失率为3%，废石混入率为3%。

采场内矿石最小可采厚度为2m，夹石剔除厚度为4m。根据矿石的地质品位与选定的损失、贫化指标，采出的钼矿石品位为

a′=(1-r)a，

(5)

式中，a′为采出矿石品位，%；r为矿石贫化率，3%；a为采区矿石地质品位，0.072%。

经计算得出a′=0.069 8%，比原设计的采矿方法采出矿石品位(0.051 9%)提高了25.6个百分点。

5 结 语

钼是作为一种不可再生资源，在我国国民经济中占有重要地位，同时也是关系国计民生的战略物资。钼资源的高效开发利用，对促进我国经济发展具有经济效益和战略意义。采用平面比较法，使最终开采境界线回缩近130m，减少剥离量约480余万m3，按2013年平均剥离单价20.95元/m3计算，节约剥离工程费用10 056万元；采用半连续露天开采工艺及优先设置开段沟，年均回采低品位矿石185万t，折合钼精矿量870.4t；在很大程度上提高了钼金属的综合回采率，减少了剥离工程量，降低了开采成本，经济效益明显。同时，通过对低品位矿石的回采，有效缓解了市场波动给矿山带来的不利影响，稳定员工队伍，缓解矿山劳资矛盾。该项技术工艺为其他矿山提高资源回收利用率提供借鉴经验，在同行业中有着广阔的推广应用前景。

[1] 高永涛，吴顺川. 露天采矿学[M].长沙：中南大学出版社,2010.

[2] 王德胜,龚 敏.露天矿山台阶中深孔爆破开采技术[M].北京：冶金工业出版社,2007.

[3] 陈晓青.金属矿床露天开采[M].北京：冶金工业出版社,2010.

[4] 李红零,吴仲雄.我国金属矿开采技术发展趋势[J].有色金属：矿山部分，2009,61(1),9-10.

[5] 杨国春.采矿实用技术丛书——矿床露天开采[M].北京：化学工业出版社,2009.

2014-08-15)

王雪峰(1975—)，男，副研究员，工程师，博士研究生，100083 北京市259信箱。