某钨矿开采由崩落法转充填法的经济合理性分析

赵晓昕,何艳梅,汤永平,王初步

(1.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410012;2.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南 长沙 410012)

0 引 言

河北钢铁石人沟铁矿、马钢和睦山铁矿、武钢大冶铁矿、程潮铁矿、大冶铁矿、金山店铁矿等一些采用崩落法开采的矿山陆续转为充填法开采。在崩落法转充填法开采的研究上,多数研究侧重于如何确保隔离层稳定性[1-2],采用理论分析合理确定隔离层厚度[3],或者已经确定采用充填法后对过渡区采矿方法的选择[4-7]等。

对于崩落法转充填法的技术经济合理性研究不多。文章[8]对金属矿崩落法改充填法开采可行性评价指标及权重进行了研究,研究以定性分析为主;文章[9]对罗河铁矿开采由崩落法改为充填法的效益进行分析,对2种采矿方法的矿石生产成本、对环境影响程度等5个方面的技术经济指标进行了比较,但是未从矿石采选整体过程进行总体的技术经济评价。

矿山由崩落法转为充填法开采,其必要性常常显而易见,比如杨家湾矿山若继续使用崩落法开采,将危机临近河流。矿山需要由崩落法转为充填法,那矿山采用充填法在技术经济上究竟可不可行呢?采用充填法开采比采用崩落法的开采成本要高,在经济上采用充填法开采究竟效益如何?

本文针对同一矿山,采用崩落法与充填法2种方案进行计算,对2种采矿方法进行技术对比与经济对比,用定量分析的方式进行分析论证。

1 项目背景

某钨矿近几年采矿方法以无底柱分段崩落法为主。矿山采用平硐＋溜井＋盲斜坡道开拓,中段高度40 m。多个中段均与地表相通,采用无轨运输。

矿山若继续采用崩落法开采存在很多严重问题,因此,采用充填法开采迫在眉睫。

(1)资源浪费问题。近几年,矿山主要采用无底柱分段崩落法采矿,因地质情况比较复杂,矿山采用此法时间短,在矿块结构参数及出矿管理方面存在不足,导致开采过程矿石贫化率约为32%,损失率为15%,采出矿石品位低,选厂回收率低,导致资源浪费严重。采用充填法,采矿回采率可以提高到90%以上,矿石资源得到充分回收利用,资源可以得到有效保护。

(2)已有的尾矿库库容不够问题。若继续采用崩落法,尾砂需要全部排入尾矿库堆存。现有尾矿库库容不足,还需要新建一座库容为500万m3的尾矿库。大量尾砂需堆存于地表,将对地表生态环境产生破坏,会增大安全风险。随着政府对环境保护的重视,将来还需要对尾矿库水处理、尾矿库维护、固体废物处理、复垦等环保进行投入。采用充填法,尾砂及掘进废石等固体废料实现资源化利用,现有尾矿库库容能够满足要求,不用新建尾矿库,可减少矿山固体废料排放。

(3)矿山采空区安全隐患问题。矿山之前主要采用分段空场连续回采法,采场之间不留矿柱连续回采,未曾专门进行采空区处理,而采用无底柱分段崩落法开采,矿岩稳固性好,矿体爆落后,上部围岩不能自然崩落,没有形成覆盖层,先后形成3处较大的空区。2处空区已自然塌落,其中2号空区塌落时矿柱被破坏,给矿山造成近2万t金属矿量的损失。矿区曾发生过几次塌陷冒顶至地表的事故,存在着较为严重的采空区安全隐患。由于矿体离地表的高度只有几十米,采用崩落法开采时,如果突降暴雨,地表水及泥土会流入塌陷区,从而进入井下的各中段及副中段的巷道,导致排水沟堵塞及巷道积水,形成安全隐患。采用充填法,井下采空区得到有效处理,采空区岩层得到有效支撑,矿山闭坑后不存在采空区塌陷等地质事故隐患,不存在安全及生态环境隐患。

(4)地表塌陷赔偿和土地复垦问题。如继续沿用崩落法开采,因上覆岩层不能自然崩落,需投入大量资金处理采空区。沿用崩落法,会产生地表塌陷,需要做青苗补偿。矿山闭坑后,还需投入大量的资金复垦。采用充填法开采,矿床开采全过程直到闭坑后,地表开裂和变形下沉等指标可以控制在相关规定以内,使矿区地表得到有效保护,地面不塌陷,地表植被等自然生态不受破坏。

2 崩落法转充填法可行性论证

为了研究矿区采用充填法的可行性,进行充填法与崩落法的技术与经济比较。

2.1 全尾砂符合作为充填集料的可行性论证

首先对矿山全尾砂作充填集料进行可行性验证。矿山全尾砂充填材料试验报告结果表明：矿区尾砂的化学性质稳定,尾砂中可回收的金属含量均较低、重金属含量远低于排放标准、不含放射性元素,全尾砂中的氧化钙、氧化镁含量较少,二氧化硅含量较多,对混凝土强度的增长有利,硫含量为0.254%,对后期强度影响较小。总体来讲,全尾砂符合作为充填集料的条件。

2.2 充填法和崩落法的技术比较

矿山原设计采用无底柱分段崩落法开采,并生产至今。

崩落法方案和充填采矿法方案,在矿区开采技术条件下,都是可以实现的技术方案。

现根据矿床赋存情况、开采技术条件以及国内外同类型矿山开采状况,对2种方案的技术经济指标及其优缺点进行对比分析,详见表1。

2.3 充填法和崩落法的经济比较

2.3.1 经济初步比较

(1)充填法开采,采出矿石品位高,选矿入选品位高,则选矿回收率相应提高。当精矿品位、尾矿品位一定时,随着入选原矿品位的提高,选矿回收率也提高,选矿回收率与入选原矿品位成正相关,并在实际生产中已经得到验证。

(2)充填法开采,矿石贫化率低。崩落法采矿贫化率为28.6%,充填采矿法贫化率为11%,则崩落法比充填法多采出废石量约362.66万t。崩落法带来贫化成本比充填法多5.72亿元左右。

表1 采矿方法技术比较

(3)充填法开采,资源回收率高。崩落法采矿损失率为15%,充填采矿法损失率10%,则崩落法比充填法多损失资源量约65.47万t,损失资源量价值约1.89亿元。

(4)充填法开采,采用全尾砂胶结充填,部分尾砂充入采场,现有尾砂库可以满足要求。若沿用崩落法采矿,选矿排出尾矿全部排至尾矿库。还需新建一个库容500万m3的尾矿库。

(5)采用充填法,需征地3亩建充填站,征收费按10万元/亩,估计投资约30万元;崩落法开采将导致地表塌陷,产生不均匀沉降,需要对土地做青苗补偿,按3万元/亩估计,移动圈37万m2,即555亩林地,需投资约1665万元。

(6)采用充填法,不再产生塌陷区。采用崩落法开采,矿山闭坑后需要对塌陷区进行复垦。目前国家对环保的要求越来越严格,复垦程度将越来越高,复垦成本也将越来越大。

(7)充填法在回采的同时处理了采空区,消除了空区的安全隐患。如继续沿用崩落法开采,因上覆岩层不能自然崩落,需投入大量资金处理采空区。

无底柱分段崩落法方案与充填法方案初步经济比较,从比较结果看,充填采矿方案要明显优于崩落法。

2.3.2 综合经济比较

本项目技术经济评价的最终产品为钨精矿。

产品销售价格主要是以近5年来钨精矿均价104248元/t为基础,结合目前及未来的走势,根据市场分析确定。钨属于战略性矿产资源,国家控制开采,钨价格在未来一段时间内会有一定程度的上涨。在5年的基础价格上考虑了上涨趋势,确定65%钨精矿市场价格为108000元/t。

经过计算,可得如下结论：

(1)由于充填法的贫化率损失率都比崩落法的低,从而选矿回收率高,生产的精矿产量高,按精矿成本进行估算,充填法的精矿生产成本比崩落法的精矿生产成本要低11720元/t,低17.8%。

(2)采用充填法比崩落法营业收入多5418.97万元/a。

(3)按采选生产成本估算,由于为同一个矿山,暂未考虑管理费用、财务费用和营业费用,采用充填法比采用崩落法毛利润总额多3642.36万元/a。

2.3.3 价格变化对2种采矿方法毛利润的影响研究

从表2中知,钨精矿价格降低,2种采矿方法毛利润总额差值变小,当钨精矿价格降到43151.9元/t时,2种采矿方法毛利润总额相等,但企业都是亏损的。钨精矿价格增加,2种采矿方法毛利润总额差值增大,充填采矿法比崩落法在经济上有更加明显的优势。

表2 价格变化引起2种采矿方法毛利润总额差值变化

3 结 论

对崩落法与充填法技术及综合经济比较,从结果可知,后者具有明显优势：

(1)大部分尾矿可充入采空区,可解决尾矿库库容不足问题,减轻尾矿堆积对环境的影响;

(2)地表不会塌陷,不会产生不均匀沉降,有利于地表环境的保护;

(3)矿石回收率高,相对于崩落法,充填法每年多回收钨精矿587.05 t,服务年限内可多回收钨精矿15263.3 t;

(4)贫化率低,相对于崩落法,充填法贫化指标低17.6个百分点,从而减少了废石运输、选矿成本,在某种程度上降低了生产成本;

(5)经济效益好,充填采矿法金属回收率高,贫化率低,从而增加了经济效益,充填法年毛利润总额相对于崩落法年毛利润总额高3642.36万元。

随着金属价格的上涨,充填采矿法在技术及经济上比崩落法开采具有更加明显的优势,因此,推荐矿山采用充填采矿法进行开采。

本文的分析结果可给类似矿山采矿方法选择提供参考。