加强顶层设计创新 引领绿色矿山发展

李争荣，冯兴隆，刘华武，吴 明，杜桂泉

（云南迪庆有色金属有限责任公司，云南迪庆 674400）

过去，我国矿山企业盲目追求产量和利润，出现过度开采、超设计生产、弃薄采厚、弃贫采富、弃难采易等的短期行为，致使资源损失，并且开采过程中产生的“三废”在一定程度上造成水体和土壤等的重金属污染，对生态环境造成了破坏。在党的十九大提出“绿水青山就是金山银山”的新思想指引下，我国矿产资源开发摒弃以往先污染后治理、粗放型经济增长的发展方式，积极探索资源节约型、环境友好型的创新技术，逐渐形成了绿色生态矿山建设的发展趋势[1-2]。 近些年，随着政府部门的倡导[3-4]，煤矿[5]、冶金、油气[6]、建材等行业逐步向绿色矿山改进。然而，绿色生态矿山建设，仅凭政府监管部门制定标准和过程监管[7]是远远不够的。矿山企业和设计单位应从自身出发，顺应时代要求，开辟新工艺，优化生产流程，对关键技术攻关和推广，真正做到在源头上实现绿色。本文以某铜矿为例，总结和探讨该矿秉承着“绿色、安全、科技”的设计建设理念，不断进行科技研究[8-10]和设计优化，将先进的设备、工艺与管理理念相融合，实现资源综合利用与经济、环保和社会效益相协调统一的建设经验，以期对矿山的持续发展及同类矿山的开采提供借鉴。

1 技术创新保障矿山资源综合利用

该铜矿厂位于海拔3 400～4 500 m的高原地区，矿化带长2 300 m，垂深17～750 m。通过建立矿体品位分布模型发现，矿体中部厚大（厚度为500～600 m）、品位高，向四周厚度逐渐变薄、品位逐渐变低；矿体北北西向展布，东侧倾向北东，倾角25°～57°，西侧倾向南西，倾角 35°～83°；埋深较浅，覆盖层10～25 m，中部出露地表（出露标高 3 868～4 023 m），受岩体和构造裂隙、围岩蚀变控制。目前，探明该矿铜资源400多万吨，平均品位为0.38%，并伴生金、银、钼等金属元素。 其中，Au平均品位 0.1 g/t、Ag平均品位 1.91 g/t、Mo 平均品位 0.011 g/t。 矿石无自燃和粘结性，地表允许崩落。基于矿山资源赋存的基本情况，该铜矿从以下几个方面制定了矿山资源综合利用的实现途径。

1）关键技术研究突破，实现低成本、高效、环保的采矿技术。矿区位于高海拔的高山峡谷地段，相对高差 1 100 m，山坡坡度为 25°～35°，局部地段陡峭。由地质报告和岩石力学研究显示，矿区以近南北向构造为主，节理裂隙发育，岩体质量主要为Ⅲ类。根据地形地貌特点、矿体赋存条件、矿体空间几何分布特征等开采技术条件，通过几种采矿方案的技术经济比较分析，最适宜选择大型机械化、低成本、占地面积大的露天采矿方案。但是，由于矿区相邻世界自然遗产保护地、风景名胜区，因此只能放弃技术经济效益最佳的全露天开采，转而寻求环境破坏最小、占地面积最少、固体废物最少的方案。为使资源综合利用，企业与设计单位不断探索研究，对“全露天”开采、“露天+地下”联合开采、“全地下”开采等多方案进行了比选，最终选择技术要求高、实施难度大（具有一定的冒险性）的自然崩落采矿法全地下开采。

为了保证自然崩落法的成功应用，建设初期开展了自然崩落采矿工艺风险、矿体开采技术条件、矿体可崩性与崩落矿石块度分布预测、高中段大面积放矿控制技术、底部结构巷道稳定性等一系列关键技术[9]的研究，并取得了突破。结合上述研究成果，经过多次技术论证，对自然崩落法设计各项参数进行了优化，使设计的采矿回收率提升到95%，贫化率降低到5%。该矿山自2016年开始拉底，截止2018年11月已完成拉底面积6×104m2，采矿各项指标均达到了设计指标。预计达产后采矿成本27元/t，低于露天开采，可实现年销售收入19.4亿元。通过采矿工艺优化，自然崩落法关键技术的研究突破，真正实现降低了开采成本，提高了矿山的经济收益和资源的综合利用率，延长了矿山服务年限，达到了资源节约与环境保护的目的，为公司带来良好的社会效益和经济效益。

2）核心技术攻关，采用占地少、全自动化的选矿工艺。为守住环保底线，设计单位坚持技术创新，结合采矿原矿供应规模以及国内外大型选厂的生产实践经验，对选矿工艺进行技术优化，并对传统碎磨流程和半自磨流程的工艺技术进行了分析。通过综合分析，最终选用了国内先进大型设备，采用机械化、信息化、自动化、数字化、占地少、定员少、粉尘少、环境影响小的半自磨方案。矿山建设过程中，积极联系各科研所和高校，开展了低品位复杂铜矿高效利用研究、复杂铜矿伴生多金属回收的试验研究、铜钼分离试验研究、多组元捕收剂强化浮选等一系列选矿关键技术的攻关，取得了一些重要技术突破，提高了资源的综合利用率，达到生产成本降低、效益提高的目的。

3）库址优化，践行安全、环保理念。结合矿区区域地形特点，在矿山10 km范围内进行了选矿厂厂址和尾矿库库址的选择，初选了热绒尾矿库、地基统尾矿库、鹅中尾矿库、海全沟尾矿库等多个库址，经技术经济多次论证后，确定了热绒尾矿库方案。经工勘后，发现热绒尾矿库尾矿堆存区为灰岩，存在渗漏风险，且筑坝区淤泥厚达60 m，坝体稳定性存在较大风险。为了保障安全和环保，被迫放弃此方案，重新选址。在矿山40 km范围内对比分析了8个新库址并进行充分论证后，选定了距选厂30 km的尾矿库。该尾矿库远离保护区，地层为砂板岩，并进行过垂直防渗和水平防渗处理，防止尾矿水的渗漏。库址选定后，进一步对尾矿输送形式进行了优化，选择运营成本最低、环境影响最小的管道输送。

4）优化工业指标，低品位矿石综合回收，废石再利用。该项目在优化的采矿工艺的过程中不断进行井下放矿系统、运输系统等进行一系列技术优化和创新，系统优化选矿药剂配比，降低了生产成本，提高低品位矿石和伴生元素综合回收率。根据最新地质探矿资料，由DIMINE地质软件计算，铜的最低品位可降低至0.18%，新增低品位矿石量200多万吨，其中的Mo、Au、Ag等伴生元素得以回收。低品位矿石综合回收后，矿体边界更利于生产，生产期产生的废石量大幅减少，可用作场内建筑材料和尾矿库筑坝（中线法筑坝）材料。为此，矿山取消了永久废石场的建设，实现了矿产资源的综合利用。

2 系统结构优化达成节能减排目标

为了实现矿山的节能减排，该矿对生产系统进行了结构优化，从而达到节能减排的目的。系统结构优化，主要从井下采矿与运输、选矿工艺、尾矿输送、厂区采暖等方面实现。

2.1 井下采矿与运输

1）采矿工艺。通过前期工艺的科研研究和专家论证，设计单位优化了自然崩落法。由于其完全依靠矿岩应力自重崩落，不但能省去大量的凿岩爆破工程，还减少了配套材料的消耗和运输，单位矿石能耗大幅度降低。配合工艺选择的电动铲运机等高效的运输设备，可提高劳动生产率，降低综合能耗。

2）井下矿石运输系统。矿山采用平硐开拓，采场崩落矿石由电动铲运机铲至采区溜井，井底振动放矿机装入65 t电机车牵引的10辆20 m3底卸式矿车内，重车下坡，卸入原矿井内，经井底处的旋回破碎机破碎后，进入长距离胶带输送机下坡运输，节约能耗。

3）井下通风。采用多级机站的压抽结合的通风方式，采用变频风机，风路上设置风门、风窗进行分配和调节风量，防止风流短路和漏风，提高系统有效风量利用率。因矿山地处高寒地区，为确保各平硐进风温度≥2℃，改善生产环境，在各回风口增加风源热泵的预热回收设施[10]，充分回收井下回风余热，再循环用于进风口供热。相比电加热系统，此设施每年可省电量2 181×104kWh，有效地节约了能源。

4）矿井供、排水。生产及生活用水水源地位置选择位于各主要用水设施的上游，经自然沉淀后自流进入各用水点，节约电能。矿山排水采用平硐水沟收集，上下水平泄水井连通，最终汇集于最低水平的水沟内，下坡(坡度为0.7%)自流排出坑口，自流进入选厂回水池，澄清后作为生产用水。

5）压风系统。矿山因海拔高，对用气设备效率影响较大，坑内凿岩选用先进液压凿岩设备，主供井下压风自救系统用气选用移动空压机，以减少高原低气压对供风设备的影响，达到节能降耗的目的。

通过加强顶层设计创新，突破新工艺、新技术中的关键技术，采取上述节能措施，该矿山地下采矿标准煤能耗达到 0.97 kg/t（单位耗电量 7.86 kWh/t），低于《有色金属矿山节能设计规范》规定的一级能耗指标 1.84 kg/t（15 kWh/t），节能效果明显。

2.2 选矿工艺

该项目在选厂设计时，充分利用地形条件，竖向布置各大厂房设施，主矿浆自流，供水自流，实现节能降耗。变压器等设备均选择高效节能设备，变配电所布置靠近主负荷中心，减少传送及转接过程中的电能损耗，生产过程实现节能控制自动化管理，减少能量在使用过程中的损失。通过采取大型高效球磨机等设备，使得选矿工艺综合标准煤能耗为2.94 kg/t（单位耗电量 23.9 kWh/t），达到《有色金属矿山节能设计规范》规定的二级标准煤能耗指标2.7～3.32 kg/t（单位耗电量 22～27 kWh/t）要求。

2.3 尾矿输送

经多方案对比后，尾矿输送选择输送能耗较低的管道输送方案，并通过研究实现了长距离（约30 km）高压、高浓度粗颗粒矿浆管道输送，减小了矿浆输送的能耗和回水的能耗，降低了对周边自然环境的影响。尾矿的浓度通过厂前浓缩机浓缩至55%，经厂前回水、隔膜泵加压、长距离管道输送至尾矿库。建设过程中输送线路进行了节能优化，通过隧洞工程将输送线路敷设的最高点由标高3 980 m降到3 700 m，降低了尾矿输送运营电耗。输送采用高效节能的隔膜泵，变频调速系统，效率达到90%以上。尾矿通过厂区浓缩回水，减少输送量，实现水资源节约再利用、降低能耗。

2.4 厂区采暖

因矿区地理位置气侯寒冷、环保要求高等的特殊性，厂区采暖主要采用电热水锅炉为主热源，利用太阳能热水器方式辅助提供热源，锅炉和辅助设备选用高效节能型，并对热设备、热管道和附件进行保温，减少热量损失。厂房设计充分利用室内通风、采光、热环境，墙面及屋面均采用夹芯彩色保暖压型钢板，窗采用通长型塑钢窗，以减少传热耗热量，达到建筑物保温节能要求。

据统计，矿区全年日照大于6 h的日数超过200 d，矿山生活、办公区可充分利用太阳能作为主要采暖的热源，采用集中式太阳能热水系统供应热水，满足用水需要。经计算，与电锅炉相比，集中式太阳能热水系统年节电量 144.36×104kWh，折合 505 t标准煤，节能效果明显。

3 三废处理技术实现资源循环利用

3.1 废气处理，余热回收利用

井下凿岩设备均采用湿式作业，井下各产尘点（卸矿硐室、破碎硐室）均设置洒水降尘设施，除尘效率大于99%。处理后废气经回风平硐排至井外，井口设置有回风余热回收设施，外排气体符合国家排放标准要求。回风井口的空气预热回收技术[10]属首次应用于有色金属矿山，有效地解决高寒地区矿井进风问题，实现了变废为宝，且环保与节能效果显著。

矿区各大厂房产尘部位设有除尘系统，均布置湿式除尘设施，除尘效率大于99%，外排气体符合排放标准要求。厂区运输道路适时定期洒水，减小扬尘对环境的影响。

3.2 一水多用，实现废水零排放

矿山通过技术创新，对产生的废水进行收集、预处理后综合利用，做到一水多用，实现废水零排放。井下涌水通过泄水井，流至最低运输平硐，自流至回水池，澄清处理后送至选矿厂回用。精尾矿浓缩回水、铜钼分离水、厂区雨水、尾矿库回水和其它废水，经处理后，均返至选矿厂生产回用；矿山生活废污水经收集及处理后综合利用。

3.3 无废石堆放，做到清洁生产

通过前期的技术优化，取消了永久废石场。经计算，建设期掘进产生的废石可全部作为填筑工业场地、道路铺设和混凝土制作原材料。随着生产期资源的综合利用率提高，低品位矿石得以利用，仅产生少量掘进废石，用于混凝土制作原材料和尾矿库堆坝材料。为此，矿山实现了清洁生产，无废石排放，减少了环境的破坏。

4 建立绿色生态矿业环境的其他经验

建设绿色生态矿山已经成为矿山领域的共识。该矿除了从顶层设计开始对矿山开发设计工艺、系统结构进行优化，力图实现节能减排、资源的综合利用与循环利用外，还在水土保持、环境修复、数字化建设方面有一定的经验可供参考。

4.1 及时进行水土保持、环境恢复

坚持做到“矿产资源开发最优，自然环境扰动最小”，是矿山企业设计优化的核心目标。矿山开采过程中，地表植被易遭到破坏，在多雨季节易发生塌方、水土流失、山体崩塌、泥石流等严重的地质灾害。建设绿色生态矿山，应充分利用当地气候条件和地形条件，重点做好水土保持，防治可能发生的地质灾害，除及时进行护坡、排水等建构筑设施外，适当增加植被恢复、绿化等投入。资源的有效开发利用产生的利润增强了当地的经济实力，使当地的资源优势转化为经济优势，对当地经济发展产生重大的积极影响。矿山水土保持及环境恢复专项投资总计约2.1亿元，绿化率达到相关规范要求，成为高寒矿区的企业标杆。

4.2 打造数字化矿山和以人为本的工作环境

该矿山积极改变传统矿业做法，在高海拔、高敏感地区树立建设绿色矿山形象，大力开展绿化、造林活动，使矿山与生态景观相融合。矿山通过顶层设计优化，实现了大型机械化自动化换人、减人的理念，减少了人类活动对自然环境的扰动和破坏，融入当地环境，最大限度的保持自然原生态。充分利用当地山、林、河流大自然作背景，结合矿山各功能区域特点，选择国家绿色环保优质建筑材料，规划建设班组活动室，满足职工工作、学习、生活的物质功能。

5 结语

环保是企业的生命红线，创新是发展的动力源泉。该矿山从建矿开始，立足矿产资源的综合利用，加强核心技术自主创新，制定了建设绿色生态矿山的总体规划，力争打造有色金属行业，绿色生态矿山的标杆。结合科研、新技术等技术创新，强化顶层设计，优化生产结构，提高“三废”资源循环利用率，实现资源节约综合利用，获取更多的经济、环境和社会效益，对同类矿山开采具有一定借鉴意义。