某难采选地采矿山改扩建探索及实践

任建平，齐 炎

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330038）

矿产资源是国民经济建设和社会发展的重要物质基础。据统计，我国95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料均来源于矿产资源[1]。但是，我国矿产资源存在两个突出特点：1）大矿少、小矿多、富矿少、贫矿多；2）单一矿种少，共（伴）生矿种多，相当一部分为难采、难选、难冶矿种，开发利用难度大。因此，如何通过工艺技术创新尽可能多地回收矿产资源、提高矿山经济效益是我国矿产资源开发的一项重要攻关课题。

党的十九大报告指出要推进“资源全面节约和循环利用”，支持“资源型地区经济转型发展”，形成“绿色发展方式和生活方式”“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”。这些目标的实现和举措的实施离不开矿产资源的有力支撑，也意味着我国矿产资源勘查开发利用方向和理念从追求数量和速度转向提高质量和效益。新时代对矿业高质量发展提出了新要求，尤其是老矿山要充分利用现有设备，挖掘资源潜能，实现矿山可持续发展[2-3]。

1 项目概况

某矿是一座国内中等规模，共（伴）生铜、铅、锌、铁、硫、金、银等多金属低品位，典型的复杂岩溶富水“三下”隐伏式难采选矿山。该矿虽于20世纪60年代已探明，但因受限于当时的采选工艺技术，安全条件得不到保障，导致迟迟未能开发利用。直至21世纪初，随着我国国民经济发展对矿产资源的需求大幅增长和矿产价值大幅提升，该矿实现了采选规模300 kt/a的探索性开发。随后，该矿通过综合工艺技术创新，顺利改扩建为600 kt/a采选规模企业。

2 矿山地质、采选技术难点

该矿改扩建技术难点主要包括以下几个方面。

2.1 地质、水文地质复杂

该矿床为隐伏的中型铜、铅、锌矿床，矿体直接顶底板围岩多为完整的大理岩、花岗斑岩，一般为整体状的结构，局部有裂隙，且以闭合裂隙为主，稳定性较好，但在溶洞发育带、溶蚀裂隙带、断层破碎带、风化带等地带，围岩稳定性较差。该矿区工程地质条件属中等，矿体顶底板直接充水，矿体位于当地侵蚀基准面以下，岩溶形态以溶洞为主，属水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。矿区最大涌水量达37.5～274 L/s，为国内典型大水矿床。

在生产过程中，尤其对于这类复杂典型的富水矿山，工作面突水会造成严重的经济损失，甚至威胁作业人员、设备的安全。近年来，帷幕注浆技术在大水矿山的应用效果明显，且能在大大降低开采成本的基础上，起到良好的安全保护、地下水资源环境保护作用。若不采取帷幕注浆技术，巷道掘进时可以采用局部注浆方式，但这不仅会影响作业效率，提高掘进综合成本，而且会导致突水风险增高，威胁作业安全。而若对整个矿山实施疏干强排，则不仅排水量大，还会大幅增加经营成本从而影响经济效益；且疏干岩溶水容易造成疏干塌陷，严重影响地表设施安全和生态环境。

2.2 生产能力限制因素多

该矿主矿体上覆灰岩含水层，地表为大片农田及村镇，是一座典型“三下”坑采矿山。矿体总体走向近东EW向，主要矿体平均厚度3～12 m，倾角为15°～68°。鉴于资源开采条件和复杂的水文地质条件，矿山为降低开发风险，以试采的方式，始建矿山采选规模为300 kt/a的坑采矿山。现采用上向水平分层充填采矿法，电耙方式出矿，留设矿柱多，损失大，采场综合能力小，劳动效率低，采矿作业成本高。由于矿体走向短，中段矿量少，只能采用连续多中段同时回采的方式达产达标。为避免污风串联，各中段在上盘还需新增独立回风道，掘进工程量大且存在安全生产隐患。如按现有采矿模式实现300 kt/a到600 kt/a的改扩建，将有4～5个中段同时作业，管理愈加复杂。

基于此，此次改扩建时不仅要考虑现有系统的能力，充分利用业已形成的部分系统工程，还要考虑到改扩建过程中基建与生产的相互影响关系，同时还得使主体工艺及其设备与扩建后的生产规模相匹配。由于该矿为铜铅锌多金属矿，混合矿石的选矿指标不理想，还需实现铜铁矿石（CuFeM）与铅锌矿石（PbZn）两类矿石的分采、分运、分选，这将大幅增加系统设计和组织管理的难度。

2.3 多金属矿分选工艺复杂

该矿矿石种类多，性质复杂难选，需采取高效分选工艺以提高选矿指标。本项目现有选矿工业场地有限，不能新建厂房，现有车间厂房又较狭小，亟需选择合适的选矿工艺流程、药剂制度以及与之匹配的新设备，从而最大程度地利用资源，节省投资，获取最大的收益。对多金属矿而言，选矿工艺的改进，除了要考虑选矿新技术的发展、社会经济状况（产品的价格、物价、工资等）等因素外，还要兼顾不同选矿工艺之间的配矿方案。选矿设备选型必须满足以下几个基本原则：1）在满足生产能力的条件下，设备的规格尺寸必须结合原厂房实际现状；2）同一作业设备的规格统一，方便管理；3）尽量使用与原选厂设备同一类型的选矿设施，以便于设备的检修和维护，加快工作人员对新设备的适应，提升工作效率。

3 突破改扩建技术难点的创新

3.1 防治水措施

针对该矿复杂的水文地质条件，技术人员采取了创新型组合防治水方式，即以堵水和留设防水矿柱为主，结合疏干、超前探放水的防治水措施：1）在东部23线设帷幕注浆堵水工程，帷幕设计整体透水率为5 Lu（K=0.06 m/d），渗透系数小于0.002 5 m/d[4]；2）上盘留设防水岩柱，并加强巷道、钻孔封堵；3）优化采矿工艺，确保充填质量，设计充填体强度1.5～2 MPa，接顶率在95%以上；4）根据开拓过程中已经揭露的部分岩溶含水层，发现岩溶主要发育在-220 m以上，因此在-105 m、-185 m中段结合穿脉巷道施工放水孔放水；5）在生产、开拓巷道中采取超前探、放水措施，坚持“有疑必探、先探后掘、先治后采”原则，消除突水隐患。采用该组合创新型防治水方式后，矿体上盘预留防水矿柱垂直厚度减少到20 m[5]，扩大了安全开采范围，最大限度回收了矿产资源。

3.2 采矿方法优化

若按照原先的开采方式，采用上向水平分层充填法和电耙出矿，需要多中段、多采场同时回采才可达到相应的生产能力。这不仅给施工组织和通风管理带来压力，也为维护矿区稳定性提出难题。因此满足矿石处理量600 kt/a的生产规模，需对采矿方法进行优化，引入铲运机等高效机械化装运设备。推荐采用分段空场嗣后充填法回采，在一期开采深度内，以-185 m中段为界，分成上下两个单元同时进行回采。采场沿走向布置，以盘区为回采单元进行采准切割。选用YT-28型凿岩机进行浅孔凿岩，每个工作面配备2～3台凿岩机，采用3班轮岗工作制，以提高工作效率。爆破使用铵油炸药，采用排间微差起爆方式爆破；为了减少对顶板的破坏，方便管理维护，在靠近顶板的炮孔采用光面爆破。出矿主要采用电动铲运机，局部采场回收残矿使用遥控铲运机。充填管道从充填井铺设至采场，采场滤水井布置在盘区中央矿柱内。该方法有效解决了开采效率低、回收难度大、施工组织和通风管理难等一系列问题。

3.3 选矿厂改造

本次扩建后矿石处理能力达到600 kt/a，由于原有的破碎筛分车间的处理能力能达到600 kt/a，因此不考虑对它进行扩建。而现有的两个选厂的设计处理能力各为200 kt/a，故还需在原有基础上扩产200 kt/a。增加200 kt/a的选矿能力有两个方案，一是在原有磨浮车间内进行改造，二是新建一个200 kt/a的磨浮车间。考虑到新建磨浮车间需要额外的场地，还会增加生产人员成本，因此选择第一种方案，对一选厂进行重新调整：1）增加大型浮选机。2）调整碎磨工艺，将原工艺中的“三段开路+球磨”流程改成“三段闭路+球磨”流程。3）对于铜硫铁类型矿石，将原选矿流程“优先选铜，铜硫混选再分离，浮选尾矿再磁选铁”调整为“铜硫混浮→铜硫分离化→浮选尾矿浮选铁”。针对铜铅锌硫类型矿石，选择全优先浮选选矿工艺和铜铅优先浮选—锌硫混浮再分离工艺流程。采用新的选矿工艺及设备后，铜精矿、铁精矿和硫精矿的品位和回收率指标均有提高。

4 改扩建技术创新效果

通过改扩建综合创新，该矿获得了显著的经济、环境和社会综合效果：1）矿区的采选能力由原来的300 kt/a扩至600 kt/a，确保了顺利达产后的均衡持续生产。2）采矿损失率由原来的12%降至7%，提高了5%的资源回收率，减少了同时作业采场数和工作人员数量，每年降低人工成本约200万元。3）改扩建完成后，矿区防治水效果显著。-225 m中段矿坑地质预测涌水量由76 920 m3/d降至现在稳定的4 879 m3/d左右，防治水有效率高达94%。仅此一项每年减少排水费3 000万元。若以本项目达产19年计，其直接排水总费用将节约57 000万元，给企业带来巨大的经济效益。4）采用新的选矿工艺及设备后，铜精矿品位提高了1.04%，回收率提高3.26%；铁精矿品位提高1.82%，回收率提高6.72%；硫精矿品位提高2.73%，回收率提高5.19%。而且，选矿废水回用率达到92%，减轻了矿区工业用水对周边水环境的污染，推进了绿色矿山的建设。

5 结语

实践证明，该矿的改扩建创新取得了显著的经济、环境和社会效益，是“绿水青山就是金山银山”的一次很好实践，为我国难采选金属矿床资源综合利用提供了范例。其组合防治水措施、多中段同时高效回采与分采分运尾砂充填采矿工艺、难选共（伴）元素综合回收技术，均满足《有色金属行业绿色矿山建设规范（DZT 0320-2018）》中对矿山绿色矿山建设的要求，值得国内类似老矿山改扩建项目借鉴参考。