某矿山崩落法转充填采矿法综合经济效益分析

邓艳娥

(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

进入21 世纪，由于对生态和环境的保护提出了更加严格的要求，尾矿库征地也越来越困难，一批原采用崩落法开采的铁矿山不得不研究采用充填法开采的可行性[1]。已经投入生产的充填法开采的铁矿山，如李楼铁矿、草楼铁矿、会宝岭铁矿、白象山铁矿和谷家台铁矿、马坑铁矿[2−6]等矿山的实践证明，铁矿采用充填法开采资源回采率高、环境友好，且技术上和经济上是可行的。

1 矿山基本情况

某矿山位于山东省济南市，始建于1970 年。矿山资源储量大，保有矿石量约1.3 亿t，矿石品位高，TFe44%，可选性好，是我国少有的富铁矿，生产的铁精矿含硫、磷极低且保持全自熔，是炼铁炼钢的优质原料。铁精矿产量160～200 万t/a。

矿体埋藏较深，一般为500～700 m，最大达900 m，地应力较大。目前矿体厚度一般为20～30 m，以中厚、厚大矿体为主，矿体倾角较缓，一般为10°～30°。矿山采用竖井开拓，无底柱分段崩落法开采，垂直矿体走向布置，中段高50 m，分段高12.5 m，进路间距为12.5～14 m，沿走向每56～62.5 m 划分为一个矿块。

2 现有崩落法存在的问题

无底柱分段崩落法适用于矿体赋存条件及矿岩稳固性较好的条件，该方法具有结构简单、生产能力大、作业安全等优点[7]。为了形成覆盖岩层下的放矿条件，必须崩落矿体上覆岩层，从而导致地表塌陷、环境破坏。随着开采深度的增加，采场和巷道地压日益加大，在矿体赋存条件及矿岩稳固性较差时，矿石损失贫化指标难以控制[8]。

该矿山若继续采用崩落法开采，存在以下问题。

（1）环境破坏严重，地表塌陷范围大[9]。该矿山矿岩软弱破碎，极不稳固，目前采区上部覆盖层已经形成，崩落塌陷坑已透至地表。若继续沿用无底柱分段崩落法，塌陷区将进一步扩大，按最终设计开采范围圈定的塌陷区面积将达6 km2左右，搬迁难度大。

（2）尾砂大量堆存，尾矿库压力大。现用尾矿库虽可服务11 年，与矿山保有资源储量服务年限不匹配，另外新建尾矿库征地十分困难[10]，且投资大，周期长，不解决尾矿堆存问题，企业未来生产不可持续。

（3）留设大量保安矿柱，压覆矿量大。为了保护矿山主井、副井，矿山按照55°错动角设置了保安矿柱，未来若继续采用崩落法开采，三期需预留864 万t 保安矿柱，随着深度加大，将对主副井造成威胁。

（4）矿石损失贫化大，资源浪费严重[11]。崩落法开采矿石损失率及贫化率均达30%左右，该矿资源储量大，矿石品位高，但资源浪费严重，出矿品位低。

（5）地压显现严重。随着采深的进一步加大，巷道变形破坏现象突出[12]，今后生产中，损失贫化指标将更加难以控制。

3 预控顶高分段充填法特点

本项目采用了不同于常规充填法的预控顶高分段充填法，该充填法虽然贫化损失比上向进路充填法要大，但是在矿块生产能力和采矿生产成本上具有明显的优势，且采用中深孔回采，能充分利用设备大型化、自动化、管理信息化的特点，采矿工效高，劳动强度低。

预控顶高分段充填法与一般充填法相比具有以下特点。

（1）采场工作面多，可在不同分段、分条同时进行回采和掘进，能够多工作面组织采、掘、充平行交替作业，爆破自由面多、效率高，有利于设备效率的发挥，能提高采场生产能力。

（2）采场充填工艺简单，大大减少了充填接顶工作，解决了采场频繁接顶的难题。

（3）回采分条可根据矿体变化灵活布置，有利于复杂多变的矿体回采。

4 崩落法转充填法综合经济效益分析

采用充填法开采面临的难点包括：矿岩体松软破碎难以形成较大空区；尾砂粒度细（−200 目占78.6%），含泥量大，充填成本高；大规模充填法开采在产能保障上面临较大挑战。

经充填法多方案比较，该矿确定采用进路充填法和分段凿岩阶段空场嗣后充填法联合开采。该矿尾砂细，含泥量大，脱水难度大，但根据长沙矿山研究院研发的絮凝剂、配套高效胶固粉与该矿尾砂试验成果表明，高浓度充填料浆可实现自流输送，并在采场中不离析、不脱水，充填体强度可以满足采矿方法要求，这些成果为充填法的大规模实施创造了良好条件。

根据矿山往年生产指标，其损失率约为25%～28%，平均26%；贫化率平均为28%。采出矿石品位30%，抛废率15%，抛废后的入选品位提高3.5%～4%。抛出废石占总提升矿岩比例的15%。若采用充填法后，预计其损失率为12%、贫化率为10%。根据该矿实际情况及国内外类似矿山的开采经验，对崩落法和充填法的技术经济指标进行对比分析[13−15]，详见表1。

表1 崩落法和充填法主要指标对比

4.1 采矿效益提高

按照目前保有地质资源储量1.3 亿t，TFe44%计算，采矿回采率提高14 个百分点，可多回采1820万t 矿石，选矿后的铁精矿858 万t，按照600 元/t计算，价值51 亿元；

原三期工程采用崩落法开采预留864 万t 保安矿柱，可用充填法回采，选矿后的精矿量为400 万t，价值24 亿元；

贫化率降低18 个百分点，可减少废石从采场的铲装运、倒运提升，到抛废处理量约2340 万t，按照20 元/t 计算，节省4.68 亿元。

以上合计增加产值75 亿元，节省成本4.68 亿元，扣除采选成本，增加利润29.68 亿元。

4.2 选矿效益提高

由于充填法开采贫化率大大降低，其出矿品位可从30%提高到38%，对于选矿有多重效果。选矿比可以从目前的2.7 降低到2.12，同样在430 万t/a产能的条件下，崩落法对应铁精矿产量为160万t/a，充填法铁精矿产量为200 万t/a，每年可多生产40万t 铁精矿，每年产值增加2.4 亿元。此外，入选品位提高后，选矿回收率预计可从目前的78%提高到80%。

项目服务年限30 年，以上合计增加产值72 亿元，扣除成本，增加利润24 亿元。

4.3 尾矿处理效益提高

目前尾矿坝坝高设计最终标高为370 m，此时最大库容为5.3×107万m3，现已占用库容约2.95×107万m3，即剩余库容2.35×107万m3，按照目前产量，尾矿坝仅可服务约11 年。

改用充填法开采后约60%的尾矿可充入采空区，可延长尾矿库服务年限约16.5 年，总体达到27.5 年，基本满足全矿1.3 亿吨矿开采服务年限。该矿山毗邻济南市区，若在其周边选择新建尾矿，其库址选择难度极大，征地困难，投资巨大。采用充填法后，大部分尾砂可充填至井下空区，解决了尾矿堆存和建设投资压力，为矿山可持续发展创造良好条件。

经济效益分析：若要新建一个服务年限为16.5年的尾矿库，有效库容3.525×107万m3，总库容约5.0×107m3，坝高按照90 m 三等库计算，征地面积需要5.67×105m2，按照225 元/m2估算，则征地费1.27 亿元；尾矿库建设投资按照12 元/m3估算需4.23 亿元，即新建尾矿库需投资5.5 亿元。

改用充填法开采后尾砂产量减少43 万t/a，并且60%尾矿可充填，每年仅需输送90 万t，按照3元/t 计算，每年可节省540 万元尾矿输送费用。

按项目服务年限30 年计算，以上合计节约费用为7.12 亿元。

4.4 产业政策红利效益

根据2018 年修正的《环境保护税法》，排污费变为环境保护税，尾矿排放每吨15 元，按充填法尾矿产率53%计算，充填消耗60%即每年少排放180 万t 尾砂，可节省环境保护税2700 万元/年。

根据财政部《关于全面推进资源税改革的通知》财税〔2016〕53 号文件，对符合条件的采用充填开采方式采出的矿产资源，资源税减征50%。根据鲁财税[2016]23 号文件规定，铁精矿资源税按精矿收入的3%计算，按照年产200 万t 铁精矿，减征50%后每年可节省资源税1800 万元。

按项目服务年限30 年计算，以上合计节省税费为13.5 亿元。

4.5 综合效益分析小节

根据以上四个方面的分析，该矿崩落法转充填法开采后，可多回收矿石1820 万t 及保安矿柱864万t，合计2684 万t。

项目合计增加效益74.3 亿元。而且随着铁矿石价格上涨，充填采矿法比崩落法开采在经济上将会有更加明显的优势。

5 结论

经过综合技术经济效益分析可知，研究采用高效充填采矿法及高质量的全尾砂胶结充填，其应用可以取得如下效果。

（1）大幅降低矿石损失贫化，经济效益明显。该矿改用充填法开采后，采矿回采率可提高14 个百分点，贫化率可降低18 个百分点，对于储量1.3亿吨的大型铁矿来说，可使矿石资源得到更有效的利用，延长矿山服务年限，大幅提高矿床开采的整体经济效益。

（2）大幅度减少尾砂堆存，使矿山实现长远可持续发展。尾矿的处置决定了矿山能否持续生产。改用充填采矿法后，可减少废石出窿量，提高出矿品位，降低尾砂产率。尾砂充填利用率可达60%以上，使尾矿库服务年限由11 年延长至27.5年，解决了尾矿堆存的问题。

（3）改善井上下的矿区环境。该矿毗邻市区，采用充填法后可有效控制地表塌陷，可减少搬迁范围和搬迁费用；有效控制采场地压，改善井下通风和安全作业条件，是环境友好型采矿方法，其社会和环境效益明显。

该矿山崩落法转充填法开采的经济效益和社会效益显著，可避免地表塌陷和周边村庄的搬迁，大幅减少尾矿在地表堆放，响应国家及行业绿色发展要求。崩落法转为充填法开采后，虽然增加了充填成本，过渡期约3～5 年，但从政策导向、环境保护、资源回收利用经济性、安全可靠性综合考虑，改用充填采矿法是矿山战略发展的选择。本文可为类似矿山崩落法转充填法开采的矿山总体经济效益分析提供借鉴。