抚顺东露天矿提高油页岩富矿回采率的技术研究

夏寿亮

（抚顺矿业集团有限责任公司 东露天矿，辽宁 抚顺 113001）

抚顺东露天矿主要矿产资源为油页岩富矿，油页岩作为不可再生的矿产资源，其可以提炼出燃料油类，并且可以炼出合成煤气及化工燃料[1]。抚矿集团公司东露天矿生产油页岩主要作为集团公司炼油厂原材料，最终提炼为页岩油。炼油厂稳定高效生产的前提是油页岩富矿原材料稳定持续供应，因此，在采矿过程中，要加强富矿资源的充分回收利用，这也是提高集团公司页岩油经济稳步增长的关键所在。

1 矿山概况

抚顺东露天矿为典型的倾斜矿层、深凹型露天矿，北帮主要采用单斗－铁道间断工艺生产，油页岩富矿的含油率≥3.8%。目前，坑底以降深至－50 m 水平，与地面垂直高差达150 m。采区方面，北帮上部为剥离采区，坑底上部2～3 个台阶为油页岩采区。截至2021 年末，北帮富矿采区有7 个，分布于坑底东、西区，分别为11W3、11W4、－5W3、－5W4、－5W5、－15E1 和－15E2 富矿采区。

随着深凹露天矿采矿重心的逐年下降，受端帮边坡压制，新水平油页岩富矿采区工作线逐渐缩短，同时，在采矿降深过程中，地下水渗透点、涌出量逐渐加大。北帮岩层受断层、井工矿采动的影响，岩层的整体性被破坏，造成岩层节理、裂隙十分发育，随着不断降深，构造断层也随之被揭露，这些不利因素均对提高富矿回采率造成一定影响。

2 影响油页岩富矿回采率的原因

2.1 油页岩含水率大

抚顺东露天矿矿坑位于抚顺市区南部，矿坑东西长6.0 km，南北宽1.2 km，矿坑北帮距离浑河最小距离1.9 km。受浑河水渗透影响，北帮采区水源丰富，渗透点较多，在台阶坡面随处可见地下水涌出点，这部门涌水随着爆破裂隙、断层截面等孔隙不断向下部油页岩富矿采区渗透[2]。此外，在汛期雨季时，受降雨影响，矿坑内水源多汇入坑底台阶区域，这就造成油页岩富矿采区内含水量较大，进而导致采出富矿水分含量大、湿潮，易碎。矿坑水在很大程度上增加了油页岩富矿含水率，对提高油页岩富矿回采率产生了不利影响。

2.2 断层破碎带影响爆破质量

分布在东露天矿田范围内较大的断层有3 条，均为正断层，分别为F6、F7、F8。同时，在全区E4400～E10400、－200 m 以上，分布低次级断层35 条，落差均在10 m 左右。F6、F7、F8正断层产状及落差情况见表1。

表1 F6、F7、F8 正断层产状及落差情况

油页岩富矿采区内受断层位移及裂隙影响，断层破碎带处大多被风化物或碎石充填，导致同一爆区内分布2 种或2 种以上不同岩性的矿石，矿石硬度不同且交互出现，其可爆性差异性较大。爆破作业时，由于孔网参数不变，这就使得一部分炮孔布置在破碎带交界处，这部分炮孔就会出现抵抗线不均匀，改变了原来设计的爆破作用方向[3]，致使设计方向爆破作用不够充分，进而影响爆破质量，造成富矿爆破块度不符合要求。另外，受2 种矿石可爆性差异大影响，炸药产生的爆轰气体会沿着弱面方向逸出[4]，爆炸能量得不到充分发挥，相邻炮孔间的裂隙难以发育完全，进而也会在台阶底部留下大块和根底。受断层影响爆破后的油页岩块度大小不均、尾矿率增加问题也是影响富矿回采率的原因之一。

2.3 油页岩贫矿和富矿接触带资源难以分选

东露天矿主要开采含油率不小于3.8%的油页岩富矿，在富矿底板与煤炭顶板之间夹杂着1 层油页岩贫矿，其与油页岩富矿之间呈整合接触，走向和倾角与富矿一致，贫矿厚度40～60 m，平均厚度为52 m。东露天矿初步设计阶段，对矿区地质，煤层赋存及开采工艺等情况进行综合分析[5]，确定了东露天矿开采程序为沿贫矿底板拉沟降段，向两侧推进的开采方法，即：南帮采煤，北帮采贫矿、富矿及其以上的剥离物。开拓方式采用顶帮（北帮）移动坑线开拓。开采程序为沿贫矿底板拉沟降段向两侧推进，开采程序示意图如图1。

图1 开采程序示意图

在推进至贫、富矿接触带范围时，存在的生产难题有：①难以准确界定贫、富矿分界线；②贫、富矿接触带内上三角台阶富矿难以分选。为了保证供应富矿品位和质量，一般将采掘带内上三角富矿作为剥离物进行排弃，这也是影响油页岩回采率的又一重要因素。

3 提高油页岩富矿回采率技术

3.1 建立富矿顶板疏排水系统

东露天矿北帮主要的疏排水泵站有4 座，分别为西南泵站、西北泵站、隧道泵站和东部泵站，分别坐落于采区的东、西部位，汛期时在坑底设立临时浮船蓄水池。结合现有泵站疏排水系统，要解决富矿采区内渗水量大、富矿受水浸泡问题，亟待对现有防排水路径进行规划调整，提高采区内排水沟的拦截水能力。结合现状，提出了分区域优化方案。

采区上部区域，设计形成以68 站蓄水池为中心向东、西两侧延展的拦截地表水系统。首先，设计形成68 站蓄水池，扩增容积至5 000 m3，同时，由68站蓄水池向东与东部泵站系统连接，新建大断面拦截水沟1 200 m，阻断采区东部渗透水向下部富矿采区渗透。新建68 站蓄水池隧道泵站大断面拦截水沟1 450 m，阻断采区西部渗透水向下部富矿采区渗透；采区中下部区域，计划在富矿顶板区域新建11 站移动泵站方案，即在电铁运输站场11 站北侧建立1 座移动泵站，设计泵站占地面积41 m2，容积6 500 m3，安装水泵3 台，其中型号125D×5 水泵1台，型号80KQW－50－15 水泵2 台。以11 站移动泵站为中心，向西铺设形成2 500 m 长大断面拦截水沟与隧道泵站连通，向东铺设拦截水沟与东部泵站连通。通过上述方案的实施，对北帮采区形成了东西贯穿、上下双道拦截疏排水系统。11 站移动泵站投入运用后，经过测算得出，其可收集汇入80%以上采区上部向下部富矿采区的渗透水，为解决油页岩富矿湿、潮问题奠定了坚实基础。

3.2 优化爆破设计方案

东露天矿矿区内较大断层有3 条，低次级断层有35 条。为减少断层破碎带处风化物或碎石对爆破质量的影响，爆破设计前，首先要结合地质资料，了解清楚有关断层破碎带的部位、走向和倾向，合理调整爆破参数、布孔方式、装药结构，作为布孔时参考；其次，炮孔穿过破碎带时，采用分段装药，药柱要位于破碎层上下适当位置，以减少能量逸出。东露天矿油页岩爆破单耗一般为170～180 g/m3，而含有断层破碎带的富矿岩体整体硬度小，根据经验公式估算，爆破单耗应控制在150 g/m3左右[6]。因此，在地质条件变化，含有断层破碎带区域作业时，为保证爆破质量，减少尾矿率，首先要确定与硬度匹配的炸药单耗值，根据一次爆破量进行穿孔设计，完善孔网参数。结合钻机穿孔延米统计记录得出，一般情况下，钻机在油页岩富矿岩体钻孔时效率为20 m/h。钻机司机在作业时，需了解钻杆进尺速度，发现进尺速度明显加快时，要及时做好记录，在下一钻孔作业时，继续跟进记录，以此可大致确定断层产状情况，为装药爆破提供数据支持，最大限度的保证爆破效果，减少尾矿率。

3.3 改变富矿底板采掘方式

在进入新水平富矿采区扩帮过程中，为减少富矿底板与贫矿交界处资源损失，在不改变原有开采程序的前提下，提出富矿底板倒堆方案。方案的实施分为2 步：首先需要明确油页岩贫、富矿交界处油线位置；其次采用液压反铲对贴近油线的北侧的富矿沿矿层倾角进行倒堆作业。具体实施过程如下：

1）确定油页岩贫、富矿油线位置。每月由生产技术部门人员联合集团公司研发中心化验人员，对富矿采区进行全区含油率取样化验，并进行含油率技术性分析，最终形成月含油率统计表，并将油页岩含油率与取样坐标一一对应，直观的反映在采掘平面图上，在平面图上，连接含油率3.8%的油线确定了油页岩贫、富矿油线位置，通过对该油线进行现场放点、标记方式，为计划人员掌握富矿采区含油率的高低分布、变化规律提供指导日常生产中，对于油页岩富矿采区实施含油率跟踪取样、化验，指导生产，避免因断层等地质构造影响导致油线变化，误导生产。

2）液压反铲倒堆与电铲采装联合作业。在明确了油页岩贫、富矿交界线后，在富矿底板区域完成穿孔爆破准备阶段后，组织液压反铲进行倒堆作业。液压反铲富矿底板倒堆示意图如图2。在由贫矿采区向富矿采区推进过程中，贫、富矿接触带通常有1 幅采掘带宽度（图2 中a－b 部分）。液压反铲按单斗挖掘机采掘带走向行进，以油线为分界位置，按向北倾向30°下延，逐幅完成上三角富矿向北侧采掘带上部的倒堆作业。因液压反铲相比单斗电铲勺斗容积小，移动爬升便捷，便于选采[7]，可充分揭露贫矿顶板，进而完成富矿底板的分选任务。

图2 液压反铲富矿底板倒堆示意图

4 成效分析

东露天矿通过实施提高油页岩富矿回采率技术方案，改善了供应油页岩富矿湿度、块度和品位等参数，有效提升了供应富矿质量，尤其是在油页岩富矿底板区域，采用液压反铲倒堆与电铲采装联合作业的方式，按照富矿产量1 300 万t/a 计算，可降低尾矿量48.1 万t，该部分回采富矿可炼化原油1 500 t。近年来，东露天矿油页岩富矿回采率均达到了98%以上。矿产资源回采率的提高对矿山企业经济发展具有重要意义，当矿山年产量一定时，回采率越高，对延长矿山服务年限越有利，同时可降低矿石单位生产成本，达到经济效益最大化[8]。

5 结语

油页岩作为一种非常规油气资源，是石油和天然气等常规能源的重要补充，合理开采油页岩资源，提高油页岩富矿回采率符合东露天矿绿色矿山可持续发展要求，同时对改善矿山技术经济效果具有积极作用。生产技术人员要在采掘工艺、采掘流程、采掘方式和日常生产管理中思考提高油页岩富矿回采率的办法举措，不断地探索新型的、可操作的富矿回采方案。