積極探索 勇于創新 謀求礦業新發展

孫永貴

(西部礦業股份有限公司, 青海西寧 810001)

積極探索 勇于創新 謀求礦業新發展

孫永貴

(西部礦業股份有限公司, 青海西寧 810001)

總結了西部礦業股份有限公司近年來在采礦技術和裝備方面的技術應用和進展情況,并針對行業態勢及時調整企業發展方向,以謀求礦業新發展。

膠結充填;溶浸采礦;地壓監控;數字礦山

西部礦業股份有限公司是一家西部地區以礦產資源開發為主的大型礦業上市公司。公司主要從事銅、鉛、鋅、鋁、鐵等基本金屬和非金屬磷礦的采選、冶煉、貿易等業務。

公司累計已探明資源超千萬噸,旗下主要經營9座礦山和4家冶煉廠,其中,青海錫鐵山鉛鋅礦是我國年采選規模最大的獨立鉛鋅礦,采選規模為150萬t/a;青海賽什塘銅礦為省內最大的銅礦,采選規模為75萬t/a;內蒙古獲各琦銅礦位居國內資源儲量第6大礦山,采選設計規模為300萬t/a;內蒙古雙利礦業公司,采選鐵礦石200萬t/a;四川呷村銀多金屬礦以銀鉛鋅銅富集一體而著稱,采選設計規模為60萬t/a;擴建過程中的西藏玉龍銅礦極有潛力成為我國資源儲量最大的銅礦,采選冶設計規模為10萬t/a陰極銅。

1 采礦技術與裝備的現狀和進展

1.1 不斷優化采礦工藝和提高裝備水平

錫鐵山鉛鋅礦已有二十幾年的開采歷史,依據資源賦存狀態,原設計采礦方法為無底柱分段崩落法。鑒于儲量發生變化及上部氧化礦回采無法形成采礦方法所必需的覆蓋層等原因,礦山將主體采礦方法更改為有底柱分段空場法,輔以部分淺孔留礦法。

分段空場采礦法依據礦體厚度不同,分別采用垂直和沿走向布置方式,采場出礦采用30kW和55 kW兩種型號的電耙。回采過程中,對采場結構參數和爆破參數不斷進行了優化與改進,取得了良好效果

1.1.1 采場底部結構優化

鑒于礦山從平硐開拓轉為平硐+盲豎井開拓的現實情況,為增加主平硐中段的回采礦量,盡量減少下部盲中段回采礦量,節約提升費用,將原來14m的采場底柱高度降低到了10m。具體做法是,在運輸穿脈巷頂板上部布置沿脈電耙巷道,運輸巷的頂板和耙道的底板穿透,耙臺安裝在穿脈靠近耙道的一側,另一側施工電耙絞車硐室,礦石由耙臺電耙耙到臺板上直接裝車。通過優化底部結構,平硐中段平均每個采場增加了7500t的礦量,按1個中段60個采場測算,可以節約450萬元的提升費用。

1.1.2 采場側崩技術

傳統采場切槽布置在礦體厚大部位,然后由切槽向兩側逐排崩礦,但實際生產中,礦體形態復雜多變,并不十分規則,逐排崩礦容易造成某些部位有較大的貧化或損失,礦山通過采用側崩技術很好的解決了這一問題。采場正常回采形成的空區,為側崩提供了足夠的補償空間,其回采也可與礦房同時爆破,但爆破使用的雷管段數要比礦房崩礦最后一段延遲一段以上。側崩一般采用大孔徑深孔放礦技術,孔位布置以平行排位時效果較好,實際生產表明,側崩使形態變化較大的礦體的貧化損失降低到了最低程度,并且具有施工簡單,安全性好的特點。

1.1.3 多切槽技術

在礦巖不穩固、極厚礦體,并有軟弱巖層和斷層影響,又不適合垂直礦體走向布置的采場,可采用多切槽技術回采。施工中切巷間要布置行人通風井,各切巷間的間距不得小于8m,一般為14m。回采時,先將各水平切槽全部爆破,如補償空間夠可一次性將礦房爆破。實踐表明,多切槽技術對于厚大礦體、礦房長度較大的采場十分有效,雖然增加了部分采切工程量,但使礦體的貧化降低到了最低程度,利大于弊。

1.1.4 使用天井鉆機加快礦塊準備時間

天井施工一般采用普通法、吊罐法,盡管投資省,但施工周期長、安全隱患大。為此,礦山引進長沙礦山研究院研制的型號為AT1500天井鉆機進行施工,該設備施工天井不僅安全可靠、速度快(上下鉆機硐室形成時,成井時間為7d),而且可有效地加快礦塊的準備時間。目前礦山計劃再投資400萬元引進2臺AT2000直徑的天井鉆機,以最大限度滿足采切工程需要。

1.1.5 引進地下汽車確保供礦

礦山井下平硐盲豎井(6m直徑罐籠混合井,井深180m,提升能力45萬t/a)開拓僅擔負兩個中段的回采任務,如下延豎井不僅基建周期長,而且150萬t/a的出礦能力更是無法保障。為此,礦山新建地表輔助斜坡道通達盲中段水平,并投資引進8臺25t瑞典產VOLVOA25D型鉸接式礦用自卸卡車,從而有效解決了盲豎井出礦能力有限的局面,確保了礦山持續穩產(目前礦山深部千米主副井工程已陸續開工建設,建成后深部回采出礦問題可以徹底解決)。引進地下汽車盡管投資大,但該車性能好、維修工作量和尾氣排放量少,適宜井下生產作業的安全環保要求。

1.2 實施充填采礦工藝 努力回收礦產資源

內蒙古獲各琦銅礦是一個以銅為主的多金屬(鉛鋅、鐵礦石與銅礦石異體共生)礦山,其礦巖整體堅固,局部破碎、穩固性較差,礦體上盤斷層構造帶較易冒落。礦山采用電耙出礦的分段空場法和淺孔留礦法,該法采切工程少,出礦見效快、通風條件好,但回采過程中采場上盤斷層構造帶時有冒落,采礦貧化損失難以控制,出礦時礦巖需經常分出,嚴重影響正常的回采作業。為此,礦山與長沙礦山研究院合作研究推出了適合礦山生產的新的采礦方法,即鏟運機出礦的上向水平分層膠結充填采礦法和小分段空場嗣后充填采礦法。

1.2.1 上向水平分層充填法

充填系統主要包括全尾砂儲存供料線、水泥儲存供料線、調濃水供給線、充填料漿制備與輸送、自動控制等系統和環節組成。

礦塊布置和構成參數:當礦體厚度＜20m時,垂直礦體走向以勘探線為界劃分采場,采場寬為50 m,采場長為礦體厚度;當礦體厚度＞20m時,采場寬為25m,采場長為礦體厚度。中段高為60m,分段高為12m、分層高為4m、頂柱高為4m。為提高采場作業安全系數,在回采時,采場間留臨時的連續礦柱,充填前將其削為點柱,點柱尺寸為4m×4m,中心間距8m左右。充填通風井布置在礦房內,采場溜井和采區斜坡道布置在礦體下盤脈外,出礦采用2m3電動鏟運機。充填采用全尾砂膠結充填,充填料濃度為68%～71%,灰砂比為1∶4～1∶12。分層充填高3.3m,首分層全部采用灰砂比1∶4的充填體。其他各分層每分層采高3.3m,下部2.3m充填體灰砂比為1∶12,中間0.5m充填體灰砂比為1∶8,上部0.5m澆面層采用較高強度(要求3d強度＞0.5MPa)的充填體。

井下掘進的廢石可就近充填采空區,采場中的廢石留在采場充填,逐步向無廢開采方向邁進。

采場礦石貧化率為6%,損失率為7%,生產能力為350t/d。目前盡管取得了一定效果,但也存在以下問題需要改進:一是頂板管理難度大,采用管逢式錨桿支護雖能穩固巖石,但成本較高,礦山已采取周邊眼光面爆破技術控制破碎帶;二是采礦作業仍采用YT-28鉆機,效率較低,生產能力無法保障。礦山計劃采購4臺液壓鑿巖臺車,以提高采礦工效,確保出礦能力。

1.2.2 小分段空場嗣后充填采礦法

礦塊布置和構成參數:中段高度為60m,為了控制技術風險,在礦山現有的60m中段中設輔助中段,中段高度降為30m,分段高為12m,頂柱高為6 m。垂直礦體走向劃分礦塊,礦塊寬為24m,長為礦體厚度,礦柱寬為12m。回采時先采礦房,嗣后全尾砂膠結充填,充填體養護達到設計要求后回采礦柱。對于邊角薄礦體,礦塊沿走向布置,礦塊長為50m,寬為礦體厚度,礦房礦柱長均為25m。

采場出礦與分層充填法一致,該法目前正在實施采準工程,尚未進行回采充填作業。

1.3 開發建設玉龍銅礦

該礦地處高寒高海拔地區,礦體含泥高、含水高,氧化礦和硫化礦共生,與同類型礦山相比面臨著更多的困難。同時礦山因地處青藏高原,屬于“三江源”保護區,被國家科技部列入“十一五”科技支撐計劃課題“高寒環境條件下復雜銅礦高效提取新技術開發”項目。

礦床采用露天開采,汽車運輸公路開拓方式。一期工程為年產3萬t陰極銅,考慮氧化礦(耗酸)和硫化礦(含硫制酸量)兩種礦石的平衡,確定礦山一期工程生產規模為:年產富氧化礦石量63萬t,年產硫化礦石量36萬t。礦山于2006年9月開始建設,2008年10月一期一步1萬t/a陰極銅建成投產,一期二步3萬t/a陰極銅正在建設之中。

氧化銅礦采用全堆浸即浸出-萃取-電積濕法工藝。堆浸工藝為洗礦-破碎-筑堆,入堆礦石粒度為-40mm;萃取工藝采用兩級萃取一級洗滌一級反萃流程;電積工藝采用不溶陽極和始極片法進行電積作業。

存在主要問題:由于施工中取消了洗礦這一環節,礦石含泥量造成滲透性差、堆場表面形成積液,致使堆浸工藝浸出率指標偏低,導致萃取、電積生產能力下降;礦山冬季晝夜溫差較大,容易造成滴淋管凍結及滴淋表面凍結,影響滲透率。目前公司正下大力氣與科研院所及設計單位聯合對選冶工藝流程進行優化,以盡快形成公司新的經濟增長點。

1.4 礦山地壓監測與控制

獲各琦銅礦130萬t/a露天轉地下豎井系統已于2006年初建成投產,170萬t/a千米豎井深部開拓工程也即將建成投產。從目前開采情況分析,在井下500m深度附近,井巷開挖后巖體有失穩和巖爆現象存在。為保證當前生產和后期深部開采的安全,礦山與中南大學合作開展了礦山地壓監測和控制研究,并著重分析研究典型巖石的密度、原巖應力、單軸抗壓強度、巖石內聚力、內摩擦角、泊松比和全應力應變曲線等技術參數與指標,確定礦山強采環境下的工程構筑物采動失穩的閥值和提出礦山安全自動預警的理論框架,從而為提出優化的采場及井巷工程結構參數、支護類型與支護參數提供了科學理論依據。

1.5 推進井下通訊系統 提高礦山管理能力

公司旗下多數礦山為地下開采礦山,盡管配有有線通訊系統,但由于業界人士普遍共識的缺陷和弊端,無法充分發揮通訊系統對生產的調度、指揮作用。為此礦山與南昌耐林自動化有限公司合作,于2007年初首先在獲各琦銅礦建成泄露電纜無線通訊系統,該系統由光纖直放站(包括近端機、遠端機),平板定向天線,施主天線,光分路器、泄露電纜等組成,其通訊媒介采用一種橫向屏蔽得到適當削弱的通訊電纜(每段400m左右,電纜之間由中繼放大器連接),因此不僅在縱向上象有線電纜那樣傳輸信號,同時在橫向上也向外發射和接受無線信號(普通手機可以使用),是一種無線/有線的綜合通訊平臺。該無線通訊系統的應用極大地改善了礦山井下生產與地面調度的難度,從而為確保安全、高效生產創造了條件。目前該法已逐步推廣并應用到公司其它下屬礦山。

1.6 建設數字礦山努力提升企業科技創新能力

數字信息技術在礦山中的具體應用,是礦業科技創新的重要方向。為此,礦山引進澳大利亞Surpac、Microming等礦業軟件,積極探尋礦山及勘探項目領域的建設工作。目前公司又與中南大學橫向聯合,準備向全公司下屬礦山推廣應用其開發的中文Dimine軟件,并適時應用于地質勘探、礦產資源管理、礦山生產管理和決策之中,從而為提高勞動生產率、降低成本,增強企業的核心競爭力和提升企業科技創新能力奠定了堅實基礎。

2 企業未來發展

2.1 礦山方面

隨著礦山(獲各琦銅礦、錫鐵山鉛鋅礦)開采深度逐漸增大,提高礦石回采率和保護生態環境尤為重要,充填采礦法的應用比重將會有所增加,一方面要繼續搞好和不斷優化充填采礦工藝,另一方面要開展采礦向高效化和無廢化方向的發展研究。同時與科研院所合作,繼續深入開展玉龍銅礦高海拔、嚴寒地帶氧化礦堆浸工藝研究工作,盡快達標達產。

依據地壓監測理論,做好深部礦床綜合開采技術研究,確保資源安全高效回采。

加快推進數字礦山建設進程,努力實現科技指導生產的目的。

2.2 公司未來發展

2.2.1 短期目標(1～2a)

公司近期目標是奠定發展基石:

(1)下大力氣扭轉冶煉板塊,堅決扭虧增盈。

(2)在不斷強化資源儲備保障的基礎上,進一步提升現有主力礦山產能和盈利能力。

(3)提高管理水平,強化內部控制,向管理要效益。

(4)加快基建項目建設,加大資源拓展力度,強化資源儲備,特別是力爭短期內在省內資源配置上取得重大突破,為公司中長期發展打好基礎。

2.2.2 中期目標(3～5a)

公司中期目標是堅決做大做強:

(1)發展壯大冶煉板塊。發展冶煉板塊既是公司進一步實施資源拓展戰略的需要,也是公司履行社會責任的需要。

(2)實現大礦大開。

(3)積極拓展能源產業。

(4)大力發展鹽湖化工。

(5)向稀有及貴金屬領域進軍,特別是要形成公司的黃金板塊。

(6)大力推進在省外戰略區域、重點成礦帶的資源拓展工作,謹慎樂觀地開拓國際資源,做好省外大型礦山的收購工作,在海外資源拓展取得重大突破。

(7)積極為集團公司與股份公司合并創造條件,奠定公司長遠發展的堅實基礎。

2.2.3 長期目標(5a以上)

公司的長期目標是打造企業航母,通過上述努力,使公司未來形成4大主要業務板塊:

(1)大有色板塊,包括礦山板塊和冶煉板塊。

(2)能源板塊。

(3)鹽湖化工板塊。

(4)其他產業板塊,包括其他品種礦產的開發,以及銀行、財務公司、基金等金融產業。

3 結束語

西礦公司通過對市場前景分析和企業自身發展態勢的把握,依靠地域和資源優勢,實時提出了未來5年的長遠發展構想,制定了企業總體發展規劃和具體的目標、步驟和保障措施,并得到了青海省政府的大力支持和肯定。相信不遠的將來,一個大型的礦業集團公司的建立,必將為推動青海省經濟的快速發展和對西部資源開發戰略的可持續發展起到積極地促進作用。

[1]孟中華,王聚永.分段鑿巖階段礦房法在錫鐵山鉛鋅礦的應用和改進[J].采礦技術,2006,6(3):220～222.

2010-05-07)

孫永貴(1953-),男,教授級高級工程師,第六屆中國有色金屬學會采礦學術委員會委員,主要從事礦業企業生產技術管理工作,Email:Wanghch8248@163.com。