硼鐵礦綜合利用采礦設計優化思路

葉順友

(首鋼礦業公司投資經營部，河北 遷安 064404)

為加快將具有地域特色的硼鐵礦資源優勢轉化為經濟優勢, 在遼寧省各級政府支持下，首鋼礦業公司主導，東方測控、鳳城黃金集團和中核金原鈾業參股，組建成立“遼寧首鋼硼鐵有限責任公司”，參與翁泉溝硼鐵礦資源綜合利用項目。2009年7月取得采礦證，2010年5月采選正式投產，達產后每年生產硼化工產品折合十水硼砂2萬t(硼砂、硼酸)；含硼鐵精礦80萬t及鈾產品。

2010年3月，遼寧省政府與首鋼簽訂了戰略合作協議，共同建設遼東硼產業基地。為此，對硼鐵礦綜合利用采礦設計進行充分研究，本著提高綜合利用水平，降低企業開采成本原則，提出硼鐵礦設計優化思路。

1 硼鐵礦概況

1.1 位置與交通

翁泉溝鐵硼礦床位于遼寧省丹東鳳城市劉家河與四門子兩鎮交界處。礦區東側有沈丹鐵路及公路通過，與最近的秋木莊站相距11km。通(通遠堡)岫(岫巖)公路從礦區北部7km處的四門子鎮經過，在通遠堡與沈丹公路連接。礦區附近最大河流為東部秋木莊東側金家河，它自西而東流經礦區北側至劉家河曲折南下匯入草河，河流距礦區約8km，河水充沛。礦區交通、供電、用水、均較方便。

1.2 歷史工作

鳳城翁泉溝硼鐵礦床是1958年群眾報礦發現的，至1961年間，遼寧省地質局原631隊對該礦床進行了詳查。丹東地質大隊進行了詳細勘探，本溪地質大隊和鐵嶺地質大隊也參加了勘探期間的會戰。在充分歸納整理前期地質資料基礎上，丹東地質大隊于1976年底提交了《遼寧省鳳城縣翁泉溝鐵硼礦床總結勘探報告》。前后兩次地質工作，共施工鉆探73856m、洞探104m、槽探45755m3、井探3161m，總投資534.83萬元，累計探明了鐵硼礦儲量B+C+D級2.83億t，其中B級7411萬t、C級1.28億t，屬于大型礦床。

1.3 礦床概況

本礦床主要礦層有兩層，第一層礦體分布于業家溝、翁泉溝、東臺子，第二層礦體分布于周家大院。礦體呈層狀-扁豆狀，產于變粒巖層中。礦體因受斷層的切割，造成礦體重復和拉開。礦體與圍巖呈整合接觸關系，并有金云透閃巖過渡層，層厚從零點幾米到幾十米不等。

礦床內規模較大的礦體為Ⅰ號礦體，該礦體占據整個翁泉溝向斜構造的絕大部分，是本礦床的主礦體，占總儲量的98%。由翁泉溝礦段～業家溝礦段組成，礦體地表走向呈東西向展布，南北寬1000m，東西長2250m。沿礦體走向、傾向厚度變化不大，最大厚度156m，平均厚度約45m。厚度變化系數24.96%，為穩定型。賦存于-50～494m標高之間。TFe平均品位29.66%，B2O3平均品位6.26%。硼礦的品位變化系數3.92%，共生的鐵礦品位變化系數8.18%，屬均勻類型。

本區基本上全部為原生礦石。礦石所受氧化程度小，深度一般不超過3m，數量有限。

劃定礦區范圍內，主要包括業家溝礦段和翁泉溝礦段：其中業家溝礦段礦石量7657萬t，翁泉溝礦段礦石量4912萬t，兩個礦段合計12570萬t，占劃定礦區范圍內礦石量的98%以上。

露天境界內業家溝礦段和翁泉溝礦段保有的礦石儲量為：業家溝礦段保有礦石地質儲量331+332+333為4281.58萬t；翁泉溝礦段保有礦石地質儲量331+332為401.89萬t。露天境界外礦石儲量7886.53萬t，后期采用地下開采方式進行回采。

2 中冶北方初步設計方案

翁泉溝硼鐵礦由中冶北方工程技術有限公司負責采選部分設計工作，其設計方案如下：

2.1 開采方式及主要參數

根據礦體形態、產狀和賦存狀態，確定一期生產采用露天開采，然后轉入地下開采。

露天開采方式為水平分層緩幫開采方法。

開拓運輸方式采用平硐溜井-膠帶運輸系統，礦石由礦用汽車運至溜井，經粗破站破碎后由膠帶機經平硐運至選礦廠中碎系統。

礦山生產順序，由下盤部位開溝，向上盤部位斜交礦體走向推進。臺階高度為12m，工作臺階坡面角70°，最小工作平臺寬度為40m，電鏟最小工作線長度為300m，塹溝寬度為20m。正常情況下，4～5個水平同時工作，2～3個水平同時出礦，2～3個水平同時剝離。

礦石損失率為5%，廢石混入率為5%。采出礦石B2O3品位為5.71%，TFe品位為28.25%。礦石最大塊度1000mm，巖石最大塊度1200mm。

2.2 露天境界圈定

表1 露天開采終了境界圈定結果表

2.3 礦石性質

礦石體重：硼鐵礦3.35 t/m3；巖石體重：平均2.74 t/m3。硬度系數：礦石：f=10～12；巖石：f=10～18。

露天采礦場內礦石地質品位為TFe：29.74%，B2O3：6.01%，近礦圍巖及夾石不含鐵和硼。

2.4 開拓運輸方案

選礦廠位置確定在采場南部的煙袋桿溝，廠區與采場直距2.4km，從采場總出入溝口(458m標高)到選礦廠(265m標高處)的聯絡公路長度為3.03 km。通過初步的經濟技術比較，選用汽車-溜井-膠帶平硐運輸方案。

2.5 礦山規模、服務年限

一期露天采礦確定礦山規模為200萬t/a。礦山穩步投產，到第4年可以達到200萬t規模，穩產22年，第26年、27年減產，總服務年限為27年。深部礦體采用地下開采方式進行生產銜接。預計總服務年限在50年以上。

2.6 采礦設備

采礦主要設備：穿孔KY-250D牙輪鉆機；裝載WK-4A型電鏟；運輸42t自卸汽車；粗破JM1312進口顎式破碎機；運輸膠帶B=1200mm。

2.7 道路系統

根據露天境界圈定、選礦廠位置及排土場位置情況，設計礦山道路系統的總出入溝在露天采礦場中部偏東，203地質勘探線與110地質勘探線間，總出入溝標高為458m?？偝鋈霚舷驏|南經聯絡道路與選礦廠相接，初期上山公路從458m標高水平向東北沿地形以8%坡度上坡至采場內530m標高，在520m標高線路設回頭曲線，向西南以8%坡度下坡至460m排土場標高及采場內的375m礦石溜井口標高。生產中，隨著采場內開采臺階水平的降低，在458m總出入溝向西在境界下盤設固定線路，以折返及螺旋方式展線。

2.8 排土場

設計排土場位于露天采場南側溝谷內，排土場終了堆置標高為460m，容積為5082.58萬m3。

設計的排土場為多階段汽車直排覆蓋式排土場，到最終狀態時，排土場最大高度大于150m，屬于高臺階排土場。生產中，首先對采場西南側的溝谷分兩個臺階進行堆存，第一段排土臺階標高為400m，堆置時間為5年。400m階段臺階堆存結束后，在其上進行460m階段臺階的覆蓋排土，460m階段臺階的服務時間為5年。該土場總服務時間為10年，土場堆置容積為2768萬m3，兩臺階間安全平臺寬度為80m，排土線長度為450m，土場總邊坡角為18°。

西南側土場堆置結束后，即可進行西側溝的排土作業。該土場采用單臺階排土，土場堆置標高為400m，土場最大堆置高度為115m，土場容積為3035萬m3，服務時間約為17年。該土場沿溝方向階段臺階長為700m，排土線長度為700m，土場最終邊坡角為27°。

3 原設計方案分析

中冶北方工程技術有限公司現場調研與室內設計相結合，借鑒本院多年來在冶金礦山行業設計經驗，充分考慮民采影響的基礎上，對翁泉溝硼鐵礦進行了整體設計，為礦山建成投產奠定了堅實基礎?，F對個別問題分析如下：

3.1 整體開采，硼貧化率增加

遼東地區富產硼鐵礦資源,累計探明儲量3.5億t，其中首鋼硼鐵項目開發的鳳城翁泉溝礦床占全國已探明固體硼總儲量的58%。隨著硼鎂礦(俗稱“白硼”)資源的逐漸枯竭，硼鐵礦將成為我國硼化工行業最重要的接續資源。

翁泉溝礦段以磁鐵礦-硼鎂鐵礦型為主，占77.4%；并夾有硼鎂石-磁鐵礦型夾層，占22.3%。業家溝礦段以硼鎂石-磁鐵礦型為主，占90%，磁鐵礦-硼鎂鐵礦型礦石夾層很薄，數量少，占8.9%。業家溝和翁泉溝兩個礦段的硼鎂石-磁鐵礦型占63.36%，磁鐵礦-硼鎂鐵礦型占35.85%。整體開采，人為配礦，使采出礦石中可選硼(硼鎂石)品位降低，為后續選礦增加難度。

3.2 排土場方案不合理

排土場部分指標有違《有色金屬礦山排土場設計規范》。設計為兩個階段汽車直排，增加排土運距及提升高度，造成排土成本上升；排土場選擇在露天采礦場西南側，排土場容積為5082.58萬m3，可容納的排土量為10165.16萬t，排土缺口達到2489.21萬t。

3.3 排水方案考慮不周全

排水系統，最終為兩套獨立排水系統，且未考慮采場排水供選礦使用方案，既浪費水資源，又增加補充新水費用。

3.4 周家大院礦體未做設計

周家大院礦體，后期將被排土場壓埋，且硼鐵礦初期剝采比高，供礦能力緊張。周家大院礦體開采應提前規劃，實施。

3.5 掛幫礦未考慮回收

三個采坑開采后都會形成掛幫礦，設計中并未對掛幫礦的回收做出安排，將影響露天開采向地下開采過渡。

4 規劃思路

通過對中冶北方設計方案分析，結合硼鐵礦實際情況，提出以下優化設計思路。

4.1 分區開采，降低硼貧化率

堅持“以硼為主，綜合利用”方針，結合業家溝不同部位及翁泉溝礦段硼品位不一，賦存不同的特點，提出業家溝358m以上、翁泉溝及業家溝358m以下分區開采方案，降低可利用硼貧化率，為選礦創造條件。同時，穩定生產特色產品含硼鐵精礦。

首先，開采業家溝358m以上，約1180萬t礦石，滿足現有選廠5年需要。硼原礦品位4.51%，由于業家溝礦段90%為硼鎂石-磁鐵礦型，采出礦石中硼鎂石中的硼在礦石中品位為4.06%，遠高于整體開采的3.21%，為選硼創造較好條件，有利于實現經濟效益。

表2 采出硼品位比較

表3 鐵礦石類型比例表

其次，在市場推廣含硼鐵精礦取得進展后，集中組織開采翁泉溝礦段礦石。該礦段硼鎂磁鐵礦含量占77.4%以上，硼原礦品位為7.37%。采出礦石中，硼鎂石中的硼在礦石中品位為1.62%，鐵精礦中硼達4.31%以上。避免鐵精礦硼的貧化，可以集中生產含硼鐵精粉這種特色產品。

后期，組織開采業家溝358m以下水平礦體，原礦硼品位6.41%。采出礦石中，硼鎂石中的硼在礦石中品位為5.77%，為提高硼精礦品位創造條件。

表4 綜合樣選礦指標

4.2 科學規劃排土場，降低排土費用

對原設計排土方案進行優化，按《有色金屬礦山排土場設計規范》要求，山坡露天多臺階排土，應高土高排，低土低排，適當增加排土臺階，分為460m、420m、380m、340m分別排土。

合理安排巖石排棄水平，降低排巖成本。460m以上水平巖石由460m排棄；460～420m巖石由420m排棄；420～380m水平巖石由380m排棄；380m水平以下巖石由340m臺階排棄。

表5 排土方案經濟性比較表

注：參照原設計322m以上，綜合運距為2.3km，322m以下新增運距均不考慮；運輸成本參考硼鐵公司實際。

從排土方案經濟性比較表可以看出，新方案考慮新修道路等其他費用，仍比原設計方案降低排巖費用4367萬元。同時，降低礦車持續爬坡坡度，能改善礦車運行環境，提高運輸效率。

合理挖潛，加高排土高度，實施內排，解決排土場缺口。根據后期需要，可增設500m排巖水平，增加排巖量1892萬t；合理安排采場開采順序，條件成熟后，強化100勘探線以東翁泉溝部位開采，內排746萬t。

4.3 利用采場外排水，代替選礦新水

硼鐵礦西、東部露天采場最大排水量分別為13061 m3/d、22297 m3/d,正常排水量分別為5077 m3/d、8798 m3/d;正常生產期間，選廠新水補充368 m3/h(8832 m3/d)?？梢娬Ｉa期，采礦外排水量能滿足選礦生產所需，實施采礦外排水代替選礦新水技術上可行。

表6 采場總涌水量計算表

采場地下水實施外排，不符合當前節能減排形勢，且采場排水和選廠取水均要發生費用，增加運營成本。實施采場排水完全代替新水，不考慮降低取水設施備件消耗及新增采場至選礦管路費用的前提下，僅對降低取水電費、水資源費、外排水行政收費進行計算，每年可節約費用682.78萬元，經濟效益較好。

硼鐵項目排水方案，應在充分利用采場外排水的基礎上，以水源地新水為補充，研究制訂整體水量平衡方案。同時，將采坑水充分用于夏天防塵，溜井防塵，進一步減少外排量。

表7 采場排水代替選礦新水降低成本表

注：水資源稅征收標準，生活水0.5元/t，工業用水1.5元/t；外排水年費用按30萬元計。

4.4 開采周家大院礦體，緩解前期供礦壓力

硼鐵礦2010年5月投產以來，根據市場形勢，公司要求選礦盡快達產達效，但是，前期基建剝巖欠帳較多，采場供礦能力不足。為解決此問題，充分利用周家大院礦體，即滿足當前需要，又符合排土場后期需要埋壓周家大院礦體的形勢。

由于本礦段共賦存的四條礦體中，Ⅷ、Ⅸ礦體245m 標高至地表間的礦體已被開采，Ⅵ、Ⅶ礦體賦存于193～292m標高和155～260m標高之間，目前尚未開采。建議組織力量，進行簡化設計，制訂開采方案，強化近期開采。

為了不占用現有設備，建議硼鐵公司負責技術管理，對穿爆、采裝、運輸采用工序外包形式，加快推進，實施供礦，用6年左右時間完成周家大院開采。

4.5 規劃掛幫礦回收，實現露天轉地下銜接

三個采坑掛幫礦量約為1500萬～1600萬t。提高采場東坑開采強度，首先在此實施掛幫礦基建施工，并盡快達到投產條件；待西坑結束后，繼續對西坑北幫的掛幫礦進行開采，作為露天轉地下過渡期的平衡礦量。掛幫礦年開采規模能力應為100萬t左右。同時，擇時啟動地下開采的籌備工作，地采投產時間應該超前于露天開采閉坑時間。此時掛幫礦量進行補充，使其保證地采達產前仍能滿足選礦需要。

5 結論

通過優化原設計方案，提高硼鐵礦開采過程經濟技術指標水平，可以實現較好經濟效益。

1)進行分區開采，提高采出礦石中硼的品位，便于選礦分離硼，為硼化工生產創造條件。

2)合理增加排土場排土臺階，降低排土費用，為礦用汽車創造較好的運行環境，可進一步提高運輸效率。

3)對采礦外排水代替選礦新水進行測算，為整體水量平衡提供依據，節約水資源，降低用水成本，符合當前節能減排形勢需要。

4)提出加快周家大院礦體開采，緩解近期供礦緊張問題。

5)提前研究掛幫礦回收，為露天轉地下做好充分準備。

[1] 遼寧省鳳城縣翁泉溝鐵礦礦床總結勘探報告[R]. 遼寧省地質局丹東地質大隊二分隊,1976，12.

[2] 遼寧省鳳城市翁泉溝硼鐵礦資源儲量核實報告[R]. 遼寧省地質礦產調查院,2008,3.

[3] 遼寧省鳳城翁泉溝硼鐵礦資源綜合利用及硼化工基地建設項目采礦工程初步設計[R].中冶北方工程技術有限責任公司，2008.

[4] 有色金屬礦山排土場設計規范[R]. 中國有色金屬工業協會，2007,10.