馬鋼鐵礦石資源綜合利用研究與實踐

祖　飛　何孝磊　宣良瑞

(1.馬鋼集團礦業有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司；5.安徽馬鋼工程技術集團有限公司)

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馬鋼鐵礦石資源綜合利用研究與實踐

祖飛1何孝磊2,3,4宣良瑞5

(1.馬鋼集團礦業有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司；5.安徽馬鋼工程技術集團有限公司)

摘要馬鋼礦山以國家級鐵礦資源綜合利用示范基地建設為契機，在低品位礦石開發利用、殘礦回收、復雜地質情況下的礦石開采方面開展了大量的研究與實踐，成果豐碩。全面總結了馬鋼礦山在鐵礦石資源綜合利用方面的研究成果及實踐經驗，供相關研究參考。

關鍵詞鐵礦石殘礦回收礦石開采綜合利用

馬鋼現有礦山由于多年開采，部分采場資源衰竭，生產能力逐步下降。南山礦區的凹山、東山采場將結束開采；姑山礦區的姑山采場露天境界內礦石基本開采結束，生產規?？s減；桃沖鐵礦深部資源面臨枯竭，開采難度加大，生產能力不斷下降[1-2]。自2011年以來，馬鋼礦山在資源綜合利用與保護、殘礦回收、復雜地質情況下礦石開采方面進行了大量研究，成效顯著。本研究就該領域馬鋼鐵礦所取得的成果進行詳細總結，為類似礦山提供參考。

1礦石開發利用

馬鋼礦山鐵礦石資源綜合利用研究的重點是低品位礦石的綜合利用技術、老礦山殘存礦石的回收利用技術及復雜地質情況下的礦石開采技術。相對于工業品位的磁鐵礦石而言，低品位礦石的回收利用難度較大，相對于正常生產的礦山，老礦山邊、難、殘礦石的回收利用對開采技術的要求更高，有必要研究特殊的開采方法。

1.1低品位礦石、極貧礦石開發利用

馬鋼南山礦區礦床平均品位較低，礦體均賦存于閃長玢巖體中，礦體與巖體的含鐵量為漸變過渡關系，低品位、超低品位礦石量占南山礦高村采場、和尚橋采場礦床總儲量的60%，該類巖體如作為廢石排往排土場，不僅成本高而且造成資源浪費。

(1)加強礦產資源綜合利用管理。①加強地質勘查工作管理，合理確定工業指標，加大礦產資源補償費的減免力度；②加強礦床開采環節管理，堅持低品位礦石與工業品位礦石的混合開采，同時加強配礦工作，確保低品位礦石不丟失、能利用；③加強選礦廠管理，穩定產品質量，在利用低品位礦石的同時，開展南山礦區含鐵圍巖資源化利用工藝研究。

(2)采用先進、高效、低能耗的礦石選別加工工藝。在南山礦凹山采場采用先進的“高壓輥磨機超細碎工藝”，并對現有的選礦廠進行技術改造，增加了“高壓棍磨機超細碎工藝”、“磨礦前預先拋尾工藝”，國內首次使用“自磨+球磨+立磨”新工藝改造，使選廠在處理量和入選品位方面，滿足低品位礦石綜合利用的需要。2014年以來，在進行大量選礦試驗的基礎上，先后實施了凹山選礦廠三段磨礦改造工程、東山選礦廠精礦產品提質降雜、東山選礦廠擴能適應性改造工程以及高村鐵礦半連續運輸工藝改造工程。從實踐效果來看，已實現了采場低品位、極低品位礦石的大規模低能耗預選，選廠多碎少磨、節能降耗、擴能增產，達到了極貧礦石技術上可行、經濟上合理的大規模利用的目的。

1.2殘礦資源利用

馬鋼礦山下屬的礦山均已有50多年的開采歷史，南山礦區的凹山露天采場將結束開采，姑山礦區姑山采場露天境界內的礦石已基本開采完畢，桃沖礦區長龍山井下采場深部資源日趨枯竭面臨閉坑。為此，為延長該類老礦山的服務年限，有必要研發特殊的開采方法，在保證生產安全的前提下加大殘礦的回采力度。針對露天礦山，采用3種開采方法：①陡幫組合臺階開采方法，選用小型高效的潛孔鉆機穿孔，小型靈活的液壓反鏟挖掘機鏟裝，降低生產剝采比，降低生產成本；②橫采橫擴采剝法，增加了露天采場同時出礦的臺階數量，提高了礦山的生產能力；③傾斜條帶采剝法，解決了殘礦回收作業面狹窄、變動頻繁的問題。此外，凹山采場在采礦過程中輔以雷達邊坡預警監測調整爆破參數，姑山采場開展駐留礦體開采關鍵技術研究，掌握了包括“組合式支護通過含水軟巖裂隙區”、“干式充填優化”、“脈外通風人行井內留礦柱方法”等關鍵技術，并將其應于到露天采場掛幫礦井下開采中，成效顯著。針對地下礦山，采取了采空區治理、優化采礦方法、調整礦石出礦截止品位等措施，有效解決了殘礦回收過程中出現的各類安全問題。長龍山采場通過復雜隱患空區轉換處置及殘礦回收技術的研究，利用盜采空區重置形成了人工進路，成功完成了殘礦回收。通過上述實踐，該類老礦山的殘礦利用水平顯著提高，最大限度地延長了礦山服務年限。

2成果總結

2.1整體開發的礦山開發理念

礦山整體開發理念內容包括：①從礦山開發建設、采礦、分選、固廢排放、綜合利用、閉坑復墾的全生命周期進行協同考慮，找準各子系統在整個系統中的作用和地位，發現各子系統的瓶頸環節并加以解決；②分析礦區之間、礦床之間、礦體之間、采礦與選礦、礦石與廢石、采礦前與采礦后相互關系，進行合理匹配；③以統籌規劃為指導，以系統優化為重點，以科技創新為手段，改變現有的礦山發展方式；④大力發展循環經濟，充分挖掘老礦山的生產潛能，全力推進新礦山建設，最大限度地增加和盤活礦產資源儲量，探索出一條礦山整體有序高效開發的新思路，并總結出一系列的管理措施。

2.2探索建立臨城礦山開發建設新模式

馬鋼南山礦區位于馬鞍山市雨山區境內，是國內典型的大型臨城鐵礦區，現保有鐵礦石資源儲量約10億t，面臨著資源充分開發利用與城市發展之間的矛盾。根據礦區內鐵礦資源儲量大、埋藏淺、分布面積大、連續性好、近礦圍巖普遍含鐵且適合露天大規模開采等特點，結合礦山整體開發理念，轉變傳統礦山開發建設模式，實施短時間、高強度、大規模開發，并將資源開發在時間、空間、順序、規模等方面的合理布局與環境保護、新型城市化建設作為一個整體進行考慮，用時間換空間，實現協調發展。通過應用一系列新工藝、技術和裝備，實現資源高效開發利用，同時將礦山生態建設和開采后環境再造進行預先規劃，對廢石、尾礦進行建材化利用，爭取地方政府在土地、稅費、固廢利用方面給予政策支持，實現城市建設與資源開發的協調發展，探索出了一種建立臨城礦山資源高效開發循環利用的新模式。

2.3資源高效利用的先進技術成果

(1)“高壓輥磨機超細碎”新工藝技術。通過對南山礦凹山選廠進行技術改造，采用“破碎—高壓輥磨—球磨”碎磨新工藝，在國內首次將高壓輥磨機超細碎工藝技術應用于鐵礦的選礦工藝中，同時輔助濕式分級、粗粒磁選預選拋廢工藝，實現了低品位礦石的大量高效利用，是低品位鐵礦石選礦技術的重大突破。該工藝已在重鋼西昌礦業公司、秦皇島青龍縣龍匯鐵礦、山西省原平白石鐵礦、安徽省大昌礦業等國內數十家礦山選礦廠得到了推廣應用。

(2)駐留礦體開采關鍵技術。目前，我國20世紀建設的一批大中型露天鐵礦山大多已到了開采末期，采場的邊坡和坑底都有大量殘存礦石資源，如何有效回采利用露天采場邊坡殘存礦(駐留礦)，提高資源利用水平，是國內露天老礦山亟需解決的共性問題，科技部也將露天鐵礦駐留礦體資源開采納入到國家科技支撐計劃重大項目“難采選金屬礦高效開發關鍵技術及裝備研究”課題中。馬鋼姑山采場駐留礦體開采關鍵技術研究取得了重大突破，掌握了包括“組合式支護通過含水軟巖裂隙區”、“干式充填優化”、“脈外通風人行井內留礦柱方法”等關鍵技術，并在姑山采場掛幫礦地下回采工程中得到了成功應用，為國內同類型礦山提供了一套全新的露天、井下、露天與井下相結合的露天采場邊坡殘礦開采方法。在露天采場最終境界和礦權范圍內，充分利用原有的開拓運輸系統，在不增加大量基建投資和生產費用的前提下，最大限度地回收利用鐵礦資源，提高了露天礦山的資源利用水平，促進了礦山的可持續發展。

(3)雷達邊坡預警監測技術。馬鋼凹山采場主要通過擴幫開采方式回收利用部分邊坡殘礦，為解決采場邊坡裂隙、節理等構造較多，爆破易引起滑坡等問題，率先在國內露天金屬礦山應用雷達邊坡預警監測技術，引入雷達監測設施，利用雷達瞬時監測、高速反饋的技術特點，通過現場爆破試驗，確定了區域爆破參數以及雷達預警的邊坡變形參數，在高效治理邊坡的同時，安全回采了大量駐留礦，極大地提高了資源利用率。

(4)復雜隱患空區轉換處置及殘礦回收技術。目前，國內外采空區治理方法大致有崩落圍巖、充填、留永久礦柱支撐、隔離和疏通空區、封閉等幾類，但對于形態及其復雜的民采空區，僅依靠其中一種或幾種方法無法完全消除采空區的隱患。馬鋼長龍山采場采用FLAC3D、3DMine等軟件對復雜空區穩定性進行了理論分析和數值模擬，利用部分盜采空區作為補償空間，將崩落法回采工藝和盜采空區治理密切結合，發明了盜采空區隱患解除及再利用技術，同時通過采礦空間重置技術形成了人工進路，有效完成了殘礦回收，使得覆蓋巖層有序可控下移，總結出了空區阻隔條件下崩落法非連續覆蓋層轉換技術。

(5)誘導冒落高效開采技術。破碎難采鐵礦體的開采一直是國內采礦難題，對該類礦體一般采用無底柱分段崩落法開采，由于該方法的采準工程難以形成，易產生生產效率低、礦石貧化率大等問題，嚴重影響了破碎難采鐵礦體的開發。馬鋼姑山礦提出了上下工作面協同推進的誘導冒落采礦法，該方法合理利用了礦體的冒落時間與空間條件，采用少量底部崩落回采工程誘導上部礦體自然脫落，大量節省了破碎礦體的采準工程量；通過采用協調出礦控制上盤圍巖自然冒落、監測礦石冒落進程與協同開采措施，消除了下部采空區冒落對上部回采工作面的陷落威脅；通過采用預壓方法和適應圍巖變形特點的掘支措施，提高了采準工程的穩固性，從而解決了采準工程難以形成、生產效率低和安全條件差等技術難題。

(6)尾礦全量資源化綜合利用技術。馬鋼桃沖礦對尾礦綜合利用技術進行了研究，針對桃沖礦選廠尾礦粒級較寬、顆粒較粗的特點，成功開發了一種尾礦全量資源化綜合利用技術，該技術采用尾礦粗細分離、分別處理的方案，對尾礦撈砂系統螺旋分級的技術參數進行了調整，采用陶瓷過濾和隔膜壓濾等脫水工藝及相關設備，將脫水后的尾礦用作生產水泥的原料進行利用，徹底實現了選廠尾礦零排放和全尾礦的綜合利用，既解決了尾礦排放帶來的資源及環境問題，又可為企業帶來可觀的經濟效益。

3結語

馬鋼礦山在鐵礦石資源綜合利用方面進行了大量研究與實踐，取得了大量成果，但也存在一些問題有待進一步解決，如在對大量低品位、極低品位鐵礦石的規?；C合利用時，鐵礦石中的雜質含量越來越多，精細化降雜處理礦石必然帶來生產成本的增加，殘存礦石資源的開采安全支護等成本居高不下，在目前鐵礦石價格處于低位徘徊的情況下，其經濟可行性有待進一步論證。因此，在進一步研究礦石綜合利用工藝的基礎上，積極尋求政府基金支持，爭取在稅費、土地等方面給予適當減免，最大限度地降低企業生產成本，提高經濟效益。

參考文獻

[1]嚴松山.南山礦業公司充分利用礦石資源的實踐[J].金屬礦山，2006(8)：82-84.

[2]馬維富.馬鋼桃沖鐵礦節約資源能源與減排的“加減法”[J].礦產保護與利用，2009(2)：4-7.

(收稿日期2016-04-06)

祖飛(1984—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市太白大道1899號。