某鎢礦開采由崩落法轉(zhuǎn)充填法的經(jīng)濟合理性分析

趙曉昕,何艷梅,湯永平,王初步

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南 長沙 410012;2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心, 湖南 長沙 410012)

0 引 言

河北鋼鐵石人溝鐵礦、馬鋼和睦山鐵礦、武鋼大冶鐵礦、程潮鐵礦、大冶鐵礦、金山店鐵礦等一些采用崩落法開采的礦山陸續(xù)轉(zhuǎn)為充填法開采。在崩落法轉(zhuǎn)充填法開采的研究上,多數(shù)研究側(cè)重于如何確保隔離層穩(wěn)定性[1-2],采用理論分析合理確定隔離層厚度[3],或者已經(jīng)確定采用充填法后對過渡區(qū)采礦方法的選擇[4-7]等。

對于崩落法轉(zhuǎn)充填法的技術(shù)經(jīng)濟合理性研究不多。文章[8]對金屬礦崩落法改充填法開采可行性評價指標(biāo)及權(quán)重進行了研究,研究以定性分析為主;文章[9]對羅河鐵礦開采由崩落法改為充填法的效益進行分析,對2種采礦方法的礦石生產(chǎn)成本、對環(huán)境影響程度等5個方面的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行了比較,但是未從礦石采選整體過程進行總體的技術(shù)經(jīng)濟評價。

礦山由崩落法轉(zhuǎn)為充填法開采,其必要性常常顯而易見,比如楊家灣礦山若繼續(xù)使用崩落法開采,將危機臨近河流。礦山需要由崩落法轉(zhuǎn)為充填法,那礦山采用充填法在技術(shù)經(jīng)濟上究竟可不可行呢?采用充填法開采比采用崩落法的開采成本要高,在經(jīng)濟上采用充填法開采究竟效益如何?

本文針對同一礦山,采用崩落法與充填法2種方案進行計算,對2種采礦方法進行技術(shù)對比與經(jīng)濟對比,用定量分析的方式進行分析論證。

1 項目背景

某鎢礦近幾年采礦方法以無底柱分段崩落法為主。礦山采用平硐＋溜井＋盲斜坡道開拓,中段高度40 m。多個中段均與地表相通,采用無軌運輸。

礦山若繼續(xù)采用崩落法開采存在很多嚴(yán)重問題,因此,采用充填法開采迫在眉睫。

(1)資源浪費問題。近幾年,礦山主要采用無底柱分段崩落法采礦,因地質(zhì)情況比較復(fù)雜,礦山采用此法時間短,在礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)及出礦管理方面存在不足,導(dǎo)致開采過程礦石貧化率約為32%,損失率為15%,采出礦石品位低,選廠回收率低,導(dǎo)致資源浪費嚴(yán)重。采用充填法,采礦回采率可以提高到90%以上,礦石資源得到充分回收利用,資源可以得到有效保護。

(2)已有的尾礦庫庫容不夠問題。若繼續(xù)采用崩落法,尾砂需要全部排入尾礦庫堆存?，F(xiàn)有尾礦庫庫容不足,還需要新建一座庫容為500萬m3的尾礦庫。大量尾砂需堆存于地表,將對地表生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞,會增大安全風(fēng)險。隨著政府對環(huán)境保護的重視,將來還需要對尾礦庫水處理、尾礦庫維護、固體廢物處理、復(fù)墾等環(huán)保進行投入。采用充填法,尾砂及掘進廢石等固體廢料實現(xiàn)資源化利用,現(xiàn)有尾礦庫庫容能夠滿足要求,不用新建尾礦庫,可減少礦山固體廢料排放。

(3)礦山采空區(qū)安全隱患問題。礦山之前主要采用分段空場連續(xù)回采法,采場之間不留礦柱連續(xù)回采,未曾專門進行采空區(qū)處理,而采用無底柱分段崩落法開采,礦巖穩(wěn)固性好,礦體爆落后,上部圍巖不能自然崩落,沒有形成覆蓋層,先后形成3處較大的空區(qū)。2處空區(qū)已自然塌落,其中2號空區(qū)塌落時礦柱被破壞,給礦山造成近2萬t金屬礦量的損失。礦區(qū)曾發(fā)生過幾次塌陷冒頂至地表的事故,存在著較為嚴(yán)重的采空區(qū)安全隱患。由于礦體離地表的高度只有幾十米,采用崩落法開采時,如果突降暴雨,地表水及泥土?xí)魅胨輩^(qū),從而進入井下的各中段及副中段的巷道,導(dǎo)致排水溝堵塞及巷道積水,形成安全隱患。采用充填法,井下采空區(qū)得到有效處理,采空區(qū)巖層得到有效支撐,礦山閉坑后不存在采空區(qū)塌陷等地質(zhì)事故隱患,不存在安全及生態(tài)環(huán)境隱患。

(4)地表塌陷賠償和土地復(fù)墾問題。如繼續(xù)沿用崩落法開采,因上覆巖層不能自然崩落,需投入大量資金處理采空區(qū)。沿用崩落法,會產(chǎn)生地表塌陷,需要做青苗補償。礦山閉坑后,還需投入大量的資金復(fù)墾。采用充填法開采,礦床開采全過程直到閉坑后,地表開裂和變形下沉等指標(biāo)可以控制在相關(guān)規(guī)定以內(nèi),使礦區(qū)地表得到有效保護,地面不塌陷,地表植被等自然生態(tài)不受破壞。

2 崩落法轉(zhuǎn)充填法可行性論證

為了研究礦區(qū)采用充填法的可行性,進行充填法與崩落法的技術(shù)與經(jīng)濟比較。

2.1 全尾砂符合作為充填集料的可行性論證

首先對礦山全尾砂作充填集料進行可行性驗證。礦山全尾砂充填材料試驗報告結(jié)果表明：礦區(qū)尾砂的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,尾砂中可回收的金屬含量均較低、重金屬含量遠低于排放標(biāo)準(zhǔn)、不含放射性元素,全尾砂中的氧化鈣、氧化鎂含量較少,二氧化硅含量較多,對混凝土強度的增長有利,硫含量為0.254%,對后期強度影響較小?？傮w來講,全尾砂符合作為充填集料的條件。

2.2 充填法和崩落法的技術(shù)比較

礦山原設(shè)計采用無底柱分段崩落法開采,并生產(chǎn)至今。

崩落法方案和充填采礦法方案,在礦區(qū)開采技術(shù)條件下,都是可以實現(xiàn)的技術(shù)方案。

現(xiàn)根據(jù)礦床賦存情況、開采技術(shù)條件以及國內(nèi)外同類型礦山開采狀況,對2種方案的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及其優(yōu)缺點進行對比分析,詳見表1。

2.3 充填法和崩落法的經(jīng)濟比較

2.3.1 經(jīng)濟初步比較

(1)充填法開采,采出礦石品位高,選礦入選品位高,則選礦回收率相應(yīng)提高。當(dāng)精礦品位、尾礦品位一定時,隨著入選原礦品位的提高,選礦回收率也提高,選礦回收率與入選原礦品位成正相關(guān),并在實際生產(chǎn)中已經(jīng)得到驗證。

(2)充填法開采,礦石貧化率低。崩落法采礦貧化率為28.6%,充填采礦法貧化率為11%,則崩落法比充填法多采出廢石量約362.66萬t。崩落法帶來貧化成本比充填法多5.72億元左右。

表1 采礦方法技術(shù)比較

(3)充填法開采,資源回收率高。崩落法采礦損失率為15%,充填采礦法損失率10%,則崩落法比充填法多損失資源量約65.47萬t,損失資源量價值約1.89億元。

(4)充填法開采,采用全尾砂膠結(jié)充填,部分尾砂充入采場,現(xiàn)有尾砂庫可以滿足要求。若沿用崩落法采礦,選礦排出尾礦全部排至尾礦庫。還需新建一個庫容500萬m3的尾礦庫。

(5)采用充填法,需征地3畝建充填站,征收費按10萬元/畝,估計投資約30萬元;崩落法開采將導(dǎo)致地表塌陷,產(chǎn)生不均勻沉降,需要對土地做青苗補償,按3萬元/畝估計,移動圈37萬m2,即555畝林地,需投資約1665萬元。

(6)采用充填法,不再產(chǎn)生塌陷區(qū)。采用崩落法開采,礦山閉坑后需要對塌陷區(qū)進行復(fù)墾。目前國家對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格,復(fù)墾程度將越來越高,復(fù)墾成本也將越來越大。

(7)充填法在回采的同時處理了采空區(qū),消除了空區(qū)的安全隱患。如繼續(xù)沿用崩落法開采,因上覆巖層不能自然崩落,需投入大量資金處理采空區(qū)。

無底柱分段崩落法方案與充填法方案初步經(jīng)濟比較,從比較結(jié)果看,充填采礦方案要明顯優(yōu)于崩落法。

2.3.2 綜合經(jīng)濟比較

本項目技術(shù)經(jīng)濟評價的最終產(chǎn)品為鎢精礦。

產(chǎn)品銷售價格主要是以近5年來鎢精礦均價104248元/t為基礎(chǔ),結(jié)合目前及未來的走勢,根據(jù)市場分析確定。鎢屬于戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源,國家控制開采,鎢價格在未來一段時間內(nèi)會有一定程度的上漲。在5年的基礎(chǔ)價格上考慮了上漲趨勢,確定65%鎢精礦市場價格為108000元/t。

經(jīng)過計算,可得如下結(jié)論：

(1)由于充填法的貧化率損失率都比崩落法的低,從而選礦回收率高,生產(chǎn)的精礦產(chǎn)量高,按精礦成本進行估算,充填法的精礦生產(chǎn)成本比崩落法的精礦生產(chǎn)成本要低11720元/t,低17.8%。

(2)采用充填法比崩落法營業(yè)收入多5418.97萬元/a。

(3)按采選生產(chǎn)成本估算,由于為同一個礦山,暫未考慮管理費用、財務(wù)費用和營業(yè)費用,采用充填法比采用崩落法毛利潤總額多3642.36萬元/a。

2.3.3 價格變化對2種采礦方法毛利潤的影響研究

從表2中知,鎢精礦價格降低,2種采礦方法毛利潤總額差值變小,當(dāng)鎢精礦價格降到43151.9元/t時,2種采礦方法毛利潤總額相等,但企業(yè)都是虧損的。鎢精礦價格增加,2種采礦方法毛利潤總額差值增大,充填采礦法比崩落法在經(jīng)濟上有更加明顯的優(yōu)勢。

表2 價格變化引起2種采礦方法毛利潤總額差值變化

3 結(jié) 論

對崩落法與充填法技術(shù)及綜合經(jīng)濟比較,從結(jié)果可知,后者具有明顯優(yōu)勢：

(1)大部分尾礦可充入采空區(qū),可解決尾礦庫庫容不足問題,減輕尾礦堆積對環(huán)境的影響;

(2)地表不會塌陷,不會產(chǎn)生不均勻沉降,有利于地表環(huán)境的保護;

(3)礦石回收率高,相對于崩落法,充填法每年多回收鎢精礦587.05 t,服務(wù)年限內(nèi)可多回收鎢精礦15263.3 t;

(4)貧化率低,相對于崩落法,充填法貧化指標(biāo)低17.6個百分點,從而減少了廢石運輸、選礦成本,在某種程度上降低了生產(chǎn)成本;

(5)經(jīng)濟效益好,充填采礦法金屬回收率高,貧化率低,從而增加了經(jīng)濟效益,充填法年毛利潤總額相對于崩落法年毛利潤總額高3642.36萬元。

隨著金屬價格的上漲,充填采礦法在技術(shù)及經(jīng)濟上比崩落法開采具有更加明顯的優(yōu)勢,因此,推薦礦山采用充填采礦法進行開采。

本文的分析結(jié)果可給類似礦山采礦方法選擇提供參考。