祖　飛　何孝磊　宣良瑞

(1.馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；5.安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司)

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馬鋼鐵礦石資源綜合利用研究與實(shí)踐

祖飛1何孝磊2,3,4宣良瑞5

(1.馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；5.安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)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(shè)為契機(jī)，在低品位礦石開發(fā)利用、殘礦回收、復(fù)雜地質(zhì)情況下的礦石開采方面開展了大量的研究與實(shí)踐，成果豐碩。全面總結(jié)了馬鋼礦山在鐵礦石資源綜合利用方面的研究成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，供相關(guān)研究參考。

關(guān)鍵詞鐵礦石殘礦回收礦石開采綜合利用

馬鋼現(xiàn)有礦山由于多年開采，部分采場資源衰竭，生產(chǎn)能力逐步下降。南山礦區(qū)的凹山、東山采場將結(jié)束開采；姑山礦區(qū)的姑山采場露天境界內(nèi)礦石基本開采結(jié)束，生產(chǎn)規(guī)?？s減；桃沖鐵礦深部資源面臨枯竭，開采難度加大，生產(chǎn)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(hù)、殘礦回收、復(fù)雜地質(zhì)情況下礦石開采方面進(jìn)行了大量研究，成效顯著。本研究就該領(lǐng)域馬鋼鐵礦所取得的成果進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)，為類似礦山提供參考。

1礦石開發(fā)利用

馬鋼礦山鐵礦石資源綜合利用研究的重點(diǎn)是低品位礦石的綜合利用技術(shù)、老礦山殘存礦石的回收利用技術(shù)及復(fù)雜地質(zhì)情況下的礦石開采技術(shù)。相對于工業(yè)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(chǎn)的礦山，老礦山邊、難、殘礦石的回收利用對開采技術(shù)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(fā)利用

馬鋼南山礦區(qū)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(guān)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(fèi)。

(1)加強(qiáng)礦產(chǎn)資源綜合利用管理。①加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作管理，合理確定工業(yè)指標(biāo)，加大礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)的減免力度；②加強(qiáng)礦床開采環(huán)節(jié)管理，堅(jiān)持低品位礦石與工業(yè)品位礦石的混合開采，同時加強(qiáng)配礦工作，確保低品位礦石不丟失、能利用；③加強(qiáng)選礦廠管理，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，在利用低品位礦石的同時，開展南山礦區(qū)含鐵圍巖資源化利用工藝研究。

(2)采用先進(jìn)、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(jìn)的“高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎工藝”，并對現(xiàn)有的選礦廠進(jìn)行技術(shù)改造，增加了“高壓棍磨機(jī)超細(xì)碎工藝”、“磨礦前預(yù)先拋尾工藝”，國內(nèi)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(jìn)行大量選礦試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先后實(shí)施了凹山選礦廠三段磨礦改造工程、東山選礦廠精礦產(chǎn)品提質(zhì)降雜、東山選礦廠擴(kuò)能適應(yīng)性改造工程以及高村鐵礦半連續(xù)運(yùn)輸工藝改造工程。從實(shí)踐效果來看，已實(shí)現(xiàn)了采場低品位、極低品位礦石的大規(guī)模低能耗預(yù)選，選廠多碎少磨、節(jié)能降耗、擴(kuò)能增產(chǎn)，達(dá)到了極貧礦石技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的大規(guī)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(qū)的凹山露天采場將結(jié)束開采，姑山礦區(qū)姑山采場露天境界內(nèi)的礦石已基本開采完畢，桃沖礦區(qū)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(wù)年限，有必要研發(fā)特殊的開采方法，在保證生產(chǎn)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(jī)穿孔，小型靈活的液壓反鏟挖掘機(jī)鏟裝，降低生產(chǎn)剝采比，降低生產(chǎn)成本；②橫采橫擴(kuò)采剝法，增加了露天采場同時出礦的臺階數(shù)量，提高了礦山的生產(chǎn)能力；③傾斜條帶采剝法，解決了殘礦回收作業(yè)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(dá)邊坡預(yù)警監(jiān)測調(diào)整爆破參數(shù)，姑山采場開展駐留礦體開采關(guān)鍵技術(shù)研究，掌握了包括“組合式支護(hù)通過含水軟巖裂隙區(qū)”、“干式充填優(yōu)化”、“脈外通風(fēng)人行井內(nèi)留礦柱方法”等關(guān)鍵技術(shù)，并將其應(yīng)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(qū)治理、優(yōu)化采礦方法、調(diào)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(xiàn)的各類安全問題。長龍山采場通過復(fù)雜隱患空區(qū)轉(zhuǎn)換處置及殘礦回收技術(shù)的研究，利用盜采空區(qū)重置形成了人工進(jìn)路，成功完成了殘礦回收。通過上述實(shí)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(wù)年限。

2成果總結(jié)

2.1整體開發(fā)的礦山開發(fā)理念

礦山整體開發(fā)理念內(nèi)容包括：①從礦山開發(fā)建設(shè)、采礦、分選、固廢排放、綜合利用、閉坑復(fù)墾的全生命周期進(jìn)行協(xié)同考慮，找準(zhǔn)各子系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中的作用和地位，發(fā)現(xiàn)各子系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)并加以解決；②分析礦區(qū)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(guān)系，進(jìn)行合理匹配；③以統(tǒng)籌規(guī)劃為指導(dǎo)，以系統(tǒng)優(yōu)化為重點(diǎn)，以科技創(chuàng)新為手段，改變現(xiàn)有的礦山發(fā)展方式；④大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，充分挖掘老礦山的生產(chǎn)潛能，全力推進(jìn)新礦山建設(shè)，最大限度地增加和盤活礦產(chǎn)資源儲量，探索出一條礦山整體有序高效開發(fā)的新思路，并總結(jié)出一系列的管理措施。

2.2探索建立臨城礦山開發(fā)建設(shè)新模式

馬鋼南山礦區(qū)位于馬鞍山市雨山區(qū)境內(nèi)，是國內(nèi)典型的大型臨城鐵礦區(qū)，現(xiàn)保有鐵礦石資源儲量約10億t，面臨著資源充分開發(fā)利用與城市發(fā)展之間的矛盾。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)鐵礦資源儲量大、埋藏淺、分布面積大、連續(xù)性好、近礦圍巖普遍含鐵且適合露天大規(guī)模開采等特點(diǎn)，結(jié)合礦山整體開發(fā)理念，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)礦山開發(fā)建設(shè)模式，實(shí)施短時間、高強(qiáng)度、大規(guī)模開發(fā)，并將資源開發(fā)在時間、空間、順序、規(guī)模等方面的合理布局與環(huán)境保護(hù)、新型城市化建設(shè)作為一個整體進(jìn)行考慮，用時間換空間，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。通過應(yīng)用一系列新工藝、技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)資源高效開發(fā)利用，同時將礦山生態(tài)建設(shè)和開采后環(huán)境再造進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃，對廢石、尾礦進(jìn)行建材化利用，爭取地方政府在土地、稅費(fèi)、固廢利用方面給予政策支持，實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)與資源開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展，探索出了一種建立臨城礦山資源高效開發(fā)循環(huán)利用的新模式。

2.3資源高效利用的先進(jìn)技術(shù)成果

(1)“高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎”新工藝技術(shù)。通過對南山礦凹山選廠進(jìn)行技術(shù)改造，采用“破碎—高壓輥磨—球磨”碎磨新工藝，在國內(nèi)首次將高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎工藝技術(shù)應(yīng)用于鐵礦的選礦工藝中，同時輔助濕式分級、粗粒磁選預(yù)選拋廢工藝，實(shí)現(xiàn)了低品位礦石的大量高效利用，是低品位鐵礦石選礦技術(shù)的重大突破。該工藝已在重鋼西昌礦業(yè)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(yè)等國內(nèi)數(shù)十家礦山選礦廠得到了推廣應(yīng)用。

(2)駐留礦體開采關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國20世紀(jì)建設(shè)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(nèi)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(jì)劃重大項(xiàng)目“難采選金屬礦高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究”課題中。馬鋼姑山采場駐留礦體開采關(guān)鍵技術(shù)研究取得了重大突破，掌握了包括“組合式支護(hù)通過含水軟巖裂隙區(qū)”、“干式充填優(yōu)化”、“脈外通風(fēng)人行井內(nèi)留礦柱方法”等關(guān)鍵技術(shù)，并在姑山采場掛幫礦地下回采工程中得到了成功應(yīng)用，為國內(nèi)同類型礦山提供了一套全新的露天、井下、露天與井下相結(jié)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(quán)范圍內(nèi)，充分利用原有的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，在不增加大量基建投資和生產(chǎn)費(fèi)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(jìn)了礦山的可持續(xù)發(fā)展。

(3)雷達(dá)邊坡預(yù)警監(jiān)測技術(shù)。馬鋼凹山采場主要通過擴(kuò)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(jié)理等構(gòu)造較多，爆破易引起滑坡等問題，率先在國內(nèi)露天金屬礦山應(yīng)用雷達(dá)邊坡預(yù)警監(jiān)測技術(shù)，引入雷達(dá)監(jiān)測設(shè)施，利用雷達(dá)瞬時監(jiān)測、高速反饋的技術(shù)特點(diǎn)，通過現(xiàn)場爆破試驗(yàn)，確定了區(qū)域爆破參數(shù)以及雷達(dá)預(yù)警的邊坡變形參數(shù)，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(fù)雜隱患空區(qū)轉(zhuǎn)換處置及殘礦回收技術(shù)。目前，國內(nèi)外采空區(qū)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(qū)、封閉等幾類，但對于形態(tài)及其復(fù)雜的民采空區(qū)，僅依靠其中一種或幾種方法無法完全消除采空區(qū)的隱患。馬鋼長龍山采場采用FLAC3D、3DMine等軟件對復(fù)雜空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬，利用部分盜采空區(qū)作為補(bǔ)償空間，將崩落法回采工藝和盜采空區(qū)治理密切結(jié)合，發(fā)明了盜采空區(qū)隱患解除及再利用技術(shù)，同時通過采礦空間重置技術(shù)形成了人工進(jìn)路，有效完成了殘礦回收，使得覆蓋巖層有序可控下移，總結(jié)出了空區(qū)阻隔條件下崩落法非連續(xù)覆蓋層轉(zhuǎn)換技術(shù)。

(5)誘導(dǎo)冒落高效開采技術(shù)。破碎難采鐵礦體的開采一直是國內(nèi)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(zhǔn)工程難以形成，易產(chǎn)生生產(chǎn)效率低、礦石貧化率大等問題，嚴(yán)重影響了破碎難采鐵礦體的開發(fā)。馬鋼姑山礦提出了上下工作面協(xié)同推進(jìn)的誘導(dǎo)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(dǎo)上部礦體自然脫落，大量節(jié)省了破碎礦體的采準(zhǔn)工程量；通過采用協(xié)調(diào)出礦控制上盤圍巖自然冒落、監(jiān)測礦石冒落進(jìn)程與協(xié)同開采措施，消除了下部采空區(qū)冒落對上部回采工作面的陷落威脅；通過采用預(yù)壓方法和適應(yīng)圍巖變形特點(diǎn)的掘支措施，提高了采準(zhǔn)工程的穩(wěn)固性，從而解決了采準(zhǔn)工程難以形成、生產(chǎn)效率低和安全條件差等技術(shù)難題。

(6)尾礦全量資源化綜合利用技術(shù)。馬鋼桃沖礦對尾礦綜合利用技術(shù)進(jìn)行了研究，針對桃沖礦選廠尾礦粒級較寬、顆粒較粗的特點(diǎn)，成功開發(fā)了一種尾礦全量資源化綜合利用技術(shù)，該技術(shù)采用尾礦粗細(xì)分離、分別處理的方案，對尾礦撈砂系統(tǒng)螺旋分級的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，采用陶瓷過濾和隔膜壓濾等脫水工藝及相關(guān)設(shè)備，將脫水后的尾礦用作生產(chǎn)水泥的原料進(jìn)行利用，徹底實(shí)現(xiàn)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(huán)境問題，又可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)語

馬鋼礦山在鐵礦石資源綜合利用方面進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐，取得了大量成果，但也存在一些問題有待進(jìn)一步解決，如在對大量低品位、極低品位鐵礦石的規(guī)模化綜合利用時，鐵礦石中的雜質(zhì)含量越來越多，精細(xì)化降雜處理礦石必然帶來生產(chǎn)成本的增加，殘存礦石資源的開采安全支護(hù)等成本居高不下，在目前鐵礦石價(jià)格處于低位徘徊的情況下，其經(jīng)濟(jì)可行性有待進(jìn)一步論證。因此，在進(jìn)一步研究礦石綜合利用工藝的基礎(chǔ)上，積極尋求政府基金支持，爭取在稅費(fèi)、土地等方面給予適當(dāng)減免，最大限度地降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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

[2]馬維富.馬鋼桃沖鐵礦節(jié)約資源能源與減排的“加減法”[J].礦產(chǎn)保護(hù)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。