老礦山的改造與發(fā)展

老礦山的改造與發(fā)展

近年來，中國在實施一系列加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措方面取得了顯著成效。自2003年至2007年，中國的全球生產(chǎn)總值為10.6%，保持了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速發(fā)展。隨著國民經(jīng)濟(jì)總量的擴(kuò)大和人口的不斷增加,能源、淡水、土地、礦產(chǎn)等戰(zhàn)略性資源不足的矛盾亦愈加突出。同時,還出現(xiàn)了一些與科學(xué)發(fā)展觀相悖的現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在:片面追求GDP的增長,不重視循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展;對自然資源實施盲目性開發(fā),導(dǎo)致資源的浪費;依靠傳統(tǒng)的工藝設(shè)備高投入、高消耗、高污染來維持生產(chǎn)的運(yùn)行;隨意占用土地,破壞自然植被等等。所有這些問題均須按照科學(xué)發(fā)展觀的要求盡快予以糾正。否則,會出現(xiàn)嚴(yán)重的資源、環(huán)境和社會問題,影響可持續(xù)發(fā)展。河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司石人溝鐵礦是一座具有40a開采歷史的老礦山。于1970年籌建,1975年投產(chǎn),生產(chǎn)初期為露天開采,選礦為一段破碎、兩段磨礦工藝,設(shè)計采選配套能力為150萬t/a。到2005年底露天開采全部結(jié)束,隨之轉(zhuǎn)入井下一、二期的生產(chǎn),井下采用主、副、斜井開拓系統(tǒng),采礦方法為淺孔留礦法,兩期設(shè)計總生產(chǎn)能力為130萬t/a,因受資源條件變化和采礦方法限制,實有生產(chǎn)能力僅為100萬t/a。2005年10月經(jīng)中冶京城(秦皇島)工程技術(shù)有限公司設(shè)計,開始進(jìn)行井下三期工程建設(shè),原始設(shè)計采用無底柱分段崩落法,同時,對選廠碎礦和自磨進(jìn)行技術(shù)改造,設(shè)計采選配套能力為200萬t/a,預(yù)計2010年10月可實現(xiàn)首采礦塊的出礦。1采空區(qū)的危害結(jié)合石人溝鐵礦的現(xiàn)實情況,分析認(rèn)為該礦主要存在以下幾方面的不足:①目前井下一、二期采礦使用淺孔留礦法,工藝設(shè)備落后、工人勞動強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力受限;②受采礦方法制約,礦石回采率低,造成部分資源浪費,而礦石儲量又在逐年減少;③開采后所形成的采空區(qū),構(gòu)成重大安全隱患,對井下作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成威脅;④若按原設(shè)計三期采用崩落法開采,地表塌陷范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大,尚需新征土地,影響農(nóng)林發(fā)展,破壞自然植被;⑤選礦工藝存在設(shè)備老化、落后,金屬回收率低,能源消耗高;⑥隨著三期工程的投產(chǎn),尾礦庫容量不足,必須新征土地,加劇工農(nóng)矛盾,同時尾礦砂亦未能得到循環(huán)利用;⑦隨著尾礦庫庫容的增加,危險源級別相應(yīng)提高,對下游居民的安全構(gòu)成更大的威脅;⑧選礦水資源隨尾礦流失嚴(yán)重,存在浪費現(xiàn)象,同時對尾礦庫下游河道造成污染。這些問題的存在直接影響到該礦當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營、安全環(huán)保、節(jié)能減排和工農(nóng)關(guān)系,更制約了未來的持續(xù)健康發(fā)展,必須采取科學(xué)的態(tài)度和有效的方法盡快加以研究和解決。2醫(yī)腳培養(yǎng)型礦科學(xué)謀劃、整體布局,既有針對性,又有全局觀,避免老礦山改造中頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的通病,是該礦成功實現(xiàn)改造和發(fā)展的關(guān)鍵。針對以上急需解決的問題,該礦以改進(jìn)采礦方法、提高產(chǎn)能為龍頭,以處理空區(qū)、保證安全、挖掘資源潛能為手段,以加大科研投入和新技術(shù)應(yīng)用為保證,局部實驗、全局推廣,成功實現(xiàn)了這次跨越式的發(fā)展。2.1淺孔留礦試驗針對現(xiàn)行一、二期生產(chǎn)原設(shè)計采用的“溫州模式”:人工裝礦淺孔留礦法存在的工人勞動強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力低的實際問題,近幾年來,該礦進(jìn)行了認(rèn)真的分析和研究,在實際生產(chǎn)過程中對不同的出礦方式進(jìn)行了探索和試驗,先后在南區(qū)、南北分支、北區(qū)及措施井等不同區(qū)域嘗試了有底部結(jié)構(gòu)振動放礦機(jī)出礦、鋼結(jié)構(gòu)溜槽假底放礦、人工木漏斗結(jié)構(gòu)放礦以及平底結(jié)構(gòu)鏟運(yùn)機(jī)出礦等多種出礦方式的淺孔留礦法,在不同程度上均減輕了工人勞動強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)出礦效率,收到了較好的效果。經(jīng)綜合分析比較,平底結(jié)構(gòu)鏟運(yùn)機(jī)出礦方式效果最好,不僅可使生產(chǎn)出礦人數(shù)節(jié)省50%,同時還可提高礦塊生產(chǎn)能力34%,此外還極大地減輕了出礦工人的勞動強(qiáng)度,使之由過去的人工裝礦轉(zhuǎn)變?yōu)?人工操作)鏟運(yùn)機(jī)裝礦的模式,改善了生產(chǎn)作業(yè)條件。2010年要在全區(qū)范圍內(nèi)全面推廣采用,以使現(xiàn)有的采礦方法更加科學(xué),生產(chǎn)更加高效,作業(yè)人員更省,勞動強(qiáng)度更低,作業(yè)環(huán)境更好。2.2尾砂充填采礦對采礦柱礦量有效回收的意見淺孔留礦法屬于空場法的一種,按照正常采礦工藝,當(dāng)?shù)V房回采完后,將形成采空區(qū),并留下相應(yīng)的礦柱礦量,一般礦柱礦量約占總礦量的40%左右,若采空區(qū)暴露時間過長,受地下水、爆破震動、地壓活動等因素影響,將會造成局部偏幫、冒頂或大面積垮塌等地質(zhì)災(zāi)害,直接危及井下生產(chǎn)作業(yè)人員的生命安全,同時還會造成礦柱礦量的永久損失,直接影響到礦山的可持續(xù)發(fā)展。石人溝鐵礦自2006年井下投產(chǎn)以來,經(jīng)過近5a的開采,井下已形成130多個礦房采空區(qū),并丟下大量的礦柱礦量,對此,該礦于2010年4月及時與北京科技大學(xué)和馬鞍山礦山設(shè)計研究院簽訂了《井下大面積采空區(qū)處理及礦柱回收技術(shù)研究》協(xié)議,目前正在開展現(xiàn)場勘查、搜集整理資料和進(jìn)行初步的研究論證工作,有望于2010年年底拿出具體的技術(shù)方案。但就筆者觀點,建議采用尾砂(膠結(jié))充填工藝對采空區(qū)進(jìn)行充填,待充填體達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,再行實施礦柱的回收,這樣既保證了采空區(qū)和井下作業(yè)人員的安全,又可實現(xiàn)對礦柱礦量的有效回收,使僅有而又不可再生的礦石資源充分利用,延長礦山服務(wù)年限,實現(xiàn)礦山后期的可持續(xù)發(fā)展。此觀點已與兩個設(shè)計研究單位進(jìn)行了交流,并初步達(dá)成了共識。待研究成果和技術(shù)方案提交后,即可組織現(xiàn)場實施。2.3新型膠結(jié)材料的成本為了更好的處理地下采空區(qū),實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn),石人溝鐵礦進(jìn)行了新型膠結(jié)材料實驗研究。表1給出了方案的材料配方進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗的試驗結(jié)果。由此可見,對于方案5,其新型膠結(jié)材料強(qiáng)度R1=20.19MPa、R28=60.23MPa。其強(qiáng)度達(dá)到了具有早強(qiáng)的R42.5的材料強(qiáng)度。從表2可以看出,方案5的新型膠結(jié)材料的成本為149.5元/t;與R42.5級水泥單價310元/t相比,其價格不到其一半。由于采用的是正交試驗,其方案5不一定是最優(yōu)方案,因此目前正在試驗,以找出更優(yōu)的配方。另外,也在采用R32.5水泥進(jìn)行試驗,以便進(jìn)一步比較。從現(xiàn)有的初步試驗可見,新型材料具有較高的活性,只要激發(fā)劑選擇合理,可以獲得低價和性能好的膠結(jié)材料替代水泥,其價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于具有相同性質(zhì)的水泥材料。2.4采礦開發(fā)的必要性石人溝鐵礦井下三期工程主要開采-60～300m中段的礦石,開采范圍內(nèi)礦石儲量為8850萬t,設(shè)計規(guī)模為200萬t/a,原設(shè)計采用無底柱分段崩落法進(jìn)行開采,該方法雖然具有生產(chǎn)能力高的優(yōu)點,但也明顯存在不足。主要是對于中、南兩區(qū)由于礦體較薄,開采過程中礦石的損失及貧化會明顯加劇,設(shè)計全區(qū)綜合礦石回采率為80%,貧化率20%,相應(yīng)造成礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費;同時,采用崩落法開采還會使礦體上盤地表塌陷范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,由此必須大量新征土地(包括地表的林果樹),并且隨著地表的塌陷,自然植被亦將隨之遭到破壞。對此,該礦通過認(rèn)真的研究論證,提出了“在維持使用大型設(shè)備,保持原有生產(chǎn)能力不變的前提下,將原設(shè)計使用的崩落法改為充填采礦法”的技術(shù)思路,并與馬鞍山礦山設(shè)計研究院進(jìn)行了充分的交流和討論,達(dá)成了一致意見。在此基礎(chǔ)上,由馬鞍山院對原有井下三期采礦方案及開拓系統(tǒng)進(jìn)行了全面的優(yōu)化改造,并提交了初步設(shè)計和施工圖紙。目前三期井下基建正在按照優(yōu)化后的方案進(jìn)行施工,預(yù)計2010年年底即可實現(xiàn)首采礦塊的出礦。實施充填采礦技術(shù)后,礦石回采率可達(dá)到85%以上,較崩落法采礦提高5%,在三期開采范圍內(nèi)可減少礦石損失450萬t,延長礦山開采年限2.5a,充分體現(xiàn)了資源的合理開發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。同時,隨著采空區(qū)的及時充填,將不會形成新的塌陷區(qū),也不必再新征土地,既緩解了工農(nóng)矛盾,又保護(hù)了自然植被,實現(xiàn)了“綠色礦山和環(huán)保礦山”的發(fā)展要求。2.5尾礦砂充填采礦石人溝鐵礦是一座采選聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè),目前轉(zhuǎn)入井下開采后,巖石采出量很少,礦山生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的廢渣主要是尾礦砂,按照現(xiàn)有的生產(chǎn)規(guī)模,每年將產(chǎn)出65萬t的尾礦砂,三期投產(chǎn)后,每年將產(chǎn)出尾礦砂130萬t,這些尾礦砂均通過專用尾礦管路排至距礦區(qū)6km以外的西達(dá)峪尾礦庫。該尾礦庫于1975年投入生產(chǎn)使用,設(shè)計總庫容3050萬m3,現(xiàn)已使用庫容1850萬m3,危險等級為三等庫,下游有西達(dá)峪、馮莊子等十余個村莊千余戶居民。在尾礦庫原有征地范圍內(nèi),剩余庫容高度不足2.0m,僅能維持生產(chǎn)使用不足2a時間,后期生產(chǎn)必須重新征用大量土地和林果樹。①隨著尾礦庫容量的增加,其危險源的級別也將相應(yīng)提高,對下游居民的生命財產(chǎn)安全會構(gòu)成更大的威脅;②隨著大量土地和林果樹的被征占,并逐步被尾礦砂所吞噬,加劇了工農(nóng)爭地、爭樹的矛盾,破壞了自然植被;③隨著尾礦庫大量溢流水的排放,下游河道沿線亦將遭到污染,背離了“減排和環(huán)保”要求。對此,石人溝鐵礦積極與馬鞍山礦山設(shè)計研究院協(xié)作,進(jìn)行了多次研究和論證,依托三期工程實施的充填采礦方法,確定了“以尾礦砂做主要充填材料,實施井下充填,實現(xiàn)尾砂循環(huán)利用”的戰(zhàn)略發(fā)展思路,并積極組織了相應(yīng)的設(shè)計和研究工作。其總體方案是:在該礦一期副井西側(cè)建立地面充填站,將由選廠輸出的尾礦管路與充填站進(jìn)行對接,對選礦生產(chǎn)排出的尾礦漿經(jīng)濃縮后,加入一定比例的膠質(zhì)材料并混拌均勻,再通過加壓泵站和專用充填管路,充填到井下采空區(qū),進(jìn)而實現(xiàn)尾砂充填采礦。目前,該系統(tǒng)地面充填站等工程正在進(jìn)行緊張的施工,可望于2010年下半年建成并投入使用。隨著尾砂充填技術(shù)的采用和尾砂的循環(huán)利用,石人溝鐵礦可實現(xiàn)廢渣——尾礦的零排放,有效避免尾礦庫再次擴(kuò)容和征地征樹,既節(jié)省了占地,又減輕了尾礦庫對下游村民的威脅,同時又避免了對河道的污染,保護(hù)了自然植被。2.6完善井下排水系統(tǒng)目前,石人溝鐵礦每天總用水量約17000t,其中:生產(chǎn)用水7500t/d,主要來源于井下一、二期排水;生活用水10000t/d,全部來自于距礦區(qū)15km以外的水源井。三期工程投產(chǎn)后,按照設(shè)計井下總排水量將達(dá)到34900t/d,屆時全礦每天總用水量將達(dá)到28000t。其中:生產(chǎn)用水16000t/d可由井下排水直接供給,而生活用水(12000t/d)則仍需由遠(yuǎn)距礦區(qū)的水源井供給,與此同時,對于井下排水除滿足生產(chǎn)使用外,尚富余19900t/d的水量將直接排往河道造成流失及河道的污染。本著“節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和循環(huán)利用”的原則,在地下水資源及礦區(qū)供水日趨緊張且供水成本不斷升高的情況下,更應(yīng)高度重視井下排水的利用問題,加倍珍惜僅有的水力資源。建議:即從現(xiàn)在起,應(yīng)盡快與有關(guān)設(shè)計研究部門共同研究、論證和設(shè)計,建立與三期工程排水系統(tǒng)相配套的地面污水處理站,對井下排出的廢水全部予以回收,按照飲用水的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理后,一方面供給選礦等生產(chǎn)使用,可進(jìn)一步提高選別效果,優(yōu)化工藝技術(shù)指標(biāo);另一方面,對于富余的水量直接供給礦區(qū)生活使用。經(jīng)初步的水量平衡測算,三期的井下排水經(jīng)處理后完全可滿足全礦生產(chǎn)和生活用水的需要。預(yù)計此方案實施后,可全部停止原有水源井供水系統(tǒng)的運(yùn)行,每年可節(jié)省水資源費500萬元以上,節(jié)約供水直接成本近100萬元;同時,隨著井下排水的循環(huán)利用,可實現(xiàn)礦山廢水的“零”排放,有效避免對河道的污染。既保護(hù)了自然環(huán)境,又可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2.7工藝設(shè)備更新改造石人溝鐵礦選礦生產(chǎn)線于1975年建成投產(chǎn),設(shè)計采用一段破碎兩段磨礦工藝,原礦處理能力為150萬t/a。2007年實施了一段球磨取代自磨的工藝改造,并增加了中細(xì)碎工藝。但對磁選、過濾、篩分、二段磨礦及尾礦輸送等系統(tǒng)均未實施配套改造,上述工藝經(jīng)30多年的生產(chǎn)運(yùn)行,設(shè)備老化嚴(yán)重,工藝指標(biāo)落后,能耗及成本明顯升高,生產(chǎn)能力也嚴(yán)重降低(實有處理能力僅為110萬t/a)。按照井下三期投產(chǎn)后,采、選能力配套并著眼于優(yōu)化工藝、淘汰落后、節(jié)能降耗、改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面的綜合考慮,2010年礦業(yè)公司安排專項資金1800萬元,對上述工藝實施系統(tǒng)更新改造。主要內(nèi)容包括:增加碎礦系統(tǒng)干選機(jī)、實施二段濃縮機(jī)取代螺旋分級機(jī)改造、對二段球磨機(jī)進(jìn)行磁性襯板及溢流型改造、更新老化磁選機(jī)(14臺)、增加部分過濾和篩分設(shè)備、對尾礦輸送系統(tǒng)進(jìn)行更新及擴(kuò)能改造等,整體工程正在實施,2010年年底前可全部完成。實施上述工藝設(shè)備更新改造后,可進(jìn)一步優(yōu)化選礦工藝流程,推