积极探索 勇于创新 谋求矿业新发展

孙永贵

(西部矿业股份有限公司, 青海西宁 810001)

积极探索 勇于创新 谋求矿业新发展

孙永贵

(西部矿业股份有限公司, 青海西宁 810001)

总结了西部矿业股份有限公司近年来在采矿技术和装备方面的技术应用和进展情况,并针对行业态势及时调整企业发展方向,以谋求矿业新发展。

胶结充填;溶浸采矿;地压监控;数字矿山

西部矿业股份有限公司是一家西部地区以矿产资源开发为主的大型矿业上市公司。公司主要从事铜、铅、锌、铝、铁等基本金属和非金属磷矿的采选、冶炼、贸易等业务。

公司累计已探明资源超千万吨,旗下主要经营9座矿山和4家冶炼厂,其中,青海锡铁山铅锌矿是我国年采选规模最大的独立铅锌矿,采选规模为150万t/a;青海赛什塘铜矿为省内最大的铜矿,采选规模为75万t/a;内蒙古获各琦铜矿位居国内资源储量第6大矿山,采选设计规模为300万t/a;内蒙古双利矿业公司,采选铁矿石200万t/a;四川呷村银多金属矿以银铅锌铜富集一体而著称,采选设计规模为60万t/a;扩建过程中的西藏玉龙铜矿极有潜力成为我国资源储量最大的铜矿,采选冶设计规模为10万t/a阴极铜。

1 采矿技术与装备的现状和进展

1.1 不断优化采矿工艺和提高装备水平

锡铁山铅锌矿已有二十几年的开采历史,依据资源赋存状态,原设计采矿方法为无底柱分段崩落法。鉴于储量发生变化及上部氧化矿回采无法形成采矿方法所必需的覆盖层等原因,矿山将主体采矿方法更改为有底柱分段空场法,辅以部分浅孔留矿法。

分段空场采矿法依据矿体厚度不同,分别采用垂直和沿走向布置方式,采场出矿采用30kW和55 kW两种型号的电耙。回采过程中,对采场结构参数和爆破参数不断进行了优化与改进,取得了良好效果

1.1.1 采场底部结构优化

鉴于矿山从平硐开拓转为平硐+盲竖井开拓的现实情况,为增加主平硐中段的回采矿量,尽量减少下部盲中段回采矿量,节约提升费用,将原来14m的采场底柱高度降低到了10m。具体做法是,在运输穿脉巷顶板上部布置沿脉电耙巷道,运输巷的顶板和耙道的底板穿透,耙台安装在穿脉靠近耙道的一侧,另一侧施工电耙绞车硐室,矿石由耙台电耙耙到台板上直接装车。通过优化底部结构,平硐中段平均每个采场增加了7500t的矿量,按1个中段60个采场测算,可以节约450万元的提升费用。

1.1.2 采场侧崩技术

传统采场切槽布置在矿体厚大部位,然后由切槽向两侧逐排崩矿,但实际生产中,矿体形态复杂多变,并不十分规则,逐排崩矿容易造成某些部位有较大的贫化或损失,矿山通过采用侧崩技术很好的解决了这一问题。采场正常回采形成的空区,为侧崩提供了足够的补偿空间,其回采也可与矿房同时爆破,但爆破使用的雷管段数要比矿房崩矿最后一段延迟一段以上。侧崩一般采用大孔径深孔放矿技术,孔位布置以平行排位时效果较好,实际生产表明,侧崩使形态变化较大的矿体的贫化损失降低到了最低程度,并且具有施工简单,安全性好的特点。

1.1.3 多切槽技术

在矿岩不稳固、极厚矿体,并有软弱岩层和断层影响,又不适合垂直矿体走向布置的采场,可采用多切槽技术回采。施工中切巷间要布置行人通风井,各切巷间的间距不得小于8m,一般为14m。回采时,先将各水平切槽全部爆破,如补偿空间够可一次性将矿房爆破。实践表明,多切槽技术对于厚大矿体、矿房长度较大的采场十分有效,虽然增加了部分采切工程量,但使矿体的贫化降低到了最低程度,利大于弊。

1.1.4 使用天井钻机加快矿块准备时间

天井施工一般采用普通法、吊罐法,尽管投资省,但施工周期长、安全隐患大。为此,矿山引进长沙矿山研究院研制的型号为AT1500天井钻机进行施工,该设备施工天井不仅安全可靠、速度快(上下钻机硐室形成时,成井时间为7d),而且可有效地加快矿块的准备时间。目前矿山计划再投资400万元引进2台AT2000直径的天井钻机,以最大限度满足采切工程需要。

1.1.5 引进地下汽车确保供矿

矿山井下平硐盲竖井(6m直径罐笼混合井,井深180m,提升能力45万t/a)开拓仅担负两个中段的回采任务,如下延竖井不仅基建周期长,而且150万t/a的出矿能力更是无法保障。为此,矿山新建地表辅助斜坡道通达盲中段水平,并投资引进8台25t瑞典产VOLVOA25D型铰接式矿用自卸卡车,从而有效解决了盲竖井出矿能力有限的局面,确保了矿山持续稳产(目前矿山深部千米主副井工程已陆续开工建设,建成后深部回采出矿问题可以彻底解决)。引进地下汽车尽管投资大,但该车性能好、维修工作量和尾气排放量少,适宜井下生产作业的安全环保要求。

1.2 实施充填采矿工艺 努力回收矿产资源

内蒙古获各琦铜矿是一个以铜为主的多金属(铅锌、铁矿石与铜矿石异体共生)矿山,其矿岩整体坚固,局部破碎、稳固性较差,矿体上盘断层构造带较易冒落。矿山采用电耙出矿的分段空场法和浅孔留矿法,该法采切工程少,出矿见效快、通风条件好,但回采过程中采场上盘断层构造带时有冒落,采矿贫化损失难以控制,出矿时矿岩需经常分出,严重影响正常的回采作业。为此,矿山与长沙矿山研究院合作研究推出了适合矿山生产的新的采矿方法,即铲运机出矿的上向水平分层胶结充填采矿法和小分段空场嗣后充填采矿法。

1.2.1 上向水平分层充填法

充填系统主要包括全尾砂储存供料线、水泥储存供料线、调浓水供给线、充填料浆制备与输送、自动控制等系统和环节组成。

矿块布置和构成参数:当矿体厚度＜20m时,垂直矿体走向以勘探线为界划分采场,采场宽为50 m,采场长为矿体厚度;当矿体厚度＞20m时,采场宽为25m,采场长为矿体厚度。中段高为60m,分段高为12m、分层高为4m、顶柱高为4m。为提高采场作业安全系数,在回采时,采场间留临时的连续矿柱,充填前将其削为点柱,点柱尺寸为4m×4m,中心间距8m左右。充填通风井布置在矿房内,采场溜井和采区斜坡道布置在矿体下盘脉外,出矿采用2m3电动铲运机。充填采用全尾砂胶结充填,充填料浓度为68%～71%,灰砂比为1∶4～1∶12。分层充填高3.3m,首分层全部采用灰砂比1∶4的充填体。其他各分层每分层采高3.3m,下部2.3m充填体灰砂比为1∶12,中间0.5m充填体灰砂比为1∶8,上部0.5m浇面层采用较高强度(要求3d强度＞0.5MPa)的充填体。

井下掘进的废石可就近充填采空区,采场中的废石留在采场充填,逐步向无废开采方向迈进。

采场矿石贫化率为6%,损失率为7%,生产能力为350t/d。目前尽管取得了一定效果,但也存在以下问题需要改进:一是顶板管理难度大,采用管逢式锚杆支护虽能稳固岩石,但成本较高,矿山已采取周边眼光面爆破技术控制破碎带;二是采矿作业仍采用YT-28钻机,效率较低,生产能力无法保障。矿山计划采购4台液压凿岩台车,以提高采矿工效,确保出矿能力。

1.2.2 小分段空场嗣后充填采矿法

矿块布置和构成参数:中段高度为60m,为了控制技术风险,在矿山现有的60m中段中设辅助中段,中段高度降为30m,分段高为12m,顶柱高为6 m。垂直矿体走向划分矿块,矿块宽为24m,长为矿体厚度,矿柱宽为12m。回采时先采矿房,嗣后全尾砂胶结充填,充填体养护达到设计要求后回采矿柱。对于边角薄矿体,矿块沿走向布置,矿块长为50m,宽为矿体厚度,矿房矿柱长均为25m。

采场出矿与分层充填法一致,该法目前正在实施采准工程,尚未进行回采充填作业。

1.3 开发建设玉龙铜矿

该矿地处高寒高海拔地区,矿体含泥高、含水高,氧化矿和硫化矿共生,与同类型矿山相比面临着更多的困难。同时矿山因地处青藏高原,属于“三江源”保护区,被国家科技部列入“十一五”科技支撑计划课题“高寒环境条件下复杂铜矿高效提取新技术开发”项目。

矿床采用露天开采,汽车运输公路开拓方式。一期工程为年产3万t阴极铜,考虑氧化矿(耗酸)和硫化矿(含硫制酸量)两种矿石的平衡,确定矿山一期工程生产规模为:年产富氧化矿石量63万t,年产硫化矿石量36万t。矿山于2006年9月开始建设,2008年10月一期一步1万t/a阴极铜建成投产,一期二步3万t/a阴极铜正在建设之中。

氧化铜矿采用全堆浸即浸出-萃取-电积湿法工艺。堆浸工艺为洗矿-破碎-筑堆,入堆矿石粒度为-40mm;萃取工艺采用两级萃取一级洗涤一级反萃流程;电积工艺采用不溶阳极和始极片法进行电积作业。

存在主要问题:由于施工中取消了洗矿这一环节,矿石含泥量造成渗透性差、堆场表面形成积液,致使堆浸工艺浸出率指标偏低,导致萃取、电积生产能力下降;矿山冬季昼夜温差较大,容易造成滴淋管冻结及滴淋表面冻结,影响渗透率。目前公司正下大力气与科研院所及设计单位联合对选冶工艺流程进行优化,以尽快形成公司新的经济增长点。

1.4 矿山地压监测与控制

获各琦铜矿130万t/a露天转地下竖井系统已于2006年初建成投产,170万t/a千米竖井深部开拓工程也即将建成投产。从目前开采情况分析,在井下500m深度附近,井巷开挖后岩体有失稳和岩爆现象存在。为保证当前生产和后期深部开采的安全,矿山与中南大学合作开展了矿山地压监测和控制研究,并着重分析研究典型岩石的密度、原岩应力、单轴抗压强度、岩石内聚力、内摩擦角、泊松比和全应力应变曲线等技术参数与指标,确定矿山强采环境下的工程构筑物采动失稳的阀值和提出矿山安全自动预警的理论框架,从而为提出优化的采场及井巷工程结构参数、支护类型与支护参数提供了科学理论依据。

1.5 推进井下通讯系统 提高矿山管理能力

公司旗下多数矿山为地下开采矿山,尽管配有有线通讯系统,但由于业界人士普遍共识的缺陷和弊端,无法充分发挥通讯系统对生产的调度、指挥作用。为此矿山与南昌耐林自动化有限公司合作,于2007年初首先在获各琦铜矿建成泄露电缆无线通讯系统,该系统由光纤直放站(包括近端机、远端机),平板定向天线,施主天线,光分路器、泄露电缆等组成,其通讯媒介采用一种横向屏蔽得到适当削弱的通讯电缆(每段400m左右,电缆之间由中继放大器连接),因此不仅在纵向上象有线电缆那样传输信号,同时在横向上也向外发射和接受无线信号(普通手机可以使用),是一种无线/有线的综合通讯平台。该无线通讯系统的应用极大地改善了矿山井下生产与地面调度的难度,从而为确保安全、高效生产创造了条件。目前该法已逐步推广并应用到公司其它下属矿山。

1.6 建设数字矿山努力提升企业科技创新能力

数字信息技术在矿山中的具体应用,是矿业科技创新的重要方向。为此,矿山引进澳大利亚Surpac、Microming等矿业软件,积极探寻矿山及勘探项目领域的建设工作。目前公司又与中南大学横向联合,准备向全公司下属矿山推广应用其开发的中文Dimine软件,并适时应用于地质勘探、矿产资源管理、矿山生产管理和决策之中,从而为提高劳动生产率、降低成本,增强企业的核心竞争力和提升企业科技创新能力奠定了坚实基础。

2 企业未来发展

2.1 矿山方面

随着矿山(获各琦铜矿、锡铁山铅锌矿)开采深度逐渐增大,提高矿石回采率和保护生态环境尤为重要,充填采矿法的应用比重将会有所增加,一方面要继续搞好和不断优化充填采矿工艺,另一方面要开展采矿向高效化和无废化方向的发展研究。同时与科研院所合作,继续深入开展玉龙铜矿高海拔、严寒地带氧化矿堆浸工艺研究工作,尽快达标达产。

依据地压监测理论,做好深部矿床综合开采技术研究,确保资源安全高效回采。

加快推进数字矿山建设进程,努力实现科技指导生产的目的。

2.2 公司未来发展

2.2.1 短期目标(1～2a)

公司近期目标是奠定发展基石:

(1)下大力气扭转冶炼板块,坚决扭亏增盈。

(2)在不断强化资源储备保障的基础上,进一步提升现有主力矿山产能和盈利能力。

(3)提高管理水平,强化内部控制,向管理要效益。

(4)加快基建项目建设,加大资源拓展力度,强化资源储备,特别是力争短期内在省内资源配置上取得重大突破,为公司中长期发展打好基础。

2.2.2 中期目标(3～5a)

公司中期目标是坚决做大做强:

(1)发展壮大冶炼板块。发展冶炼板块既是公司进一步实施资源拓展战略的需要,也是公司履行社会责任的需要。

(2)实现大矿大开。

(3)积极拓展能源产业。

(4)大力发展盐湖化工。

(5)向稀有及贵金属领域进军,特别是要形成公司的黄金板块。

(6)大力推进在省外战略区域、重点成矿带的资源拓展工作,谨慎乐观地开拓国际资源,做好省外大型矿山的收购工作,在海外资源拓展取得重大突破。

(7)积极为集团公司与股份公司合并创造条件,奠定公司长远发展的坚实基础。

2.2.3 长期目标(5a以上)

公司的长期目标是打造企业航母,通过上述努力,使公司未来形成4大主要业务板块:

(1)大有色板块,包括矿山板块和冶炼板块。

(2)能源板块。

(3)盐湖化工板块。

(4)其他产业板块,包括其他品种矿产的开发,以及银行、财务公司、基金等金融产业。

3 结束语

西矿公司通过对市场前景分析和企业自身发展态势的把握,依靠地域和资源优势,实时提出了未来5年的长远发展构想,制定了企业总体发展规划和具体的目标、步骤和保障措施,并得到了青海省政府的大力支持和肯定。相信不远的将来,一个大型的矿业集团公司的建立,必将为推动青海省经济的快速发展和对西部资源开发战略的可持续发展起到积极地促进作用。

[1]孟中华,王聚永.分段凿岩阶段矿房法在锡铁山铅锌矿的应用和改进[J].采矿技术,2006,6(3):220～222.

2010-05-07)

孙永贵(1953-),男,教授级高级工程师,第六届中国有色金属学会采矿学术委员会委员,主要从事矿业企业生产技术管理工作,Email:Wanghch8248@163.com。