露天开采建筑石料型矿山资源综合利用

张长贵

（湖州鹿山坞矿业有限公司，浙江 湖州313025）

1 绪论

人类社会的发展依赖于物质，而矿产资源则是这些重要物质基础之一。目前，95%以上的能源、80%以上的工业原料和70%以上的农业生产资料都来自矿产资源［1］。矿产资源大多来自于矿山，而露天开采建筑石料型矿山作为我国各类矿山的一部分，就矿山个数而言可占到总矿山60%左右。因此，它的资源综合利用实现的程度，对我国矿山资源综合利用总体发展起到举足轻重的作用。在建筑矿山领域中，如何综合利用矿山资源，保护矿山环境，建设绿色矿山，推进绿色矿业多做些有益探索，促进矿产资源开发综合利用和生态环境的持续健康协调发展，具有重要的指导意义。浙江湖州鹿山坞矿业有限公司位于浙江省湖州市吴兴区妙西镇鹿山坞，始建于2000年，注册资金1600万元，是一家从事露天开采、加工、销售的建筑石料民营矿山企业，年开采规模65万t，年加工能力200万t。是首批浙江省省级绿色矿山企业，目前正在创建国家级绿色矿山企业，大力推广绿色开采理念，致力于绿色矿山的创建。为实现矿山资源的综合利用，企业进行自主科研活动，为绿色矿山创建提供专项基金，立足 “精”字做文章，履行节能减排义务，抓好环境保护和建设，全力打造绿色矿山，为矿山资源的综合利用提供了科学有效的实现途径。现已初步实现资源效益、生态效益、经济效益和社会效益有机统一，企业效益稳步提升。

2 矿石开采阶段资源综合利用

浙江省湖州鹿山坞矿业有限公司矿区，地处湖州市吴兴区妙西镇鹿山坞，属山坡露采矿山。阶梯山坡露天竖直采掘，水平分层，自上而下依次逐层水平台阶开采，开采工序可以简单描述为剥离－钻孔－爆破－二次破碎－铲装运输。在这个过程中，会产生大量矿山废弃物。公司通过研究并结合自身生产实际情况，制定了一系列矿山开采阶段所产生废弃物的综合利用措施。

2.1 矿山表层植被的利用

目前，矿山开采过程中，对于表面覆盖的林木，一般采用的方法是砍伐，或弃置堆放待其自然腐烂。这样做，不论是对环境还是资源都是一种很严重的浪费。为解决这个问题，公司领导通过向浙江大学生命科学学院的有关专家进行请教，在他们的帮助下，形成了一整套有效移植树木的方法。这样既减少了因砍伐树木造成的浪费，同时也为厂区快速绿化提供了苗木。

这个方法主要包括四个方面：①移植前的准备工作。准备好移植过程中需要的机械设备、选择生长健壮、发育充实、无病虫害、符合绿化设计要求的苗木。②起苗。确定所移植大树后，在移植前分两次提前1～2a进行断根处理，即首先提前六个月在距离大树胸径3～4倍远的位置挖两条宽30～40cm、深60～80cm左右相对平行的沟槽，挖到主根分岔以下。截断粗大的侧根，截面必须平齐，以利于伤口愈合和下侧发根，较小的侧根可用剪子剪断。沟挖好后，填入疏松肥沃的土壤，填满后夯实，浇足水。然后再等待六个月，在已有沟槽的两侧挖两个平行沟槽，使沟槽形成 “口”字，对勾槽的处理办法同前次。等待六个月后再进行挖树、修剪、包裹树干、装运。③栽植。④养护管理。通过这种方法对树木进行移植，可以大大提高树木的存活率。

这种方法要求矿山企业必须做好开采规划，根据矿山开采进度调整进行移植前准备工作的时间。只有矿山开采范围必须扩大时，才将相应区域植被移植，尽量避免 “开采未至，植被先移”的局面，并杜绝由此引发的水土流失等问题。

2.2 矿山表土的利用

据研究，形成1cm厚的表土需要100～400a［2］，而风化成1．5m厚的表土层则至少需要6万a。但破坏这6万年才风化形成的表土层，却只需一朝一夕就可以完成，这是一种资源在时间上的极大浪费。目前，矿山表土处理的传统做法，为剥离下来后进行填埋或堆置。将表土作为废弃物进行堆置，不仅是一种资源的浪费，不利于矿山资源综合利用，而且表土生产是连续的，随着矿山开采时间加长，表土存量也将增加，这必将占用更多的土地用来堆放，对土地资源的占用也不容忽视。堆置的表土在雨水的冲击下，会造成水土流失、形成严重安全隐患，阻碍河道的排水、泄洪能力等。

为解决这个问题，鹿山坞矿业有限公司引进了表土剥离再利用技术，先将矿山表面1．5m厚的表土进行剥离，然后将剥离的表土进行综合利用，运输到城市绿化区进行销售，为种植绿化灌木、树木及其花草提供肥力充足的熟土。这样既解决了城市绿化取土困难，又解决了表土堆积或填埋带来的问题，实现了表土资源的充分利用。在矿山开采后期，将剥离的表土适当存储一部分作为矿区复垦之用，与使用外调土相比，具有减少运输费用、缩短熟化时间等优点。

2.3 矿山风化层岩石的利用

矿山表土剥离之后的下方，是平均厚度为6．5m的风化岩石。鹿山坞矿业有限公司对这层风化岩石进行剥离后，并不是简单的丢弃或堆置，而是将这些占剥离总量的5%，即1．2万m3的风化岩石进行综合利用，用于工业场地基础设施建设或做为新建公路的基础土方工程用料进行销售。此举不仅提高了矿石开采阶段资源的综合利用率，更提高了公司的经济效益，得到实实在在的好处。

2.4 矿山最上层岩石的利用

在风化层岩石以下接近风化层的区域，是原矿石开采区。但是这一部分矿石外观呈土黄色，矿石品质相对不高，但其强度可以达到低强度混凝土的使用标准。公司利用这些矿石生产加工成普通建筑石料 （C30以下混凝土用）。普通建筑石料加工工艺及流程为一闭路三段破碎，其生产工艺流程见图1。

图1 普通建筑石料车间生产工艺流程图

矿石首先经给料筛分，除去泥和杂质。再经过粗碎 （一级破碎）、中碎 （二、三级破碎）等步骤，最终生产出40～25mm的产品。将25mm以下进行成品筛分，又筛分出25～15mm、15～5mm和＜5mm的产品。产品的粒径可根据市场需求具体要求，通过改变筛孔尺寸进行调整。

2.5 矿山中下层岩石的利用

普通建筑石料所用矿石层 （矿山最上层）以下即矿山中下部，这部分矿石品质优良，公司用来加工精品建筑石料。精品建筑石料加工工艺前阶段步骤与普通建筑石料加工部分类似，后阶段加工工艺及流程为一闭路二段破碎，其生产工艺流程见图2。

图2 精品石料车间生产工艺流程图

利用普通建筑石料加工工艺生产的40～25mm碎石，经冲击破碎 （一级破碎）后再进行整形破碎 （二级破碎）等步骤，最终生产出出15～10mm、10～5mm、5～3mm、＜3mm四种精品石料。每种碎石产品生产比例，也按照市场的需求灵活调整，实现产品结构最优化，经济效益最大化。

3 矿石加工阶段资源综合利用

鹿山坞矿区所产矿石主要为辉绿岩，包括辉石和基性长石 （与辉长岩成分相当的浅成岩类），还含有少量橄榄石、黑云母、石英、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等。

3.1 生产高附加值专用石料

辉绿岩是上等路面和建筑材料。公司通过研究矿石实际品质与生产加工工艺流程，采用国际最先进的冲击式破碎工艺，生产出不同粒径的具有高附加值的建筑骨料，已经成功应用于高速公路路面沥青混凝土、高铁客运专线高性能混凝土之中。这种石料产品具有压碎值低、磨耗率低、坚固性低、针片状颗粒含量极低、紧密空隙率低、磨光值高、耐磨性好、嵌压力强等优点。通过研究优化生产工艺流程，结合科技攻关项目，公司生产出具备高品质的专用骨料，每吨销售价格是普通建筑骨料的3～4倍，成功提高了产品的附加值，公司效益得到进一步提升。

3.2 利用尾矿废弃物生产机制砂

目前在我国，现有大大小小的废弃物尾矿堆400多个，堆存的尾矿达到50亿t以上，而且以每年5亿t的速度增加。因此，要重视并开展尾矿废弃物综合利用与处置，实现尾矿废弃物的变废为宝，从根本上改善和提高矿区生态环境质量，提高矿山经济效益，走出一条资源开发与环境保护相协调的矿业发展道路［3］。矿山在生产加工粗集料的过程中，会产生大量以废石、石屑、尾矿为主的废弃物。以往的做法是将这些废弃物进行简单堆置，既浪费又污染环境，一些企业也在尝试将这些废弃物再利用，如建立机制砂生产线，以尾矿为主要原料进行机制砂生产。

公司与上海同济大学材料科学与工程学院进行合作，利用废石、石屑、尾矿开发生产高标号混凝土用机制砂。由于工艺路线科学合理，目前公司生产的机制砂具有含粉量低、泥块含量低、坚固性指标质量损失低、单级最大压碎指标低等优点，技术处国内领先水平。试制品经上海市建筑科学研究院检测站检测，各项指标均符合 《建筑用砂》GB／T 14684－2001标准要求。这对推动我国国家基础设施建设及其他建设工业的发展，节约资源和保护自然环境具有一定现实战略意义。

3.3 粉尘回收再利用

对于矿山企业，在生产加工过程中产生的粉尘，绝对是一个不能忽视的问题。大多数企业在生产中并不注重对粉尘的控制，对于露天生产的矿山企业，粉尘的处理更是简单的任其 “随风而逝”，更不用说对粉尘进行回收再利用了。

公司对其所有生产厂房都使用钢板进行封闭，这就有效的控制了粉尘飞扬，最大限度降低对环境的不利影响。另一方面，公司购置安装了XM350、XM250粉尘联合吸尘器各一台，在破碎设备下方多处及厂房高处均设有吸尘管道口，机械设备将生产过程产生的粉尘和厂房空间弥漫的粉尘，通过多条管道输送集中到两只容量各为100t的粉尘收集筒，同时，砂粉分离机分离出的石粉也被输送到粉尘收集筒中。对收集到的粉尘进行综合利用，目前不仅应用于新型墙体材料——水泥标准砖、多孔砖及多种砌块之中，而且通过进一步开拓市场，提高粉尘的利用价值，现已成功应用于生产加气砌块和作为水泥熟料混合材。此举化废为宝、化害为宝，既减少了对环境的污染，又大大提高了建筑石料资源的综合利用率和产品的附加值。

4 矿石清洗阶段资源综合利用

矿石成品在销售前还需要清洗，清洗时会产生大量的污水，而污水中含有大量的泥沙，不可以直接排放，必须经过处理。由于产生的污水量较大，处理时必定要耗费一定量的人力、物力和时间。目前，比较常用的处理方法为利用三级沉淀池进行自然沉淀。但是这样做的话，泥沙没有得到分离，限制了泥沙的回收再利用，只能作为废弃物处理，这样必然要占用大面积场地，浪费了土地资源，而且处理效率低下，处理效果也不尽如人意。

公司通过科学研究，对污水处理工艺进行改进，研发了四级污水处理方法。四级污水处理工艺流程见图3。污水经过四级处理，回收到的粗细砂、泥饼都可以再利用；处理后的污水达到国家一级排放标准，可以实现水的循环利用，为矿石成品料清洗的资源综合利用提供了可行的途径。

图3 污水处理流程图

4.1 污水中的粗、细粒尾砂回收利用

四级污水处理过程中，一级处理通过螺旋分离机对较大颗粒的砂石进行分离，使污水的固含量从13．8%下降到10．6%。二级处理通过旋流器组和高频振动筛对细砂进行分离，使污水固含量从10．6%下降到9．2%。按照每天处理4000t污水计算，每天可以收集128t粗砂、56．0t细砂。目前，收集到的粗砂与细砂都具有一定的市场销路，可作为配置混凝土建筑用料，制造各类砌块。这样一来，污水尾砂的回收也为公司效益的提升做出了贡献。

4.2 污水净化后的循环利用

二级处理后，向污水中加入矿山专用生物泥浆分离剂，污泥在沉淀池中快速沉淀，从而实现了污泥和水快速分离，使得沉淀后得到的清水可以再次用于矿石成品料的清洗，达到了水资源循环利用的目的。

4.3 矿污水中的污泥回收利用

在沉淀池中，污泥快速沉淀下来后，使用厢式自动拉板压滤机对泥浆进行处理，建成污泥干化处理流水线。沉淀的污泥经过处理后变成了泥饼 （含水率≤20%），成功实现了污泥干化的目的，处理效果优异。同时，压滤出来的净水达到国家一级排放标准。收集的污泥可以作为烧结砖的原料，实现了污泥的回收再利用。

5 地表水资源的综合利用

地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气中的水，它是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分［4］。公司矿山所在地区拥有丰富的地表水资源。认识到这点，公司投资在开采区旁建造蓄水池和沉淀池，其中容量达3000m3的蓄水池两个，200m3的沉淀池6个。这样做，能够收集利用矿区范围内的自然水，基本保证了矿区每天200t左右的生产用水；另外，遇到灾害性天气发生时，能够起到防洪作用，使整个矿区无洪水外泄。经粗略测算，矿山每年节省用水经费26．79万元，节约了宝贵的水资源，又降低了生产成本。

［1］ 李明立，原振雷，朱嘉伟．矿山固体废物对环境的影响及综合利用探讨 ［J］．矿产保护与利用，2005（4）：38．

［2］ 孙礼．关于保护和利用表土资源的思考 ［J］．中国水土保持，2010 （3）：4－6．

［3］ 常前发，王运敏．我国尾矿综合利用的现状及对策 ［J］．中国矿业，1999 （8）．

［4］ 廖岳华，樊娟，陈世雄，等．我国地表水环境质量评价存在的问题与建议 ［J］．安全与环境工程，2010，17（3）：55－58．