依靠科技进步建设生态文明矿山的实践

商福成，杨富廷

（莱芜钢铁集团有限公司能源环保部，山东莱芜 271104）

生产技术

依靠科技进步建设生态文明矿山的实践

商福成，杨富廷

（莱芜钢铁集团有限公司能源环保部，山东莱芜 271104）

以莱钢两个矿山为实例，阐述了莱钢生态文明矿山建设的实践。莱芜矿业应用坑内矿体近顶板灰岩注浆堵水不疏干采矿技术，辅以全尾胶结充填采矿方法，实现了无废开采、保护采矿场生态环境的目标；塌陷区治理、尾矿复垦及生态化工程的实施，提高了矿山生态文明水平。鲁南矿业实施铁素资源的回收利用和中矿再选工程，提高了矿山资源的利用效率。

矿山建设；无废开采；尾矿库复垦；中矿再选；生态化

1 前言

十八大提出的生态文明建设的重大战略举措为今后矿产资源的开发利用提出了更高目标，矿山企业如何在当前微利生产的形势下，做好生态文明矿山建设面临着严重挑战。莱钢集团所辖莱芜矿业有限公司（简称莱芜矿业）、鲁南矿业有限公司（简称鲁南矿业）适应科学发展、绿色发展、清洁发展的新形势，加快矿山科技进步和创新，采用先进技术工艺，淘汰落后产能，加快矿山机械化、自动化、信息化建设，提高市场竞争力和企业的生存能力，保持了矿山的持续繁荣发展。2012年，莱芜矿业被国土资源部授予“生态文明试点矿山”称号。

2 生态文明矿山建设实践

2.1 依靠科技进步建设无公害矿山

莱芜矿业是莱钢的控股子公司，前身为莱芜铁矿（始建于1958年6月），现有马庄铁矿、业庄铁矿和谷家台铁矿3个主体矿山。长期以来，采矿业是沿着“大量采掘—过度消耗—大量废弃”的方式发展的，给生态环境带来的危害日益严重。为根本改变传统的矿业发展模式，莱芜矿业自20世纪90年代确立了无公害采矿的理念。依靠科技进步，在保护地下水资源与工业废渣再利用资源化等方面取得了重大突破。

1）应用坑下近顶板灰岩帷幕注浆堵水新技术，较好地解决了大水矿山的防治水问题。无公害采矿的实质，就是实现不挠动地下水环境和无固体废弃物排放。在保护地下水资源方面，根本措施就是对井下导水通道进行封堵，形成人工隔水层，在不疏水的条件下，实现不挠动地下水环境。业庄铁矿和谷家台铁矿是两个全国知名的大水矿山，昼夜涌水量最高达18万m3。按照“不疏水、不塌陷、不改河、不搬迁、不还水”的治水理念，1997年莱芜矿业与长沙矿山研究院合作，探索了一套“上盘注浆堵水”新技术。在探明导水构造的前提下，对可能出水的部位，缩小注浆孔密度，在完成10 m×10 m网度钻探注浆基础上，再施工90°交叉钻注孔，形成检查与复注加固工程，加大对井下水的控制封闭力度。实践证明，莱芜矿业的注浆堵水技术是成功的。在不疏水的条件下，业庄铁矿的昼夜涌水量现在已下降到2 000 m3左右。为进一步完善井下水害的防治技术，莱芜矿业利用物理探测等探水手段，对矿体地质条件进行研究分析，建立起“坑内外导水构造”网络体系，确立了“探采结合，先探后采”的工艺纪律，制定了以水害治理措施为主的考核办法，从技术、工艺、管理等方面为水害防治奠定了良好的基础。为控制水害风险，莱矿编制了《矿井防水应急预案》，其指导方针就是将突水时的泄水通道与人行通道相互隔离，在井下各采区形成畅通的人员逃生系统。莱芜矿业防治水技术不仅根治了自身的水患威胁，也为其他大水矿山的隔水采矿探索出了一条新路。“注浆堵水采矿”的成功实施，每年节约了大量排水费用，有力地保护了当地的地下水资源，为莱芜的生态建设做出了巨大贡献。

2）实施全尾胶结充填采矿法，实现了无废开采。推行无公害采矿的关键，就是最终实现无固体废弃物排放。其根本措施就是将选矿尾砂和采掘废石全部返回井下，形成新的充填体，达到地表无废弃物、井下无采空区并消除地质灾害发生的可能。按照这一思路，莱矿与长沙矿山研究院合作，探索了一套全尾胶结充填采矿法，先后在3个主体矿山推广，取代了沿用多年的分段崩落采矿法。充填所用的胶固粉是自主开发的新型胶凝材料。2000年以来，莱矿先后建设了胶固粉和尾矿压滤浓缩项目。以浓缩压滤后的尾矿砂作为充填骨料，胶固粉与尾矿结合形成的充填料浆，由充填站系统的流态化砂仓经专用管道输送到采空区，其浓度易于控制，凝固速度快，采场接顶效果好。井下废石可通过合理安排采掘工序，直接转移到采空区用作充填材料。不论采矿过程还是选矿过程，除有用元素提取送到冶炼生产外，其他废料全部返回井下采空区，使采选产业链形成闭环发展。莱芜矿业胶结充填采矿法的实施，使矿石回采率由65%提高到90%，不仅使井下废石和尾矿实现了零排放，保护了生态环境，而且彻底解决了传统采矿法带来的地表塌陷问题。地处莱芜市区的马庄铁矿，自20世纪70年代以来，随着开采深度的增加和围岩强度的变化，在地表形成了213 333 m2（约320亩）的塌陷区。应用充填法采矿后，新采区以充填体支撑采场顶板，使马庄铁矿的地表塌陷边界和错动边界不再向外扩大，保证了城区地表安全，保护了土地资源［1］。

3）选矿废水循环利用零排放。选矿工序是矿山的耗水大户。莱芜矿业选矿厂始建于20世纪70年代，选矿生产需要大量的水，也就产生了大量的工业废水，如果排放出去，不仅会造成大量的水资源浪费，而且会严重污染环境。莱芜矿业实施选矿废水回用工程改造，对原有的污水排放体系进行改造。采用优化絮凝剂、新建浓缩机、改造沉淀池、优化回水工艺等措施，废水经处理后达到中水回用标准，全部返回车间循环利用，水处理产生的尾矿直接打到充填塔，进入井下充填流程，实现了污水、尾矿零排放。

4）尾矿和废石进入充填流程，实现资源综合利用。在马庄选厂入选矿石中，脉石矿物含量较大。经流程考查及分析论证，莱芜矿业采取了球磨给矿前抛弃细粒级废石的方法，提高入磨品位，从而提高磨矿有效处理量的改造方案。当破碎粒度降至10 mm以下时，可以将细粒级岩石、品位较低的连生体、磁性弱的赤铁矿等利用湿式预选提前抛尾，不进入球磨选别工艺流程，减少给入磨机的废石量，增加矿石的入磨量，从而减少磨矿的电耗，提高铁精粉产量，节省磨矿成本。

湿选后的尾矿经直线振动筛水洗分级后，1 mm以上的被传送带传输到矿区砖厂，作为井下封堵砌墙用空心砖的主要材料，供矿内使用。还可以用来制造植被砖、建筑场院围墙、房屋围墙、地下暖气沟通道和建筑基础等，美观实惠，另外，这些小石子粒度均匀，而且硬度大，是极好的修路材料，目前矿区的多条路都是利用这些石子修筑，效果良好。筛下的为直径＜1 mm的废石泥砂颗粒，先由备用水冲至Φ18 m浓缩池，等其沉淀后供压滤充填之用。变废为宝，经济效益和社会效益显著。

莱芜矿业探索应用“尾矿浓缩和压滤充填技术”，更好地解决了尾矿的排放问题，减少了耕地占用和环境污染。目前，莱矿的尾矿库已全部闭库，尾矿全部用于井下充填，实现了废石零排放。尾矿和废石的有效利用，解决了充填的原料问题，大大降低了充填材料成本。

通过实施无公害采矿，莱芜矿业在保障安全生产的基础上，各项经济技术指标不断刷新历史纪录，经济效益不断提高。使一个一直亏损的老矿山企业，快速发展为一个产业规模较大、市场竞争力较强、具有可持续发展能力的无公害矿山企业。

2.2 实施尾矿回收利用和中矿再选工程

鲁南矿业采用露天开采，2009年开始部分转井下开采。为充分回收利用矿产资源，鲁南矿业大力开展矿产资源回收利用工作，取得了积极成效。

1）回收挂帮矿，优化采掘技术条件，提高矿产资源利用率。鲁南矿业对矿区具有一定回收利用价值的边角、挂帮矿进行回收。采取纵采、横采相结合的采矿方法，不断加强对提高矿石回采率的研究，降低矿石损失率。根据矿岩互层多的特点，降低采场的采出品位，从而减少了采矿过程中的资源损失和浪费，最大限度地回收和利用矿产资源。

2）实施尾矿回收利用工程。2004年开始合作研究尾矿资源回收利用项目——从尾矿中回收低品位铁精矿（中矿）应用技术研究与开发，并在技术上取得了新的突破，该项目投资20余万元，设计能力9万t/a。2005年6月，又投资195万元实施了尾矿回收工程技术改造，即尾矿回收二期工程。同年10月竣工并成立选矿车间尾矿回收工段，负责在尾矿中选别低品位铁精矿，实现了铁矿石资源的充分利用。在运行过程中，不断加强技术改造和技术创新力度，使中矿产量不断提高。

3）实施中矿再选工程。2008年，鲁南矿业开展联合技术攻关，投资实施了中矿再选工程。项目投产后，年处理浮尾和磁尾粗选中矿共计20万t（按干量计算），平均年产铁品位＞63%的铁精粉4万t。中矿再选产品通过了山东省尾矿资源综合利用产品认证，不仅减少了尾矿堆放量，而且提高了球团原料自供能力，还提供了50多人的就业机会，具有一定的经济效益、社会效益和环境效益。

4）淘汰高耗能、低效率设备。鲁南矿业先后淘汰和更新了耗能大、技术性能落后的变压器、4L-20/ 8固定式压风机、YQ150A潜孔钻；将3台MQG 2700×2100球磨机的滑动轴承改为滚动轴承；推广使用“德瑞克”高频振筛，有效地提高了铁矿石的磨矿效率，使吨精矿电力单耗平均下降12%；对尾矿输送系统进行了技术改造，使用高扬程输送装置，将原来5级输送泵站，减少为2级，输送功率减少了190 kW，年节电120万kW·h；陆续淘汰了耗油高、效率低的运输车和自卸车，更新为节油效果较好的车辆，共计32辆。

2.3 采空区综合治理及生态化

莱芜矿业马庄铁矿位于莱芜市区内，自1958年建设开始，到1999年转入-50 m阶段开采改用充填采矿为止，对0 m水平以上矿床的开采一直使用崩落法采矿。矿床开采后上覆岩石随之崩落，在地表形成了宽80～150 m、长约2 000 m的塌陷区和100～150 m宽、长约2 000 m的错动区，总体积125万m3的塌陷坑，同时井下若干矿房的顶柱没有随采矿而垮落，在地下存在若干个体积155万m3的采空区。莱芜矿业按照《山东省地质环境保护条例》中矿山“应对地质灾害的危险性作业全面详细的评估，并制定相应的矿山地质环境保护和治理方案”的要求，提出了马庄铁矿0 m以上采空区塌陷区综合治理技术方案，立项后由山东省冶金设计院编制了《莱钢集团莱芜矿业有限公司马庄铁矿采空区塌陷区危害治理工程方案设计》，预算投资3 990.24万元。马庄采空区塌陷区治理的技术路线为：采用物探方法探测地下采空区—地表钻探形成连通地表和采空区的充填通道—井下进行采空区通道密闭封堵—全尾砂胶结充填工艺充填井下采空区—物探验证充填效果—地表塌陷区回填绿化。治理工程自2006年10月底开始试运行，项目治理后达到了预期效果：1）井下采空区得到治理，消除塌陷灾害威胁；2）被塌陷区隔断和受采空区威胁的市内道路汶源西大街和北坦北路具备建设条件；3）塌陷区充填绿化形成绿化带［2］。

2.4 尾矿库复垦及生态化

莱芜矿业马庄铁矿尾矿库是莱芜铁矿建矿以来使用的第1座尾矿库，尾矿库南北长度约250 m，东西长度约400 m，占地10万m2。库底最深处标高203.2 m，溢洪塔排洪管中心标高210 m，塔顶标高223.7 m，尾矿坝顶标高224.6 m，尾矿库最深21.4 m。尾矿库的使用时间为1971—1988年，按每年的尾矿产量17万t计，尾矿库储量大约300万t。

莱芜矿业实施采空区充填和塌陷区治理工程，马庄铁矿尾矿库尾矿经干采后直接运到充填再选场储存；当干采法不能进行时，利用挖沙船挖沙的方式进行采尾，自造一艘拖船，在上面安装调浆系统和渣浆泵，挖沙船挖出的尾矿直接倒入拖船上的调浆系统，然后用渣浆泵输送到充填制浆站。项目实施后，尾矿库尾矿全部得到利用；同时，再造耕地面积34 ha，土地已全部复垦变成了绿洲，美化了环境，造福了后代；尾矿再选年产1.72万t、品位55%的铁精粉，充分利用了资源。目前，莱芜矿业产生的尾矿经压滤后进入搅拌制浆系统，充填到井下新采空区，实现选矿厂的无尾矿排放，消除了尾矿排放的危害。

2007年，莱芜矿业被国土资源部评为“首届全国矿产资源开发先进矿山和全国地质灾害群防群治先进单位”荣誉称号。

3 结束语

1）科技进步是创建生态文明矿山的技术支撑。在无公害采矿的探索和实践中，莱芜矿业应用“坑内矿体近顶板灰岩注浆堵水不疏干采矿”这一核心技术，辅以“全尾胶结充填采矿”方法，实现了矿床开采过程中不扰动地下水系、不干扰周边生态环境，矿山开采结束后，地表无固体废弃物、地下不存在可能引发地质灾害的采空区；封闭井口，可以恢复采矿场的生态环境的目标。

2）铁素资源回收和尾矿综合利用，是生态文明矿山建设的重要内容。鲁南矿业充分回收和利用矿石资源，减少尾矿的排泄量，最大限度地保护环境，防治污染，实现了企业可持续发展；莱芜矿业在充分回收矿石中铁素资源的同时，利用采矿碎石和尾矿进行井下充填，并利用烧结脱硫石膏和高炉矿渣研制价格较低的井下充填胶凝材料替代水泥，降低了成本，减少了对天然资源的开采，具有很高的社会效益。

3）采空区塌陷综合治理和尾矿复垦及其生态化，是生态文明矿山建设的基本要求。利用尾矿进行地下采空区充填和回填地面塌陷区，已经许多矿山的实际应用证明是一条变害为利、变废为宝、综合利用、可有效控制和消除地压危害、保证矿山安全生产、改善地质环境和生态环境的有效途径［3］。莱芜铁矿采空区和尾矿治理工程的实施，不仅使采空区塌陷和尾矿得到有效治理，同时再造耕地，美化环境，社会效益、环境效益显著。

［1］中国资源综合利用协会.2010—2011年度大宗工业固体废物综合利用发展报告［M］.北京：中国轻工业出版社，2013.

［2］边同民，孙立杰，王琳，等.马庄铁矿采空区及尾矿库综合治理研究与实践［J］.矿业快报，2008（2）：43-45.

［3］徐焘，刘昌凤，顾明明，等.中国矿业发展对策研究［M］.北京：中国轻工业出版社，2013.

Practiceof Constructing Ecological Civilization MineDepended on Scientific and Technological Progress

SHANG Fucheng,YANG Futing

（The Energy Resource and Environment Protection Department of Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

Taking the two mines of Laiwu Steel Group as examples,this article expounds the practice of ecological civilization mine construction.In Laiwu Mining Co.,Ltd.of Laiwu Steel Group,no waste mining and mine ecological environment protection were achieved by adopting the technology of pit orebody near roof limestone grouting sealing water no drainage mining and full tailings cemented filling mining.Meanwhile the implementations of subsidence area governance and tailings reclamation and ecologicalization engineering improved the ecological civilization level of the mine.In Lunan Mining Co.,Ltd.of Laiwu Steel Group, the implementations of ferrite resources recycling and middlings re-separating engineering effectively increased the usage efficiency of ore resources.

mine construction;no waste mining;tailing depot reclamation;middlings re-separating;ecologicalization

TD85

：B

：1004-4620（2014）01-0001-03

2014-01-03

商福成，男，1963年生，1983年毕业于山东冶金工业学院冶金机械专业。现为莱钢能源环保部部长，高级工程师，从事能源环保技术与管理工作。