马钢铁矿石资源综合利用研究与实践

祖　飞　何孝磊　宣良瑞

(1.马钢集团矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；5.安徽马钢工程技术集团有限公司)



马钢铁矿石资源综合利用研究与实践

祖飞1何孝磊2,3,4宣良瑞5

(1.马钢集团矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；5.安徽马钢工程技术集团有限公司)

摘要马钢矿山以国家级铁矿资源综合利用示范基地建设为契机，在低品位矿石开发利用、残矿回收、复杂地质情况下的矿石开采方面开展了大量的研究与实践，成果丰硕。全面总结了马钢矿山在铁矿石资源综合利用方面的研究成果及实践经验，供相关研究参考。

关键词铁矿石残矿回收矿石开采综合利用

马钢现有矿山由于多年开采，部分采场资源衰竭，生产能力逐步下降。南山矿区的凹山、东山采场将结束开采；姑山矿区的姑山采场露天境界内矿石基本开采结束，生产规模缩减；桃冲铁矿深部资源面临枯竭，开采难度加大，生产能力不断下降[1-2]。自2011年以来，马钢矿山在资源综合利用与保护、残矿回收、复杂地质情况下矿石开采方面进行了大量研究，成效显著。本研究就该领域马钢铁矿所取得的成果进行详细总结，为类似矿山提供参考。

1矿石开发利用

马钢矿山铁矿石资源综合利用研究的重点是低品位矿石的综合利用技术、老矿山残存矿石的回收利用技术及复杂地质情况下的矿石开采技术。相对于工业品位的磁铁矿石而言，低品位矿石的回收利用难度较大，相对于正常生产的矿山，老矿山边、难、残矿石的回收利用对开采技术的要求更高，有必要研究特殊的开采方法。

1.1低品位矿石、极贫矿石开发利用

马钢南山矿区矿床平均品位较低，矿体均赋存于闪长玢岩体中，矿体与岩体的含铁量为渐变过渡关系，低品位、超低品位矿石量占南山矿高村采场、和尚桥采场矿床总储量的60%，该类岩体如作为废石排往排土场，不仅成本高而且造成资源浪费。

(1)加强矿产资源综合利用管理。①加强地质勘查工作管理，合理确定工业指标，加大矿产资源补偿费的减免力度；②加强矿床开采环节管理，坚持低品位矿石与工业品位矿石的混合开采，同时加强配矿工作，确保低品位矿石不丢失、能利用；③加强选矿厂管理，稳定产品质量，在利用低品位矿石的同时，开展南山矿区含铁围岩资源化利用工艺研究。

(2)采用先进、高效、低能耗的矿石选别加工工艺。在南山矿凹山采场采用先进的“高压辊磨机超细碎工艺”，并对现有的选矿厂进行技术改造，增加了“高压棍磨机超细碎工艺”、“磨矿前预先抛尾工艺”，国内首次使用“自磨+球磨+立磨”新工艺改造，使选厂在处理量和入选品位方面，满足低品位矿石综合利用的需要。2014年以来，在进行大量选矿试验的基础上，先后实施了凹山选矿厂三段磨矿改造工程、东山选矿厂精矿产品提质降杂、东山选矿厂扩能适应性改造工程以及高村铁矿半连续运输工艺改造工程。从实践效果来看，已实现了采场低品位、极低品位矿石的大规模低能耗预选，选厂多碎少磨、节能降耗、扩能增产，达到了极贫矿石技术上可行、经济上合理的大规模利用的目的。

1.2残矿资源利用

马钢矿山下属的矿山均已有50多年的开采历史，南山矿区的凹山露天采场将结束开采，姑山矿区姑山采场露天境界内的矿石已基本开采完毕，桃冲矿区长龙山井下采场深部资源日趋枯竭面临闭坑。为此，为延长该类老矿山的服务年限，有必要研发特殊的开采方法，在保证生产安全的前提下加大残矿的回采力度。针对露天矿山，采用3种开采方法：①陡帮组合台阶开采方法，选用小型高效的潜孔钻机穿孔，小型灵活的液压反铲挖掘机铲装，降低生产剥采比，降低生产成本；②横采横扩采剥法，增加了露天采场同时出矿的台阶数量，提高了矿山的生产能力；③倾斜条带采剥法，解决了残矿回收作业面狭窄、变动频繁的问题。此外，凹山采场在采矿过程中辅以雷达边坡预警监测调整爆破参数，姑山采场开展驻留矿体开采关键技术研究，掌握了包括“组合式支护通过含水软岩裂隙区”、“干式充填优化”、“脉外通风人行井内留矿柱方法”等关键技术，并将其应于到露天采场挂帮矿井下开采中，成效显著。针对地下矿山，采取了采空区治理、优化采矿方法、调整矿石出矿截止品位等措施，有效解决了残矿回收过程中出现的各类安全问题。长龙山采场通过复杂隐患空区转换处置及残矿回收技术的研究，利用盗采空区重置形成了人工进路，成功完成了残矿回收。通过上述实践，该类老矿山的残矿利用水平显著提高，最大限度地延长了矿山服务年限。

2成果总结

2.1整体开发的矿山开发理念

矿山整体开发理念内容包括：①从矿山开发建设、采矿、分选、固废排放、综合利用、闭坑复垦的全生命周期进行协同考虑，找准各子系统在整个系统中的作用和地位，发现各子系统的瓶颈环节并加以解决；②分析矿区之间、矿床之间、矿体之间、采矿与选矿、矿石与废石、采矿前与采矿后相互关系，进行合理匹配；③以统筹规划为指导，以系统优化为重点，以科技创新为手段，改变现有的矿山发展方式；④大力发展循环经济，充分挖掘老矿山的生产潜能，全力推进新矿山建设，最大限度地增加和盘活矿产资源储量，探索出一条矿山整体有序高效开发的新思路，并总结出一系列的管理措施。

2.2探索建立临城矿山开发建设新模式

马钢南山矿区位于马鞍山市雨山区境内，是国内典型的大型临城铁矿区，现保有铁矿石资源储量约10亿t，面临着资源充分开发利用与城市发展之间的矛盾。根据矿区内铁矿资源储量大、埋藏浅、分布面积大、连续性好、近矿围岩普遍含铁且适合露天大规模开采等特点，结合矿山整体开发理念，转变传统矿山开发建设模式，实施短时间、高强度、大规模开发，并将资源开发在时间、空间、顺序、规模等方面的合理布局与环境保护、新型城市化建设作为一个整体进行考虑，用时间换空间，实现协调发展。通过应用一系列新工艺、技术和装备，实现资源高效开发利用，同时将矿山生态建设和开采后环境再造进行预先规划，对废石、尾矿进行建材化利用，争取地方政府在土地、税费、固废利用方面给予政策支持，实现城市建设与资源开发的协调发展，探索出了一种建立临城矿山资源高效开发循环利用的新模式。

2.3资源高效利用的先进技术成果

(1)“高压辊磨机超细碎”新工艺技术。通过对南山矿凹山选厂进行技术改造，采用“破碎—高压辊磨—球磨”碎磨新工艺，在国内首次将高压辊磨机超细碎工艺技术应用于铁矿的选矿工艺中，同时辅助湿式分级、粗粒磁选预选抛废工艺，实现了低品位矿石的大量高效利用，是低品位铁矿石选矿技术的重大突破。该工艺已在重钢西昌矿业公司、秦皇岛青龙县龙汇铁矿、山西省原平白石铁矿、安徽省大昌矿业等国内数十家矿山选矿厂得到了推广应用。

(2)驻留矿体开采关键技术。目前，我国20世纪建设的一批大中型露天铁矿山大多已到了开采末期，采场的边坡和坑底都有大量残存矿石资源，如何有效回采利用露天采场边坡残存矿(驻留矿)，提高资源利用水平，是国内露天老矿山亟需解决的共性问题，科技部也将露天铁矿驻留矿体资源开采纳入到国家科技支撑计划重大项目“难采选金属矿高效开发关键技术及装备研究”课题中。马钢姑山采场驻留矿体开采关键技术研究取得了重大突破，掌握了包括“组合式支护通过含水软岩裂隙区”、“干式充填优化”、“脉外通风人行井内留矿柱方法”等关键技术，并在姑山采场挂帮矿地下回采工程中得到了成功应用，为国内同类型矿山提供了一套全新的露天、井下、露天与井下相结合的露天采场边坡残矿开采方法。在露天采场最终境界和矿权范围内，充分利用原有的开拓运输系统，在不增加大量基建投资和生产费用的前提下，最大限度地回收利用铁矿资源，提高了露天矿山的资源利用水平，促进了矿山的可持续发展。

(3)雷达边坡预警监测技术。马钢凹山采场主要通过扩帮开采方式回收利用部分边坡残矿，为解决采场边坡裂隙、节理等构造较多，爆破易引起滑坡等问题，率先在国内露天金属矿山应用雷达边坡预警监测技术，引入雷达监测设施，利用雷达瞬时监测、高速反馈的技术特点，通过现场爆破试验，确定了区域爆破参数以及雷达预警的边坡变形参数，在高效治理边坡的同时，安全回采了大量驻留矿，极大地提高了资源利用率。

(4)复杂隐患空区转换处置及残矿回收技术。目前，国内外采空区治理方法大致有崩落围岩、充填、留永久矿柱支撑、隔离和疏通空区、封闭等几类，但对于形态及其复杂的民采空区，仅依靠其中一种或几种方法无法完全消除采空区的隐患。马钢长龙山采场采用FLAC3D、3DMine等软件对复杂空区稳定性进行了理论分析和数值模拟，利用部分盗采空区作为补偿空间，将崩落法回采工艺和盗采空区治理密切结合，发明了盗采空区隐患解除及再利用技术，同时通过采矿空间重置技术形成了人工进路，有效完成了残矿回收，使得覆盖岩层有序可控下移，总结出了空区阻隔条件下崩落法非连续覆盖层转换技术。

(5)诱导冒落高效开采技术。破碎难采铁矿体的开采一直是国内采矿难题，对该类矿体一般采用无底柱分段崩落法开采，由于该方法的采准工程难以形成，易产生生产效率低、矿石贫化率大等问题，严重影响了破碎难采铁矿体的开发。马钢姑山矿提出了上下工作面协同推进的诱导冒落采矿法，该方法合理利用了矿体的冒落时间与空间条件，采用少量底部崩落回采工程诱导上部矿体自然脱落，大量节省了破碎矿体的采准工程量；通过采用协调出矿控制上盘围岩自然冒落、监测矿石冒落进程与协同开采措施，消除了下部采空区冒落对上部回采工作面的陷落威胁；通过采用预压方法和适应围岩变形特点的掘支措施，提高了采准工程的稳固性，从而解决了采准工程难以形成、生产效率低和安全条件差等技术难题。

(6)尾矿全量资源化综合利用技术。马钢桃冲矿对尾矿综合利用技术进行了研究，针对桃冲矿选厂尾矿粒级较宽、颗粒较粗的特点，成功开发了一种尾矿全量资源化综合利用技术，该技术采用尾矿粗细分离、分别处理的方案，对尾矿捞砂系统螺旋分级的技术参数进行了调整，采用陶瓷过滤和隔膜压滤等脱水工艺及相关设备，将脱水后的尾矿用作生产水泥的原料进行利用，彻底实现了选厂尾矿零排放和全尾矿的综合利用，既解决了尾矿排放带来的资源及环境问题，又可为企业带来可观的经济效益。

3结语

马钢矿山在铁矿石资源综合利用方面进行了大量研究与实践，取得了大量成果，但也存在一些问题有待进一步解决，如在对大量低品位、极低品位铁矿石的规模化综合利用时，铁矿石中的杂质含量越来越多，精细化降杂处理矿石必然带来生产成本的增加，残存矿石资源的开采安全支护等成本居高不下，在目前铁矿石价格处于低位徘徊的情况下，其经济可行性有待进一步论证。因此，在进一步研究矿石综合利用工艺的基础上，积极寻求政府基金支持，争取在税费、土地等方面给予适当减免，最大限度地降低企业生产成本，提高经济效益。

参考文献

[1]严松山.南山矿业公司充分利用矿石资源的实践[J].金属矿山，2006(8)：82-84.

[2]马维富.马钢桃冲铁矿节约资源能源与减排的“加减法”[J].矿产保护与利用，2009(2)：4-7.

(收稿日期2016-04-06)

祖飞(1984—)，男，工程师，243000 安徽省马鞍山市太白大道1899号。