湖北宜昌樟村坪地区磷矿开发利用现状、存在问题及解决对策初探

黄德将, 易 涛, 张 瑜,任克雄

(1.湖北冶金地质研究所(中南冶金地质研究所),湖北 宜昌 443000; 2.宜昌市夷陵区国土资源局,湖北 宜昌 443100)

湖北省宜昌磷矿是全国四大磷矿区之一,现已探明各类磷矿石资源储量39.69亿t,保有资源储量36.67亿t,分布于宜昌市的夷陵区、兴山县、远安县境内[1]。其中,夷陵区的磷矿资源主要分布在北部的樟村坪镇,矿区面积达168 km2。

1 樟村坪矿区概况及磷矿开发利用现状

樟村坪镇地处宜昌市夷陵区北部山区,最高海拔1 963 m,平均海拔1 100 m。镇域面积456 km2,耕地17.07 km2,辖14个村1个居委会,总人口2.3万人,流动人口6 000人,与兴山、保康、远安三县接壤(图1)。

樟村坪辖区磷矿资源储量大,分布相对集中,已累计查明磷矿资源保有资源储量20.41亿t,占全省累计查明保有资源储量的32.2%。磷矿床主要赋存于震旦系陡山沱组下段(Z1d)地层中,包含4个含磷层位,其中按岩石地层单元靠下的3个含磷层位可形成工业矿层,自下而上为下磷层(Ph1)、中磷层(Ph2)及上磷层(Ph3)。

樟村坪地区磷矿资源开发历史悠久,自上世纪70年代中期开采至今,已有40年的历史;总体开发程度较高,现有磷矿开采企业28家,开采矿山32个,探矿权17个;从1978年—2016年累计开采利用磷矿石3.02亿t,其中大多是品位28%以上的矿石。从开采规模上看,多为中、小型矿山,平均年采矿量约10万t;从经济成分上分析,开采的主体以国有、集体矿山企业为主;从开采方式而言,以平硐、溜井的地下开采为主。

图1 樟村坪磷矿行政区位图Fig.1 The administrative location map of Zhangcunping phosphorus ore1.县域界线;2.乡镇界线;3.县域名称;4.乡镇名称;5.夷陵区行政中心;6.樟村坪磷矿区。

2 存在的主要问题

樟村坪辖区磷矿开发为促进区域经济发展、加快山区人民脱贫致富起到了重要作用,但同时也暴露出一系列的问题。

2.1 矿山规模小,资源整合利用水平低

按中国矿山生产建设规模分类标准,磷矿石产量在100万t/a以上为大型矿山,30万～100万t/a为中型矿山,30万t/a以下为小型矿山。根据这一标准和夷陵区2016年矿山开发利用统计数据库综合分析,樟村坪镇大型矿山共4家,仅占矿山总数的12.5%;中型矿山11家,占矿山总数的34.4%;小型及以下矿山17家,占矿山总数的53.1%(图2)。由此可见,大型矿山占比小,而中小型矿山占比较大,这种矿山结构存在弊端。

图2 樟村坪磷矿山规模统计三维饼状图Fig.2 Three-dimensional pie chart of statistic on Zhangcunping1.大型(≥100万t/a);2.中型(100万～30万t/a);3.小型及以下(<30万t/a)。

2.1.1 矿山布局过于分散,资金投入浪费严重

每座矿山的生产经营都须具备配套的工业场所、生产设备以及生活福利设施等基础保障,同时由于企业规模小、缺乏统筹管理和整体规划等因素的综合影响,现有矿山建设过于分散,直接造成资金投入过多过滥,生产、生活设施重复建设现象严重,最终导致生产、生活设施利用率低下,生产成本增高,浪费严重。

2.1.2 矿山工程技术人员稀缺

大部分中小型矿山企业仅有1—2名与采矿、地质专业有关的工程技术人员,甚至存在1名工程师同时在几个矿山挂名、兼职的现象,技术力量薄弱。这既不利于矿山企业的安全生产,同时还让企业科学布置生产计划和方案、提质增效等工作力不从心,从而造成很大的资源浪费。

2.1.3 矿权设置不尽合理

中国的相关法规和政策要求合理、高效利用国家资源,矿区范围应主要根据矿床的赋存条件进行划分,应尽可能杜绝一矿多采。但是目前樟村坪镇的实际情况是,大多数小型矿山企业的矿区范围是由地矿主管部门根据矿山的发展历史和矿区的地形条件划分的,导致小型矿山企业数量偏多、范围偏小,难以形成规模经济,整体效益差,不利于这些企业的长远发展及资源整合利用。

例如,金发矿业华青磷矿采矿区范围位于中海油矿产品公司杉树垭西部探矿权范围内(图3),这导致华青磷矿无法变更矿业权范围,在资源枯竭后难以得到补充。而且,杉树垭西部磷矿探转采后与华青磷矿在采矿活动中难以界定采矿边界,提高了矿政管理难度,更不利于这一区块磷矿资源整体规划合理和高效的开发方案。

图3 中海油杉西磷矿采矿权申请范围与金发华青磷矿采矿权范围叠合图Fig.3 Superimposed map of Shanshuya west phosphate mining right application scope and Huaqing phosphate mining right range

2.2 未执行全层开采,存在采富弃贫现象

樟村坪地区磷矿储量丰富,矿层呈缓倾斜产出,为薄—中厚层,分布相对集中,但中低品位磷矿多,富矿少,形成“两贫夹一富“的矿层结构。现有的磷矿储量中,大部分中低品位矿石,需经选矿后才能利用。目前为提高资源利用率,虽大力推行全层开采,但效果并不显著,主要原因如下。

2.2.1 贫富矿价格过于悬殊

长期以来,磷矿销售市场维持富矿扬价、贫矿抑价的规律。夷陵区2016年12月“矿价监”检测结果显示,磷矿石品位价格(不含税)为:P2O532%、30%、28%、26%、22%的磷矿石价格分别约为479元/t、391元/t、306元/t、252元/t、173元/t,而矿山平均采矿成本为179元/t(表1)。显然,开采低品位矿利润较低甚至亏损,在开采成本相等的情况下,采矿企业为赚取更多的利润通常会选择采富弃贫。

2.2.2 税费按量征收

目前中国所征收的资源税,既不考虑采选的难易,也不考虑矿石市场的价值高低,均按矿山产量征收资源税,贫富矿税费相同,而市场价格相差悬殊,磷矿开采企业受利益驱动,实施全层开采的积极性不高。

表1 樟村坪磷矿山平均开采成本计算表(不含税)Table 1 Average mining cost of Zhangcunping phosphate mine

2.2.3 选矿成本高

樟村坪中低品位磷矿多富矿少,且由于产出磷矿石属隐晶质胶磷矿,采选难度大,成本高。樟村坪地属黄柏河东支流域,为夷陵区水源保护区,不能采用浮选方式选矿。据实地调查,樟村坪镇现共有4家选矿厂,均采取重介质选矿方式选矿,但选矿效果并不理想。以宜化花果树选矿厂为例,每选一吨P2O528%的精矿需要消耗2.1 t P2O522%左右的低品位磷矿,成本为408元/t(其中购矿363元/t,选矿45元/t),而精矿价格仅为306元/t,加上副产品矿砂129元/t,产品总值435元,毛利润仅27元,利润微薄。因此,低品位磷矿价位低、选矿利润又不高,难以激发采矿企业的积极性,若提高收购价格,选矿企业又难以生存,故影响中低品位磷矿开发利用。

2.2.4 磷化工产品结构不合理,高附加值产品不多

根据磷化工产品结构调查统计结果,樟村坪镇磷矿企业按磷化工产品结构可划分为三类(图4):第一类为宜化集团和兴发集团,它们拥有独立专业的研发团队,产品科技含量高,以精细磷化工和高浓度磷肥为主,在樟村坪镇共有矿山5个,占全部矿山的15.6%;第二类以柳树沟集团、中孚化工集团为代表,它们有自己的磷化对接企业,但规模普遍较小,产品以优质普钙和钙镁磷肥为主,科技含量不高,这类矿山在樟村坪镇共6个,占全部矿山的18.8%;第三类为其余中小型矿山企业,他们以采、售磷矿石为主,仅拥有磷化产业链上游的原材料生产能力,无力进行下游磷产品的深化、精细化加工,产品附加值较低,这类矿山21座,占全部矿山的65.6%。

2.3 矿山开采引发地质环境问题

四十年的磷矿开采,造成樟村坪地区形成大面积采空区,目前采空区总面积已达13 km2以上[2-3],由此引发了一系列的矿山地质环境问题,影响矿区群众生产生活安全,主要表现为三个方面。

2.3.1 矿山地质灾害

区内发育和分布有各类地质灾害(隐患)点共计182处,168处分布于开采矿区并与矿山开采活动有关,占全镇地质灾害点总数的92.31%(图5)。其中崩塌109处,占矿山引发地质灾害总数的64.88%,主要分布于丁家河、栗西、杉树垭、树崆坪和樟村坪矿区;滑坡7处,占4.16%,主要分布于丁家河等矿区;地裂缝16处,占9.52%,主要分布于店子坪、丁家河和灰石垭等矿区;地面塌陷16处,占9.52%,主要分布于店子坪、樟村坪和树崆坪矿区;泥石流20处,占11.9%,分布于丁家河、杉树垭和三岔垭矿区(图6),点密度达386.38处/100 km2[4]。

图4 樟村坪镇磷矿矿山—磷化工产品结构分类百分比饼状图Fig.4 Percentage pie chart of classification of Zhangcunping phosphorus chemical products structure in phosphate mines1.一类矿山(精细磷化工为主);2.二类矿山(优质普钙和钙镁磷肥);3.三类矿山(销售磷矿石为主)。

图5 樟村坪镇矿山地质灾害分布百分比柱状图Fig.5 Percentage histogram of mine geologic hazard distribution of Zhangcunping area

2.3.2 矿山废水、废渣污染

樟村坪是宜昌市重要水源地和长江中上游重要支流黄柏河的发源地。矿山开采形成的大量废水,部分未经有效处理便直接排入附近河流,对地表水环境影响较大。矿山废水含有大量可溶性离子和悬浮颗粒,其中含有较多有害元素(如总磷、硫化物),且pH值变化较大,随意排放后污染了地表水和地下水,一定程度上使矿区的水环境质量变差,且影响时间较长。目前,当地政府采取了有效措施对黄柏河流域进行整治,要求矿山建立污水处理系统,并安装水质在线监测装置,但尚未全面覆盖。另外,河道中历史残留污染物未进行清理,仍然是水质重要的污染源。

图6 樟村坪镇矿山地质灾害分类饼状图Fig.6 The pie chart of Zhangcunping mine geologic hazard classification1.崩塌;2.地面塌陷;3.滑坡;4.地裂缝;5.泥石流。

辖区内较大的固体废弃物堆场有86处,调查结果表明,各磷矿矿山地表累计存放废渣212.32万t[2],占用了大量土地,雨水淋滤废渣造成水污染。矿山排放废渣的综合利用程度不高,且综合利用途径不多,仅部分废渣用于修建道路,综合利用率不到10%。

2.3.3 矿业开发对水资源的破坏

磷矿开采所形成的巷道及采空区,不仅会在顶板厚度薄的地段造成地面塌陷、地表开裂,还会使矿层上部山体中的地下水汇集和排泄于此,极大地改变含水层结构和地下水系统的补、径、排条件;地下水位降至坑底,形成以矿坑为中心的大范围降落漏斗或地下水疏干区;顶板含水层中的地下水动、静储量逐步减少甚至枯竭[5],导致区域性地下水位下降,致使地表汇水断流,浅层水资源枯竭(图7)。

区内主要工业磷矿层多位于当地最低侵蚀基准面以下,采矿活动现已造成许多矿区震旦系灯影组、陡山沱组地下水水位大幅度下降数十米甚至上百米,影响了当地人畜饮水和工农业用水;矿坑排水造成的影响范围合计达400多公顷。

图7 地下水系统受采矿活动影响模式图Fig.7 Influence mode of mining activation to groundwater system1.采空区平面范围;2.采空区影响范围;3.地下水;4.磷矿床;5.采空区截面;6.剖面线及编号;7.剖面地形线;8.地裂缝及地面塌陷;9.采空区影响范围截面;10.采空区对地形及地下水影响变化阶段编号。

3 樟村坪磷矿可持续利用解决对策探讨

3.1 加强企业技术力量,推进矿山资源整合

3.1.1 积极推进中小型矿山整合工作

鼓励大型企业通过收购、参股、兼并等方式实现周边矿产资源有效整合。逐步优化矿区内的资源配置,让优势资源向优势企业集中,进一步做大做强支柱企业,达到减少矿山数量、重组矿山资产、增强矿山技术力量、提升矿山产能、降低生产成本、增强加工能力的目的。

3.1.2 加强中小型矿山企业工程技术人员队伍的建设工作

一是要在矿业权现场检查中加强对年度采掘计划、井上井下对照图等技术资料的检查,转变矿山企业业主以往重生产、轻技术的错误认识;二是加强矿山技术人员技术培训,政府主管部门定期组织举办矿山技术培训班,大范围提高矿山工作人员的基本业务素质;三是鼓励矿山企业与武汉理工大学、中国地质大学(武汉)、中南冶金地质研究所等在采矿、地质方面有优势的院所开展合作,在企业中遴选出一部分有潜力的技术人员赴院所进修,培养出一批懂技术、精业务的高素质队伍。

3.1.3 加大中低品位磷矿直接利用新技术和选矿技术研究开发

加快建立以企业为主体的科技创新体系[6],增加中低品位磷矿直接利用新技术和选矿技术研究经费的投入,主要从选矿技术、新工艺开发等方面积极探索,尽快建设规模化的磷矿采、选、用等系统,集约化生产,突破制约樟村坪地区磷化工发展的关键技术屏障。

3.2 强化开采管理,推行全层开采

3.2.1 强化磷矿开采管理

一是坚持磷矿资源总量控制。加大高品位磷矿开采总量控制力度、合理确定磷矿年度开采量。二是根据国家和省市有关矿产资源节约集约高效利用法规和政策,全力推进磷矿企业全层开采,杜绝资源浪费。以国土资源所为起点开展储量动态管理,实时监管磷矿采出量及矿石品位,对不实行全层开采的企业,及时下达限期整改通知或责令停产整顿。三是严格资源开采准入条件,加大资源整合力度。推进“采选加一体化”,未探明储量区域的探矿权优先配给重点磷化工企业,提高低品位矿石利用率,努力构建矿化、矿肥、资源综合利用一体化的集约发展模式。

3.2.2 强化磷矿运销管理

规范市场行为,继续坚持产销对接和滚动发票管理办法。做好磷矿开采企业和市内化工企业的产销对接,对未按产销对接合同运销磷矿石的开采企业,减发和停发准运单。对全层开采实施情况好的企业优先安排运销计划。对不按计划开采或采富弃贫的开采企业扣减磷矿开采指标。

3.2.3 出台专项政策,加大政策扶持力度

为扭转现今被动引导的局面,真正让企业主动做到贫富兼采、合理梯级利用磷矿资源、综合利用共伴生资源,建议省市出台低品位磷矿采选生产税费减免乃至补贴政策,加大优惠扶持力度,让经济效益成为真正驱动力,鼓励企业投资建设符合规划的选矿项目,针对樟村坪地区隐晶质磷矿选矿难的情况,在区外规划建设大型浮选厂,集中处理低品位矿,提高选矿效能,降低选矿成本。对独立核算的选矿厂,所生产的的磷精矿除增值税外,其他各项税费免征等。

3.3 提高地质环境保护意识,科学防治地质环境问题

3.3.1 加强监测预警

完善群测群防体系,继续大力宣传、普及地质灾害防灾减灾科学知识,增强各级人民政府和民众的防灾减灾能力,实行区、镇、村层层负责制,严格落实汛期24小时值班制度,畅通信息渠道;完善专业监测手段,对威胁人口多、重要工程设施而工程治理难度大、目前处于缓慢变形或局部变形、暂时不能采取搬迁措施的重要地质灾害点进行专业监测,通过布设专业监测仪器进行实时自动化监测,建立地质灾害位移变形监测系统,采用裂缝监测仪对裂缝进行自动监测,对监测数据实时分析,研究地质体变形趋势,适时发出预警预报信息;加强应急处置系统建设,按照统一领导,分级负责,属地管理的原则,构建区、镇级突发地质灾害应急中心,配备必要应急设备,履行专业应急队伍职责;强化地质灾害信息系统建设,对樟村坪镇地质灾害防治、监测预警等各类信息进行汇总、建库、处理及综合分析,对地质灾害的发生、发展进行预测预报,提供资源共享和服务,为国家和地方各级政府防灾减灾决策提供必要的技术支持。

3.3.2 加强现有地灾点的治理

对于规模较大、危险性大、威胁人口较多、社会影响较大、不宜实施搬迁安置的地质灾害隐患点,通过经济、技术对比和论证,可集中有限资金进行工程治理。工程治理前需进行必要的勘查或调查,查明灾害体的类型、分布规模、成因机制、发展趋势和危害程度,并做出稳定性评价,提出经济合理和技术可行的工程治理方案或应急防治措施。对崩塌可采用地表截流、凹岩腔嵌补、锚索加固、危岩清除、被动防护等措施;对地面塌陷可采用充填、支顶治理、灌浆等措施;对滑坡可采用削坡、清方、设置排水沟和挡土墙、锚索加固等措施;对泥石流可采取建设拦挡坝、排导沟和物源稳固等疏堵并举的处理措施。

3.3.3 开展土地复垦,净化排放废水

对于矿业开发占用与破坏土地、植被资源问题,可采用土地整理、植被恢复等复垦复绿措施;对于矿山废渣可采用综合利用(修路、建材)或复绿等措施,废水可采用循环利用或净化处理、有序排放等措施;研究有效措施针对河道残留污染物进行治理。矿业开发对水资源的破坏是不可避免且无法根治的,但因区内山高、水资源丰富,且主要工业磷矿层多位于当地最低侵蚀基准面以上,目前采矿活动尚未造成地下水资源枯竭,加上区内河溪纵坡降较大,稀释、自净能力较强,矿业活动对水质影响程度相对较轻。建议矿山企业严格按照有关标准和要求,对采矿形成的废水进行有效处理后有序排放。建议加强矿山地质环境管理、恢复治理、监测和矿区群众搬迁安置等示范工作,特别是进一步开展采矿爆破振动、采空区地应力变化、水文条件变化等方面的深层次研究,科学地指导采矿工程活动和积累矿山恢复治理经验。

[1] 张猛,余军,汪飞,等.湖北省矿产资源储量表[R].武汉:湖北省国土资源厅,2016.

[2] 张端淼,陈骏峰,庞威,等.宜昌市夷陵区磷矿开发区矿山地质环境问题及防治对策[J].资源环境与工程,2014,28(2):184-187.

[3] 陈骏峰.湖北宜昌樟村坪矿山地质环境保护的实践与思考[J].国土资源,2013(9):48-50.

[4] 张端淼.宜昌市夷陵区樟村坪镇地质灾害普查报告[R].宜昌:夷陵区国土资源局,2014.

[5] 张进德,马军.矿山环境调查评价与综合研究[J].西北地质,2003,36(增刊):168-171.

[6] 潘长云.云南磷矿资源及可持续利用对策研究[J].云南地质,2003,22(3):336-341.