新疆宝明低品位油页岩矿石经济可采性及选采方法的研究

韩 岗，胡红倩，胡继忠

（1.新疆宝明矿业有限公司，新疆 吉木萨尔 831700；2.新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；3.徐矿集团天山公司 俄霍布拉克煤矿，新疆 库车 842000）

新疆宝明矿业有限公司油页岩的赋存条件复杂，存在褶皱、断层等地质构造发育，部分地段不连续、矿石及岩石夹层厚度不一的现象。在地质勘探报告圈定矿体外存在大量矿体较薄、品位不稳定、控制程度低的低品位矿石带。

低品位矿是介于一般工业指标中边界品位和（最低）工业品位之间的矿产资源。低于边界品位可利用的矿产资源，属于超低品位矿。根据《中华人民共和国资源税法》指出纳税人开采共、伴生矿、低品位矿，省、自治区、直辖市可以决定免征或者减征资源税。全国多地出台了纳税人开采低品位矿，并与主矿产品分别核算销售额或者销售数量的，减征50%资源税。新疆宝明低品位矿石数量庞大，随着矿山接续以及地质找矿工作的难度不断增加，勘探和矿山建设周期不断延长。为了充分利用矿产资源，充分发挥矿山的生产潜力，需要延长矿山服务年限，提高企业经济效益；为此，对新疆宝明低品位油页岩矿石经济可采性及选采方法进行研究[1-3]。

1 生产工艺及矿层特征

1.1 生产工艺

新疆宝明矿业有限公司油页岩综合开发利用项目生产环节主要由露天矿开采，洗选加工、干馏组成，在低品位矿石利用中，通过矿山选采提高矿石经济性，同时，由于有了洗选厂，综合含矿率、含油率较低的低品位矿石被利用的可能性增大，通过洗选厂选矿等工艺环节，可以进一步将低品位矿带中的夹矸剔除，洗选后的精矿石用于干馏生产。

1.2 矿层特征

新疆宝明矿区的含油页岩层位中，第三岩性段为主要的赋矿层位，次为第五岩性段。其他各岩性段也含油页岩层，但厚度很小或较少。第三岩性段在矿区内露头较好，而第五、第六岩性段，总体上矿体较薄，品位较低，纵、横向上变化较大。

1.2.1 第五岩性

油页岩层垂向组合特征：该组合由Ⅱ5、Ⅱ4 号矿体组成，平均视厚度8.27 m，含矿率7.43%，一般为仅达到边界品位。该层段组合油页岩层分布较稳定，Ⅱ4 号矿体在19 线有3 个分层，23 线有具2个分层。分层视厚度2.65～8.10 m；Ⅱ5 号矿体分布于Ⅱ4 号矿体上部，在19 线有2～3 个分层，分层视厚度2.50～6.00 m。

1.2.2 第四岩性段

油页岩层垂向组合特征：该组合由Ⅲ号矿体组成，平均视厚度5.19 m，含矿率11.05%。一般为仅达到边界品位。分布特征：该层段组合油页岩层分布较稳定，Ⅱ4 号矿体在19 线有3 个分层，23 线有2个分层，分层视厚度2.65～8.10 m；Ⅱ5 号矿体分布于Ⅱ4 号矿体上部，在19 线有2～3 个分层，分矿层视厚度1.92～6.00 m。

1.2.3 第三岩性段

勘探区内现已探明的资源量均集中在该组合中。根据层位关系、岩石组合特征，该组合可分为上部组合和下部组合。

1）上部组合。由Ⅰ2 号和Ⅰ1 号2 个矿体组成，平均视厚度为42.54 m，含矿率57.28%。该组合几乎分布于整个勘探区，矿体中分矿层较多，反映出油页岩层具有分叉合并、尖灭再现特征；分矿层视厚度6～194 m，厚度变化很大；矿体、矿层在27 线以西均被北界推覆断裂破坏，各地段破坏程度不尽相同，22～38 线及以东油页岩矿层被断失殆尽。

2）下部组合。由Ⅰ0 号矿体组成，平均视厚度为24.6 m，含矿率43.71%；局限分布于东部27 线以东，以西地段被断裂断失殆尽。矿体中分矿层很多，平均夹石率高达27%。

勘探区低品位矿体难以全面控制，各勘探线前排浅孔也未控制到，就勘探报告控制情况和品位变化，对其可采性地质控制较为困难。因此，低品位矿石的利用需要结合生产勘探、现场化验、选采、经济性评价等方式，综合判断其可采性。

2 低品位可采性评价

不同售价下精矿石含油率与可采性（含矿率）关系见表1。

表1 不同售价下精矿石含油率与可采性（含矿率）关系

低品位矿石的利用需评价其经济可采性，低品位矿石经选采后还需要运输至洗选厂进行洗选，洗选后的合格精矿用于干馏，最终才能生产出页岩油。低品位矿石在开采过程中需综合考虑生产经营的各个环节，其中页岩油售价、低品位矿石含矿率、精矿含油率、收油率、入洗率、矿石回收率、矿石洗出率为主要变量，新疆宝明选取页岩油售价、低品位矿石含矿率、精矿含油率为可采性经济评价的主要分析因素，其中页岩精矿品位主要集中在3.5%～8%，页岩油售价区间主要集中在3 800 元/t 至5 400 元/t，页岩干馏成本、矿石入洗比例、页岩油回收率、矿石回采率、精矿选出率、吨矿石开采成本、吨矿石洗选成本参照2022 年生产经营数据，基于此建立可采性含矿率数学模型。

地质勘探圈定主矿体以外且在含矿岩性段内的，确定为低品位矿石含矿区域。此区域应优先采区测量放样等方式标定出主矿体区域，再根据现场实际情况，对主矿体边界进行校准。主矿体区域可以直接供矿。其余低品位矿石根据不同情况进行选采。对低品位矿体是否具备可采性，可采用现场测量出低品位矿带总厚度、矿层厚度，使用工具可为米尺等测量工具，采用厚度乘以矿／岩密度求出矿石含矿率，再对照表1 中数据判断其是否具备可采性，其中矿石密度按照2.15 kg/m3，岩体密度按照2.35 kg/m3。

油页岩低品位矿石的可采性是指其开采及加工成本不低于其页岩油售价，那么利用是合理的，即使不赔不赚也回收了资源[4]。根据经济可采含矿率的推导公式，得到页岩油售价、精矿石含油率与低品位矿石含矿率关系矩阵表，如低品位矿石含矿率低于表中对应比例，则可选择丢弃或者暂时堆存，若高于对应低品位矿石含矿率则具有可采性[5]。

从表1 可以看出：矿石含油率越高，对低品位矿石可采性含矿率要求越低；页岩油售价4 200 元/t、矿石含油率5%时，低品位矿石含矿率达到16.18%以上时才具有可采性；页岩油售价4 200 元/t、矿石含油率8%时，低品位矿石含矿率达到7.33%以上时就具有了可采性；页岩油售价越高，对含矿率的要求也随之降低，矿石含油率5%时，页岩油售价3 800元/t 时，低品位矿石含矿率达到18.17%上时就具有了可采性；页岩油售价5 400 元/t，含矿率达到12.18%时即具有了可采性。

3 选采方法

按照页岩油售价、精矿石含油率与低品位矿石含矿率关系表，可以得到边界低品位矿石可采含矿率，通过选采可增加边界收益或者可以让不具备供矿条件的低品位矿石具备供矿条件，根据矿岩互层情况将选采方法分为顶、底板选采法、低品位矿带内岩石夹层剔除法、低品位矿带内部分区段不具备可采性选采法、低品位矿带内只有部分区域具备可采性选采法等选采方法。

1）顶、底板选采法。采用横采和纵采相结合的方式进行采剥作业，横向推进有利于矿、岩层位的勘察。纵向采矿，有利于顶板露矿，向底板推进采矿，便于选采工作。可以先将低品位矿带进行标定，剔除顶、底板岩石后，将低品位矿带供矿至下游洗选厂。

2）低品位矿带内岩石夹层剔除法。若低品位矿带整体满足可采性要求，但矿带内有明显岩石夹层，夹层厚度大于2 m，在选采过程中优先采用从顶板向底板推进的采矿方法，将岩石夹层剔除，以提高经济效益[6]。

3）低品位矿带内部分区段不具备可采性选采法。若低品位矿带整体满足可采性要求，但部分区段可采性差，可将具备可采性低品位矿带和不具备可采性低品位矿石区段分别标定，将具备可采性区段供矿至下游洗选厂。对于不具备可采性的低品位矿石区段尽可能地挑选出其夹层矿石，剩余矿岩混合物做排弃处理或单独堆存。

4）低品位矿带内只有部分区域具备可采性选采法。若低品位矿带内整体不具备可采性要求，但有部分区域具备可采性，可将具备可采性低品位矿带与不具备可采性低品位矿石区段分别标定，将不具备可采性低品位矿石区段尽可能地挑选出夹层矿石，剩余矿岩混合物做排弃处理或单独堆存。将具备可采性低品位矿石区段进行供矿。

5）低品位矿石供矿区域及可采性较差区域大块岩石挑选。低品位矿石用于矿石供应或暂做堆存处理的区域，选采时应将粒度大于0.8 m 的岩石剔除，以提高低品位矿石的经济效益。

6）贴近主矿体的低品位矿带选采方法。贴近与主矿体的低品位矿带，且低品位矿带具有可采性，可随低品位矿带一起混采，这样处理的优点在于能够使得矿体圈连形态简单，更加符合矿化规律，表外矿分布减少，有利于露天矿规模开采工作的开展，这样即节约了资源，又提高了矿山综合经济效益[7]。

4 选采作业管理

1）绘制采矿区域断面草图。通过测量及化验手段，确定矿石厚度及品位，对于无法判断的油页岩矿石品位，应现场采样后进行化验，生产技术科或调度人员应绘制出采矿区域断面草图，指导现场技术人员及设备操作手选矿。对已圈定的矿体进行二次圈定，优化采矿设计，在最终设计、年度设计、月度设计中，将低品位矿体纳入统筹开发[8]。

2）现场标记。选采前，在现场标记出低品位矿石具备可采性区域、不具备可采性工作区域、选矿区域，指导现场技术人员及设备操作手选矿。同时，有利于采矿作业时将低品位矿石与地质圈定矿体分别计量，用于后续地质储量管理。

3）现场管理。加大调度巡查及现场选采监管，严格按照选矿制度和采矿设计进行施工，做到应采尽采，尽量避免应施工不规范造成的贫化和损失。爆破效果控制方面：可采用原位爆破等方法，减少爆堆前铺量，减少矿石间层位扰动。选采段高要求方面：矿体倾角大于70°时，采用12 m 全段高开采；矿体倾角小于70°时，采用分段开采；上段挖掘机采用平装车，下挖3～4 m 将顶板砂岩剔除后进行采矿；下段挖掘机采用下装车，挖掘机可将剩余8～9 m 一次性选采。管理制度方面：需制定选矿考核制度或者奖惩办法，加强选矿力度，落实施工管理要求，有针对性地对低品位矿石选采处理进行攻关。

4）选矿设备选型。不同设备类型，其最大采掘高度及最大采装深度不同，斗容不同，斗齿间距不同，最小旋转半径不同；规格相对较小的设备选采效果相对更高。因此，在选采作业，尤其是开采薄矿层时，应在满足产量的前提下尽量选用相对较小的设备。

5 结语

对新疆宝明低品位油页岩矿石经济可采性进行了分析、评价，建立了页岩油售价、油品回收率、油页岩含油率以及低品位矿带可采性含矿率关系模型，基于可采性模型，对选采方法及选采管理提出了针对性的措施和方法。2022 年新疆宝明共计采选出2 324 万t 的矿岩混合物，其中低品位矿石约有1 400万t，若按照错选率10%，年可减少不具备可采性低品位矿石140 万t，可节约选矿费用900 万元。同时，回收大量低品位矿石资源，提高资源利用率，延长矿山服务年限，实现更好的经济效益。