兼顧滿足效益與環(huán)保要求
——有色金屬地下采選充一體化技術(shù)研究與應(yīng)用
◎? 王海軍
有色金屬礦產(chǎn)資源對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用,。有色金屬礦產(chǎn)資源淺部資源逐漸枯竭,，陸續(xù)轉(zhuǎn)入深部開采，使得礦山的經(jīng)濟(jì)回報(bào)難度愈來愈大,，同時(shí)長期采用傳統(tǒng)的方式生產(chǎn),，嚴(yán)重破壞了地表環(huán)境,；同時(shí)，碳達(dá)峰,、碳中和目標(biāo)對礦業(yè)行業(yè)提出了新的更高要求,，技術(shù)要針對有色金屬礦山對礦產(chǎn)資源進(jìn)行系統(tǒng)式、集約式、原地式的開發(fā)提供借鑒方案,，有效兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)保平衡,。
一、國內(nèi)外金屬礦地下采選充一體化技術(shù)現(xiàn)狀
地下采選充一體化技術(shù)與傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)最大的區(qū)別是“地下選礦廠”,。針對地下選礦廠這一方面,，國內(nèi)外新聞和學(xué)者都有過報(bào)道或研究。
早在二十世紀(jì)八九十年代,，美國,、蘇聯(lián)、秘魯,、瑞典,、加拿大、英國等國礦山開發(fā)受制于礦山惡劣地表環(huán)境,、國防安全，將礦山選礦廠的破碎,、磨礦設(shè)施布置于地表以下或山體之內(nèi),。21世紀(jì)后，德國,、英國螢石礦山在地表以下布置破碎,、浮選工藝進(jìn)行礦石的加工、生產(chǎn),；近幾年,，南非的Gekko設(shè)備廠家研究開發(fā)了Python地下采選充一體化系統(tǒng)設(shè)備，用于貴金屬金礦的選礦,，Python地下采選充一體化系統(tǒng)設(shè)備體積小可布置在井下采礦巷道內(nèi),，但選礦處理能力較小。近幾年,，我國有些學(xué)者介紹了國內(nèi)外地下采選充一體化系統(tǒng)的情況,，一些設(shè)計(jì)院和高等院校針對深部大型貧磁鐵礦開展了地下采選充一體化系統(tǒng)相關(guān)研究、設(shè)計(jì)工作,。
（一） 傳統(tǒng)采選技術(shù)及存在問題
傳統(tǒng)的地下有色金屬礦采礦,、選礦、尾礦,、充填系統(tǒng)是將礦石加工設(shè)施,、尾礦設(shè)施、充填站設(shè)施及其輔助設(shè)施布置在地表,。采礦系統(tǒng)經(jīng)豎井,、斜坡道、斜井或平硐由地表到達(dá)礦體，經(jīng)鑿巖,、爆破,、鏟裝、運(yùn)輸?shù)裙ば蚝?，送至地面選礦系統(tǒng),；選礦系統(tǒng)布置在地表，通過破碎,、磨礦,、浮選、濃密,、壓濾等工序?qū)⒉傻V系統(tǒng)運(yùn)送的礦石加工成精礦,、尾礦，精礦用于外售,，尾礦排至尾礦系統(tǒng),，部分尾砂用于地下采空區(qū)的充填；充填系統(tǒng)靠近選礦系統(tǒng)布置在地表,，通過水泥砂倉,、尾砂砂倉、攪拌站和充填料輸送裝置完成地下采空區(qū)的充填,。
采,、選、尾,、充在空間上是分離的,，各生產(chǎn)系統(tǒng)間通過大設(shè)備、長距離管道等完成生產(chǎn)連接,，因此傳統(tǒng)地下有色金屬礦的采,、選、尾,、充系統(tǒng)占地面積大,、征地費(fèi)用高、工藝復(fù)雜且流程長,、污染大,、能耗高。傳統(tǒng)地下有色金屬礦的采,、選,、尾、充系統(tǒng)在環(huán)保要求高的區(qū)域已慢慢不適宜礦業(yè)開發(fā),。
（二） 深埋鐵礦產(chǎn)資源地下采選一體化技術(shù)及存在問題
深埋鐵礦產(chǎn)資源地下采選一體化技術(shù)依托深部礦產(chǎn)資源開發(fā),，將地下采,、選一體化系統(tǒng)布置地表深部，僅通過主提升井連通地表,，地下選礦廠無單獨(dú)提升井或風(fēng)井直通地表,，難以保證地下選礦廠硐室均具有2個(gè)安全出口，安全性較差,。地下選礦廠布置依托采礦運(yùn)輸系統(tǒng)巷道階梯布置,，采、選作業(yè)易于交叉,，在人員,、材料運(yùn)輸尤其是大件選礦設(shè)備運(yùn)輸存在困難。地下采,、選系統(tǒng)共用通風(fēng)系統(tǒng),，地下選礦廠通風(fēng)風(fēng)量要求大，易造成通風(fēng)系統(tǒng)管理困難,。
（三） Python地下采選一體化技術(shù)及存在問題
Python地下采選一體化技術(shù)是在礦山的地下5m×5m的巷道內(nèi)將礦石粗碎,、磨礦、篩分及重選或浮選設(shè)備安置在可移動的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上并組裝為成套設(shè)備,，在地下完成礦石破碎,、浮選等選礦作業(yè)，實(shí)現(xiàn)礦石短距離運(yùn)輸和精礦,、尾砂的管道運(yùn)輸,。
Python地下采選一體化技術(shù)只集成了選礦破碎,、磨礦,、重選或浮選設(shè)備，沒有集成占地面積較大的精礦,、尾礦濃密過濾設(shè)備,，也沒有集成充填站及水處理設(shè)施，不算真正意義上的采選充一體化系統(tǒng),。該技術(shù)設(shè)備需要在地下狹窄的巷道內(nèi)進(jìn)行設(shè)備安裝和選礦生產(chǎn),，目前設(shè)備最大生產(chǎn)能力為50t/h，規(guī)模生產(chǎn)能力較小,。該技術(shù)無充填,、水處理設(shè)備，技術(shù)漿液管道運(yùn)輸能耗較大且無法實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用,。該技術(shù)布置在地下巷道內(nèi)無單獨(dú)的通風(fēng)系統(tǒng),，造成采礦通風(fēng)系統(tǒng)困難。
有色金屬礦地下采選充一體化系統(tǒng)布置圖
1,、混合井,；2、斜坡道（地下選礦廠系統(tǒng)）；3,、回風(fēng)井（地下選礦廠系統(tǒng)）,；4、地下破碎系統(tǒng),；5,、礦石緩沖倉；6,、篩分細(xì)碎車間,；7、磨礦車間,；8,、原礦濃縮車間；9,、藥劑制備車間,；10、浮選車間,；11,、尾礦濃縮車間；12,、選別車間,；13、精礦濃密車間（一）,；14,、精礦過濾車間（一）；15,、精礦濃密車間（二）,；16、精礦過濾車間（二）,；17,、污水處理系統(tǒng)；18,、充填站系統(tǒng),；19、管子道,；20,、廢石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（窄軌車場、轉(zhuǎn)運(yùn)硐室）,；21,、綜合維修車間—配品耗材庫,；22、高位水倉,。
二,、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)要求
地下采選充一體化系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)實(shí)現(xiàn)地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短礦石流的距離,，降低開采邊界品位和提高回收率,，使運(yùn)營成本大大降低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙贏,，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,。但地下采選充一體化實(shí)施還面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)：對大型、密集地下硐室開挖的技術(shù)要求,；對進(jìn)料和出料變化時(shí)技術(shù)要求,；地下選礦廠設(shè)計(jì)、工藝匹配性,、選礦設(shè)備設(shè)計(jì)和布局技術(shù)要求等,。
三、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)特征
地下采選充一體化技術(shù)主要包括地下采礦提升及廢石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)工程,、地下破碎系統(tǒng)工程,、地下選礦廠系統(tǒng)工程、充填系統(tǒng)工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施,。地下選礦廠整體空間位置位于礦體上方,，圍繞混合井，呈環(huán)形階梯式分布,。礦巖通過鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸?shù)街髁锞?，轉(zhuǎn)運(yùn)到混合井底部礦倉，集中提升到地下選礦廠水平的緩沖礦倉,，再經(jīng)過帶式輸送機(jī)運(yùn)送到選礦廠硐室,；充填系統(tǒng)與選礦廠系統(tǒng)相連,，將合適的充填料濃度自流回填到采空區(qū),；精礦經(jīng)過濃密最終通過混合井提升到體表。
采礦提升及廢石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)工程依托豎井,，布置有豎井井筒及其裝備,、廢石轉(zhuǎn)運(yùn)車場等。采礦提升系統(tǒng)工程地表設(shè)施有井塔,、井口房,、生產(chǎn)水池、生活水池,、地面窄軌車場等設(shè)施,，均采用地埋方式,，通過斜坡道與地面相連。
地下破碎系統(tǒng)工程布置在豎井底部附近的地下巖層之中,，滿足礦石提升和地下選礦廠系統(tǒng)喂礦要求,。
地下選礦廠系統(tǒng)工程根據(jù)有色金屬礦選礦工藝、漿液自流,、安全,、環(huán)保要求，將地下選礦廠系統(tǒng)布置在淺部地層之中,，工藝設(shè)備應(yīng)位于獨(dú)立的通風(fēng)回路中,，避免對地下空氣產(chǎn)生影響。碎礦緩存?zhèn)}緊貼豎井井筒,，中細(xì)碎,、磨礦車間布置在靠近緩存礦倉，其余選礦車間集中環(huán)形布置,，依次布置中細(xì)碎車間,、磨礦分級車間、浮選車間,、濃縮車間,、過濾車間及精礦庫等。
充填站系統(tǒng)及藥劑制備車間,、生產(chǎn)水池,、污水處理設(shè)施、配電房,、綜合機(jī)修車間等根據(jù)輔助設(shè)施功能劃分,，依托地下選礦廠系統(tǒng)在地下淺部地層中進(jìn)行布置，以便實(shí)現(xiàn)自流充填采空區(qū)功能,。
地下采礦提升系統(tǒng),、地下選礦廠系統(tǒng)、充填系統(tǒng)工程和輔助生產(chǎn)設(shè)施均通過斜坡道與地面相連,，具有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)和第二安全出口,。
四、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)展望
有色金屬礦地下采選充一體化系統(tǒng)將礦產(chǎn)資源進(jìn)行系統(tǒng)式,、集約式,、原地式的開發(fā)，可有效兼顧環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的要求,，將選礦廠整合到地下巖層中,，可實(shí)現(xiàn)地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短了礦石流的長距離轉(zhuǎn)運(yùn)和提升,，可大大提高回收率,，降低運(yùn)營成本和對環(huán)境的影響,，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文闡釋了礦石從采場到地下選礦廠運(yùn)輸,、尾砂從地下選礦系統(tǒng)到充填系統(tǒng)以及精礦從地下選礦系統(tǒng)提升到地表的技術(shù)要求和特征,，對建設(shè)地下采選充全過程提供參考,。
（作者系礦冶科技集團(tuán)有限公司高級工程師）
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