葉順友

(首鋼礦業(yè)公司投資經(jīng)營部，河北 遷安 064404)

為加快將具有地域特色的硼鐵礦資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢, 在遼寧省各級政府支持下，首鋼礦業(yè)公司主導(dǎo)，東方測控、鳳城黃金集團和中核金原鈾業(yè)參股，組建成立“遼寧首鋼硼鐵有限責(zé)任公司”，參與翁泉溝硼鐵礦資源綜合利用項目。2009年7月取得采礦證，2010年5月采選正式投產(chǎn)，達產(chǎn)后每年生產(chǎn)硼化工產(chǎn)品折合十水硼砂2萬t(硼砂、硼酸)；含硼鐵精礦80萬t及鈾產(chǎn)品。

2010年3月，遼寧省政府與首鋼簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同建設(shè)遼東硼產(chǎn)業(yè)基地。為此，對硼鐵礦綜合利用采礦設(shè)計進行充分研究，本著提高綜合利用水平，降低企業(yè)開采成本原則，提出硼鐵礦設(shè)計優(yōu)化思路。

1 硼鐵礦概況

1.1 位置與交通

翁泉溝鐵硼礦床位于遼寧省丹東鳳城市劉家河與四門子兩鎮(zhèn)交界處。礦區(qū)東側(cè)有沈丹鐵路及公路通過，與最近的秋木莊站相距11km。通(通遠(yuǎn)堡)岫(岫巖)公路從礦區(qū)北部7km處的四門子鎮(zhèn)經(jīng)過，在通遠(yuǎn)堡與沈丹公路連接。礦區(qū)附近最大河流為東部秋木莊東側(cè)金家河，它自西而東流經(jīng)礦區(qū)北側(cè)至劉家河曲折南下匯入草河，河流距礦區(qū)約8km，河水充沛。礦區(qū)交通、供電、用水、均較方便。

1.2 歷史工作

鳳城翁泉溝硼鐵礦床是1958年群眾報礦發(fā)現(xiàn)的，至1961年間，遼寧省地質(zhì)局原631隊對該礦床進行了詳查。丹東地質(zhì)大隊進行了詳細(xì)勘探，本溪地質(zhì)大隊和鐵嶺地質(zhì)大隊也參加了勘探期間的會戰(zhàn)。在充分歸納整理前期地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，丹東地質(zhì)大隊于1976年底提交了《遼寧省鳳城縣翁泉溝鐵硼礦床總結(jié)勘探報告》。前后兩次地質(zhì)工作，共施工鉆探73856m、洞探104m、槽探45755m3、井探3161m，總投資534.83萬元，累計探明了鐵硼礦儲量B+C+D級2.83億t，其中B級7411萬t、C級1.28億t，屬于大型礦床。

1.3 礦床概況

本礦床主要礦層有兩層，第一層礦體分布于業(yè)家溝、翁泉溝、東臺子，第二層礦體分布于周家大院。礦體呈層狀-扁豆?fàn)睿a(chǎn)于變粒巖層中。礦體因受斷層的切割，造成礦體重復(fù)和拉開。礦體與圍巖呈整合接觸關(guān)系，并有金云透閃巖過渡層，層厚從零點幾米到幾十米不等。

礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦體為Ⅰ號礦體，該礦體占據(jù)整個翁泉溝向斜構(gòu)造的絕大部分，是本礦床的主礦體，占總儲量的98%。由翁泉溝礦段～業(yè)家溝礦段組成，礦體地表走向呈東西向展布，南北寬1000m，東西長2250m。沿礦體走向、傾向厚度變化不大，最大厚度156m，平均厚度約45m。厚度變化系數(shù)24.96%，為穩(wěn)定型。賦存于-50～494m標(biāo)高之間。TFe平均品位29.66%，B2O3平均品位6.26%。硼礦的品位變化系數(shù)3.92%，共生的鐵礦品位變化系數(shù)8.18%，屬均勻類型。

本區(qū)基本上全部為原生礦石。礦石所受氧化程度小，深度一般不超過3m，數(shù)量有限。

劃定礦區(qū)范圍內(nèi)，主要包括業(yè)家溝礦段和翁泉溝礦段：其中業(yè)家溝礦段礦石量7657萬t，翁泉溝礦段礦石量4912萬t，兩個礦段合計12570萬t，占劃定礦區(qū)范圍內(nèi)礦石量的98%以上。

露天境界內(nèi)業(yè)家溝礦段和翁泉溝礦段保有的礦石儲量為：業(yè)家溝礦段保有礦石地質(zhì)儲量331+332+333為4281.58萬t；翁泉溝礦段保有礦石地質(zhì)儲量331+332為401.89萬t。露天境界外礦石儲量7886.53萬t，后期采用地下開采方式進行回采。

2 中冶北方初步設(shè)計方案

翁泉溝硼鐵礦由中冶北方工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)采選部分設(shè)計工作，其設(shè)計方案如下：

2.1 開采方式及主要參數(shù)

根據(jù)礦體形態(tài)、產(chǎn)狀和賦存狀態(tài)，確定一期生產(chǎn)采用露天開采，然后轉(zhuǎn)入地下開采。

露天開采方式為水平分層緩幫開采方法。

開拓運輸方式采用平硐溜井-膠帶運輸系統(tǒng)，礦石由礦用汽車運至溜井，經(jīng)粗破站破碎后由膠帶機經(jīng)平硐運至選礦廠中碎系統(tǒng)。

礦山生產(chǎn)順序，由下盤部位開溝，向上盤部位斜交礦體走向推進。臺階高度為12m，工作臺階坡面角70°，最小工作平臺寬度為40m，電鏟最小工作線長度為300m，塹溝寬度為20m。正常情況下，4～5個水平同時工作，2～3個水平同時出礦，2～3個水平同時剝離。

礦石損失率為5%，廢石混入率為5%。采出礦石B2O3品位為5.71%，TFe品位為28.25%。礦石最大塊度1000mm，巖石最大塊度1200mm。

2.2 露天境界圈定

表1 露天開采終了境界圈定結(jié)果表

2.3 礦石性質(zhì)

礦石體重：硼鐵礦3.35 t/m3；巖石體重：平均2.74 t/m3。硬度系數(shù)：礦石：f=10～12；巖石：f=10～18。

露天采礦場內(nèi)礦石地質(zhì)品位為TFe：29.74%，B2O3：6.01%，近礦圍巖及夾石不含鐵和硼。

2.4 開拓運輸方案

選礦廠位置確定在采場南部的煙袋桿溝，廠區(qū)與采場直距2.4km，從采場總出入溝口(458m標(biāo)高)到選礦廠(265m標(biāo)高處)的聯(lián)絡(luò)公路長度為3.03 km。通過初步的經(jīng)濟技術(shù)比較，選用汽車-溜井-膠帶平硐運輸方案。

2.5 礦山規(guī)模、服務(wù)年限

一期露天采礦確定礦山規(guī)模為200萬t/a。礦山穩(wěn)步投產(chǎn)，到第4年可以達到200萬t規(guī)模，穩(wěn)產(chǎn)22年，第26年、27年減產(chǎn)，總服務(wù)年限為27年。深部礦體采用地下開采方式進行生產(chǎn)銜接。預(yù)計總服務(wù)年限在50年以上。

2.6 采礦設(shè)備

采礦主要設(shè)備：穿孔KY-250D牙輪鉆機；裝載WK-4A型電鏟；運輸42t自卸汽車；粗破JM1312進口顎式破碎機；運輸膠帶B=1200mm。

2.7 道路系統(tǒng)

根據(jù)露天境界圈定、選礦廠位置及排土場位置情況，設(shè)計礦山道路系統(tǒng)的總出入溝在露天采礦場中部偏東，203地質(zhì)勘探線與110地質(zhì)勘探線間，總出入溝標(biāo)高為458m。總出入溝向東南經(jīng)聯(lián)絡(luò)道路與選礦廠相接，初期上山公路從458m標(biāo)高水平向東北沿地形以8%坡度上坡至采場內(nèi)530m標(biāo)高，在520m標(biāo)高線路設(shè)回頭曲線，向西南以8%坡度下坡至460m排土場標(biāo)高及采場內(nèi)的375m礦石溜井口標(biāo)高。生產(chǎn)中，隨著采場內(nèi)開采臺階水平的降低，在458m總出入溝向西在境界下盤設(shè)固定線路，以折返及螺旋方式展線。

2.8 排土場

設(shè)計排土場位于露天采場南側(cè)溝谷內(nèi)，排土場終了堆置標(biāo)高為460m，容積為5082.58萬m3。

設(shè)計的排土場為多階段汽車直排覆蓋式排土場，到最終狀態(tài)時，排土場最大高度大于150m，屬于高臺階排土場。生產(chǎn)中，首先對采場西南側(cè)的溝谷分兩個臺階進行堆存，第一段排土臺階標(biāo)高為400m，堆置時間為5年。400m階段臺階堆存結(jié)束后，在其上進行460m階段臺階的覆蓋排土，460m階段臺階的服務(wù)時間為5年。該土場總服務(wù)時間為10年，土場堆置容積為2768萬m3，兩臺階間安全平臺寬度為80m，排土線長度為450m，土場總邊坡角為18°。

西南側(cè)土場堆置結(jié)束后，即可進行西側(cè)溝的排土作業(yè)。該土場采用單臺階排土，土場堆置標(biāo)高為400m，土場最大堆置高度為115m，土場容積為3035萬m3，服務(wù)時間約為17年。該土場沿溝方向階段臺階長為700m，排土線長度為700m，土場最終邊坡角為27°。

3 原設(shè)計方案分析

中冶北方工程技術(shù)有限公司現(xiàn)場調(diào)研與室內(nèi)設(shè)計相結(jié)合，借鑒本院多年來在冶金礦山行業(yè)設(shè)計經(jīng)驗，充分考慮民采影響的基礎(chǔ)上，對翁泉溝硼鐵礦進行了整體設(shè)計，為礦山建成投產(chǎn)奠定了堅實基礎(chǔ)。現(xiàn)對個別問題分析如下：

3.1 整體開采，硼貧化率增加

遼東地區(qū)富產(chǎn)硼鐵礦資源,累計探明儲量3.5億t，其中首鋼硼鐵項目開發(fā)的鳳城翁泉溝礦床占全國已探明固體硼總儲量的58%。隨著硼鎂礦(俗稱“白硼”)資源的逐漸枯竭，硼鐵礦將成為我國硼化工行業(yè)最重要的接續(xù)資源。

翁泉溝礦段以磁鐵礦-硼鎂鐵礦型為主，占77.4%；并夾有硼鎂石-磁鐵礦型夾層，占22.3%。業(yè)家溝礦段以硼鎂石-磁鐵礦型為主，占90%，磁鐵礦-硼鎂鐵礦型礦石夾層很薄，數(shù)量少，占8.9%。業(yè)家溝和翁泉溝兩個礦段的硼鎂石-磁鐵礦型占63.36%，磁鐵礦-硼鎂鐵礦型占35.85%。整體開采，人為配礦，使采出礦石中可選硼(硼鎂石)品位降低，為后續(xù)選礦增加難度。

3.2 排土場方案不合理

排土場部分指標(biāo)有違《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》。設(shè)計為兩個階段汽車直排，增加排土運距及提升高度，造成排土成本上升；排土場選擇在露天采礦場西南側(cè)，排土場容積為5082.58萬m3，可容納的排土量為10165.16萬t，排土缺口達到2489.21萬t。

3.3 排水方案考慮不周全

排水系統(tǒng)，最終為兩套獨立排水系統(tǒng)，且未考慮采場排水供選礦使用方案，既浪費水資源，又增加補充新水費用。

3.4 周家大院礦體未做設(shè)計

周家大院礦體，后期將被排土場壓埋，且硼鐵礦初期剝采比高，供礦能力緊張。周家大院礦體開采應(yīng)提前規(guī)劃，實施。

3.5 掛幫礦未考慮回收

三個采坑開采后都會形成掛幫礦，設(shè)計中并未對掛幫礦的回收做出安排，將影響露天開采向地下開采過渡。

4 規(guī)劃思路

通過對中冶北方設(shè)計方案分析，結(jié)合硼鐵礦實際情況，提出以下優(yōu)化設(shè)計思路。

4.1 分區(qū)開采，降低硼貧化率

堅持“以硼為主，綜合利用”方針，結(jié)合業(yè)家溝不同部位及翁泉溝礦段硼品位不一，賦存不同的特點，提出業(yè)家溝358m以上、翁泉溝及業(yè)家溝358m以下分區(qū)開采方案，降低可利用硼貧化率，為選礦創(chuàng)造條件。同時，穩(wěn)定生產(chǎn)特色產(chǎn)品含硼鐵精礦。

首先，開采業(yè)家溝358m以上，約1180萬t礦石，滿足現(xiàn)有選廠5年需要。硼原礦品位4.51%，由于業(yè)家溝礦段90%為硼鎂石-磁鐵礦型，采出礦石中硼鎂石中的硼在礦石中品位為4.06%，遠(yuǎn)高于整體開采的3.21%，為選硼創(chuàng)造較好條件，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

表2 采出硼品位比較

表3 鐵礦石類型比例表

其次，在市場推廣含硼鐵精礦取得進展后，集中組織開采翁泉溝礦段礦石。該礦段硼鎂磁鐵礦含量占77.4%以上，硼原礦品位為7.37%。采出礦石中，硼鎂石中的硼在礦石中品位為1.62%，鐵精礦中硼達4.31%以上。避免鐵精礦硼的貧化，可以集中生產(chǎn)含硼鐵精粉這種特色產(chǎn)品。

后期，組織開采業(yè)家溝358m以下水平礦體，原礦硼品位6.41%。采出礦石中，硼鎂石中的硼在礦石中品位為5.77%，為提高硼精礦品位創(chuàng)造條件。

表4 綜合樣選礦指標(biāo)

4.2 科學(xué)規(guī)劃排土場，降低排土費用

對原設(shè)計排土方案進行優(yōu)化，按《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》要求，山坡露天多臺階排土，應(yīng)高土高排，低土低排，適當(dāng)增加排土臺階，分為460m、420m、380m、340m分別排土。

合理安排巖石排棄水平，降低排巖成本。460m以上水平巖石由460m排棄；460～420m巖石由420m排棄；420～380m水平巖石由380m排棄；380m水平以下巖石由340m臺階排棄。

表5 排土方案經(jīng)濟性比較表

注：參照原設(shè)計322m以上，綜合運距為2.3km，322m以下新增運距均不考慮；運輸成本參考硼鐵公司實際。

從排土方案經(jīng)濟性比較表可以看出，新方案考慮新修道路等其他費用，仍比原設(shè)計方案降低排巖費用4367萬元。同時，降低礦車持續(xù)爬坡坡度，能改善礦車運行環(huán)境，提高運輸效率。

合理挖潛，加高排土高度，實施內(nèi)排，解決排土場缺口。根據(jù)后期需要，可增設(shè)500m排巖水平，增加排巖量1892萬t；合理安排采場開采順序，條件成熟后，強化100勘探線以東翁泉溝部位開采，內(nèi)排746萬t。

4.3 利用采場外排水，代替選礦新水

硼鐵礦西、東部露天采場最大排水量分別為13061 m3/d、22297 m3/d,正常排水量分別為5077 m3/d、8798 m3/d;正常生產(chǎn)期間，選廠新水補充368 m3/h(8832 m3/d)?？梢娬Ｉa(chǎn)期，采礦外排水量能滿足選礦生產(chǎn)所需，實施采礦外排水代替選礦新水技術(shù)上可行。

表6 采場總涌水量計算表

采場地下水實施外排，不符合當(dāng)前節(jié)能減排形勢，且采場排水和選廠取水均要發(fā)生費用，增加運營成本。實施采場排水完全代替新水，不考慮降低取水設(shè)施備件消耗及新增采場至選礦管路費用的前提下，僅對降低取水電費、水資源費、外排水行政收費進行計算，每年可節(jié)約費用682.78萬元，經(jīng)濟效益較好。

硼鐵項目排水方案，應(yīng)在充分利用采場外排水的基礎(chǔ)上，以水源地新水為補充，研究制訂整體水量平衡方案。同時，將采坑水充分用于夏天防塵，溜井防塵，進一步減少外排量。

表7 采場排水代替選礦新水降低成本表

注：水資源稅征收標(biāo)準(zhǔn)，生活水0.5元/t，工業(yè)用水1.5元/t；外排水年費用按30萬元計。

4.4 開采周家大院礦體，緩解前期供礦壓力

硼鐵礦2010年5月投產(chǎn)以來，根據(jù)市場形勢，公司要求選礦盡快達產(chǎn)達效，但是，前期基建剝巖欠帳較多，采場供礦能力不足。為解決此問題，充分利用周家大院礦體，即滿足當(dāng)前需要，又符合排土場后期需要埋壓周家大院礦體的形勢。

由于本礦段共賦存的四條礦體中，Ⅷ、Ⅸ礦體245m 標(biāo)高至地表間的礦體已被開采，Ⅵ、Ⅶ礦體賦存于193～292m標(biāo)高和155～260m標(biāo)高之間，目前尚未開采。建議組織力量，進行簡化設(shè)計，制訂開采方案，強化近期開采。

為了不占用現(xiàn)有設(shè)備，建議硼鐵公司負(fù)責(zé)技術(shù)管理，對穿爆、采裝、運輸采用工序外包形式，加快推進，實施供礦，用6年左右時間完成周家大院開采。

4.5 規(guī)劃掛幫礦回收，實現(xiàn)露天轉(zhuǎn)地下銜接

三個采坑掛幫礦量約為1500萬～1600萬t。提高采場東坑開采強度，首先在此實施掛幫礦基建施工，并盡快達到投產(chǎn)條件；待西坑結(jié)束后，繼續(xù)對西坑北幫的掛幫礦進行開采，作為露天轉(zhuǎn)地下過渡期的平衡礦量。掛幫礦年開采規(guī)模能力應(yīng)為100萬t左右。同時，擇時啟動地下開采的籌備工作，地采投產(chǎn)時間應(yīng)該超前于露天開采閉坑時間。此時掛幫礦量進行補充，使其保證地采達產(chǎn)前仍能滿足選礦需要。

5 結(jié)論

通過優(yōu)化原設(shè)計方案，提高硼鐵礦開采過程經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)水平，可以實現(xiàn)較好經(jīng)濟效益。

1)進行分區(qū)開采，提高采出礦石中硼的品位，便于選礦分離硼，為硼化工生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

2)合理增加排土場排土臺階，降低排土費用，為礦用汽車創(chuàng)造較好的運行環(huán)境，可進一步提高運輸效率。

3)對采礦外排水代替選礦新水進行測算，為整體水量平衡提供依據(jù)，節(jié)約水資源，降低用水成本，符合當(dāng)前節(jié)能減排形勢需要。

4)提出加快周家大院礦體開采，緩解近期供礦緊張問題。

5)提前研究掛幫礦回收，為露天轉(zhuǎn)地下做好充分準(zhǔn)備。

[1] 遼寧省鳳城縣翁泉溝鐵礦礦床總結(jié)勘探報告[R]. 遼寧省地質(zhì)局丹東地質(zhì)大隊二分隊,1976，12.

[2] 遼寧省鳳城市翁泉溝硼鐵礦資源儲量核實報告[R]. 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,2008,3.

[3] 遼寧省鳳城翁泉溝硼鐵礦資源綜合利用及硼化工基地建設(shè)項目采礦工程初步設(shè)計[R].中冶北方工程技術(shù)有限責(zé)任公司，2008.

[4] 有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范[R]. 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會，2007,10.