加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)創(chuàng)新 引領(lǐng)綠色礦山發(fā)展

李爭榮，馮興隆，劉華武，吳 明，杜桂泉

（云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南迪慶 674400）

過去，我國礦山企業(yè)盲目追求產(chǎn)量和利潤，出現(xiàn)過度開采、超設(shè)計(jì)生產(chǎn)、棄薄采厚、棄貧采富、棄難采易等的短期行為，致使資源損失，并且開采過程中產(chǎn)生的“三廢”在一定程度上造成水體和土壤等的重金屬污染，對生態(tài)環(huán)境造成了破壞。在黨的十九大提出“綠水青山就是金山銀山”的新思想指引下，我國礦產(chǎn)資源開發(fā)摒棄以往先污染后治理、粗放型經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)展方式，積極探索資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的創(chuàng)新技術(shù)，逐漸形成了綠色生態(tài)礦山建設(shè)的發(fā)展趨勢[1-2]。 近些年，隨著政府部門的倡導(dǎo)[3-4]，煤礦[5]、冶金、油氣[6]、建材等行業(yè)逐步向綠色礦山改進(jìn)。然而，綠色生態(tài)礦山建設(shè)，僅憑政府監(jiān)管部門制定標(biāo)準(zhǔn)和過程監(jiān)管[7]是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。礦山企業(yè)和設(shè)計(jì)單位應(yīng)從自身出發(fā)，順應(yīng)時(shí)代要求，開辟新工藝，優(yōu)化生產(chǎn)流程，對關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和推廣，真正做到在源頭上實(shí)現(xiàn)綠色。本文以某銅礦為例，總結(jié)和探討該礦秉承著“綠色、安全、科技”的設(shè)計(jì)建設(shè)理念，不斷進(jìn)行科技研究[8-10]和設(shè)計(jì)優(yōu)化，將先進(jìn)的設(shè)備、工藝與管理理念相融合，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用與經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以期對礦山的持續(xù)發(fā)展及同類礦山的開采提供借鑒。

1 技術(shù)創(chuàng)新保障礦山資源綜合利用

該銅礦廠位于海拔3 400～4 500 m的高原地區(qū)，礦化帶長2 300 m，垂深17～750 m。通過建立礦體品位分布模型發(fā)現(xiàn)，礦體中部厚大（厚度為500～600 m）、品位高，向四周厚度逐漸變薄、品位逐漸變低；礦體北北西向展布，東側(cè)傾向北東，傾角25°～57°，西側(cè)傾向南西，傾角 35°～83°；埋深較淺，覆蓋層10～25 m，中部出露地表（出露標(biāo)高 3 868～4 023 m），受巖體和構(gòu)造裂隙、圍巖蝕變控制。目前，探明該礦銅資源400多萬噸，平均品位為0.38%，并伴生金、銀、鉬等金屬元素。 其中，Au平均品位 0.1 g/t、Ag平均品位 1.91 g/t、Mo 平均品位 0.011 g/t。 礦石無自燃和粘結(jié)性，地表允許崩落。基于礦山資源賦存的基本情況，該銅礦從以下幾個(gè)方面制定了礦山資源綜合利用的實(shí)現(xiàn)途徑。

1）關(guān)鍵技術(shù)研究突破，實(shí)現(xiàn)低成本、高效、環(huán)保的采礦技術(shù)。礦區(qū)位于高海拔的高山峽谷地段，相對高差 1 100 m，山坡坡度為 25°～35°，局部地段陡峭。由地質(zhì)報(bào)告和巖石力學(xué)研究顯示，礦區(qū)以近南北向構(gòu)造為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體質(zhì)量主要為Ⅲ類。根據(jù)地形地貌特點(diǎn)、礦體賦存條件、礦體空間幾何分布特征等開采技術(shù)條件，通過幾種采礦方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，最適宜選擇大型機(jī)械化、低成本、占地面積大的露天采礦方案。但是，由于礦區(qū)相鄰世界自然遺產(chǎn)保護(hù)地、風(fēng)景名勝區(qū)，因此只能放棄技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最佳的全露天開采，轉(zhuǎn)而尋求環(huán)境破壞最小、占地面積最少、固體廢物最少的方案。為使資源綜合利用，企業(yè)與設(shè)計(jì)單位不斷探索研究，對“全露天”開采、“露天+地下”聯(lián)合開采、“全地下”開采等多方案進(jìn)行了比選，最終選擇技術(shù)要求高、實(shí)施難度大（具有一定的冒險(xiǎn)性）的自然崩落采礦法全地下開采。

為了保證自然崩落法的成功應(yīng)用，建設(shè)初期開展了自然崩落采礦工藝風(fēng)險(xiǎn)、礦體開采技術(shù)條件、礦體可崩性與崩落礦石塊度分布預(yù)測、高中段大面積放礦控制技術(shù)、底部結(jié)構(gòu)巷道穩(wěn)定性等一系列關(guān)鍵技術(shù)[9]的研究，并取得了突破。結(jié)合上述研究成果，經(jīng)過多次技術(shù)論證，對自然崩落法設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使設(shè)計(jì)的采礦回收率提升到95%，貧化率降低到5%。該礦山自2016年開始拉底，截止2018年11月已完成拉底面積6×104m2，采礦各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后采礦成本27元/t，低于露天開采，可實(shí)現(xiàn)年銷售收入19.4億元。通過采礦工藝優(yōu)化，自然崩落法關(guān)鍵技術(shù)的研究突破，真正實(shí)現(xiàn)降低了開采成本，提高了礦山的經(jīng)濟(jì)收益和資源的綜合利用率，延長了礦山服務(wù)年限，達(dá)到了資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)的目的，為公司帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2）核心技術(shù)攻關(guān)，采用占地少、全自動(dòng)化的選礦工藝。為守住環(huán)保底線，設(shè)計(jì)單位堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合采礦原礦供應(yīng)規(guī)模以及國內(nèi)外大型選廠的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對選礦工藝進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，并對傳統(tǒng)碎磨流程和半自磨流程的工藝技術(shù)進(jìn)行了分析。通過綜合分析，最終選用了國內(nèi)先進(jìn)大型設(shè)備，采用機(jī)械化、信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、占地少、定員少、粉塵少、環(huán)境影響小的半自磨方案。礦山建設(shè)過程中，積極聯(lián)系各科研所和高校，開展了低品位復(fù)雜銅礦高效利用研究、復(fù)雜銅礦伴生多金屬回收的試驗(yàn)研究、銅鉬分離試驗(yàn)研究、多組元捕收劑強(qiáng)化浮選等一系列選礦關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，取得了一些重要技術(shù)突破，提高了資源的綜合利用率，達(dá)到生產(chǎn)成本降低、效益提高的目的。

3）庫址優(yōu)化，踐行安全、環(huán)保理念。結(jié)合礦區(qū)區(qū)域地形特點(diǎn)，在礦山10 km范圍內(nèi)進(jìn)行了選礦廠廠址和尾礦庫庫址的選擇，初選了熱絨尾礦庫、地基統(tǒng)尾礦庫、鵝中尾礦庫、海全溝尾礦庫等多個(gè)庫址，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)多次論證后，確定了熱絨尾礦庫方案。經(jīng)工勘后，發(fā)現(xiàn)熱絨尾礦庫尾礦堆存區(qū)為灰?guī)r，存在滲漏風(fēng)險(xiǎn)，且筑壩區(qū)淤泥厚達(dá)60 m，壩體穩(wěn)定性存在較大風(fēng)險(xiǎn)。為了保障安全和環(huán)保，被迫放棄此方案，重新選址。在礦山40 km范圍內(nèi)對比分析了8個(gè)新庫址并進(jìn)行充分論證后，選定了距選廠30 km的尾礦庫。該尾礦庫遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)，地層為砂板巖，并進(jìn)行過垂直防滲和水平防滲處理，防止尾礦水的滲漏。庫址選定后，進(jìn)一步對尾礦輸送形式進(jìn)行了優(yōu)化，選擇運(yùn)營成本最低、環(huán)境影響最小的管道輸送。

4）優(yōu)化工業(yè)指標(biāo)，低品位礦石綜合回收，廢石再利用。該項(xiàng)目在優(yōu)化的采礦工藝的過程中不斷進(jìn)行井下放礦系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)等進(jìn)行一系列技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新，系統(tǒng)優(yōu)化選礦藥劑配比，降低了生產(chǎn)成本，提高低品位礦石和伴生元素綜合回收率。根據(jù)最新地質(zhì)探礦資料，由DIMINE地質(zhì)軟件計(jì)算，銅的最低品位可降低至0.18%，新增低品位礦石量200多萬噸，其中的Mo、Au、Ag等伴生元素得以回收。低品位礦石綜合回收后，礦體邊界更利于生產(chǎn)，生產(chǎn)期產(chǎn)生的廢石量大幅減少，可用作場內(nèi)建筑材料和尾礦庫筑壩（中線法筑壩）材料。為此，礦山取消了永久廢石場的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源的綜合利用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)

為了實(shí)現(xiàn)礦山的節(jié)能減排，該礦對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要從井下采礦與運(yùn)輸、選礦工藝、尾礦輸送、廠區(qū)采暖等方面實(shí)現(xiàn)。

2.1 井下采礦與運(yùn)輸

1）采礦工藝。通過前期工藝的科研研究和專家論證，設(shè)計(jì)單位優(yōu)化了自然崩落法。由于其完全依靠礦巖應(yīng)力自重崩落，不但能省去大量的鑿巖爆破工程，還減少了配套材料的消耗和運(yùn)輸，單位礦石能耗大幅度降低。配合工藝選擇的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)等高效的運(yùn)輸設(shè)備，可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低綜合能耗。

2）井下礦石運(yùn)輸系統(tǒng)。礦山采用平硐開拓，采場崩落礦石由電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)鏟至采區(qū)溜井，井底振動(dòng)放礦機(jī)裝入65 t電機(jī)車牽引的10輛20 m3底卸式礦車內(nèi)，重車下坡，卸入原礦井內(nèi)，經(jīng)井底處的旋回破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入長距離膠帶輸送機(jī)下坡運(yùn)輸，節(jié)約能耗。

3）井下通風(fēng)。采用多級機(jī)站的壓抽結(jié)合的通風(fēng)方式，采用變頻風(fēng)機(jī)，風(fēng)路上設(shè)置風(fēng)門、風(fēng)窗進(jìn)行分配和調(diào)節(jié)風(fēng)量，防止風(fēng)流短路和漏風(fēng)，提高系統(tǒng)有效風(fēng)量利用率。因礦山地處高寒地區(qū)，為確保各平硐進(jìn)風(fēng)溫度≥2℃，改善生產(chǎn)環(huán)境，在各回風(fēng)口增加風(fēng)源熱泵的預(yù)熱回收設(shè)施[10]，充分回收井下回風(fēng)余熱，再循環(huán)用于進(jìn)風(fēng)口供熱。相比電加熱系統(tǒng)，此設(shè)施每年可省電量2 181×104kWh，有效地節(jié)約了能源。

4）礦井供、排水。生產(chǎn)及生活用水水源地位置選擇位于各主要用水設(shè)施的上游，經(jīng)自然沉淀后自流進(jìn)入各用水點(diǎn)，節(jié)約電能。礦山排水采用平硐水溝收集，上下水平泄水井連通，最終匯集于最低水平的水溝內(nèi)，下坡(坡度為0.7%)自流排出坑口，自流進(jìn)入選廠回水池，澄清后作為生產(chǎn)用水。

5）壓風(fēng)系統(tǒng)。礦山因海拔高，對用氣設(shè)備效率影響較大，坑內(nèi)鑿巖選用先進(jìn)液壓鑿巖設(shè)備，主供井下壓風(fēng)自救系統(tǒng)用氣選用移動(dòng)空壓機(jī)，以減少高原低氣壓對供風(fēng)設(shè)備的影響，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

通過加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)創(chuàng)新，突破新工藝、新技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，采取上述節(jié)能措施，該礦山地下采礦標(biāo)準(zhǔn)煤能耗達(dá)到 0.97 kg/t（單位耗電量 7.86 kWh/t），低于《有色金屬礦山節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的一級能耗指標(biāo) 1.84 kg/t（15 kWh/t），節(jié)能效果明顯。

2.2 選礦工藝

該項(xiàng)目在選廠設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用地形條件，豎向布置各大廠房設(shè)施，主礦漿自流，供水自流，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。變壓器等設(shè)備均選擇高效節(jié)能設(shè)備，變配電所布置靠近主負(fù)荷中心，減少傳送及轉(zhuǎn)接過程中的電能損耗，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制自動(dòng)化管理，減少能量在使用過程中的損失。通過采取大型高效球磨機(jī)等設(shè)備，使得選礦工藝綜合標(biāo)準(zhǔn)煤能耗為2.94 kg/t（單位耗電量 23.9 kWh/t），達(dá)到《有色金屬礦山節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)煤能耗指標(biāo)2.7～3.32 kg/t（單位耗電量 22～27 kWh/t）要求。

2.3 尾礦輸送

經(jīng)多方案對比后，尾礦輸送選擇輸送能耗較低的管道輸送方案，并通過研究實(shí)現(xiàn)了長距離（約30 km）高壓、高濃度粗顆粒礦漿管道輸送，減小了礦漿輸送的能耗和回水的能耗，降低了對周邊自然環(huán)境的影響。尾礦的濃度通過廠前濃縮機(jī)濃縮至55%，經(jīng)廠前回水、隔膜泵加壓、長距離管道輸送至尾礦庫。建設(shè)過程中輸送線路進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化，通過隧洞工程將輸送線路敷設(shè)的最高點(diǎn)由標(biāo)高3 980 m降到3 700 m，降低了尾礦輸送運(yùn)營電耗。輸送采用高效節(jié)能的隔膜泵，變頻調(diào)速系統(tǒng)，效率達(dá)到90%以上。尾礦通過廠區(qū)濃縮回水，減少輸送量，實(shí)現(xiàn)水資源節(jié)約再利用、降低能耗。

2.4 廠區(qū)采暖

因礦區(qū)地理位置氣侯寒冷、環(huán)保要求高等的特殊性，廠區(qū)采暖主要采用電熱水鍋爐為主熱源，利用太陽能熱水器方式輔助提供熱源，鍋爐和輔助設(shè)備選用高效節(jié)能型，并對熱設(shè)備、熱管道和附件進(jìn)行保溫，減少熱量損失。廠房設(shè)計(jì)充分利用室內(nèi)通風(fēng)、采光、熱環(huán)境，墻面及屋面均采用夾芯彩色保暖壓型鋼板，窗采用通長型塑鋼窗，以減少傳熱耗熱量，達(dá)到建筑物保溫節(jié)能要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)全年日照大于6 h的日數(shù)超過200 d，礦山生活、辦公區(qū)可充分利用太陽能作為主要采暖的熱源，采用集中式太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)熱水，滿足用水需要。經(jīng)計(jì)算，與電鍋爐相比，集中式太陽能熱水系統(tǒng)年節(jié)電量 144.36×104kWh，折合 505 t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能效果明顯。

3 三廢處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用

3.1 廢氣處理，余熱回收利用

井下鑿巖設(shè)備均采用濕式作業(yè)，井下各產(chǎn)塵點(diǎn)（卸礦硐室、破碎硐室）均設(shè)置灑水降塵設(shè)施，除塵效率大于99%。處理后廢氣經(jīng)回風(fēng)平硐排至井外，井口設(shè)置有回風(fēng)余熱回收設(shè)施，外排氣體符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求?；仫L(fēng)井口的空氣預(yù)熱回收技術(shù)[10]屬首次應(yīng)用于有色金屬礦山，有效地解決高寒地區(qū)礦井進(jìn)風(fēng)問題，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，且環(huán)保與節(jié)能效果顯著。

礦區(qū)各大廠房產(chǎn)塵部位設(shè)有除塵系統(tǒng)，均布置濕式除塵設(shè)施，除塵效率大于99%，外排氣體符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求。廠區(qū)運(yùn)輸?shù)缆愤m時(shí)定期灑水，減小揚(yáng)塵對環(huán)境的影響。

3.2 一水多用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放

礦山通過技術(shù)創(chuàng)新，對產(chǎn)生的廢水進(jìn)行收集、預(yù)處理后綜合利用，做到一水多用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。井下涌水通過泄水井，流至最低運(yùn)輸平硐，自流至回水池，澄清處理后送至選礦廠回用。精尾礦濃縮回水、銅鉬分離水、廠區(qū)雨水、尾礦庫回水和其它廢水，經(jīng)處理后，均返至選礦廠生產(chǎn)回用；礦山生活廢污水經(jīng)收集及處理后綜合利用。

3.3 無廢石堆放，做到清潔生產(chǎn)

通過前期的技術(shù)優(yōu)化，取消了永久廢石場。經(jīng)計(jì)算，建設(shè)期掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石可全部作為填筑工業(yè)場地、道路鋪設(shè)和混凝土制作原材料。隨著生產(chǎn)期資源的綜合利用率提高，低品位礦石得以利用，僅產(chǎn)生少量掘進(jìn)廢石，用于混凝土制作原材料和尾礦庫堆壩材料。為此，礦山實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，無廢石排放，減少了環(huán)境的破壞。

4 建立綠色生態(tài)礦業(yè)環(huán)境的其他經(jīng)驗(yàn)

建設(shè)綠色生態(tài)礦山已經(jīng)成為礦山領(lǐng)域的共識。該礦除了從頂層設(shè)計(jì)開始對礦山開發(fā)設(shè)計(jì)工藝、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，力圖實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、資源的綜合利用與循環(huán)利用外，還在水土保持、環(huán)境修復(fù)、數(shù)字化建設(shè)方面有一定的經(jīng)驗(yàn)可供參考。

4.1 及時(shí)進(jìn)行水土保持、環(huán)境恢復(fù)

堅(jiān)持做到“礦產(chǎn)資源開發(fā)最優(yōu)，自然環(huán)境擾動(dòng)最小”，是礦山企業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)化的核心目標(biāo)。礦山開采過程中，地表植被易遭到破壞，在多雨季節(jié)易發(fā)生塌方、水土流失、山體崩塌、泥石流等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。建設(shè)綠色生態(tài)礦山，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件和地形條件，重點(diǎn)做好水土保持，防治可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，除及時(shí)進(jìn)行護(hù)坡、排水等建構(gòu)筑設(shè)施外，適當(dāng)增加植被恢復(fù)、綠化等投入。資源的有效開發(fā)利用產(chǎn)生的利潤增強(qiáng)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)實(shí)力，使當(dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大的積極影響。礦山水土保持及環(huán)境恢復(fù)專項(xiàng)投資總計(jì)約2.1億元，綠化率達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，成為高寒礦區(qū)的企業(yè)標(biāo)桿。

4.2 打造數(shù)字化礦山和以人為本的工作環(huán)境

該礦山積極改變傳統(tǒng)礦業(yè)做法，在高海拔、高敏感地區(qū)樹立建設(shè)綠色礦山形象，大力開展綠化、造林活動(dòng)，使礦山與生態(tài)景觀相融合。礦山通過頂層設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了大型機(jī)械化自動(dòng)化換人、減人的理念，減少了人類活動(dòng)對自然環(huán)境的擾動(dòng)和破壞，融入當(dāng)?shù)丨h(huán)境，最大限度的保持自然原生態(tài)。充分利用當(dāng)?shù)厣健⒘?、河流大自然作背景，結(jié)合礦山各功能區(qū)域特點(diǎn)，選擇國家綠色環(huán)保優(yōu)質(zhì)建筑材料，規(guī)劃建設(shè)班組活動(dòng)室，滿足職工工作、學(xué)習(xí)、生活的物質(zhì)功能。

5 結(jié)語

環(huán)保是企業(yè)的生命紅線，創(chuàng)新是發(fā)展的動(dòng)力源泉。該礦山從建礦開始，立足礦產(chǎn)資源的綜合利用，加強(qiáng)核心技術(shù)自主創(chuàng)新，制定了建設(shè)綠色生態(tài)礦山的總體規(guī)劃，力爭打造有色金屬行業(yè)，綠色生態(tài)礦山的標(biāo)桿。結(jié)合科研、新技術(shù)等技術(shù)創(chuàng)新，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，提高“三廢”資源循環(huán)利用率，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約綜合利用，獲取更多的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，對同類礦山開采具有一定借鑒意義。