——有色金属地下采选充一体化技术研究与应用

　　◎  王海军

　　有色金属矿产资源对国民经济的发展起着举足轻重的作用。有色金属矿产资源浅部资源逐渐枯竭，陆续转入深部开采，使得矿山的经济回报难度愈来愈大，同时长期采用传统的方式生产，严重破坏了地表环境；同时，碳达峰、碳中和目标对矿业行业提出了新的更高要求，技术要针对有色金属矿山对矿产资源进行系统式、集约式、原地式的开发提供借鉴方案，有效兼顾经济和环保平衡。

　　一、国内外金属矿地下采选充一体化技术现状

　　地下采选充一体化技术与传统矿产资源开发技术最大的区别是“地下选矿厂”。针对地下选矿厂这一方面，国内外新闻和学者都有过报道或研究。

　　早在二十世纪八九十年代，美国、苏联、秘鲁、瑞典、加拿大、英国等国矿山开发受制于矿山恶劣地表环境、国防安全，将矿山选矿厂的破碎、磨矿设施布置于地表以下或山体之内。21世纪后，德国、英国萤石矿山在地表以下布置破碎、浮选工艺进行矿石的加工、生产；近几年，南非的Gekko设备厂家研究开发了Python地下采选充一体化系统设备，用于贵金属金矿的选矿，Python地下采选充一体化系统设备体积小可布置在井下采矿巷道内，但选矿处理能力较小。近几年，我国有些学者介绍了国内外地下采选充一体化系统的情况，一些设计院和高等院校针对深部大型贫磁铁矿开展了地下采选充一体化系统相关研究、设计工作。

　　（一） 传统采选技术及存在问题

　　传统的地下有色金属矿采矿、选矿、尾矿、充填系统是将矿石加工设施、尾矿设施、充填站设施及其辅助设施布置在地表。采矿系统经竖井、斜坡道、斜井或平硐由地表到达矿体，经凿岩、爆破、铲装、运输等工序后，送至地面选矿系统；选矿系统布置在地表，通过破碎、磨矿、浮选、浓密、压滤等工序将采矿系统运送的矿石加工成精矿、尾矿，精矿用于外售，尾矿排至尾矿系统，部分尾砂用于地下采空区的充填；充填系统靠近选矿系统布置在地表，通过水泥砂仓、尾砂砂仓、搅拌站和充填料输送装置完成地下采空区的充填。

　　采、选、尾、充在空间上是分离的，各生产系统间通过大设备、长距离管道等完成生产连接，因此传统地下有色金属矿的采、选、尾、充系统占地面积大、征地费用高、工艺复杂且流程长、污染大、能耗高。传统地下有色金属矿的采、选、尾、充系统在环保要求高的区域已慢慢不适宜矿业开发。

　　（二） 深埋铁矿产资源地下采选一体化技术及存在问题

　　深埋铁矿产资源地下采选一体化技术依托深部矿产资源开发，将地下采、选一体化系统布置地表深部，仅通过主提升井连通地表，地下选矿厂无单独提升井或风井直通地表，难以保证地下选矿厂硐室均具有2个安全出口，安全性较差。地下选矿厂布置依托采矿运输系统巷道阶梯布置，采、选作业易于交叉，在人员、材料运输尤其是大件选矿设备运输存在困难。地下采、选系统共用通风系统，地下选矿厂通风风量要求大，易造成通风系统管理困难。

　　（三） Python地下采选一体化技术及存在问题

　　Python地下采选一体化技术是在矿山的地下5m×5m的巷道内将矿石粗碎、磨矿、筛分及重选或浮选设备安置在可移动的钢结构基础之上并组装为成套设备，在地下完成矿石破碎、浮选等选矿作业，实现矿石短距离运输和精矿、尾砂的管道运输。

　　Python地下采选一体化技术只集成了选矿破碎、磨矿、重选或浮选设备，没有集成占地面积较大的精矿、尾矿浓密过滤设备，也没有集成充填站及水处理设施，不算真正意义上的采选充一体化系统。该技术设备需要在地下狭窄的巷道内进行设备安装和选矿生产，目前设备最大生产能力为50t/h，规模生产能力较小。该技术无充填、水处理设备，技术浆液管道运输能耗较大且无法实现水循环利用。该技术布置在地下巷道内无单独的通风系统，造成采矿通风系统困难。

　　有色金属矿地下采选充一体化系统布置图

　　1、混合井；2、斜坡道（地下选矿厂系统）；3、回风井（地下选矿厂系统）；4、地下破碎系统；5、矿石缓冲仓；6、筛分细碎车间；7、磨矿车间；8、原矿浓缩车间；9、药剂制备车间；10、浮选车间；11、尾矿浓缩车间；12、选别车间；13、精矿浓密车间（一）；14、精矿过滤车间（一）；15、精矿浓密车间（二）；16、精矿过滤车间（二）；17、污水处理系统；18、充填站系统；19、管子道；20、废石转运系统（窄轨车场、转运硐室）；21、综合维修车间—配品耗材库；22、高位水仓。

　　二、有色金属矿地下采选充一体化技术要求

　　地下采选充一体化系统的实施应实现地下废石的最大化和地表废石的最小化，缩短矿石流的距离，降低开采边界品位和提高回收率，使运营成本大大降低，实现经济和环保的双赢，才能实现可持续发展。但地下采选充一体化实施还面临着许多技术挑战：对大型、密集地下硐室开挖的技术要求；对进料和出料变化时技术要求；地下选矿厂设计、工艺匹配性、选矿设备设计和布局技术要求等。

　　三、有色金属矿地下采选充一体化技术特征

　　地下采选充一体化技术主要包括地下采矿提升及废石转运系统工程、地下破碎系统工程、地下选矿厂系统工程、充填系统工程及辅助生产设施。地下选矿厂整体空间位置位于矿体上方，围绕混合井，呈环形阶梯式分布。矿岩通过铲运机运输到主溜井，转运到混合井底部矿仓，集中提升到地下选矿厂水平的缓冲矿仓，再经过带式输送机运送到选矿厂硐室；充填系统与选矿厂系统相连，将合适的充填料浓度自流回填到采空区；精矿经过浓密最终通过混合井提升到体表。

　　采矿提升及废石转运系统工程依托竖井，布置有竖井井筒及其装备、废石转运车场等。采矿提升系统工程地表设施有井塔、井口房、生产水池、生活水池、地面窄轨车场等设施，均采用地埋方式，通过斜坡道与地面相连。

　　地下破碎系统工程布置在竖井底部附近的地下岩层之中，满足矿石提升和地下选矿厂系统喂矿要求。

　　地下选矿厂系统工程根据有色金属矿选矿工艺、浆液自流、安全、环保要求，将地下选矿厂系统布置在浅部地层之中，工艺设备应位于独立的通风回路中，避免对地下空气产生影响。碎矿缓存仓紧贴竖井井筒，中细碎、磨矿车间布置在靠近缓存矿仓，其余选矿车间集中环形布置，依次布置中细碎车间、磨矿分级车间、浮选车间、浓缩车间、过滤车间及精矿库等。

　　充填站系统及药剂制备车间、生产水池、污水处理设施、配电房、综合机修车间等根据辅助设施功能划分，依托地下选矿厂系统在地下浅部地层中进行布置，以便实现自流充填采空区功能。

　　地下采矿提升系统、地下选矿厂系统、充填系统工程和辅助生产设施均通过斜坡道与地面相连，具有独立的通风系统和第二安全出口。

　　四、有色金属矿地下采选充一体化技术展望

　　有色金属矿地下采选充一体化系统将矿产资源进行系统式、集约式、原地式的开发，可有效兼顾环保和经济的要求，将选矿厂整合到地下岩层中，可实现地下废石的最大化和地表废石的最小化，缩短了矿石流的长距离转运和提升，可大大提高回收率，降低运营成本和对环境的影响，提高经济效益。本文阐释了矿石从采场到地下选矿厂运输、尾砂从地下选矿系统到充填系统以及精矿从地下选矿系统提升到地表的技术要求和特征，对建设地下采选充全过程提供参考。

　　（作者系矿冶科技集团有限公司高级工程师）