地下开采金属矿山的减排技术与应用

[摘 要]分析阐述了节能减排对现代矿山采选的意义，介绍了矿山传统采选模式对环境产生的负面影响，详细介绍在金属矿山地下采矿中实现节能减排的工艺与技术。

[关键词]金属矿山；地下开采；节能减排

中图分类号：TD803 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0332-01

随着我国经济快速发展，我国的经济发展模式由粗放型向集约型转变，国家日益注重资源的合理开发利用和环境的保护，传统的地下开采金属矿山采选模式存在众多的地质、环境问题和危害，尤其矿山的高能耗、高固体废物排放，已经不能满足当下的节能减排要求。一些矿山企业进行地下开采节能减排技术的研究和实验，相应地创新出了许多适合新型矿山建设的节能减排技术，取得了较好的经济效益和社会效益。

1 传统地下开采金属矿山存在的主要问题及危害

（1）能源消耗高， 原材料消耗大，导致矿山的经济效益低下。

（2）地下开采金属矿山矿石回采率平均约60%，造成大量矿石永久性损失，采选回收率低造成资源、能源的浪费。

（3）环境污染严重。环境污染包括： ①废水污染。

主要是矿坑水、废石场的雨淋污水和选矿厂排出的洗矿、尾矿废水。这些水含有各种各样的固体金属和金属离子， 如不经处理而外排， 将对环境造成严重的影响；②大气污染。主要是凿岩粉尘以及爆破产生的CO、NO、CO2气体和粉尘， 对环境和人身健康造成极大的威胁；③废渣污染。我国金属矿山每年排放的废石和尾矿约5×108t，废渣量大且成分复杂，难处理，难回收， 难复垦，污染地下水源。

（4）资源逐渐枯竭，开采条件日趋恶化。由于资源的不可再生性， 高品位矿、浅部矿产资源越来越少， 金属矿山开采向深部地下开采和低品位矿开采发展，开采条件将日益复杂。

（5）破坏土地和生态环境。矿山开发不仅占用大量的土地， 还对土地资源造成很大程度的破坏。露天采掘、倾卸固体废石、尾矿坝和沉陷区等可使土地变成很难重新利用的不毛之地。矿山开采还会造成地表塌陷和地表景观的破坏。

（6）引发多种工程灾害和地质灾害。开采时破坏岩石稳定条件引起的滑坡、冒顶片帮；由于崩落法采矿引起的地陷；废石堆、尾矿库垮塌引起的泥石流；地下爆破引起的地面振动、空气冲击波等。

2 金属矿山地下开采节能减排的技术与工艺

2.1 充填采矿法

充填采矿法主要是将尾矿（废石） 处理充入井下采空区， 改善矿山的环境， 节省污染治理费用， 减少修筑废料石场和占用农田。根据矿山的开采技术条件和采矿方法， 采用工艺成熟的中深孔落矿一步回采方案， 嗣后用井下掘进和采矿的废石充填采空区。由于井下掘进和采矿的废石量有限，确定井下废石主要充填东部和西部的采空区，中部无矿带附近的采空区采取封堵方法隔离空区， 即采取“充两头封中间”的方法， 实现井下废石不出坑，全部用于井下采空区充填。该方法采场衔接顺利， 生产作业安全， 能较好地回收矿石， 提高劳动生产率，同时使采场地压得到有效控制和转移， 既可保护地表环境， 降低成本，又确保井下安全。

废石不出坑，直接充填采空区，工艺简单，效果明显，适应性广，易于推广。这种方法只需要采矿方案设计规范、合理，便可实施，对设备、人员素质要求不高，适合中小型矿山采用。

2.3 全尾砂充填技术

选矿厂尾矿部分或全部用作充填料， 不仅可以解决充填料的来源问题， 而且可省去建设尾矿坝， 降低矿山尾矿处理带来的成本， 改善矿山环境， 消除尾矿库垮塌带来的泥石流等安全隐患， 对矿山采选节能减排具有重要的意义。20世纪80年代，凡口铅锌矿试验充填料的动电固结工艺获得成功，使全尾砂充填采矿成为现实。该法能有效地加速全尾矿充填料的脱水和固结硬化过程，可提高充填体的初始强度， 为设备作业提供坚硬的底板。随后， 金川镍矿高浓度胶结充填料管道输送的研究获得成功， 为我国利用全尾砂充填采矿积累了成功的经验为全尾砂充填的推广起到了带头作用， 为实现矿山采选节能减排开采提供了技术支持。铜陵有色公司在冬瓜山新开采的矿床高浓度全尾矿充填法也获得成功， 采用的采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿方法。回采结束， 一步骤矿房采场采用全尾砂胶结充填， 二步骤矿柱采场采用全尾砂充填， 以保证采空区的稳定和生产的衔接，控制深井回采地压的安全。

在全尾矿充填法中存在2个方面的难题制约着其推广应用。首先由于尾矿的化学特性，难以短时间形成一种致密的渣，需要添加化学药剂和增加处理设备来加速尾矿固结，实施工艺比较复杂。其次，尾矿充填需要配套的加压、输送设备和严格的操作管理，增加企业投入，尤其是加大了企业生产管理难度。因此，全尾矿充填法难以在中小型矿山中推广。

2.4 块石胶结充填技术

胶结块石充填料是由块石骨料、胶结料和水3种基本成分组成。胶结块石充填料制备方法有2种：采用混凝土搅拌法，将所有的成分一起加入滚筒式、盘式或螺旋叶片式搅拌机内；用浆叶式搅拌机将水泥胶结料混合成水泥浆，而后将水泥浆喷射到充填骨料上。块石胶结充填采矿法的实质是采用级配良好的块石与水泥浆（或水砂浆）混合进行充填，形成的人工壁柱的强度和稳定性都比细砂胶结的好。同时还能保证第二步回采的安全，相应减少坑下废石的提升量。

我国很早就使用废石充填采场，华锡集团铜坑矿采用井下机车、溜井分配系统、皮带输送机将废石运送至采场口，然后与管道输送来的水泥浆同时充入采场，在下落过程中自然混合充填，形成高强度的块石胶结充填体。该法是一种高效率的充填法，日处理废石量较大，较适用于大矿山、大矿体。另外，金山金矿、湘西金矿和锡矿山将废石和水泥浆直接充填采场，用电耙混合，也取得了很好的效果。

块石胶结充填法所需的块石、水泥浆都可以在井下作业现场制备，实施工艺和所需设备条件比全尾矿充填法要简单，胶结强度比单纯的废石直接充填高很多，也适合中小型矿山采用。

3 总结和展望

我国矿山目前的节能减排，还未形成完整、实用的理论。矿山节能减排是一项复杂的系统工程，它涉及了经济、地质水文、开采技术和环保要求等诸多方面的因素，应进一步展开研究。今后，在建设绿色矿山，推进矿山企业节能减排工作时，应着重于政府监管部门的综合监督管理，以行政手段强制要求企业进行工艺改革；同时开发出实用的节能减排开采设计规范，在矿床资源勘探、评估和矿山设计时就将资源综合利用、节能减排和矿山可持续发展纳入规划，从而在设计和生产过程中科学地处理废料，在开采源头上扼制住废料的产出；加强对企业的主要负责人和技术人员的宣传培训，提高节能减排对企业发展和增加经济效益的认识，认识和了解节能减排开采工艺的运用。

参考文献

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