分析地下转露天开采适用的资源条件.pdf

SeriesNo. 408 June 2010 金 属 矿 山 METAL M I NE 总第408期 2010年第6期 王海君1970 , 男,煤炭资源与安全开采国家重点实验室,中国矿 业大学矿业工程学院,博士研究生, 221008江苏省徐州市中国矿 业大学矿业工程学院采博08。 析地下转露天开采适用的资源条件 王海君 1, 2 李克民 1, 2 陈树召 1, 2 王博文 1, 2 1. 煤炭资源与安全开采国家重点实验室; 2.中国矿业大学 摘 要 基于露天开采具有的优势,分析了地下转露天开采适用的资源条件。与地下开采相比,露天开采具 有资源回收率高,生产能力大,成本低,作业安全,环境好等优势。资源回采率要求、 安全条件要求、 经济效益要求 和资源复采是实施地下转露天开采的原因;其中产量规模扩大、 露天开采成本降低、 矿石价格提高和边界品位下降 带来的剥采比降低是促使地下转露天开采经济效益提升的主要原因;而采用露天方式对已经开采过的资源进行复 采可充分回收地下开采剩余的资源价值,主要包括矿柱回收、 充填物回采和破坏资源的露天开发3种形式。 关键词 地下转露天开采 资源条件 资源回收率 经济效益 Analysis of the Conditions of Resource Adapt to Transferring from Underground into Open PitM in ing Wang Haijun 1, 2 Li Kemin 1, 2 Chen Shuzhao 1, 2 Wang Bowen 1, 2 11State Key Laboratory of Coal Resources and M ine Safety;21China University ofM ining 而露天煤矿由于其开放式的开采方式, 对于所揭露的资源回收率可达95以上,相当部分 矿山的资源回采量甚至大于圈定的地质储量。 2生产能力大,有利于实现资源集约化开发。 世界上最大的露天矿产量已突破50 Mt/a 煤矿和 金属矿均有 , 我国也已建成了一批产量规模达20 Mt/a以上的露天煤矿。 3安全水平高。矿山事故一直困扰着我国矿 业企业的发展,煤矿尤甚。与其他国家相比,我国煤 45 矿的百万吨死亡率是美国等发达国家的数十倍,是 印度等发展中国家的数倍;而露天煤矿的安全水平 已达到国际先进水平,神东马家塔露天煤矿实现了 建矿以来无伤亡事故已保持20余年。 4机械化程度高,工作环境好。大规模露天 开采依靠设备作业,从业人员无需暴露于恶劣的工 作环境中,有利于工人的身心健康。尘肺病是地下 矿工中最普遍的职业病,但露天矿工人很少罹患。 5生产成本低。由于作业空间开放,单位物 料的露天开采成本较低,因此有利于降低资源开发 的边界品位,提高资源回收率。 1 适合地下转露天开采的资源条件 根据资源露天开发的优势,对适合地下转露天 开采的资源条件进行分析,将其划分为如下几类资 源回采率要求、 安全条件要求、 经济效益要求和资源 复采。 1. 1 资源回收率要求 矿产资源是有限的,世界各国都越来越重视对 矿产资源的保护,因此对资源回收率的要求也越来 越高。与此同时,受技术条件限制,地下开采的资源 回收率远低于露天开采;为满足法律法规对资源回 收率的要求,部分企业不得不考虑将原设计或已部 分地下开采的资源转为露天开采。 1. 2 安全条件要求 在地下开采过程中,发生了严重的地质灾害,已 威胁到矿山生产安全;或发生过重特大安全事故,且 安全隐患难以排出,事故很可能再次发生。为保证 矿山生产安全,由地下开采转为露天开采。类似的 情况包括由于地表黄泥溃落,泥水下泄,威胁地下生 产人员安全;或者由于矿石含硫量过高,已发生内生 性火灾等安全技术上不适于地下开采的资源条 件 [4 ]。 1. 3 经济效益要求 在市场经济条件下,矿山企业的运营也是以营 利为目的的,因此资源的开发模式最终由经济效益 水平决定。由于经济条件决定的地下转露天开采主 要有如下几种情况。 1. 3. 1 扩大产量规模 市场需求增加,地下转露天后可以增加矿石产 量,提高企业的效益水平。在矿石价格不变的情况 下,企业的营利水平可按下式计算 SL100QLA - CL 10 Q D ΔQ [A - CDΔC ];1 SD100QDA - CD ; 2 ΔS 100 Q D ΔQ [A - CDΔC ] - 100QDA - CD 100ΔQA - QDΔC -ΔQCD-ΔQΔ C 100 [ ΔQ - CL - QDΔC ];3 式中,SL为地下转露天开采后企业营利水平,万元/ a;QL为露天开采的矿石产量,Mt/a;A为矿石售价, 元/t;CL为露天开采的矿石生产成本,元/t;SD为地 下开采时企业营利水平,万元/a;QD为地下开采的 矿石产量,Mt/a;CD为地下开采的矿石生产成本, 元/t;ΔS为地下转露天开采对企业营利水平的提 升,万元/a;ΔQ为地下转露天开采增加的矿石产 量,Mt/a;ΔC为地下转露天开采导致的矿石生产成 本提高,元/t。 由以上分析可以看出,当地下转露天开采增加 的生产能力满足 ΔQ A - CL - QDΔC 0, ΔQ ΔC A - CL QD 时,地下转露天开采是有效益的。 1. 3. 2 降低露天开采成本 技术装备水平提高,露天开采成本降低,从地下 开采转为露天开采具有更好的经济效益。由式3 可知,当ΔC 0, 即 A η DΔC η L -ηD CD 时,地下转露天开采时有效益的。 1. 3. 4 剥采比减小 矿石加工利用等后续生产环节技术升级,原不 能利用的资源划入开采范围,露天开采的采剥关系 发生变化,于是改变资源开发模式。随着技术进步 和优质矿产资源的枯竭,矿山开采中资源与废石的 界限在不断发生变化,大量原来被界定为废弃物的 岩石现又被圈定为资源。在煤矿表现为,原舍弃的 含碳矸石、 风化煤、 低发热量煤、 高灰煤、 高硫煤等, 现已变成可利用资源;在非煤矿山表现为,原舍弃甚 至用作充填物的低品位矿石、 低价值资源等,甚至部 分原来不能被提取利用的元素,重新被圈定为资源。 1992年紫金山金矿规划开发时,国家标准规定 含金量3 g/t以上的矿石才具备开采价值,而该矿的 大部分矿石品位都在1 g/t以下,总储量只有5. 45 t 左右,因此普遍认为紫金山金矿不具开采价值。经 过多次反复实验和技术攻关,对矿石进行“ 破碎 → 筛分 → 洗矿 →重选 ” 等多套工艺,攻克了矿业界的 技术难题,使矿石开采边界品位降低至0. 2 g/t,甚 至0. 15 g/t,达到国际先进水平仅为当时国内行业 平均水平的10～20 。边界品位降低后,矿山 开采由地下转为露天,可采金量由5 t增至500 t,现 已成为中国最大的金矿, 2002年黄金产量逾7 t [2 ]。 2 资源复采 复采是对上次开采过的资源进行第二次开采, 可有效提高资源回收率。受短期经济利益驱动,无 论是煤矿还是金属矿山,我国矿产资源的回收率均 较低,这为露天复采提供了前提。 2. 1 回收地下开采留下的矿柱 为保证作业安全,地下开采过程中会留下各种 保护矿柱,包括断层保护矿柱、 边界矿柱、 采区矿柱、 巷道保护矿柱等。地下开采后,如果剩余矿柱资源 经露天开采采出的矿石价值大于总开采费用,则进 行复采是有效益的。 2. 2 回采原充填开采的充填物 为保证作业安全和提高资源回收率,或防止地 面沉陷,地下开采有时会采用充填开采,这种情况在 金属矿开采中尤为普遍。充填物一般选择价值低、 易大量获取的物料,采场围岩和尾矿是最常用充填 物。如前所述,随着技术进步或矿石价格上涨,原认 为无价值或低价值的充填物可能具备了开采利用价 值,为资源的露天二次复采提供了前提。 2. 3 开采被非法开采破坏的露天资源 适合露天开采的资源一般赋存较浅,在国家规 划开发前绝大多数已被民采破坏过,因此这种情况 下的露天开发也可视为对已破坏资源的复采。虽然 小规模民采采出的矿石量有限,但在开采过程中普 遍存在采富弃贫现象,对资源的整体性已经严重破 坏,且为后续的露天开采增加了许多危险因素 [5 ]。 3 结 论 1露天开采具有资源回收率高,生产能力大、 成本低,作业安全、 环境好等优势。 2回收率和生产作业安全等硬性约束可促使 企业改变矿产资源开发模式,实施地下转露天开采。 3产量规模扩大、 露天开采成本降低、 矿石价 格提高和剥采比降低等改善企业经济效益条件是促 使企业实施地下转露天开采的根本原因。 4在经济条件允许和技术可行的情况下,采 用露天方式复采地下开采剩余的资源或充填物也可 能导致资源地下转露天开采。 参 考 文 献 [1 ] 徐长佑.露天转地下开采[M ].武汉武汉工业大学出版社, 1989. [2 ] 林连宝.紫金山金矿地下转露天开采采空区围岩工程地质特 征及危害控制[J ].有色矿山, 2003, 322 10214. [3 ] 骆中洲.露天采矿学采矿工艺[M ].徐州中国矿业大学出版 社, 1996. [4 ] 张世雄.固体矿物资源开发工程[M ].武汉武汉理工大学出 版社, 2005. [5 ] 刘献华.地下转露天开采的主要安全隐患与技术对策[J ].金 属矿山, 20027 52254. 收稿日期 20102042 02 65 总第408期 金 属 矿 山 2010年第6期