创建无废开采、绿色矿山-(焦玉书)PPT课件

1,.,创建无废开采、绿色矿山关键技术与示范工程,中国冶金矿山企业协会顾问国家开发银行专家焦玉书（教授高工）2011年11月25日,.,2,目录,1.导论2创建无废（少废）开采，绿色矿山关键技术2.1采用地下开采方式，应用充填采矿法2.1.1国外矿山应用充填采矿法的现状2.1.2国内矿山应用充填采矿法现状2.1.3十二五计划期间兴建的地下开采铁矿山，采用充填法的关键技术2.1.3.1充填采矿法采矿顺序新理念2.1.3.2阶段空场嗣后充填采矿法2.2固体废弃物综合利用核心技术2.2.1废石做为建筑材料综合利用循环经济示范工程2.2.2尾矿制砖综合利用循环经济示范工程,.,3,导论绿色矿山基本条件,2010年我国钢产量为6.266亿t，生铁产量5.9亿t，铁矿石产量10.7亿t，均居世界榜首。但国产铁矿不够用，不得不大量进口铁矿石，2010年进口6.18亿t，铁矿石平均到岸价128.38美元/t，与2009年矿价相比我们多花了300亿美元，相当于三峡大坝工程款，300亿美元可以买二个“华盛顿”航母编队，可以买200架F22战机。2011年上半年已进口铁矿石3.34亿t，到岸价160.88美元/t，与2010年矿价相比又多花了108.33亿美元。我国钢铁企业2010年全年利润为881.38亿元（人民币），澳大利亚力拓公司全年净利润945亿元（人民币），比我国钢铁企业总利润额还多63.62亿元（人民币），中国钢企销售利润率仅为2.9%，而力拓销售利润率为42.41%。我国在铁矿资源上损失惨重。,.,4,为改变铁矿石供给的被动局面，彻底解决铁矿资源面临的问题，2011年5月国务院温家宝总理、李克强、王岐山、张德江副总理批示，决定采取五项措施建立中国铁矿资源战略保障体系。五项措施是：1）支持境外铁矿开发；2）加大国内铁矿资源的勘探开发力度；3）鼓励到国外建立钢铁企业；4）大力发展钢铁新工艺及高端节材钢铁产品；5）提高废钢回收供应力。,.,5,加大国内铁矿资源勘探力度，在十二五期间，资源储量由646亿t，再增加100200亿t，原矿产量由10.7亿t增加到年产原矿1516亿t。我国扩大铁矿生产规模，增加铁矿石产量，不能再以牺牲环境为代价，而是要创建无废开采绿色矿山。创建绿色矿山是立足国内提高矿产资源战略保障能力的现实选择，是建设资源节约型环境友好型社会的必然要求。创建绿色矿山要以资源合理利用、节能减排、保护生态环境和促进矿山与地方和谐为主要目标，要以开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化、生产工艺环保化、矿山环境生态化为基本要求。,.,6,1）依法办矿2）规范管理遵守绿色矿山公约，有完善的开发利用、环保、土地复垦、生态重建、安全生产等规章和措施。管理科学化、规范化。3）综合利用居国内先进水平4）技术创新矿山科技创新资金大于矿山产值1%；优化工艺流程，发展循环经济，效益显著。5）节能减排节能降耗要达标利用无废或少废开采工艺，成果突出，“三废”排放达标，固体废弃物利用居国内先进水平。,绿色矿山基本条件,.,7,6）环境保护执行环境恢复治理保护等制度，制定矿山环境保护与治理恢复方案，对环境有效保护；矿区三年内无重大地质灾害；矿山环境优美，绿化覆盖率达到可绿化区域的80%。7）土地复垦边开采边复垦，措施具体，技术先进，资金到位。8）社区和谐企业形象良好，与当地社区建立协作机制，妥善处理矛盾，社区关系和谐。9）企业文化拥有一支高素质的管理队伍，文化生活丰富。,.,8,2创建无废（少废）开采，绿色矿山关键技术2.1采用地下开采方式，应用充填采矿法,国产铁矿石达到年产16亿吨是一项极其艰巨的任务，为此已经做出规划，为满足十二五计划要求，全国要新建1000万吨级以上铁矿8座；500万吨级以上铁矿15座；200万吨级以上铁矿20座；培养89个特大型铁矿集团。新增产能2亿吨。在十二五计划期间新建矿山中，已不能再走牺牲环境换取资源的老路，而是要建设环境友好型资源节约型的新矿山，要努力构建绿色矿山，实现无废（少废）开采。,.,9,现在矿山建设从保护生态环境出发要做到：1）保护矿山地表耕地不被破坏，要尽可能少占农田；2）保护地表不塌陷，村庄不搬迁；3）保护地表河流不改道；4）保护地表地下水不受影响；5）地表有古蹟或特殊要求，要求地表生态环境不改变（如西鞍山适于露天开采，而当地政府要求保持西鞍山全貌，只得用地下开采，且又采用充填采矿法）。,.,10,生态环境要求，迫使有些矿山难于再用露天开采，只得改用地下开采，又不得不采用充填采矿法。十二五计划期间，正在建设和拟开工建设的矿山中，用地下开采、采用充填采矿法的有：马城铁矿2500万吨/年；司家营一期2000万吨/年；常峪铁矿450万吨/年；西鞍山铁矿3000万吨/年；周油坊铁矿450万吨/年；张庄铁矿500万吨/年；李楼铁矿750万吨/年；大贾庄铁矿600万吨/年；草楼铁矿300万吨/年；这些新矿山应该按照国家建设绿色矿山标准来建设，而充填采矿法正是创建绿色矿山的关键技术。,.,11,2.1.1国外矿山应用充填采矿法的现状,国外应用充填采矿法的矿山，大都是金矿、铜矿、铅锌矿、镍矿等有色金属矿山，国外铁矿井下开采只有瑞典基律钠铁矿和马尔姆贝格铁矿，都是应用无底柱分段崩落采矿法，至今国外尚无应用充填法开发矿山的信息。国外矿山应用充填法的国家主要有加拿大、南非、瑞典、澳大利亚、德国、美国、俄罗斯和芬兰等国。,.,12,国外充填技术的发展经历了几个阶段，到目前为止，充填技术总的来说主要有以下几种类型：1）干式充填。干式充填应用具有很久的历史。起初，干式充填材料是通过天井用矿车或人工送到采场进行充填的，但这样的充填劳动力需求大，作业成本高，采场充填时间长。矿石贫化率高，同时采场进行充填时就不能进行生产。目前有些矿山用铲运机等机械化生产方式。,.,13,2）水力输送充填。由于干式充填存在着许多问题，矿山工作者从20世纪30年代开始探索新的充填方法水砂充填，40年代左右水力充填开始在部分矿山应用，50年代到60年代，水力充填得到了广泛的应用。一般情况下水砂充填的材料是脱泥尾砂或天然砂，也有的矿山用人工磨砂，充填料浆的固体质量浓度一般低于70%，以自流输送为主，当充填浓度较小时也使用砂泵输送。水力充填分为水力非胶结充填和水力胶结充填两种。水力充填的胶结剂一般为水泥、石膏、磨细的炉渣等。,.,14,3）高浓度管道输送胶结充填。由于水力输送充填的浓度低，料浆充入采场后的脱水过程中发生离析，导致充填体的整体性不好，同时也难免会带走部分水泥和细粒级尾砂，污染井下作业环境，水泥的流失也会降低充填体的强度。为了改变这些问题，70年代开始研究和应用高浓度充填的材料、料浆的流动及充填工艺，将料浆的浓度提高到70%78%。目前高浓度充填在矿山充填中仍然是占主要的地位，应用最为广泛。,.,15,4）膏体充填；膏体充填在最近的10多年中发展极为迅速，世界上一些矿业发达的国家投入了大量的人力、物力研究和开发应用膏体充填技术。由于膏体充填综合运用了现代工业的多项高新技术，如微细颗粒材料浓缩脱水技术与设备、高浓度浆体泵送设备、活化搅拌设备、计算机在线控制技术等，是现代采矿工业中一项技术含量高的新技术。充填材料是使用全尾砂或全尾砂与碎石的混合料。由于膏体充填料浆可使用全尾砂，充填料浆无需脱水，因而减少了井下充填污染及排水费用，充填体强度高且水泥耗量小，可以适当降低充填成本，凝固时间相对于自流充填要短，可以减小充填作业循环周期，充填体易于接顶，有利于采场稳定和采矿作业安全性，膏体的稳定性、和易性和可泵性，决定了进行长距离输送时不会造成堵管，从而解决了实际操作中长距离管道输送的问题等优点，从世界范围以及长远发展来看，膏体充填技术是充填采矿技术发展的方向。,.,16,地下矿山充填采矿技术历程见表2-1。表2-1地下矿山充填采矿技术历程,.,17,2.1.2国内矿山应用充填采矿法现状,我国矿山充填采矿有悠久的历史，仅1949年以来半个多世纪的矿山充填采矿技术的发展情况就可以说明这一点，这是我们亲身经历过的事实。解放初期：在金属矿山广泛应用的干式充填采矿法，例如鞍山钢铁公司的弓长岭铁矿、七道沟铁矿应用废石和黄土充填的上向分层充填采场；铜陵有色金属公司铜官山铜矿也是应用黄土充填上向分层充填采场，落矿前在充填面上铺5cm厚木板来隔离崩落矿石与已充废石，减少矿石的贫化损失；在煤炭系统的抚顺老虎台煤矿、京西门头沟煤矿应用块石水力充填或水砂充填。,.,18,20世纪60年代中期，我国试用胶结充填，1965年金川有色金属公司龙首矿和凡口铅锌矿同时开始试验上向分层胶结充填采矿法，随后得到全面的推广应用。一大批有色金属地下矿山和黄金矿山都采用充填采矿法进行技术改造并组织生产。据1997年的统计资料显示，充填采矿法在我国有色金属地下矿山所占比重已达到22.37%。在黄金地下矿山，采用充填采矿法的比例更高，就山东省的黄金矿山而言，37座黄金矿山中全部使用充填采矿法的矿山有11座，使用留矿法和充填采矿法并举的矿山有9座，采用充填采矿法采出的矿石占这37座黄金矿山矿石总量的45%以上，一批资源丰富、技术力量、经济实力强、管理水平高的矿山，在充填工艺技术和装备水平上已经赶上了世界矿业发达国家的先进水平，见表1.1。,.,19,与充填采矿法紧密配套的充填工艺技术也得到长足的发展，主要表现趋势是：1）20世纪6070年代，矿山广泛采用低浓度砂浆充填和普通混凝土充填代替古老的干式充填；2）20世纪80年代，高浓度砂浆充填、全尾砂充填、块石胶结充填试验研究成功并在生产中得到应用；3）20世纪90年代，膏体泵送充填研究成功并应用于生产，高水速凝充填技术取得了很大进展并在一些地下矿山进行了试验和工业性生产。从我国充填采矿法的应用现状来看，其主体依然是上向水平分层充填采矿法，使用胶结或非胶结的脱泥尾砂作为充填材料。国内使用上向水平分层充填法的主要矿山列于表2-2中。此外，还有采用下向进路胶结充填法、削壁充填法、分段充填法等方法的，使用的充填材料除脱泥尾砂外，还有块石、粗粒级碎石、磨砂、天然砂和全尾砂等。,.,20,表2-2国内应用上向水平分层充填法的主要矿山,.,21,.,22,2.1.3十二五计划期间兴建的地下开采铁矿山，采用充填法的关键技术2.1.3.1充填采矿法采矿顺序新理念,传统的坑内矿，采矿顺序是由上向下顺序开采。矿床地质勘探也是注重初期首采地段。高级储量（探明的）在上部，深部多为推断资源量。现在采用充填采矿法，是旨在创建绿色矿山，是保护地表不塌陷，地表村庄不搬迁，农田不破坏，河流不改道，地下水不受影响，为了延缓地表变形，采矿顺序做了调整，采用自下而上，上向开采方式。以马城铁矿为例说明采矿顺序的新理念马城铁矿地表井口标高16m，下部开采标高-900m，段高60m，各阶段矿量见表2-3。,.,23,表2-3马城铁矿资源储量,.,24,如果按照传统的采矿顺序，由上向下顺序开采，即先采-180m-240m分段，再延深采-240m-300m分段，依次类推，按矿体赋存条件，矿山年产量只能维持1700万吨/年，且开采水平距地表只有200m左右，既使用充填法，地表虽然不会大面积塌陷，但地表会很快出现变形。对地表村庄建筑物，地下水都会产生影响。现在按照采矿顺序新理念，倒过来，不是由上向下，顺序开采，而是由下向上顺序开采，参见图。马城将-180m-540m作为上采区，将-540m-900m做为下采区。上采区年产矿石1700万吨，岩石170万吨，各水平高度为-540m，-480m，-420m，-360m，-300m，-240m和-180m。首采-540m-480m采矿阶段，由下向上采。,.,25,.,26,下采区年产矿石800万吨，岩石80万吨，各水平高度为-900m，-840m，-780m，-720m，-660m，-600m和-540m，首采-900m-840m采矿阶段，由下向上采。一个矿体截为二部分，上部由-540m向上采，下部用-900m向上采，一个矿相当于两个矿，生产规模为2500万吨，即上部1700万吨+下部800万吨，若按传统的顺序采矿规模只能维持1700万吨。由下向上采，地表变形可以推迟，此乃采矿顺序新理念。马城的做法有示范效应，已被其它新建矿山学习采纳。,.,27,2.1.3.2阶段空场嗣后充填采矿法,十二五计划期间兴建的几座地下铁矿多采用阶段空场嗣后充填采矿法，对矿房的充填采用尾矿胶结充填和尾砂充填二种充填方式。胶结充填，充填料一般配比选定为1：5即水泥：尾砂为1：5。充填料搅拌后重量浓度达到70%以上，由充填站向井下输送。采矿方法结构各矿因矿体赋存状况不同，岩石力学性能各异而不同。,.,28,以周油坊铁矿为例：1）矿床开采条件周油坊铁矿为沉积变质铁矿床走向长3800m，宽105345m，地表标高4142m，控制下向埋深（距地表）105669m。上部矿体呈透镜状，中部矿体呈似层状，倾角7075，全矿有7个矿体，矿厚576m，平均厚最大30m。矿床顶板主要是黑云闪长片麻岩，底板主要是白云石大理岩。全矿拥有资源储量14070.96万吨，平均品位TFe31.95%。矿山生产规模：年产铁矿石原矿450万吨/年矿床开拓：采用竖井开拓，主井由地表标高42m，延深到-683.7m。,.,29,2）采矿方法选择影响因素周油坊铁矿地表为农田，根据国家耕地保护政策和环保部门要求，地表不允许崩落，因此矿山不能采用崩落法；矿体埋深较大，矿区第四系覆盖层较厚，含水量较大，第四系下风化带岩石强度较低。矿山只能采用充填采矿法，充填采矿法不仅能有效保护耕地，而且能有效避免第四系及风化带所含水涌入井下，减少矿山排水费用和涌水威胁。,.,30,3）采矿方法选择和比较根据开采技术条件，周油坊铁矿可以采用崩落采矿法或充填采矿法。采用崩落采矿法将破坏地表及第四系土层、大范围占用土地和村庄搬迁等，给环境带来较大地破坏。所以采用阶段空场嗣后充填采矿方法，而不采用崩落法。根据矿床开采技术条件，主要有两种阶段空场嗣后充填采矿方法，一种是采用深孔凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法；另一种是采用中深孔分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法。根据矿床的地质条件，按50m四个区段对采矿范围内的矿体厚度进行了统计，矿体间夹石4m时，矿体按分采考虑，剔除夹石，否则矿体与夹石按混采统计组合后的矿体厚度，统计的矿体厚度分布见表2-4。,.,31,表2-4矿体厚度统计表,从上表可以看出，不同厚度的矿体均有分布，所以按不同的矿体厚度分别选用不同的采矿方法：矿体厚度520m时采用中深孔分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法：矿体厚度20m时采用深孔凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法；矿体厚度5m时采用浅孔留矿嗣后充填采矿法。,.,32,4）矿块结构参数及采矿方法主要技术经济指标周油坊铁矿深孔凿岩阶段充填采矿法矿块垂直矿体走向布置，一步采和二步采的矿块尺寸相同，矿块高120m（阶段高度），中部辅助凿岩中段60m，矿块宽20m，矿块长50m（矿体厚度），每80m设一条矿石溜井和一条通风天井；中深孔分段凿岩阶段充填采矿法矿块沿矿体走向布置，矿块高120m（阶段高度），矿块宽度为矿体厚度，矿块长40m60m；浅孔留矿嗣后充填采矿法矿块沿矿体走向布置，矿块高60m（阶段高度），矿块宽度为矿体厚度，矿块长40m60m。采矿方法构成要素见表2-5，2-6，2-7。,.,33,表2-5深孔凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法矿块构成要素表,表2-6中深孔分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿方法矿块构成要素表,.,34,表2-7浅孔留矿嗣后充填采矿法矿块构成要素表,在矿山基建期间，需进行采矿方法试验以优化矿块结构参数，降低损失贫化指标。采矿方法主要技术经济指标见表2-8。表2-8采矿方法主要指标,.,35,矿山主要采掘设备按矿山规模450万t/a计算，见表2-9。矿山主要采掘设备表表2-9,.,36,.,37,.,38,.,39,2.2固体废弃物综合利用核心技术2.2.1废石做为建筑材料综合利用循环经济示范工程,北京云冶矿业有限公司冯家峪铁矿废石综合利用示范工程，该矿年废石排放量100万t，经过20多年开采已堆存废石2800万t，堆积高45m，占地500多亩，该公司占地总计已达3300亩。废石综合利用技术路线：兴建砂石料生产线三个系列，生产工艺流程是：废石装车运输料仓粗碎中碎细碎筛分成品,.,40,排土场废石由铲车装入贝拉斯汽车运至粗粒矿仓，通过振动给料机给入颚式破碎机（PE90120）进行粗破碎，排矿粒度1500mm产品用胶带机送到中间矿仓，再通过振动给矿机和胶带机送入中型圆锥破碎机（PYZ1750）进行中碎，排矿粒度50mm，然后通过胶带机送入反击式破碎机，排矿粒度25mm的废石进行筛分，通过三层振动筛（3YAH2460）将废石产品分成4级，粒度25mm，2510mm，105mm和50mm，粒度25mm的产品，通过胶带机送回反击式破碎机进行再破碎，三个成品粒级的废石产品。通过胶带机送到永磁滚筒进行干选，分选出矿石和不同粒级的成品料，三个粒级成品料进入各自料仓储存待外运。回收的矿石Fe1822%