【荣誉·恩菲】绿色开采技术助力绿色矿山发展——中国恩菲荣获2003年国家科技进步二等奖纪实

  70年创新发展，70年壮丽辉煌。

  70年来，中国恩菲始终坚持着世界一流的使命担当，凝聚着“大国工匠”的磅礴力量，激荡着创新发展的滚滚春潮。

  当历史的画卷徐徐展开，一幅中国恩菲用高技术高质量高标准持续引领行业发展的蓬勃画面跃然眼前。从湄公河畔到曹妃甸，中国恩菲创造“鲁班品质“；从中原大地到祖国边陲，中国恩菲打造“国优典范”；从底吹炼铅到“炼土成镍”，中国恩菲擎起科技进步大旗……

  70年来，中国恩菲凭借专长技术与核心优势荣获百余项国家级奖项，千余项省部级奖项。就让我们走进中国恩菲的荣誉殿堂，一同见证“荣誉 恩菲”。

绿色开采技术助力绿色矿山发展

——中国恩菲“金属矿床无废害开采技术”荣获2003年国家科技进步二等奖纪实

       中国恩菲和长沙矿山院等单位共同完成“金属矿床无废害开采技术”该项目依托国家九五科技攻关（重点）计划课题《铜绿山矿复杂条件下露天与地下联合开采技术研究》与《赤泥充填高效胶结剂的研究与开发》，瞄准矿山废物处理与综合利用这一国家重大需求，攻克了能显著减少废石产出量的露天与地下联合开采技术，建立全新的金属矿床开采模式，形成了矿山废料资源化的高浓度全尾矿充填技术、赤泥胶结充填技术和自然级配废石胶结充填技术等关键核心技术与装备，最大限度地减少了矿山废料的产生，并最大限度地将废料资源化，从根本上解决了矿床开采对环境的危害问题。该技术荣获2003年国家科技进步二等奖。

01 基础情况

  我国有着丰富的金属矿藏资源，但传统的矿床开采技术在获取矿产资源的同时会产生大量的废料，传统的矿床开采技术往往只注重经济环节，很少与环境问题结合成一个整体来考虑，因而采矿工业在索取矿产资源的同时，也成为向地表环境排放固体废料的主要来源。我国在矿产资源开发利用过程中排放的固体废料，占全国工业废弃物排放总量的85%，采矿破坏土地面积已达400多万公顷。因此，随着采矿工业发展，带来了严重的环境问题，引起了各国领导人和专家的广泛重视。

  金属矿山的固体废料源为废石、尾矿和赤泥。20世纪90年代，国内外现有技术均不能有效地减少其废石的产出量，实现废石、尾矿和赤泥的有效利用。按照工业生态学的观点，若将采矿工业的各个工序作为一个系统来考虑，通过矿山开采技术的创新，可以在矿床开采过程中显著减少矿山废石的产出，将矿山废料作为资源重新利用，从而最大限度减少废料排放，有效解决矿山开采对环境的危害，并且可显著提高开采效率和降低开采成本，使矿山企业获取新增效益。

  铜绿山铜矿，位于大冶市西南3公里处，是一座创造了中华民族青铜文化历史的著名矿山。然而，铜绿山铜矿周围居民居住区用地十分紧缺，且氧化铝厂赤泥危害日趋严重，丰山铜矿和铜坑锡矿等矿山的开采更对环境产生大量破坏。为缓解以上问题，需尽量减少矿山废石的产出量，并最大限度地将废石、尾矿和赤泥等矿山废料资源化利用，国家计委于1995年将铜绿山铜矿露天与地下联合开采技术（95-116-03）和赤泥充填胶结剂的研究与开发（96-122-04-02）列入国家九五科技攻关（重点）计划，组织产、学、研联合攻关。通过科技攻关，以研究开发出高效率、低成本的矿床开采新技术，从根本上解决矿山开采对环境危害问题，建立全新的金属矿床开采模式。

铜绿山铜铁矿项目

02 锚定问题全力钻研

  中国恩菲凭借在矿业领域积累的数十年技术经验，积极参与到无废害新技术的研发之中。研发团队接到任务后，第一时间奔赴铜绿山铜矿现场，他们面临的第一个问题，当属露天矿与地下联合开采的技术难题：当时的联合开采技术难以有效减少废石、废料产出，如果不能通过减少废料排放的方式“节流”，那后端充填难度和工作量都将大大加重。因此，研发团队急需开发一种新的开采工艺。为了攻克技术难题，研发团队有时吃住都在矿上，他们一遍遍采样、试验，反复演算推敲，看着太阳东升西落，在漫天星辰下，他们仍头戴着探照灯，废寝忘食地钻研着。

  除了“节流”，更应“开源”，为了有效处理矿山废石、废料，研发团队还着力于对充填技术的开发。充填技术是一项复杂的综合技术，实现充填技术的突破需要攻克一系列行业技术难点。其中，当时在充填前普遍采用国外研发的过滤工序，该技术能耗高、系统复杂，运营和维护成本都很大。此外，当时充填普遍采用水泥胶结工艺，胶结性能一般且需要耗费水泥，充填量和成本亟待优化。

  研发团队锚定这些难题，积极针对充填技术开展了专项钻研。针对过滤工序，研发团队考虑采用高浓度全尾矿挤压充填，这是一种在75%左右的重量浓度状态下进行输送和采场充填的全尾矿充填方式，旨在取消过滤环节。针对胶结问题，研发团队着力于将赤泥和废石“变废为宝”，利用废物进行胶结，可有效节省耗材、降低运营成本。

03 新技术解决旧难题

  在不懈钻研下，研发团队开发了露天与地下联合开采技术，该技术在一个矿体的上部与下部同时进行露天开采与地下开采，开采工程在空间上和时间上被有机地结合起来，作为一个整体进行设计和组织施工作业。该技术即露天坑底直接延伸回采隔离矿柱新工艺，其通过露天凿岩工艺与地下出矿工艺的集成创新，在不剥离废石条件下，实现了安全高效地回采隔离过渡带的难采矿段，填补国内外空白，解决了露天与地下联合开采的技术难题，促进了联合开采工艺的发展和推广应用。此联合开采工艺在减少地表1600万立方米剥离量的条件下，又通过内部排土新工艺将后期的剥离废石在露天采场内部排放，因而取消了二期工程的排土场扩建工程，比国内外同等规模露天开采的废石排放量减少40％以上。

露天坑回填最终效果图

  针对充填中的难题，研发团队成功开发了高浓度全尾矿挤压充填技术，通过全尾矿高效浓密和锥底单孔放砂仓沉降两段全尾矿脱水新工艺，以及借助系统压差的井下无分配阀增压输送原理和装置，在高浓度全尾矿制备与输送原理和输送泵结构方面作出重大创新，实现低成本高浓度全尾矿充填和矿山尾矿零排放，消除了尾矿的地表污染和工程地质灾害隐患。全尾矿两段脱水工艺取消了国内外当时的高能耗过滤工序，显著降低了能耗和成本；挤压输送充填系统充分利用充填系统的自然压差实现无分配阀增压输送，系统简单可靠，基建投资仅为膏体充填系统投资20％，且能方便地对现有自流充填系统进行技术改造升级，其综合水平居国际领先。

  研发团队开发了赤泥胶结充填技术。利用赤泥的潜在活性和矿山充填的工艺特点，通过添加激活剂，发明了满足矿山充填标号要求的赤泥胶结剂及赤泥胶结充填新工艺，胶结性能和工作性能远优于水泥胶结充填，成本远低于水泥胶结剂，实现了赤泥废料低成本大宗量资源化。赤泥胶结充填料的性能远优于水泥胶结充填料，在低浓度条件下亦能保证料浆的稳定性，不产生离析，且赤泥与全尾矿的混合料试块单轴抗压强度大，物理性能优越。

  研发团队还开发了自然级配废石胶结充填技术。根据矿山充填的工艺特点，充分利用废石料堆的渗透性能与流动特性，充分利用自然级配的废石作为充填集料，通过充填料分流输送和自淋混合工艺的创新，显著降低矿山充填成本并提高矿山充填效率，废石砂浆胶结充填效率达到250立方米/小时，是我国传统水泥胶结充填效率的15～25倍，是高效率泵送充填效率的4～7倍，实现了井下掘进废石不出窿，满足了金属矿山高效开采的需要。

04 先进成果助力绿色矿山

  技术成果在减少废石产出率、废石利用量、尾矿和赤泥利用率、高浓度全尾矿充填系统可靠性、充填料的工作性能与胶结性能、开采强度、开采与充填效率和开采成本等方面的技术指标均居国际先进水平，部分居国际领先水平。项目定义了“无废开采”新模式，通过将废料再次资源化，将矿山固体废料作为内部资源被重新循环利用，发挥最大的资源效率并获得最大的经济效益。

  在技术荣获科技进步奖之前，金属矿床无废害开采技术研究成果已在铜绿山铜矿、丰山铜矿、铜坑锡矿、湖田铝土矿和会东铅锌矿推广应用，取得直接经济效益5.74亿元，并在铜绿山矿建成了低废示范工程，实现露天剥离废石内部排放和尾矿零排放，二期工程不再建造排土场和尾矿库，实现了古铜矿遗址的永久性就地保护。

  金属矿床无废害开采技术的研发，改变了我国金属矿山传统的开采模式。近年来，公司在该项研究成果的基础上，针对全国金属矿山开采存在的固废产量大、尾矿库排尾库容压力大、地表堆存环境污染严重等问题，以及现有金属矿山空场采矿法、崩落采矿法开采普遍存在的采场地压控制难度大、贫损指标大等技术难题，相继研发出尾矿再选技术、利用尾矿/废石制备建筑材料、尾矿/废石高附加值利用、水泥替代品及充填外加剂开发、低成本充填高效胶结剂及减水剂/膨胀剂/促流剂、低成本充填高效胶结剂、双轴搅拌机+高速活化搅拌机、大流量稳态结构流自流/泵送胶结充填、模块化/移动式集成充填、废石（戈壁集料）－全尾砂膏体充填、全粒级废石膏体充填、袋装充填采矿、长距离复杂工况全固废膏体智能充填、阶段全孔落矿早强充填等技术与系统，研究成果在江苏南京栖霞山铅锌矿、安徽李楼铁矿、安徽冬瓜山铜矿、福建马坑铁矿等30多座矿山成功推广应用，解决了大宗固废综合利用与无害化处置技术难题，实现了金属矿山绿色开采全产业链服务，开创了国内矿山绿色开采技术与系统建设的先河。

冬瓜山铜矿

来源：ENFI中国恩菲