“胜利Ⅰ号”岩管的开采

发布网友 发布时间：2022-04-29 06:40

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热心网友 时间：2022-06-20 18:32

3.5.1 “红旗1号”岩管的开采及“胜利Ⅰ号”岩管的开采筹备工作

对于我国第一个金刚石原生矿——“红旗1号”的发现,国家极为重视。1966年8月15日,建材部、地质部联合发出通知,由当时开发郯城金刚石砂矿的建材803矿成立蒙阴矿区筹建处,负责“红旗1号”矿区的基地建设。1967年7月17日,建材部决定将建材803矿“蒙阴矿区筹建处”改名为“建材七○一矿筹建处”,采取“边勘探、边设计、边建设”的方针,开始一期工程建设,开采“红旗1号”矿床。1968年1月破土动工,1970年12月建成投产,设计生产规模年处理矿石8.65万吨,回收金刚石2万克拉。矿山开采40米和80米两个水平,采用*竖井对角通风方案,采取护顶下分层崩落法采矿。选矿厂设在距矿区14千米的蒙阴宋家庄西山,选矿流程采用重力选矿、多波段破碎、先选后破、闭路循环、分级选别的方案。选矿水源地设在东汶河。

经历三年多的普查勘探,“红旗1号”圈定长度1450米,钻探控制深度200米左右,局部达300米。探求金刚石工业储量××万克拉,其中B级×万克拉,C₁级×万克拉,C₂级×万克拉,于1969年提交了勘探报告。与此同时,“红旗1号”的开采进展很快,投产以来,边勘探,边开采,逐步改进生产工艺。先期开采40米中段,1976年转采80米中段,开采长度分别为800米和1100米。至1980年9月,累计开采10年,共动用储量×万克拉,占矿床总储量的43.3%,矿石利用率约76.5%,金刚石回收率约54.5%,选获的金刚石多为<4毫米的碎粒级,工业品位较低。矿体中部180米段高以上的储量已全部采空,仅剩余矿体两端和中段深部储量。

在“红旗1号”开采过程中,于1969年9月发现了储量更丰富、品位更高、金刚石质量更好的“胜利Ⅰ号”岩管。国家决定上马二期工程,在开采“红旗1号”的同时,筹备开采“胜利Ⅰ号”岩管。鉴于依据“红旗1号”岩脉建设的一期采矿工程,已不能适应“胜利Ⅰ号”的开采需要,建材部指示苏州设计院另行编制“胜利Ⅰ号”开采设计,在岩管西侧新建选矿厂,年处理矿石9.61万吨,生产金刚石10万克拉。水源地设在平邑县水沟。1975年12月开始地面工程建设和露采准备,1980年5月正式开采“胜利Ⅰ号”,并停止了“红旗1号”的开采。鉴于国内尚无金刚石成熟的选矿经验,二期工程还建设了年产金刚石2万克拉无介质混级自磨矿试验选厂,进行选矿试验研究,以相互对比,求得最佳选矿流程。在“胜利Ⅰ号”初采阶段中,由于新设备初次运转,操作技能生疏,至使金刚石破碎率达80%,金刚石回收率不足50%,资源浪费严重。矿山及时采取限产研究选矿方案,虽有所改进,但收效不大。

3.5.2 “胜利Ⅰ号”岩管开采的技术条件

(1)水文地质条件

“胜利Ⅰ号”岩管区周围为丘陵地形,基岩大部裸露,仅岩管北侧沟谷底部有砂砾层和粘土层覆盖,厚度1~10米,有少量浅层孔隙水。金伯利岩和周围的花岗质岩石,节理裂隙发育,上部风化层部分被泥质或高岭土质充填,透水性差,裂隙水不多。矿床开采受天然降水影响,露天采坑是接受天然降水的集水漏斗,对露天采矿作业构成危害,还能通过岩石原生节理和爆破裂隙向深部渗透,成为地下开采的主要防范对象。此外,矿区勘探期间施工钻孔百余个,封孔质量不高,有可能沟通各种裂隙,形成局部储水空间,引发短时局部突水。

矿区周围地表水动态变化受季节的控制,补给源来自大气降水,排泄受地形影响,向北东方向流出。岩管北侧小河汛期最大日流量9272.34立方米,持续时间8小时左右,而后逐渐减少,呈涓涓细流,冬春季节基本无水。

露天开采期间采坑日涌水量变化于183~274立方米,地下水渗透系数0.074米/日,未发生过长期积水现象。

综合以上特征,本区水文地质条件属简单型。

(2)工程地质条件

矿区内岩石类型比较简单,矿石类型主要为斑状金伯利岩和金伯利角砾岩,斑状结构、角砾状或块状构造,硬度5~6级,裂隙不多。矿床围岩均为晚太古代片麻状中粗粒石英闪长岩,岩性均一,岩石硬度6~7级,常发育北西向片麻理和劈理。在岩管东部和南部可见小型断裂,断裂结构面比较紧密。在大管南北边缘局部地段和小管南部,岩性比较破碎,易发生崩塌,存在安全隐患。矿床开采工程地质条件属中等偏简单类型。

(3)环境地质条件

矿区位于中国东部地震高发区——沂沭断裂带西侧70千米的蒙山断块凸起中心地带,地质基础牢固。矿区南北外侧分别有蒙山、新泰-垛庄两大北西向断裂带,矿区东西两邻中新生代构造和岩浆活动比较活跃。1668年郯城大地震,蒙阴受其影响,有强烈震感,此前有记录以来蒙阴未发生过有感地震。矿区距居民地0.2千米以上,无大面积植被和农田,矿山开采不会对周围自然环境产生明显破坏。矿山选矿厂和生活区主要建在岩管600米以外的山坡地带,选矿过程不产生有毒、污染等物质,对环境亦不会造成危害。矿山年排废石和选矿尾砂约5720立方米,主要排放在选矿厂西南山沟内。“胜利Ⅰ号”开采环境条件相对简单。

3.5.3 矿石加工技术性能

(1)矿石的物理性质

矿石为各种类型金伯利岩,其中斑状金伯利岩类占50%,金伯利角砾岩约40%,金伯利岩化角砾岩约10%。矿石主要组成矿物有蛇纹石、金云母和长石、石英等,均属比重小于2.6的轻矿物,只有副矿物磁铁矿、铬铁矿、磷灰石、钙钛矿、镁铝榴石、金刚石等比重较大,其含量不足岩石总量的3%。金伯利岩风化厚度5米左右,向深部矿石颜色由黄绿色变成深绿色。地表或浅部矿石较松散,向深部比较完整,裂隙较少。矿石硬度5.5~6级,受打击或磨擦易发生破碎,加工比较方便。>+16毫米原矿粒度>90%。矿石松散系数1.53~1.96,矿石平均比重2.53。

矿体围岩为晚太古代石英闪长岩,片麻状构造,中粗粒结构;岩石硬度6~7级,节理裂隙发育;在矿体边缘局部地段有宽约0.5米的蚀变破碎带,土化严重,容易崩塌。

(2)金刚石的物理性质

金刚石具有一些独特的物理性质,据此可将金刚石从金伯利岩中分离出来。金刚石比重3.5,与金伯利岩造岩矿物或围岩矿物(比重2.5~2.7)有较大比重差,可采取重力分选的方法予以分离;金刚石表面具有良好的疏水性和亲油性,可用油选和粒浮的方法选取;金刚石具有萤光性,在X光下常发生较强的天蓝色萤光,明显区别于磷灰石、锆石、方解石的紫色散射萤光。金刚石硬度极大,达10级,可承受极大的静压力,但受冲击力有限,可用硬介质磨矿,不宜重力打击,尤其大颗粒金刚石往往有原生裂纹,受打击后易发生破碎。

金伯利岩中金刚石粒度差别很大,从>16毫米到<0.5毫米都有,大的少,小的多,颗粒越大,价值越高,往往有原生裂纹,易发生破碎,因此完整地保护大颗粒金刚石是选矿的优先要求,应采取先选后碎、分级选别的方法选取。

3.5.4 “胜利Ⅰ号”岩管开采方案

(1)矿区范围

“胜利Ⅰ号”岩管行政区划属蒙阴县联城镇王村。岩管周围为丘陵区,地面标高240~288米,南部地势较高,基岩裸露,向北渐次低下,沟谷小河有少量表土覆盖。

建材“七○一矿”首建于1966年8月,1987年设立采矿权,几经变更、延续,现持有国土资源部颁发的采矿权证。矿区由11个拐点圈定,面积0.0895平方千米,开采深度由+260米至-40米(图3-44)。

图3-44 “胜利Ⅰ号”岩管采矿权范围图

图3-45 “胜利Ⅰ号”岩管露天采坑

(2)露天开采

“胜利Ⅰ号”岩管自1969年9月发现后,经过4年的勘探,于1972年12月提交了地质勘探报告,对垂深600米以上矿段,提交金刚石工业储量和远景储量×××万克拉。

在矿床勘探后期,即着手筹备“胜利Ⅰ号”采掘工程。依据建材部非金属矿山设计院苏州分院编制的开发方案,对岩管100米以上矿段实施露天开采(图3-45)。采坑边坡设七个台阶,台面宽度3米,阶坡75°,运输平台宽度6米。采坑上部30米阶高5~10米,下部70米阶高15米,开采最终边坡角45°,露天采坑境界剥采比为6.0。开采使用十米冲击钻凿岩爆破,1立方米铲车装岩,10吨自卸汽车坑内螺旋式线路穿转运输方案。1972年12月动工,清理采矿现场,整修堆碴场地,建设选矿厂,并调试设备。1975年11月开始剥离围岩,并部分采掘矿石,1980年5月正式露天开采。矿石由汽车直接送达岩管西侧选矿厂进入粗碎流程,围岩送到岩管东南山沟堆碴场。经约14年的采掘,形成东西长330米,南北宽230米,深100米的漏斗形露天采坑。1992年,矿山依据采坑采掘条件,又延深开采10米,到达深110米(标高+150米),于1993年到达露采极限。露天开采期间共动用矿石储量量×××万吨,金刚石储量×××万克拉,选矿回收金刚石106.22万克拉,储量利用率74.16%。

(3)地下开采

在露天开采到极限后,由于种种原因未能立即启动地下开采工程。几经转折,直到与加拿大CDC公司合作组建“蒙阴戴蒙金刚石有限公司”引进外资后,才于1994年2月开始露天转地下开采准备工作。

岩管+150米以下矿段开采可行性研究报告,是中国建筑材料工业规划院于1993年12月编制的,由武汉工业大学非金属矿研究设计所在1994年12月编制了“蒙阴戴蒙金刚石有限公司”露天转地下工程初步设计,设计开采深度为190米(+150~-40米)。该矿段有矿石×××万吨,金刚石储量×××万克拉,矿石平均品位661.95毫克/立方米,设计年产金刚石10万克拉。采用侧翼对角式开拓,主副井均为斜井。主斜井位于岩管西侧的选矿厂内,倾角25°,垂深312米,长度728米;副斜井位于岩管东南侧钻石博物馆院内,倾角30°,垂深170米,长度340米。采矿选用无底柱分段崩落法,阶段高度50米,分段高度10米。1999年12月地下开采工程开始,2002年9月主斜井到达垂深170米(+90米标高)工作面,形成生产能力,并正式出矿。

露天采坑底部留有厚20米的保护顶,地下开采矿段实际深度为170米(标高+130米至-40米)。根据矿段高度,开采分四个阶段作业,每一阶段高度为50米;一个阶段分成5个分段,每一分段高度为10米,小段高度5米。每一阶段都采用工程钻进行开采勘探,揭露矿体边界,查明矿体断面面积,了解采矿工程地质和水文地质条件,而后由上而下,合理布置采矿区、落矿区。至2010年底采深到200米(+60米标高)。地下开采阶段动用矿石储量××万千吨,金刚石储量××万克拉。由于后期丢尾粒度加大,选矿回收金刚石为58.75万克拉,储量利用率61.61%。

从1975年开始露天采矿,至2010年底到达+60米标高,“胜利Ⅰ号”岩管累计动用矿石储量量×××千吨,金刚石储量×××万克拉。其中采出矿石量1759.6千吨,金刚石206.21万克拉;损失矿石量228.9千吨,金刚石46.62万克拉。矿山实际采矿回收率为88.49%,累计选矿回收金刚石164.77万克拉,选矿回收率为80%,金刚石储量利用率69.06%(表3-27)。

表3-27 “胜利Ⅰ号”矿山开采状况统计表

3.5.5 “胜利Ⅰ号”岩管的选矿工作

(1)选矿流程

根据前述金伯利岩和金刚石物理性质,参考并吸取矿床勘探期间的选矿方案,“胜利Ⅰ号”岩管的开采选矿工艺采取多段破碎、分阶段选别、细碎选矿和磨矿再选矿的选矿流程;选用筛分、跳汰、摇床、油选、光选、镜下手选等方法提取金刚石,以有利于保护大颗粒金刚石,提高金刚石回收率,减少破碎率。

(2)矿石入选粒度

根据矿山多年生产工序,矿石入选粒度上限为25毫米,丢尾粒度<0.2毫米。供料原矿粒度为300毫米,粗度破碎比300/80=3.75,中度破碎比80/25=3.2。基本采用三段破碎、二段磨矿、三阶段选别,二个选别循环流程(图3-46)。

图3-46 胜利Ⅰ号金刚石选矿工艺流程图

原矿采用三段破碎:人工破碎,给矿200~300毫米,排矿<120毫米;二段破碎,给矿<120毫米,排矿<40毫米;三段破碎,给矿<40毫米,排矿<16毫米。

跳汰:给矿16毫米,排矿<8毫米。

光选(-16+8毫米):给矿<16毫米,排矿<8毫米;(-8+4毫米)200×75毫米。

对辊:给矿<8毫米,排矿<4毫米。

磨矿:一段磨矿为各级跳汰尾矿,给矿粒度-4+2毫米、-2+0.5毫米;二段磨矿为精选循环中各选别作业的尾矿,给矿粒度-4+0.5毫米。

棒磨:给矿为二段磨矿矿石,排矿-0.2毫米。

选择性磨矿,采用圆筒托辊磨矿,目的是将粒浮精选中的脉石磨成泥浆排除。

跳汰、摇床选矿:按矿物比重不同,采用动态分选:跳汰分-16+4、-8+4、-4+2、-2+0.5、+0.5-0.2毫米等级,摇床分-1+0.5、+0.5-0.2毫米等选别。

油选、粒浮:利用金刚石的亲油性、疏水性特征,采用-4+2、-2+0.2毫米动态分选。

光选:利用金刚石的萤光性,进行X光动态分选,入选粒度分别为-8+4、-4+2、-2+1、-1+0.2毫米等。

(3)矿石入选品位

“胜利Ⅰ号”岩管矿石品位普遍较高,一般为752~838毫克/立方米。矿石入选品位为各种类型矿石综合品位,远高于矿区勘探时选定的最低工业品位30毫克/立方米,故各种矿石不加区分直接入选。

(4)金刚石选矿质量

“胜利Ⅰ号”选矿厂自1972年正式投产以来,经历了近40年摸索改进。金刚石回收率由初建时的44%,提高到77.8%,近年已基本稳定在80%左右;金刚石机械破碎也由当初的30%~40%降低至25%以下;抛尾品位由初期的平均193毫克/立方米降至162毫克/立方米左右。

经过40年的选矿生产,尤其是2003年以来,对选矿流程中磨矿工序进行多次调整改进,使金刚石选矿成品率有了较大的提高。近年来,由于国内外市场金刚石原料的短缺,金刚石用途的不断扩大和金刚石加工技术的改进,对金刚石工业品级的划分也更趋细化,使资源得以更加充分地利用。根据现行的商业标准,“胜利Ⅰ号”岩管生产的金刚石工业品级较地质勘探报告有了较大的提高,尤其是碎粒级金刚石由当初的80%降至35%左右,相应的装饰品级由0.2%提升至11%,工业级也由15%增至45%(表3-28),从而使矿山经济效益得到较大的提高。

表3-28 “胜利Ⅰ号”金刚石产品工业品级划分表(%)

自“胜利Ⅰ号”岩管投入开采至2010年,累计采出矿石1759.6千吨,共选获金刚石1647713克拉,其中9%~11%属装饰品级,45%~55%属工业级,35%左右属碎粒级。较大颗粒的金刚石及较高品级金刚石较前有所提高,共选获>20克拉金刚石百余颗,其中蒙山系列大金刚石5颗(表3-29,图3-47)。

表3-29 “胜利Ⅰ号”岩管选获的大金刚石统计表

图3-47 从“胜利Ⅰ号”岩管采出的金刚石

鉴于现有金刚石选矿流程的碎矿功能和磨矿材质不够完善,容易造成金刚石人为破碎,使选矿成品中次生破碎率居高不下,常年维持在21%~28%左右,这就有可能造成大颗粒变成小颗粒,小颗粒变成<0.2毫米而流失,出现大颗粒金刚石产率不高和高品级金刚石含量较少的局面,使实际尾砂中金刚石含量达到162毫克/立方米。据近几年生产统计资料,10克拉以上金刚石年产率仅5~7颗,大于5毫米的金刚石平均占5.74%,而小于3毫米的金刚石占78.44%(表3-30),且金刚石破碎率高达35%左右,从而大大降低了金刚石的品级。从2003年起,选矿丢尾粒度由0.2毫米增大至3毫米,虽降低了选矿能耗,增加了大金刚石产率,但降低了金刚石选矿回收率,使实际回收金刚石仅占原矿品位的21.56%,将近80%的金刚石被丢掉了,严重影响到金刚石的产量和经济效益,造成资源的浪费,这是与我国当前金刚石资源严重不足,矿山矿石短缺的局面不相称的。今后还需改进选矿工艺,提高金刚石回收利用率。

表3-30 2003年“胜利Ⅰ号”选获金刚石粒度统计表

3.5.6 金刚石生产经济效益

(1)金刚石生产能力

建材“七○一矿”是我国目前最大的现代化金刚石矿山,设计年处理矿石86.5千吨,年产金刚石10万克拉。由于选矿工序尚不完整,金刚石次生破碎率较高,自投产以来,一直未能满负荷运转,长时期*产能、研究改进选矿工艺。1975~1980年产量较高,达到6.52~7.01万克拉,此后年产量控制在5万克拉左右。进入地下开采以后,受生产条件的*,产量一般维持在3.5万克拉。从1972年至2010年,共采出矿石1759.6千吨,选获金刚石164.7万克拉,平均年产量为4.33万克拉。

(2)金刚石生产成本

随着金刚石生产条件的改变,选矿技能的提高,建材“七○一矿”金刚石生产成本逐步降低。露天开采阶段,选矿流程处于实验磨合时期,操作人员技能生疏,生产管理到位率较低,致使生产成本较高,1978~1980年为116.37~127.72元/克拉。而后逐步调整选矿工艺,改进生产组织,节能挖潜,至1990~2003年,除去大于10克拉金刚石以外,一般金刚石单位生产成本降到95~100元/克拉。2003年以后,金刚石抛尾粒度调整为3毫米,进一步降低了成本,现在金刚石单位生产成本为80元左右。

(3)金刚石销售

随着国内金刚石用途的细化,尤其是高品级金刚石的短缺,对金刚石品级划分标准较前有较大的改进,更趋实用化。建材“七○一矿”生产的金刚石60%以上属无色透明的“纯钻”,具有很大的市场效益。除了少数大于10克拉金刚石单独论质销售外,其余大部分出口到比利时、印度、美国和中国香港等地。一般工业级和碎粒级金刚石平均销售价格为400~500元/克拉。15%~20%的金刚石销往广州、上海等地的珠宝商,主要用于加工首饰和金刚石工具。2007年该矿成立“蒙阴钻石有限公司”,每年自留约200克拉金刚石制作钻戒等商品,自产自销。

(4)矿山资产及相关产业

建材“七○一矿”从1966年建矿以来,走过艰难曲折的过程。建矿初期,由于缺乏生产和管理经验,经济效益不高,一直不能满负荷运行。1972年12月,下放山东省临沂地区建委,长时期处于低水平生产状态,1980年2月更名为“蒙阴金刚石矿”。1985年5月,金刚石产品由国家包销改为自产自销,年产量下降三万克拉左右。由于一直延续老旧的选矿工艺,金刚石破碎率一直在高位徘徊,选成产品质量不高,缺乏竞争力,矿山缺乏活力。1988年9月,经临沂行署批准,又恢复建材“七○一矿”名称。1993年矿山露采已达极限,转入地下开采急需大量资金,经矿山多番努力,将矿山由临沂行署转归中国非金属矿工业(集团)总公司。1994年2月,成功与加拿大CDC在香港注册的VVS1有限责任公司签署合作合同,引进外资350万美元,组建“蒙阴戴蒙金刚石有限公司”。1999年12月开始了露天转地下工程建设,于在2001年7月转入地下开采。经近四十年的开采,作业面已深达200余米,资源储备减少,开采难度增大,各种设备已严重老化,急需更新改造,矿山正在承受越来越大的压力。

建材七○一矿第一期工程从1966年开始,到1980年9月开采“红旗1号”岩管为止,总投资967.5万元。第二期工程从1972年1月开始筹备,1975年2月正式投产,开采“胜利Ⅰ号”岩管,总投资2828.2万元。目前矿山占地1763亩,建筑面积18.8万平方米,固定资产6533.9万元,企业净资产6233.9万元,为国家大(二)型矿山。企业现有职工188人,其中工程技术人员26人,是我国当前唯一在产的金刚石矿山,也是我国金刚石贡献率最大的企业。40年来,共生产金刚石164万余克拉,部分缓解了我国金刚石严重不足的局面。

图3-48 “胜利Ⅰ号”岩管开采现状图

“胜利Ⅰ号”岩管经山东省地质矿产局第七地质队历时四年的地质勘探,于1972年12月提交了600米以上(+260~-340米)矿段金刚石资源储量×××万克拉。至2010年,经建材七○一矿近40年的露天开采和地下开采,已深达200米,累计动用储量×××万克拉,岩管储量利用量已达54.4%。至此,岩管开发的黄金时期已经过去,现已进入岩管根部相的下部,断面面积在缩小,矿石品位在下降,地质勘探程度在降低,对岩管深部形态和矿石品级状况了解较差。目前地下作业日渐困难,正面临矿石不够吃,选矿厂开工不足,经济效益下滑的局面,亟待新的资源补充(图3-48)。

2007年,七○一矿合资成立蒙山钻石有限公司,开展金刚石产品营销和加工,生产金刚石工具、装饰品等,年营业额逐步加大,成为矿山经济新的增长点,从以前单一的矿山开采模式发展成为集矿山开发、设计加工、品牌营销为一体的新型企业,从而使七○一矿金刚石开发经营石走向一条品牌化、规模化、社会化的道路(图3-49)。

2005年,依托矿山露天采矿遗址,建成国家矿山公园——山东沂蒙钻石国家矿山公园。这是我国首批,也是山东省唯一的矿山公园。公园以“普及地质科学、治理矿山环境,保护和利用矿山”为主题,以“弘扬钻石文化,打造精品旅游,带动相关产业”为目标,建设AAAA*旅游景区。公园总面积约30平方千米,共设国内外金刚石透视、钻石展览、矿坑探秘、钻石加工展销、休闲度假等十大区域,56个景点。至2008年,计划第一期工程投资1.6亿元的采坑整修,钻石博物馆及园区主场地建设已基本完成,并开始对外科普、旅游服务(图3-50)。

目前矿山各部分积极有序地运转,全矿职工正在开展岩管深部勘查找矿,拓展金刚石资源储备,调整生产组织,改进选矿工艺,提高操作技能,开展金刚石精加工,为力争实现矿山企业新的发展目标而奋斗。

图3-49 蒙山钻石有限公司部分钻饰产品

图3-50 山东沂蒙钻石国家矿山公园