作者：李冬萍
5月26日，由中国有色金属工业协会主持的中国有色集团科技成果评价会在中国有色大厦举行，中国有色集团出资企业中色非洲矿业公司（简称中色非矿）、北京科技大学、中国有色集团联合完成的“赞比亚谦比希铜矿破碎缓倾斜矿体开采及膏体充填关键技术研究”科技成果经报告、质询、答辩、讨论等环节，取得96分的综合评分，研究成果被评价为富水破碎缓倾斜中厚矿体回采方面的国际领先水平。
谦比希铜矿西矿体赋存条件复杂，倾角较缓、厚度中等、地下水丰富、矿岩破碎、遇水易泥化崩解，存在开采安全性差、生产能力低、采矿成本高等问题，属世界性采矿难题。如何攻克一个个技术难题，实现达产达标、高效开采，成为中色非矿必须面对的挑战。在2010年、2012年中国有色集团科技计划“谦比希铜矿西矿体缓倾斜破碎矿床采矿方法试验研究”和“谦比希矿膏体充填关键技术与工艺研究”的立项支持下，中色非矿总结多年来海外技术攻关工作经验，与北京科技大学的采矿领域专家组成联合攻关组。经过4年多的不懈努力，克服海外科研的重重困难，开发了复杂破碎矿岩的分区分级支护技术，建立了赞比亚首套基于深锥浓密技术的膏体充填系统，突破了富水破碎矿体的安全高效开采关键技术难题，为矿山安全高效开采提供重要的技术保障。
稳扎稳打，强支护
西矿体工程地质条件复杂，岩体破碎、遇水泥化，含大量软弱结构面及夹层。2010年试投产之初，分段巷道常无法按原设计方案施工，导致成本增加、工程进度延误。另外，管缝式锚杆、注浆锚索、钢筋条带网等手段的支护效果不理想，二次支护及巷道返修情况普遍，采场垮帮与顶板冒落现象频繁发生，井下生产进度和开采安全受到了严重影响。
为解决这些问题，联合攻关组从基础做起，对谦比希主矿体、西矿体矿区的主要矿岩进行采样和物理力学参数试验，首次开展系统的矿岩稳定性评价，并依据矿岩条件及工程重要程度对支护区域进行细分，科学设计巷道支护方案。在全矿大力推行“分级分区分标准”的支护原则，实现了“树脂锚杆+湿喷混凝土”在西矿体的成功应用。巷道及采场稳定性大大改善，采切工程成形率从94%提高至98%，巷道返修率从20%降低至5%，每米巷道支护成本至少降低28美元，2011-2014年节约支护成本和采切工程返修支护费用约154万美元。
独辟蹊径，巧充填
在西矿体的基建和试生产阶段，设计采用上向水平分层分级尾砂充填工艺，首采区矿石回收率仅为50%左右，资源浪费严重；采切比大，水泥用量多，采矿成本高；被充填水浸泡后的泥质板岩极易泥化垮塌，地压问题严重。尤其是主矿体和西矿体混选后，磨矿细度加大，分级尾砂量难以满足主矿体和西矿体的充填要求，西矿体一度面临不能达产达标的困境。
面对困境找出路。2012年，中色非矿决定在第二阶段试验膏体充填技术。膏体充填因具有料浆不脱水离析、充填体强度高、水泥耗量小、节能环保等优点，近年来成为全球矿业领域的技术热点和发展新动向。但是该技术工艺环节多、控制精度高、维护管理复杂等特点也令许多矿山企业望而却步。在赞比亚尚没有一座膏体充填矿山的情况下，西矿体要上膏体充填系统无异于做“第一个吃螃蟹的人”。面对挑战和压力，联合攻关组因地制宜地提出了“充填里面降膏体，膏体里面降水泥”的先导原则，用了两年时间，围绕膏体充填的“尾矿深锥浓密、膏体制备、膏体输送”三大环节，以理论指导试验，以实践提升理论，相继完成“尾矿深锥浓密、膏体搅拌制备、膏体泵压输送、井下采场充填”等四大系统及若干子系统的研究、设计和试验。2013年底系统全面建成后，通过带料试运行和调试，打通了系统各环节，摸清了控制性要素，实现了膏体充填在赞比亚的首次成功应用，打造了膏体充填的“谦比希模式”。
精益求精，调参数
西矿体正式投产后，随着生产的稳步推进，矿柱损失大、生产组织时不能充分发挥无轨设备的效率的问题凸显，初期设计的采场结构参数不能满足安全、高效生产的要求。为提高资源回收率，降低生产成本，联合攻关组经过细致的分析和论证，果断提出“调整进路布置形式”和“扩大进路断面”的方案，并利用数值模拟技术，确定了破碎矿岩条件下合理的采场布置方式、进路断面和矿柱尺寸。
试生产阶段，在“废石+分级尾砂”充填条件下，由于矿岩破碎，遇水极易泥化崩解，四条进路只能回采两条，回收率仅为40-50%。在膏体充填系统投入使用后，为充分发挥膏体充填的优势，联合攻关组结合采场试验，反复对比优化工艺参数，最终研发了两步骤回采贫损控制关键技术。通过理论计算与试验研究，提出了多种采场充填接顶模式，合理确定了采场进路断面形状和回采顺序，实现了低强度膏体充填安全高效低贫损回采。采场生产能力显著提高，回采率达80%以上，贫化率控制在5 %左右，2011-2014年多回收金属量5000多吨，节省废石运输和选矿处理成本200余万美元。
斤斤计较，降成本
通过一年多的应用，膏体充填采矿技术对改善采场和巷道压力环境，提高井下开采安全性和矿产资源的回收率，实现西矿体达产达标起到了关键的作用。但不得不承认,相对于浆体充填乃至高浓度充填而言,膏体充填存在初期投资大等劣势。正因为如此，中色非矿在成果应用环节狠下功夫，严控运行成本。
例如：谦比希铜矿原分级尾砂充填采场一般采用钢筋混凝土挡墙，考虑到膏体充填采场挡墙中无需安装脱水笼等脱水装置，所以在膏体充填采场设计选用了以木板、废旧钻杆、编织布为主要材料的轻型木质挡墙，单个挡墙成本从3150美元降低至792.5美元，工期由12个班缩短至3个班。
聚焦关键，谋发展
中色非矿在“以出资企业为主体，市场为导向，集团公司为纽带的产学研联合攻关模式”下，创新科技攻关机制、强化产学研合作管理，以科学的方法采资源，以创新的精神练队伍，探索出一套组织海外科技创新和高效生产的有益做法。
中色非矿以重大项目为牵引，聚焦关键技术的突破，瞄准达产达标的需求，攻克了制约井下安全生产的瓶颈；通过建立“膏体充填实验室”，推动人才技术信息的双向流通，不但为膏体充填等新技术在赞比亚的推广应用提供了保障，也为企业发展提供了智力储备。中色非矿牢固树立“科研为生产服务，试验采场即生产采场”的原则，科学运用“室内试验、理论分析、数值模拟及现场工业试验”的研究模式，注重现场培训、跟踪指导，有效保障了研发成果的现场应用效果。通过该项目的攻关，集团公司培养了一批业务骨干，提高了矿山的安全管理水平和开采技术水平，为西矿体、东南矿体的建设和今后的可持续发展奠定了坚实的技术基础。
