有色金屬礦產資源對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用。有色金屬礦產資源淺部資源逐漸枯竭，陸續轉入深部開采，使得礦山的經濟回報難度愈來愈大，同時長期采用傳統的方式生產，嚴重破壞了地表環境；同時，碳達峰、碳中和目標對礦業行業提出了新的更高要求，技術要針對有色金屬礦山對礦產資源進行系統式、集約式、原地式的開發提供借鑒方案，有效兼顧經濟和環保平衡。
一、國內外金屬礦地下采選充一體化技術現狀
地下采選充一體化技術與傳統礦產資源開發技術最大的區別是“地下選礦廠”。針對地下選礦廠這一方面，國內外新聞和學者都有過報道或研究。
早在二十世紀八九十年代，美國、蘇聯、秘魯、瑞典、加拿大、英國等國礦山開發受制于礦山惡劣地表環境、國防安全，將礦山選礦廠的破碎、磨礦設施布置于地表以下或山體之內。21世紀后，德國、英國螢石礦山在地表以下布置破碎、浮選工藝進行礦石的加工、生產；近幾年，南非的Gekko設備廠家研究開發了Python地下采選充一體化系統設備，用于貴金屬金礦的選礦，Python地下采選充一體化系統設備體積小可布置在井下采礦巷道內，但選礦處理能力較小。近幾年，我國有些學者介紹了國內外地下采選充一體化系統的情況，一些設計院和高等院校針對深部大型貧磁鐵礦開展了地下采選充一體化系統相關研究、設計工作。
（一） 傳統采選技術及存在問題
傳統的地下有色金屬礦采礦、選礦、尾礦、充填系統是將礦石加工設施、尾礦設施、充填站設施及其輔助設施布置在地表。采礦系統經豎井、斜坡道、斜井或平硐由地表到達礦體，經鑿巖、爆破、鏟裝、運輸等工序后，送至地面選礦系統；選礦系統布置在地表，通過破碎、磨礦、浮選、濃密、壓濾等工序將采礦系統運送的礦石加工成精礦、尾礦，精礦用于外售，尾礦排至尾礦系統，部分尾砂用于地下采空區的充填；充填系統靠近選礦系統布置在地表，通過水泥砂倉、尾砂砂倉、攪拌站和充填料輸送裝置完成地下采空區的充填。
采、選、尾、充在空間上是分離的，各生產系統間通過大設備、長距離管道等完成生產連接，因此傳統地下有色金屬礦的采、選、尾、充系統占地面積大、征地費用高、工藝復雜且流程長、污染大、能耗高。傳統地下有色金屬礦的采、選、尾、充系統在環保要求高的區域已慢慢不適宜礦業開發。
（二） 深埋鐵礦產資源地下采選一體化技術及存在問題
深埋鐵礦產資源地下采選一體化技術依托深部礦產資源開發，將地下采、選一體化系統布置地表深部，僅通過主提升井連通地表，地下選礦廠無單獨提升井或風井直通地表，難以保證地下選礦廠硐室均具有2個安全出口，安全性較差。地下選礦廠布置依托采礦運輸系統巷道階梯布置，采、選作業易于交叉，在人員、材料運輸尤其是大件選礦設備運輸存在困難。地下采、選系統共用通風系統，地下選礦廠通風風量要求大，易造成通風系統管理困難。
（三） Python地下采選一體化技術及存在問題
Python地下采選一體化技術是在礦山的地下5m×5m的巷道內將礦石粗碎、磨礦、篩分及重選或浮選設備安置在可移動的鋼結構基礎之上并組裝為成套設備，在地下完成礦石破碎、浮選等選礦作業，實現礦石短距離運輸和精礦、尾砂的管道運輸。
Python地下采選一體化技術只集成了選礦破碎、磨礦、重選或浮選設備，沒有集成占地面積較大的精礦、尾礦濃密過濾設備，也沒有集成充填站及水處理設施，不算真正意義上的采選充一體化系統。該技術設備需要在地下狹窄的巷道內進行設備安裝和選礦生產，目前設備最大生產能力為50t/h，規模生產能力較小。該技術無充填、水處理設備，技術漿液管道運輸能耗較大且無法實現水循環利用。該技術布置在地下巷道內無單獨的通風系統，造成采礦通風系統困難。
1、混合井；2、斜坡道（地下選礦廠系統）；3、回風井（地下選礦廠系統）；4、地下破碎系統；5、礦石緩沖倉；6、篩分細碎車間；7、磨礦車間；8、原礦濃縮車間；9、藥劑制備車間；10、浮選車間；11、尾礦濃縮車間；12、選別車間；13、精礦濃密車間（一）；14、精礦過濾車間（一）；15、精礦濃密車間（二）；16、精礦過濾車間（二）；17、污水處理系統；18、充填站系統；19、管子道；20、廢石轉運系統（窄軌車場、轉運硐室）；21、綜合維修車間—配品耗材庫；22、高位水倉。
二、有色金屬礦地下采選充一體化技術要求
地下采選充一體化系統的實施應實現地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短礦石流的距離，降低開采邊界品位和提高回收率，使運營成本大大降低，實現經濟和環保的雙贏，才能實現可持續發展。但地下采選充一體化實施還面臨著許多技術挑戰：對大型、密集地下硐室開挖的技術要求；對進料和出料變化時技術要求；地下選礦廠設計、工藝匹配性、選礦設備設計和布局技術要求等。
三、有色金屬礦地下采選充一體化技術特征
地下采選充一體化技術主要包括地下采礦提升及廢石轉運系統工程、地下破碎系統工程、地下選礦廠系統工程、充填系統工程及輔助生產設施。地下選礦廠整體空間位置位于礦體上方，圍繞混合井，呈環形階梯式分布。礦巖通過鏟運機運輸到主溜井，轉運到混合井底部礦倉，集中提升到地下選礦廠水平的緩沖礦倉，再經過帶式輸送機運送到選礦廠硐室；充填系統與選礦廠系統相連，將合適的充填料濃度自流回填到采空區；精礦經過濃密最終通過混合井提升到體表。
采礦提升及廢石轉運系統工程依托豎井，布置有豎井井筒及其裝備、廢石轉運車場等。采礦提升系統工程地表設施有井塔、井口房、生產水池、生活水池、地面窄軌車場等設施，均采用地埋方式，通過斜坡道與地面相連。
地下破碎系統工程布置在豎井底部附近的地下巖層之中，滿足礦石提升和地下選礦廠系統喂礦要求。
地下選礦廠系統工程根據有色金屬礦選礦工藝、漿液自流、安全、環保要求，將地下選礦廠系統布置在淺部地層之中，工藝設備應位于獨立的通風回路中，避免對地下空氣產生影響。碎礦緩存倉緊貼豎井井筒，中細碎、磨礦車間布置在靠近緩存礦倉，其余選礦車間集中環形布置，依次布置中細碎車間、磨礦分級車間、浮選車間、濃縮車間、過濾車間及精礦庫等。
充填站系統及藥劑制備車間、生產水池、污水處理設施、配電房、綜合機修車間等根據輔助設施功能劃分，依托地下選礦廠系統在地下淺部地層中進行布置，以便實現自流充填采空區功能。
地下采礦提升系統、地下選礦廠系統、充填系統工程和輔助生產設施均通過斜坡道與地面相連，具有獨立的通風系統和第二安全出口。
四、有色金屬礦地下采選充一體化技術展望
有色金屬礦地下采選充一體化系統將礦產資源進行系統式、集約式、原地式的開發，可有效兼顧環保和經濟的要求，將選礦廠整合到地下巖層中，可實現地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短了礦石流的長距離轉運和提升，可大大提高回收率，降低運營成本和對環境的影響，提高經濟效益。本文闡釋了礦石從采場到地下選礦廠運輸、尾砂從地下選礦系統到充填系統以及精礦從地下選礦系統提升到地表的技術要求和特征，對建設地下采選充全過程提供參考。
（作者系礦冶科技集團有限公司高級工程師）
