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我国矿产资源开采中的损失贫化浅析 |
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（中国水利水电科学研究院 水资源所，北京 100044）
矿产资源是耗竭性的、不可再生的，是自然资源中使用价值相对较高的部分，是人类生存和发展不可缺少的物质基础。目前，我国正处于工业化中期的发展阶段，是对能源和矿物原料需求量增长最快的经济发展阶段。但从 80 年代初以来，能源和主要矿产品的短缺和矿床品位的降低已是我国经济发展的主要制约因素，矿产资源的有限性和经济需求之间的矛盾日益尖锐化，形势相当严峻，更为严重的是我国矿床开采中损失、贫化较大使这种矛盾更加激化。如何对我国现有的矿产资源进行合理开采和利用，降低矿床开采中损失率和贫化率，防止浪费和破坏，保护资源和环境，走可持续发展的道路，是目前亟待解决的问题。 1 我国矿产资源开采中的损失和贫化现状 由于我国国情、地质、水文、矿床赋存条件以及开采技术水平等原因，矿产资源综合利用程度和采选回收率指标比较低。我国目前矿产资源的总回收率只达 30% 左右，平均比国外低 20%。例如有色金属矿的采选回收率为 50%～60%，采矿综合回收率为 33%，有益组分综合利用率达到 75% 的选厂只占选厂总数的 2%，而 70% 以上的伴生综合矿山矿产资源的综合利用率不到 2.5%。据有色系统统配矿山 1983～1991 年综合资料统计，我国铜矿石的损失率、贫化率分别为 16.26% 和 19.6%，损失铜金属 16.6万t，多采出废石 2064万t；铅锌矿石损失率、贫化率分别为 10.6% 和 19.7%，损失铅锌金属 54万t；钨、钼、锡矿石的损失率为 10.4%、17.6% 和 13.6%，贫化率为 62.1%、26.9% 和 26.4%，如果计入保留矿柱的损失，整个采矿损失率高达 30%～40%。就目前我国矿产资源储量的保障程度而言，形势相当严峻：煤、磷、铅、锌、铁、铜、铝、铀、硫、石油等矿产可采储量仅为探明储量的 21%（煤）～50%（铜），加之开采中的严重损失和浪费，采出矿量已经不能满足增长消耗的要求；铁、铜、金、钾盐 4 种矿产不能自给；石油及铅矿由于储采比小于 30% 而面临减产的趋势。就煤炭行业而言，到 1994 年为止，仅国有重点煤矿井田范围内就有近万座小煤窑非法开采，破坏可采储量 28亿t。加之小煤窑开采用各种原始性、掠夺性方式，采厚不采薄，采浅不采深，吃肥丢瘦，煤炭资源回收率只有 10% 左右，甚至更低。此外，我国其它矿业亦存在这样的问题。例如甘肃省厂坝铅锌矿由于周围小窑的越界开采和滥采乱挖破坏其主矿脉，造成该大型露天矿无法正常开采，估计 30 年后便“无矿可采”，资源损失严重，经济损失巨大，中央电视台《焦点访谈》栏目对此作了详细报道。另外，我国矿床开采中所造成的矿石贫化亦不可忽视。矿石的贫化和岩石的混入主要影响矿山企业产品的质量，从而影响其产品的价格、销售状况和矿山的总体经济效益。矿石贫化增加了铁路运输和提升系统的压力，增加了矿石的开采成本，而且对后续的选矿和冶炼造成了极大的影响（入炉矿石的品位每增加 1% 可使高炉的焦比降低 2%、高炉的产量增加 3%），并且造成尾矿金属的损失；混入岩石经采选加工处理后以废石或尾矿的形式被排掉，排废不仅花费巨大（据计算，我国镜铁山矿在放矿时每混入 1t 岩石累计造成的经济损失达 135.0 元[1]），而且也造成严重的环境污染。 总之，我国矿产资源开采中严重的损失和贫化，一方面使矿产资源枯竭加剧，矿井服务年限大大缩短，矿产资源的供求矛盾更加尖锐化；另一方面造成矿山企业生产成本高、经济效益差，并使企业陷入不能自拔的恶性循环窘境。 2 矿产资源开采中损失和贫化的根源 矿产资源属于国家所有，为了保护矿产资源，国家虽然颁布了一系列法律、法规，但仍未能解决破坏、浪费资源的问题，根本原因就在于矿产资源的产权不清，国家所有权虚置，矿产资源名义上国家所有，实际上为占有者所有。矿产资源本身是有价值的，它的价值来源于其有用性、稀缺性，这就决定了为满足社会对矿产品的需要，优等、中等和劣等条件的矿产资源都必须同时开采。由于资源稀缺性和所有权的存在，开采者要取得资源的开采权，就必须付给所有者一定的开采费用，作为对资源耗竭的补偿，这就是资源的稀缺性租金。在同一市场上，由于同等质量矿产品的价值是由供求平衡时开采劣等资源边际成本决定的，因此，开采中、优等资源与开采劣等资源相比，必然会有单位收益的增加，可以获得高于社会平均投资效益的超额收益（即级差收益）。由于优等和中等资源相对稀缺和所有权的存在，开采者在取得开采优等和中等资源权利时，不得不把差级收益交给资源所有者，即资源的级差租金。矿产资源的价值等于资源的稀缺性租金和级差租金之和，它应该是资源所有者的收益。我国矿产资源长期无偿开采，实际上是资源的所有者放弃了资源资产的收益。矿山企业过度消耗国家的资源而自己却不受任何损失，并且还能增加经济效益，这就助长了开采者为争获超额收益而开采优等资源、放弃开采较差资源的行为，造成资源人为的严重浪费与破坏。因此，资源长期无偿占有、使用和产权关系不清，是导致矿产资源损失、浪费的主要原因之一。 此外，因不合理开采方案、采矿方法、开采工艺以及由于井下诸如塌方、涌水、岩爆（煤突）、灾害和矿床随开采深度增加而出现的矿床分岔、品位降低、开采环境恶化等也是导致矿产资源损失和贫化大的一个主要原因。在一定的条件下，不同的采矿方法、采矿工艺和生产管理水平其回采率和贫化率也是不同的，如果采矿方法选择不当，采矿工艺不合理，生产管理水平差，损贫指标必然高，甚至还会发生采场大面积塌方等恶性事件，使开采难以正常进行。例如我国甘肃省白银有色金属公司小铁山矿初期设计采用崩落法开采，由于围岩稳定性差，易发生变形、冒落，在开采初期就造成不稳固的上盘岩石塌方，使贫化率高达 45%，损失率 30% 以上。为了保证出矿工业品位，矿山不得不采取以损失换品位的做法，这又造成珍贵矿产资源的严重损失。1992 年矿山经综合技术分析和评价认为，崩落法不适合小铁山的地质矿岩条件，于是决定改崩落法为充填法，开采实践证明该矿损失率降到 5% 以下，贫化率降到 10% 以下。因此，正确的采矿方法必须满足生产安全、矿石损失和贫化率低，生产能力大、劳动生产力高、经济效益好等主要要求。 另外，品位指标确定不科学、不合理也是造成矿石大量损失的一个主要原因。在制定矿产工业指标时，必须对一些因素作出评价，例如产品价格、生产成本和选矿回收率等。在我国，往往是由地质勘探部门的工业设计部门参照类似矿山制定，由于占用资料有限，难以全面考虑矿床的开采方式和采矿方法，制定的矿产工业指标常常带有片面性。当一个矿床进入矿山开采评价和设计时，产品价格、矿床开采方式、采矿方法和生产成本的估算值可能会发生很大变化，因此在评价和设计中必须检查所使用的矿产工业指标是否合适。如果矿产工业指标特别是品位指标发生变化，储量也会随之改变，如果储量变化很大，则要对开采规模、生产成本加以审查，于是还得重新检查品位指标，因此，在设计中最终的工业指标选标仍是一个迭代过程。在露天矿（特别是斑岩型、浸染型矿床）设计中，开采境界确定后，仍需要对品位指标进行优化。在露天境界内，改变边界品位意味着开采矿岩量的增减，即是说，所定边界品位高，则可采储量减少，剥离岩量增大；反之，所定边界品位低，则可采储量增大，剥离岩石量便相应减少，这种矿岩储量的变化，必将影响矿山的生产能力和开采的经济效果。 3 解决矿产资源开采中损失贫化问题的对策 3.1 进行矿产资源资产评估，实行矿产资源的有偿使用和监督检查制度 矿产资源损失、浪费首先在于资源产权关系。因此，解决矿产资源损失、浪费问题必须从明晰矿产资源产权关系入手。按现代产权理论[2、3]，产权是指对第一经济资源的排他性使用权、收益的独享权和自由转让权。产权理论的产生是为了解决经济活动中外部性造成的矛盾。通过产权界定引导人们在更大程度上将外部性内在化，从而减少或消除外部性。根据我国的特点，实现矿产资源的产权界定可以通过实行有偿出让特定矿产资源的采矿权，即明确资源产权关系，对矿产资源进行资产化管理，实现矿产资源的有偿使用。这就需要对矿产资源进行资产评估。由于矿产资源的可耗竭性、不可再生性和垄断性以及其赋存条件的复杂性，一般采用资产评估中的收益现值法来进行矿产资源的资产评估。汪云甲等人[4]通过对有偿使用方案和有偿使用后要不要继续考虑开发浪费行为等问题进行了理论分析后得出：采用记时评价，以企业获得最大利润为目标确定开发方案，往往会促使企业采用单位生产费用低、利润较高但回采率低的采矿方法；有偿使用能在一定程度上抑制矿产资源的浪费现象，但并不能完全保证矿产资源得到合理开发利用。有偿使用及资产化管理后，仍将会出现采富弃贫，采易弃难，采浅弃深，采厚弃薄以及牺牲资源换取开发收益或高产出的现象和方案。因此，从矿产资源埋藏的复杂性、开采经营参数预测的困难性以及资源保护的重要性方面综合衡量，一次性转让大块资源使用权弊处甚多，可根据消耗的工业储量及实际回采率情况定期交纳资源费，采用有偿使用与开发监督检查相结合的管理模式。 3.2 进行矿床技术经济评价，选择合理开采方法和采矿工艺 影响采矿方法选择的因素很多，诸如矿床赋存条件、地质水文条件、生产技术水平等。不同的开采方法其损失率、贫化率是不同的，即使同一种开采方法，由于采矿工艺的不同也会导致不同的损失率和贫化率。所以，选择采矿方法时应把损失率和贫化率因素考虑进去。由于我国的国情、矿产资源特点及可持续发展的要求，对以牺牲资源为代价换取开采收益或高产出的现象，仅仅靠收取补偿费或完全有偿使用就放任自流显然不可取，不加以区分地予以限制亦不可行，还必须通过对矿床进行技术经济评价，构建合理开发利用程度评价的指标体系，科学合理地确定核定回采率（或损失率）和贫化率。我国大量矿山开采实践表明，影响开采损失与贫化的决定性因素是开采方法和资源地质条件，核定回采率应主要考虑资源地质条件，因而就不应过多迁就损失率和贫化率大的采矿方法。因为采矿方法是可以选择的，而资源地质条件却是不能改变的，理论上一种特定地质资源条件在某地某区某时期一定存在与之匹配的损失率和贫化率较低的开采方法，一般而言，低投入往往导致高损失和高贫化，反之亦然。因此，科学合理的开采方法是从技术上降低矿石损失率和贫化率的一个主要途径。目前，灰色局势决策法[5]在采矿方法的优化选择中得到广泛应用，并取得了良好的经济效果。 3.3 适应市场经济规律，采用动态品位指标 在市场经济条件下，由于价格的波动，矿与非矿的界限即边界品位不再是一成不变的。开采边界品位的控制合理与否，直接关系到矿床资源开采的经济效益，不合理的边界品位会导致两种趋向：一是开采和处理无经济价值的矿岩（即矿石的贫化率大），这会增加采矿和继后加工的成本，从而降低了利润产出；二是本具有经济价值的矿岩未采或丢弃，从而导致矿产资源的浪费。总之，边界品位过高或过低的控制都会降低资源开发的经济效益。因此，为了适应社会主义市场经济规律的要求，提高资源开发的经济效益，矿山企业采用动态品位指标是必须的。 为了使所建的模型具有普遍性，假设矿山企业是一采选冶联合企业，采取露天开采，最终产品为冶炼成品，忽略通货膨胀等细节因素的影响，则在一定服务年限内开采整个矿体地质储量获得最大税前利润的优化模型可表达为下式：
约束条件为：
其中，uk 为第 k 年矿山采剥量；Uok 为第 k 年矿山最大可能采剥能力；So 和 Ro 为选厂和冶炼厂年金属生产能力；t 为生产年限；Co 为年固定生产成本；Cm、Cc 和 Cs 分别为采矿、选矿和冶炼单位可变成本；gk 为第 k 年开采边界品位；Y 为矿体储量；Rk 为第 k 年金属价格；re 和 rv 分别为选冶综合回收率及采矿回收率；b 为剥采比；i 为贴现率；Rmin 为年金属最低产出量；gmin 为可能最小入选矿石品位；gmax 为可能最大地质品位；T(gk) 和 E(gk) 分别为“边界品位—矿量比例”分布函数和“边界品位—平均品位”分布函数。 3.4 优化并改造采矿方法，进行矿床低贫损开采 低贫损开采模式是放矿理论研究[6]的新成果。东北大学在低贫损开采方面，特别是无底柱分段崩落法低贫损开采研究方面取得了理论上的突破，并在我国的弓长岭、镜铁山、白银深部铜矿等矿山得到了初步的验证。结果表明：白银深部铜矿实施低贫损开采模式以后，无底柱采场的矿石损失率与贫化率预计分别由 20%、25% 降到 7%、12%（厚矿体）和 12%、15%（中厚矿体），由此带来的矿石采、选经济效益经计算每年可望达到 2000 万元左右。目前，这种方法已开始在我国其它金属矿山推广应用。 无底柱分段崩落法低贫损开采模式充分利用崩落矿岩在自重下的自然移动规律，改变传统采场结构与放矿方式，充分利用矿岩流动空间的连续性，采用“转段回收”的方式使矿石摆脱废石的掺杂而以纯矿石的形式放出，并充分回收上分段暂时残留于采场的矿石，由于该方法克服了矿石损失与贫化之间此起彼伏的矛盾，从而克服了传统无底柱分段崩落法矿石损失贫化大的弊病（由于篇幅有限，有兴趣者请与作者联系）。 4 主要结论 一般而言，矿产资源开采中的损失贫化是不可避免的，但通过一定的政策和技术手段可以使矿石的损失与贫化率大大降低。 (1) 矿石的损失和贫化是矿床开采放矿过程中的一对矛盾，但以损失换品位或以矿石的贫化来减少矿石的损失的方法是不可取的。 (2) 实行矿产资源的有偿使用制度可以在一定程度上抑制矿石的损失和浪费，但不能完全杜绝矿床开采的损失和浪费现象，因此，必须实行矿产资源的有偿使用制度与开发监督检查相结合的管理模式。 (3) 矿石的损失贫化问题可以通过优化和改造采矿方法、优化和采用动态边界品位等方法来解决。 (4) 低贫损开采技术是解决矿产资源损失贫化率大的一条有效可行的技术途径。 参考文献
第一作者简介 李昌宁 (1970－)，男，陕西人，博士研究生，主要从事矿产资源开发、岩层控制和计算机模拟方面的研究。 |
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