“五环归一”系统工程管理模式在紫金山金铜矿等矿山开发中的创新和实践

“五环归一”系统工程管理模式在紫金山金铜矿等矿山开发中
的创新和实践
陈景河
【期刊名称】《《金属矿山》》
【年(卷),期】2019(000)008
【总页数】6页(P1-6)
【关键词】低品位; 资源; 五环归一; 工程管理模式; 创新
【作者】陈景河
【作者单位】紫金矿业集团股份有限公司福建上杭364200; 低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室福建上杭364200
【正文语种】中文
【中图分类】TD-9
矿产资源是国民经济建设和社会发展的物质基础［1］。

现阶段我国95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料来源于矿产资源［2-3］。

矿产资源能否持续稳定供应，直接影响我国经济和社会的发展。

我国是矿产资源消费和生产大国，但资源禀赋差，基本金属自给率大多低于50%。

主要表现在以下几个方面［4-7］。

（1）资源总量大，但人均占有量不足。

我国已探明的矿产资源总量约占世界的12%，仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位，但人均占有量只有世界平均水平的
58%，居世界第53位［8］。

（2）“小金属”矿产资源丰富，但大宗矿产资源储量不足。

如钨、锡、钼、锑和稀土等用量不大的“小金属”矿产资源丰富，储量位居世界前列，但铁、铜、铝、锰等需求量大的大宗矿产资源储量尤为不足。

（3）富矿少、贫矿多，大矿少、小矿多。

（4）单一矿种少，伴生、共生矿多，相当部分为难选冶，开发利用难度大。

在已开发利用的139个矿种中，有87种来源于共生和伴生矿床。

目前，我国处于工业化发展后期，主要矿产资源消费总体在高位运行，基本金属消费量占全球的45%左右，且还将持续一段时间。

与此同时，随着矿产资源的不断开发，高品位、易处理的矿产资源越来越少，大量低品位、难处理矿产资源无法得到经济有效的开发，铜、铝、铁、金等重要矿产资源静态保障年限呈下降态势，对外依存度日益提高，矿产资源安全保障受到严峻挑战。

因此，通过一系列技术与管理创新，经济、高效地开发诸多低品位、难处理矿产资源，提升矿业企业核心竞争力，对缓解我国日趋突出的矿产资源供需矛盾、提升矿产资源的保障年限和国际竞争力具有深远意义。

1 “五环归一”工程管理模式
1.1 “五环归一”工程管理模式的提出
矿业开发的前提和基础是矿产资源，具有经济开发价值才是“矿石”，而矿石的确认是动态的，与市场、开发各个环节及成本息息相关。

矿产资源的开发过程，既是一个资源利用过程，也是一个资源再认识再发现过程，资源总量随开发过程诸多因素变化而不断变化，导致最终采出资源量也明显变化［9-11］。

目前，矿山资源开发具有点多、线长、面广，以及各环节需要协调和耦合等复杂性特点，成为矿山高效、绿色规模化开发的瓶颈，主要表现在以下两个方面：一是缺乏创新意识，受传统计划经济时代相对固化的工业指标和“规范”影响，以此完成的可行性研究及
设计一旦核准后就成为必须遵守的“标准”；二是缺乏经济思维，强调技术至上，未认识到技术只是为经济目的服务的手段。

长期以来，我国矿山开发工程大都是按照传统工程理念来进行规划设计和管理，存在着诸多弊端［12］：
（1）专业分割的局限性。

强调地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护各专业的重要性，重视单个环节的指标优化，忽视矿山开发是一个系统工程，更需关注的是整体系统的协同和效益。

（2）不重视矿山综合效益的挖掘。

着重眼前的经济效益，忽视资源利用效率和对环境的影响，长远规划不足，导致地质边界品位过高，大量低品位资源无法利用，废石和尾矿排放量大，资源利用率低。

（3）以静态思维面对市场和矿山内部条件的变化。

矿山开发是一个受产品和原辅材料价格、资源条件、技术及成本等多因素影响的动态过程。

因此，研究和创新矿产资源开发的工程管理模式，对提高矿产资源的回收率和利用率，都具有非常重要的意义。

资源的高效、绿色开发需要在“自然—科学—技术—工程—产业—经济—社会”
的知识链和知识网络中，认识和把握工程发展规律，指导矿冶工程实践［13］。

与传统的工程相比，矿山开发工程涉及的内容更广，流程性更复杂，而且时刻都处在动态变化过程中。

因此，必须突破传统局限思维，充分认识地质勘察、采矿工程、选矿工程、冶炼工程和环境保护等环节及子项工程之间的相互影响，深化整体协同、创新驱动、不断挖潜、持续优化的管理思维，由此产生了“五环归一”工程管理模式。

1.2 “五环归一”工程管理模式的含义
“五环归一”工程管理模式是用系统工程理念，以创新思维，统筹地、采、选、冶和环境保护5个环节经济指标和技术路线，归结于实现经济社会效益最大化，如
图1所示。

由图1可知，金属矿山开发工程中，矿产资源是前提和基础，经过采矿使矿石与
自然状态分离，通过选矿富集有价值矿物，冶炼则从有价值矿物质中提取金属，在开发过程中注重环境保护和环境治理，使有价金属被高效、绿色提取的同时矿山环境生态得到同步恢复。

其5个环节相互依存、互为转化，某一环节变化，都会引
起整个系统变化。

“五环归一”工程管理模式的本质是打破常规思维，统筹矿山开发5个主要环节的整体协同，通过创新驱动，不断根据市场情况，从矿山实际情
况出发，不断挖掘资源潜力，选择最适合的开发方案，并不断优化，控制投资，降低矿山综合生产成本，提高资源综合利用效率和矿山整体效益，归根到底就是要实现矿山全生命周期经济社会效益最大化。

“五环归一”工程管理模式运作如图2所示。

由图2可知，矿山开发的地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护各环节工程通过体制、科技和管理方面的创新驱动，从矿山的实际情况出发，持续对各工程进行创新优化，同时带动其子工程的创新优化，最终实现最佳的矿山整体效益，使低品位、难处理矿产资源得到高效、绿色开发，为我国矿产资源稳定供应提供重要保障。

2 “五环归一”工程管理模式在矿山开发中的创新与实践
2.1 紫金山金铜矿开发的创新与实践
福建上杭紫金山地区有数十平方公里的铜、金、砷、锌和铅等高值地球化学异常，围岩蚀变非常强烈，位于东南沿海陆相火山岩地区西带。

二十世纪50至70年代
均进行了一定规模的地质找矿工作，但都没有获得实质性突破。

同时，由于金矿品位低、当时所探明矿床规模小、矿体变化大、开发条件恶劣，没有企业愿意投资，只好由上杭县政府组织其直属的矿产公司（紫金矿业前身）进行开发。

2.1.1 以技术创新实现关键环节点突破
创新性不足，导致工艺和设备缺少优化，技术经济指标较差，是我国众多低品位、难处理矿产资源未得到经济、有效开发的主要原因之一。

紫金山金铜矿通过实施“创新是普遍科学原理与客观实际的良好结合，创新就是不断否定自我的过程”这一朴实有效的创新理念，持续开展创新，不断否定自我，从而在地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护各环节取得一系列的创新成果并成功应用。

（1）地质：创新经济地质理论，实现地勘大幅增储。

在市场经济条件下，能够创造经济和社会效益的才是“矿”，工业指标应该根据矿山开发的全流程，通过投资和成本的核算以及实践检验得到并应该根据市场和矿山环境变化不断做出调整和完善。

露天矿山开发一般根据总成本确定矿石边界品位。

实际上还存在一种“中性矿石”，其品位低于边界品位，通常被划分为废石。

在露采过程中，在境界内不管是矿石还是废石，都必须采出。

如果在评估这部分“中性矿石”时剔除采矿成本，就有可能成为可利用资源，从而增加可利用资源量。

紫金山金铜矿开发过程中，打破过去传统僵化的工业指标和评价方法，创新性地形成了以上经济地质理论。

在矿山开发的同时，大力开展补充勘查，新发现的矿体规模大幅度超过了原控制的矿体，并通过自主创新技术大幅降低资源入选品位，矿山资源量实现质的裂变，最终确认紫金山资源储量金316 t（平均金品位0.60 g/t）、铜242万t（平均铜含量
0.43%），远景铜资源储量超过500万t，使原认为的小矿一跃成为中国第一个超大型金（铜）矿床。

（2）采矿：实施“露天陡帮开采—高位天井溜矿-平硐”采运新模式，显著降低
作业成本。

针对露天采矿场面积大的特点，采、剥作业采用组合台阶陡帮工艺，大幅度减少了早期剥离费用和生产投资。

在矿山开发初期，矿石采运采取工程外包方式，解决了设备投资和人才资源不足的问题。

随着矿山的开发，自有工程队伍参与采运作业，有效控制了工程单价和开采成本。

在平均约2.5 km运距条件下，采剥
全成本（外包）吨矿岩约8.4元，具有很强的竞争力。

针对紫金山地形陡峭、相对高差900多m、且在高标高部分基本上没有工业场地的现状，充分利用矿山地形，创造性地在露天采矿场打通天井，矿石借自重沿高位天井（200～500 m）下溜，再从天井底部通过平硐有轨电机车、皮带、自卸车辆将矿石输送到各选矿厂处理，有效解决了大规模露天矿山的运输问题，每年近亿吨的采剥总量实现安全平稳运输，极大地降低了矿石运输成本。

（3）选矿：独创“破碎—洗矿筛分—粗粒级堆浸—细粒级重选—炭浸”联合工艺，提高资源利用效率。

针对金矿氧化程度高、含泥量大和金解离程度高等特性，经过持续技术攻关，突破常规思维，在中国南方潮湿多雨的环境下开创了大规模露天堆浸提金技术，创造性地开发出“矿石破碎—洗矿—筛分”技术，筛下细粒矿泥先
通过重选回收颗粒金，再进入炭浸系统，粗粒部分进行堆浸，有效解决了颗粒金回收和渗透性问题，使金选矿回收率从68%提高到82%，边界品位下降到0.15 g/t，实现了低品位金矿及含金废石的综合利用，新增价值50亿元以上。

同时研究开发堆浸贵液大型流态化床逆流静态吸附、载金炭高温高压无氰解吸—电积系列技术
和装备，溶液吸附量从每天几百m3到超过10万m3，金矿年采选规模最大达3 750万t，年产金18 t。

（4）冶炼：开发低品位硫化铜矿资源生物冶金成套技术，实现低品位高效益。

根据含铜矿物大部分为蓝辉铜矿等次生硫化铜矿的特点，从2001年起，利用973
和863等多项重大国家课题平台，研究开发了生物提铜技术。

通过生物、物理、
化学多因素匹配不断优化生物冶金流程中关键技术参数，攻克微生物种群全过程监测与定量调控及酸、铁、水等多尺度平衡工程技术难题并进行工程化应用，并建成国内首个超万吨级生物提铜冶炼厂，露采铜矿石边界品位由0.25%降为0.15%，
资源储量和资源价值大幅增加。

（5）环保：提高废弃物综合利用和生态恢复水平，解决环保效益矛盾。

紫金山金
矿采取含氰溶液闭路循环工艺，有效降低了药剂成本，实现含氰废液零排放，同时采取一系列有效的防护措施，在下游持续不间断监测，20多年来从未发现过任何氰化物异常。

同时充分发挥现场优势条件，对含金废石进行综合利用，截至2018年6月，累计处理含金废石925.52万t，回收金金属量1.91 t，新增产值4.77亿元，新增利税3.21亿元。

排土场中的含铜废石会产生大量含铜酸性废水，采用传统的中和工艺处理不仅成本高，而且无法回收铜。

经过技术攻关，紫金山根据排土场和矿坑含铜酸性水水质差异，将循环利用、深度萃取、选择沉淀、膜传质与分离等技术进行耦合，在废水环保处理的同时资源化回收铜，实现环保和经济效益的高度统一。

截至2018年底，累计从酸性矿废水中回收铜2.7万t，新增利税3.23亿元。

在环境保护的基础上，筛选耐受性强乡土植物、利用中和渣改造土壤，解决强酸性矿山生态恢复中植被成活率低的问题，有效解决了强酸性矿山生态恢复问题，实现矿山的绿色开发和发展。

2.1.2 以工程管理推动流程环节线协同
紫金山金铜矿是一个典型的上金下铜、金矿床和铜矿床均达到特大型规模的斑岩型矿床。

金矿主要产于600～1 100 m标高的氧化带内，为次生富集氧化矿石；铜矿产于600～700 m标高以下的原生带中，为硫化铜矿石。

紫金山金铜矿因地制宜制定了“金铜联合开采、金铜分选回收、环保与生态修复”的“五环归一”工程管理与流程组织模式。

（1）金铜联合开采、露采和地采组合。

在金矿大规模开采为下部铜矿体的露天开采打下了较好基础上，根据矿体分布，采取金铜联合露采和部分铜矿地下开采，对各区域矿体的合理规划、协同开发。

通过持续挖潜、技改和扩能，不断提高技术指标和降低成本，实现金铜高效规模化开采，从而为紫金山金铜矿高效益规模化开发奠定坚实的基础。

（2）金铜分选回收、选矿和冶金联合。

根据紫金山金铜矿矿体和矿石性质特点，
因地制宜，对各环节进行组合创新管理，实现各环节间协同优化。

金矿选矿采用炭浸、重选和堆浸组合创新工艺，实现低品位金矿大规模、低成本开发。

铜矿采用浮选与生物堆浸联合工艺处理，成功开发了S/Cu比高的低品位铜矿（＜0.25%）及半自磨筛上超低品位矿石（0.16%）开路生物堆浸技术（筛下浮选），提高了铜矿资源的综合利用效率，有效降低了铜矿入选品位，露天采坑边界品位从0.25%降
低到0.15%，实现了含铜废石的高效利用，显著增加可利用的铜矿资源量，低品
位资源实现高效益。

（3）绿色矿山建设，实现经济、环境和社会效益的统一。

创新性地从资源化利用角度，针对不同浓度的含铜酸性废水，充分结合采矿、选矿、冶金及环保工艺进行耦合回用，最大限度地实现有价金属高效回收利用，取得了良好的经济、环境和社会效益。

根据矿山开发进程，及时对旧堆场和边坡进行生态修复，并结合生产流程因地制宜建设世界矿山地质公园，大力开发工业生态旅游，实现了矿山开发与自然的和谐统一。

紫金山因此获得“全国工业旅游示范点”、“国家级矿山公园”和“循环经济示范企业”等多项荣誉。

2.1.3 以整体协同优化矿区生产全面提升
“五环归一”管理对矿山开发的地质勘查、采矿、选矿、冶炼和环境保护5个主
要环节进行整体协同创新和优化，实现技术经济指标的全面提升，资源利用率不断提高。

紫金山金铜矿在持续推动地、采、选、冶和环保环节创新的基础上，将信息化和传统技术创新和管理创新深度融合，进行全流程智能化联动管理。

运用三维矿业软件、物联网等技术，打造地测采三维协同平台和生产执行等信息系统，并通过数据采集系统和数据中心建设实现信息系统与露采卡车智能调度、井下电机车无人驾驶、地采远程智能铲运等自动化系统的纵向拉通和横向集成，逐步完善矿山时空大数据，大力推进数字化矿山和智慧矿山建设，分步、分级构建综合管理平台，将人、矿石
（金属）、物料和设备等要素集中统筹管理，实现地、采、选、冶和环境保护5
个环节全流程智能化联动管理，显著提高生产效率并降低生产成本，实现资源绿色、高效利用。

通过对“五环归一”工程管理模式总结、应用和深化，紫金山金矿的可利用资源从5.45 t增加到316 t，成为中国可利用资源最大、产金量最大、采选规模最大、入选品位最低、单位矿石成本最低、经济效益最好、发展速度最快的单体黄金矿山，被授予“中国第一大金矿”称号。

至2018年累计产金207 t，产铜40.6万t，创造经济效益225亿元，取得了巨大的经济、环境和社会效益。

同时，铜金属资源
量由69万t增加到242万t，资源价值增加600亿元以上。

开创了我国乃至世界超大型、低品位金铜矿绿色高效联合开发的典范。

2.2 新疆阿舍勒铜矿的高效开发实践
阿舍勒铜矿是我国西北边陲发现的块状硫化物铜（锌）矿，原方案总投资5亿元，采选规模3 000 t/d。

紫金矿业获得该矿控制权后，进行系统研究，推广自紫金山金铜矿总结出来的“五环归一”工程管理思想，对其开发方案进行重要调整，将采选规模增加到4 000 t/d，增加斜坡道工程，使大型井下设备可以直接进入，以提升采矿能力和安全性；提高一期工程建设标高，从0 m提到400 m，避免了400～800 m标高的矿石下放到0 m再往上提升，建设时间缩短了1 a；实施长
距离的自流供水工程，代替200多m的下游取水方案。

该矿山建设是紫金矿业自紫金山金铜矿外、面向全国发展的第一个大型矿业项目，来自紫金矿业的一批创业者们，在“五环归一”工程管理思想的指导下，大胆创新系统工程理念，管理好每一个工程环节，在非常困难情况下，在中国最西北地区创造了优异业绩，不仅项目生产能力提高33%，而且投资比预算减少20%，建设期缩短1 a，使用大量地下
机械化工程装备，使矿山生产很快达产达标。

同时，在矿山建立技术中心，解决选矿技术难题，铜选矿回收率从初始的70%提高到93%，原不能利用的共生锌也得
到有效回收。

实施尾矿水全闭路利用工艺，避免因废水排放而可能产生的污染。

与原建设方案同口径比对，企业经济效益实现翻番提升，至2018年底，已经实现利税169亿元。

全面加强地质勘查工作，新增铜资源储量64万t。

根据资源情况实施进一步开展技术改造，现采选规模提高到6 000 t/d。

2.3 刚果（金）科卢韦齐铜矿的开发实践
刚果（金）科卢韦齐铜矿的开发是“五环归一”工程管理思想在海外矿山推广的又一成功典范。

紫金矿业收购该铜矿公司72%股份后，在地质、采矿、选矿、冶金和环境保护5个环节进行系统研究和优化，取得一系列成果。

根据实际情况调整原可行性研究的建设方案，一期工程费用仅为原可行性投资的50%。

经过2.5 a 的建设，即实现原设计6万t/a铜金属的产能。

鉴于钴的新发现，建设二期湿法系统，仅用9个月就完成项目建设并实现投料试车，在非洲创造了新的“紫金速度”。

项目新增铜资源94.75万t，新发现钴金属9万t，投产1 a即实现1亿美元的税前利润。

目前，年产10万t铜、3 000 t钴的现代大型矿山屹立在中部非洲大地上，得到了政府、社区和员工的高度认同。

3 结论
（1）中国是全球最大最重要的矿产品消费市场，同时是矿业大国，但不是矿业强国，基本金属对外依存度日益增加，在全球配置资源非常必要，中国矿业企业必须要具有全球竞争力，才具有话语权，才能在竞争中立于不败之地。

作为矿业市场的后来者，技术和创新能力是中国企业必须掌握的基本功。

（2）创新是矿业企业的核心竞争力。

矿业工程与传统制造业具有较大的差异，每个矿山都不相同，都要进行独立设计。

在一定程度上，矿业工程也是一个“艺术创作”过程，能否成为杰作，关键看其创新能力和水平。

（3）在经济目标指导下的技术创新和管理创新可以获得良好的创新成果，技术是为经济目的服务的手段，要有系统工程思想和经济思维，克服各环节技术至上的思
维局限。

（4）“五环归一”工程管理模式是紫金矿业25年来大量矿业工程实践理念的总结，其核心是归一，就是非常明确要以经济和社会效益最大化为出发点和目标，以系统工程和创新思维，从地质、采矿、选矿、冶炼和环境保护5个主要环节进行
综合研究，5个环节互为依存、互为影响、互为转化，结合市场和其他外部环境因素，选择最适合工艺技术路线和开发方案，并全面、持续地创新和优化，形成比较优势，达成预期目标。

参考文献
【相关文献】
［1］王贵成，朱琳.我国矿业可持续发展的研究现状［J］.科技信息，2011，（7）：594.Wang Guicheng，Zhu Lin.Research status of sustainable development of Chinese mining industry［J］.Science&Technology Information，2011，（7）：594.
［2］刘玉强，龚羽飞．我国主要矿产资源及矿产品供需形势分析与对策建议［J］．矿产与地质，2004，18（3）：294-296.Liu Yuqiang，Gong Yufei.Analysis and suggestions on supply and demand situation of main mineral resources and mineral products［J］.Mineral Resources and Geology，2014，18（3）：294-296.
［3］杨沈生.我国矿产资源现状与应对措施［J］.科技创新导报，2010（12）：70.Yang Shensheng.Current situation of mineral resources in China and countermeasures
［J］.Science and Technology Innovation Herald，2010（12）：70.
［4］任世赢.我国有色金属矿产资源综合利用的现状、问题及对策［J］.中国资源综合利用，2018，36（1）：74-75.Ren Shiying.The current situation，problems and countermeasures of comprehensive utilization of nonferrous metal mineral resources in China［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2018，36（1）：74-75.
［5］姚元文.我国有色金属矿产资源勘查开发现状与政策探讨［J］.世界有色金属，2018（4）：143-144.Yao Yuanwen.Current situation and policy exploration of nonferrous metal mineral resources exploration and development in China［J］.World Nonferrous Metals，2018（4）：143-144.
［6］马伟东，古德生.我国有色金属矿产资源安全现状及对策［J］.矿冶工程，2008，28（3）：
121-123.Ma Weidong，Gu Desheng.Safety status of the non-ferrous metal resources and development countermeasures in China［J］.Mining and Metallurgical Engineering，2008，28（3）：121-123.
［7］张雷．我国可持续发展的矿产资源基础［J］．自然资源学报，1998，13（2）：133-138.Zhang Lei.The mineral base for China’s sustainable development［J］.Journal of Natural Resources，1998，13（2）：133-138.
［8］曹凤中.中国能源与环境安全［J］.环境科技，2002，15（2）：11-12.Cao Fengzhong.China's energy and environmental safety［J］.Environmental Science and Technology，2002，15（2）：11-12.
［9］Debo L G，Toktay L B，Wassenhove L N V.Market segmentation and product technology selection for remanufacturable paoducts［J］.Management Science，2005，
51（8）：1193-1205
［10］Ferrer G，Swaminathan J M.Managing new and remanufactured products
［J］.Management Science，2006，52（1）：15-26
［11］Arslan H，Graves S C，Roemer T A.A single-product inventory model for multiple demand classes［J］.Management Science，2007，53（9）：1486-1500
［12］邵安林.“五品联动”工程管理模式的创新与实践［J］.中国工程科学，2013，15（11）：44-48.Shao Anlin.Innovation and practice of the“five grades ganged”engineering management mode［J］.Engineering Sciences，2013，15（11）：44-48.
［13］殷瑞钰.工程哲学［M］.北京：高等教育出版社，2007.Yin Ruijue.Engineering Philosophy［M］.Beijing：Higher Education Press，2007.。