某“濕型”紅土鎳礦床開采實踐

位 哲 梁 嘉 李興家

(瑞木鎳鈷管理(中冶)有限公司，北京 100036)

某“濕型”紅土鎳礦床開采實踐

位 哲 梁 嘉 李興家

(瑞木鎳鈷管理(中冶)有限公司，北京 100036)

隨著紅土型鎳礦選、冶技術(shù)的成熟以及硫化物型鎳礦儲量的嚴(yán)重不足，紅土型鎳礦床的開采吸引了人們的注意。然而“濕型”紅土礦床由于其含水率高、地形起伏變化大、含礫率高、雨季強(qiáng)降水及持續(xù)大霧等眾多因素的影響，開采極其困難。目前，“濕型”紅土礦床的開采尚無成熟可供借鑒的經(jīng)驗。如何解決紅土礦特有的特點所帶來的回采困難，如何在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的原則下進(jìn)行采礦，是“濕型”紅土礦床開采所要首先解決的問題。開采實踐中，通過不斷的摸索和實踐，總結(jié)出適合“濕型”紅土礦床回采的寶貴經(jīng)驗。本研究著重介紹某“濕型”紅土礦床之開采實踐，介紹礦床剝離、開拓、回采、配礦等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的現(xiàn)場經(jīng)驗，介紹設(shè)備的選型及采場所需的設(shè)備配置。

“濕型”紅土礦 褐鐵礦層 殘積礦層

紅土鎳礦床是巖石強(qiáng)烈風(fēng)化作用形成的殘積礦石，成層狀分布，埋藏淺。因其不需要爆破，可使用液壓挖掘機(jī)直接鏟裝而被認(rèn)為回采簡單[1-2]，然而，在近赤道地區(qū)、熱帶氣候條件下的某“濕型”紅土鎳礦因其含水率高，礦層軟而剝離、開拓、回采困難。此礦床所處區(qū)域年平均降雨量達(dá)5 000 mm以上，其中80%以上的降雨量集中在雨季[3-5]。礦床中褐鐵礦層在旱季原礦含水率達(dá)30%～40%，雨季含水率可達(dá)40%～60%。在作業(yè)面開挖以后，礦層暴露面含水率更是驟升。高含水率造成鏟裝及運輸設(shè)備容易沉陷、打滑，降低設(shè)備作業(yè)效率。強(qiáng)降雨造成了道路破壞，使原礦變?yōu)椤澳喟汀?，降低卡車的運輸能力(下降20%左右)。雨季頻繁的雨霧影響司機(jī)的安全操作，增加了事故發(fā)生的概率。

1 “濕型”紅土礦床開采

1.1 開 拓

“濕型”紅土鎳礦開拓道路應(yīng)根據(jù)采剝計劃，考察其所服務(wù)采區(qū)地形、地質(zhì)條件，綜合考慮整個采區(qū)的高程及礦體賦存情況，以盡量延長其服務(wù)年限。

開拓主干道應(yīng)盡量鋪設(shè)在基巖之上，以不壓礦或少壓礦為標(biāo)準(zhǔn)，方便服務(wù)整個采區(qū)。同時，為確保運礦卡車的行駛安全，道路坡度必須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。在地勢低洼處，為確保主干道平直，道路可鋪設(shè)在殘積層或上下含礫層之上，如有必要可進(jìn)行填方；在遇牙石集中區(qū)域，如無法繞開，則需破碎。

分支道路應(yīng)綜合考慮其所服務(wù)采場數(shù)量，可根據(jù)需要修建于礦層之上，但應(yīng)避免修在腐殖土上。因為對紅土礦而言，在沒有采石場供應(yīng)礫石的情況下，鋪路礫石的獲取比較困難，而鋪路所需礫石量極大，礫石應(yīng)及時回收，經(jīng)洗礦系統(tǒng)分離以后，以便循環(huán)利用。

礦區(qū)不同道路參數(shù)及礫石鋪墊標(biāo)準(zhǔn)見表1及表2。

表1 不同采礦道路參數(shù)

表2 不同礦層道路修建所需鋪墊礫石標(biāo)準(zhǔn)

1.2 剝 離

該“濕型”紅土礦床礦層埋深淺，腐殖土厚度不大，在80%左右的開采范圍內(nèi)腐殖土厚度在0.5～2 m。只有部分區(qū)域厚度極大，達(dá)6～15 m，此種區(qū)域往往處于谷底位置，且與礦體頂板高差極大(可達(dá)30 m左右)，集中了大量的剝離土，加之本身極厚的腐殖土，只能等上部礦體降段以后，再行處理?；驈慕?jīng)濟(jì)可行性角度分析，作為永久損失。

礦床剝離工作主要由推土機(jī)來進(jìn)行(大型推土機(jī)容易陷車，小功率推土機(jī)即可)，局部極陡、極軟區(qū)域及邊坡位置輔之以小斗容液壓反鏟，枯枝及廢棄的樹桿可以就地收集焚燒處理。剝離需待伐木完成且清場完畢后從礦體頂板開始，分區(qū)抽條剝離，向底洼位置堆集，定點堆放。待后續(xù)下部臺階或底板開拓道路修建完成后，裝運至剝離物堆場。在不影響礦體回采的前提下，也可暫時堆放在原地，待本區(qū)域回采完畢后就地進(jìn)行復(fù)墾，以減少運輸工作量。

強(qiáng)降雨給剝離作業(yè)帶來嚴(yán)重困難。在旱季的前2個月，礦床含水率仍處于較高(40%左右)的水平，礦床開挖后，作業(yè)面原礦受降雨影響含水率均在60%以上。此時，推土機(jī)無法正常作業(yè)，陡坡上挖掘機(jī)作業(yè)不僅效率低下而且極其危險。因此，大規(guī)模的剝離作業(yè)只能集中于旱季的后4個月，期間要為雨季準(zhǔn)備足夠的備采作業(yè)面。未開挖礦床不同分層含水率見表3。

表3 未開挖礦床不同礦層含水率

根據(jù)礦層厚度，礦塊一次完整的剝離，可服務(wù)至作業(yè)面回采結(jié)束，一般為3～5個臺階(臺階高度4～5 m)。實際生產(chǎn)中，礦山平均剝采比為0.23～0.47。

開采實踐中，在輔助清場、剝離設(shè)備不足的情況下，曾試行邊采邊剝的作業(yè)方式。此種作業(yè)方式，雖然縮短了初始清場、剝離時間，可以迅速進(jìn)行回采，為及時出礦爭取主動，但也具有明顯的缺點：①同一作業(yè)面在一個臺階開采完成以后，需再進(jìn)行邊坡剝離，反復(fù)多次，直至回采結(jié)束，且二次剝離只能由挖掘機(jī)來完成；②明顯增大了貧化率，加大了損失率；③設(shè)備頻繁調(diào)動，增大了設(shè)備故障率；④不利于大面積作業(yè)面的展開，作業(yè)面服務(wù)時間短，采礦工作始終處于頻繁剝離、修路的惡性循環(huán)之中；⑤剝離物被雨水沖涮損失嚴(yán)重，使后續(xù)的復(fù)墾工程陷入被動。

因此，在條件有利的情況下，無論是從采礦工藝要求還是從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)考慮，剝離應(yīng)一次到位。對紅土礦床而言，依據(jù)半年旱季、半年雨季的氣候條件，開拓礦量保有期可定為1 a，備采礦量保有期不應(yīng)低于3個月。

1.3 回 采

紅土礦床開采要遵循由遠(yuǎn)及近；先兩邊、后中間；先低點、后高點；先軟基、后硬基的開采順序。采剝作業(yè)條帶間、各相鄰礦塊間的上下、左右間保留足夠的安全距離和最小工作平盤寬度，為后續(xù)開采創(chuàng)造條件。常規(guī)方式為旱季集中力量回采地勢低處礦體，回采形成的露天坑一則可自然成為雨季時候的集水坑，二則可回填洗礦系統(tǒng)的廢石，傾倒腐殖土，為后續(xù)的復(fù)墾工程創(chuàng)造便利的條件。雨季時期則回采地勢高處的礦體，盡可能的為雨季采礦創(chuàng)造便利。

(1)褐鐵礦層的回采。當(dāng)?shù)V層厚度較薄(<5 m)時，由礦層頂板進(jìn)行開挖，盡可能一次回采到礦體底板。當(dāng)?shù)V層厚度適中(5～10 m)時，可在礦體頂板和底板修建采礦支路，分2個臺階進(jìn)行開采，也可臨時使用推土機(jī)降段，將臺階高度降至挖掘機(jī)可安全挖掘的范圍之內(nèi)。當(dāng)?shù)V塊厚度較大(10～20 m)時，采礦支路分別修在礦體頂板及中、下部(距頂板10 m左右)，頂板支路進(jìn)行下挖鏟裝、運輸作業(yè)，礦塊中、下部支路先進(jìn)行上挖裝運，同時完善道路，待上挖臺階裝運完成后再進(jìn)行下挖裝運。同時，褐鐵礦開挖在邊坡所形成的三角體礦源應(yīng)及時平整或進(jìn)行回收，確保回采作業(yè)面的連續(xù)性、完整性以及滿足防排水的需求。

(2)殘積層、含礫層的回采。逐片分離、平整、回收殘積礦層。為了便于堆放橄欖石和礦土，殘積層采剝作業(yè)面的寬度不小于1.5倍最小工作平盤寬度。為了減少大塊橄欖巖的裝車率，可預(yù)先配置小斗容挖掘機(jī)進(jìn)行土石分離工作，有選擇地將直徑在700～1 000 mm的礫石裝運拉走。直徑在1 000 mm以上的礫石，需使用液壓錘預(yù)先破碎，然后再進(jìn)行倒運或就地堆存或直接進(jìn)行路基鋪墊。塊度極大的牙石，能破碎則進(jìn)行破碎，無法破碎則需繞開，待爆破條件允許時，予以處理。鏟運設(shè)備暫時無法進(jìn)入的殘積礦、下邊坡、邊界三角體等區(qū)域，從全局或系統(tǒng)生產(chǎn)次序考慮，可以臨時棄采，留待條件具備時，安排小斗容挖掘機(jī)對其及時進(jìn)行回收。

無論是褐鐵礦還是殘積礦的回采，都應(yīng)維護(hù)上作業(yè)面的平整，確保下作業(yè)面的排水，及時新建或修復(fù)采區(qū)防排水工程設(shè)施，以便于下作業(yè)面礦層的硬化，減少下作業(yè)面開采的難度。由于紅土礦層“軟”的性質(zhì)，大噸位、大斗容的挖掘設(shè)備不適合作業(yè)。且挖掘設(shè)備往往容易沉陷，不具備自救能力的正鏟不能作業(yè)。在生產(chǎn)中，不同礦層所需設(shè)備各類及參考參數(shù)見表4。

表4 不同礦層所需設(shè)備參數(shù)參考

1.4 配 礦

配礦是為了保證供礦中各種金屬品位的均衡穩(wěn)定，由于腐殖土層、褐鐵礦層、殘積層、上下含礫層各具有不同的特征，原礦中雜質(zhì)元素含量差別極大。此礦床中，對Mg元素而言，其在不同礦層中含量由上至下呈漸次增長的趨勢，最高含量與最低含量差異可達(dá)30倍以上。對Al元素而言，其在不同礦層中含量由上至下漸次降低，最高含量與最低含量差異最大為4倍左右。由于紅土礦具有冶煉成本較高(占采礦、選礦、冶煉總成本的65%～78%)的特點，因而其對礦漿質(zhì)量要求就相對要高，而Mg、Al是濕法工藝中影響酸耗的主要雜質(zhì)[1，6]。對濕法冶煉工藝(主要為洗礦系統(tǒng))而言，在褐鐵礦和殘積礦沒有單獨選礦設(shè)計的情況下，如何實現(xiàn)在采場配礦對控制生產(chǎn)成本就顯得尤其重要。

在采礦生產(chǎn)中，應(yīng)盡快形成不同礦層、多作業(yè)點同時開采的有利局面，以實現(xiàn)配礦的可能，配礦可在不同采場之間、同一采場不同礦層之間來進(jìn)行。配礦比的選取除首先考慮Ni金屬的品位之外，Mg、Al雜質(zhì)的控制是應(yīng)主要進(jìn)行的工作。除此之外，還應(yīng)綜合考慮不同礦層含水率、含礫率的因素。例如，此紅土礦床根據(jù)冶煉對Mg、Al含量的要求，確定褐鐵礦層與其他礦層之間配比如表5所示。

表5 某紅土礦不同礦層配礦比

另外，應(yīng)充分發(fā)揮原礦堆場的調(diào)節(jié)作用，最大限度的發(fā)揮其作用。紅土礦原礦堆場面積要盡可能大，或同時設(shè)計2～3個堆場，以便堆存足夠的原礦(可供使用1周左右)。可對堆場區(qū)域進(jìn)行劃分，分別儲存來自不同礦層的原礦，使堆場變成一個完整的可供礦、配礦體系，以改變其單純的原礦存儲功能，同時可緩解過度依賴采場配礦的壓力，以增加配礦工作的靈活性、降低配礦的難度。

1.5 復(fù) 墾

由于紅土礦厚度不大(平均在10 m左右)，采礦的區(qū)域推進(jìn)速度較快，采空區(qū)復(fù)墾應(yīng)是貫穿整個采礦周期的工程。待一個采區(qū)回采完畢后，應(yīng)及時對采空區(qū)進(jìn)行工程復(fù)墾，然后再進(jìn)行生態(tài)復(fù)墾。

對工程復(fù)墾而言，由于無法進(jìn)入洗礦系統(tǒng)的廢石數(shù)量巨大，且尚附著有一定程度的原礦，而這部分原礦暫時無法回收利用，可將其裝運至采空區(qū)進(jìn)行回填，用來平整場地。同時，來自于含礫礦層開挖作業(yè)面的礫石也可以就近回填到相應(yīng)的采空區(qū)。對于存在牙石的采空區(qū)，先就牙石進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行平整。

生物復(fù)墾所需土質(zhì)直接使用礦山的剝離土和腐殖土，植被選擇為抗逆能力強(qiáng)、速生性能好的植被品種[1]。

2 開采注意事項

2.1 采區(qū)防塵

“濕型”紅土礦旱季防塵問題應(yīng)當(dāng)重視。由于部分作業(yè)面原礦含水率高，且加之設(shè)備的反復(fù)碾壓，作業(yè)面容易泛水，不存在粉塵的污染。但第一次開挖的褐鐵礦層作業(yè)面往往粉塵較大。未開采的作業(yè)面，只要沒有擾動，粉塵就不會飛揚。而經(jīng)礫石鋪墊的道路和其他設(shè)施平臺，其上附著的泥漿經(jīng)陽光曝曬干燥后形成粉塵，在輪胎的作用下，容易形成粉塵污染源。在旱季，只有加強(qiáng)灑水來避免粉塵污染。

2.2 采區(qū)防排水

“濕型”紅土礦一經(jīng)剝離，即面臨水土流失的局面，開挖后情況更加嚴(yán)重。除在采區(qū)周圍規(guī)劃雨水沉淀池之外，采區(qū)內(nèi)部的防排水更加重要。應(yīng)合理安排剝離、回采，做到采區(qū)內(nèi)部水源，內(nèi)部集中?？蓪ψ鳂I(yè)面設(shè)置坡度，在合理位置挖掘排水溝(如臺階坡底線附近，寬1 m左右)，對水流進(jìn)行疏導(dǎo)，引導(dǎo)至采區(qū)內(nèi)部的集水坑內(nèi)。同時，加強(qiáng)整個采區(qū)防排水設(shè)施的修建。

3 結(jié) 語

對“濕型”紅土礦而言，開采環(huán)境極差。雖然強(qiáng)降雨對生產(chǎn)影響不大，但強(qiáng)降雨造成的路面濕滑，作業(yè)面積水，原礦含水率升高，設(shè)備無法作業(yè)等卻使開采困難。在生產(chǎn)中，“以路換礦”成為不得已的手段。如何經(jīng)濟(jì)的鋪設(shè)采礦道路，如何減少原礦中礫石含量對洗礦系統(tǒng)的影響，如何減少廢石的二次轉(zhuǎn)運量，都是今后應(yīng)著重關(guān)注的問題。

[1] 高明權(quán)，趙少儒．＂濕型＂紅土鎳礦床特征及開采特點[J]．中國礦業(yè)， 2010，19(5)：81-84． Gao Mingquan，Zhao Shaoru．Character of humidified laterite nickel deposits and mining characteristics[J]．China Mining Magazine，2010，19(5)：81-84．

[2] 王 虹，鄧海波，路秀峰．重要有色金屬資源紅土鎳礦的現(xiàn)狀與開發(fā)[J]．甘肅冶金，2009，31(1)：20-24． Wang Hong，Deng Haibo，Lu Xiufeng．Important laterite nickel ore resources in the world present situation and exploitation[J]．Gansu Metallurgy，2009，31(1)：20-24．

[3] 李 雷，李文光，陶 思，等．巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律[J]．礦產(chǎn)勘查， 2011，2(4)：441-444． Li Lei，Li Wenguang，Tao Si，et al．Geological characteristics and mineralization regularity of Ramu Ni-Co deposit，Papua New Guinea[J]．Mineral Exploration， 2011，2(4)：441-444．

[4] 歐陽小良，余火忠，陳洪全，等．巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項目地質(zhì)守災(zāi)害成因及治理設(shè)計研究[J]．資源環(huán)境與工程， 2009，23(4)：447-451． Ouyang Xiaoliang，Yu Huozhong，Chen Hongquan，et al．Study on causes of formation and treatment for geological disasters of Ramu Nickel Project in Papua New Ginea[J]．Resources Environment & Engineering， 2009，23(4)：447-451．

[5] 徐慶新．紅土礦的過去與未來[J]．中國有色冶金， 2005，12(6)：1-8． Xu Qingxin．The past and the future of nickel laterites[J]．China Nonferrous Metallurgy， 2005，12(6)：1-8．

[6] 賴 陽，張楚靈，姜建明．運用配礦技術(shù)控制礦石質(zhì)量[J]．采礦技術(shù)，2002，2(1)：5-7． Lai Yang，Zhang Chuling，Jiang Jianming．Ore matching technique to control the ore quality [J]．Mining Technology，2002，2(1)：5-7．

(責(zé)任編輯 石海林)

Mining Practice of a Humidified Laterite Nickel Deposit

Wei Zhe Liang Jia Li Xingjia

(RamuNicoManagement(MCC)Limited，Beijing100036,China)

With the mature of laterite Ni deposits′ beneficiation and smelting technique and the serious lack of primary nickel reserves，mining of laterite nickel deposits attract the attention.However，due to the high moisture，rolling topography，high gravel contents，heavy rain and continuous fog in rainy season，it is most difficult to realize mining of humidified laterite Ni deposits.At present，there is no mature experience for reference in mining of humidified laterite Ni deposits.Problems that need to be solved first are how to solve the mining difficulty due to the characteristic of humidified laterite deposit and how to realize mining under the principle of technological feasibility and reasonable economy.The valuable experience that fits for mining of humidified laterite deposit is summarized according to continuous exploration and practice.The mining practices of humidified laterite Ni deposits are mainly introduced，including the field experiences in the key parts like stripping，development，mining and ore blending.The selection of mining equipment and the equipment configuration are present.

Humidified laterite，Limonite，Saprolite

2014-05-09

位 哲(1986—)，男，助理工程師。

TD864

A

1001-1250(2014)-08-041-04