淺析紅土礦水力開采的機(jī)械設(shè)備配合

＊賈德禹 周文潮

（1.瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司 北京 100028 2.中鐵電氣工業(yè)有限公司 河北 071000）

Ramu露天紅土礦項(xiàng)目[1-2]處于巴布亞新幾內(nèi)亞馬當(dāng)省省會(huì)馬當(dāng)市西南部Kurumbukari地區(qū)，處于丘陵地帶、起伏較大、部分坡度較陡約為30°～50°，海拔最低600m，海拔最高818m，礦床多成平面分布，面積大，連續(xù)性強(qiáng)，礦層平均厚度15m左右，屬高粘度多細(xì)粒粘土型難洗礦石；設(shè)計(jì)采礦能力570萬噸/年，于2012年正式投產(chǎn)，2017年達(dá)產(chǎn)，伴隨而來礦山采礦作業(yè)范圍逐步增大，運(yùn)距逐步增大。

無論是市場(chǎng)外部因素礦產(chǎn)行業(yè)低迷、生產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)下滑、原材料價(jià)格上漲等，還是企業(yè)內(nèi)部因素，想繼續(xù)生存必須開源節(jié)流并具有一定的優(yōu)越條件；在這種條件下，Ramu紅土礦項(xiàng)目根據(jù)礦山地形地貌、生產(chǎn)用水供給、Ni金屬品位控制等條件下，在部分采場(chǎng)進(jìn)行水力開采，以代替部分單斗卡車工藝開采的產(chǎn)量，主要目的是利用相對(duì)低成本的水力開采代替部分相對(duì)高成本的單斗卡車機(jī)械開采；Ramu紅土礦水力開采相比于機(jī)械開采成本低、靈活性差、相對(duì)平緩區(qū)域適合機(jī)械開采、相對(duì)坡度（落差）較大區(qū)域適合水力開采[3-7]。

1.主要設(shè)計(jì)方案

(1)礦石形態(tài)分布

其礦石形態(tài)主要以土質(zhì)為主，由6層組成，分別為腐殖土層、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫殘積層和基巖，Ni、Co、Mg金屬品位隨著層級(jí)向下而提升，Al、Cr金屬品位隨著層級(jí)向下而降低，如圖1所示。

（2）內(nèi)部控制制度沒有真正落實(shí)到位。部分單位雖然制定了一系列內(nèi)控制度和內(nèi)控流程，卻未能將內(nèi)控制度完全運(yùn)用到日常工作中，導(dǎo)致內(nèi)控制度執(zhí)行不力，不能有效滲透到單位經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和層面。

圖1 地層地質(zhì)特征

各礦層的特征簡介如下：腐殖土層：腐殖土層是黑棕色到黑色含有腐殖質(zhì)的土壤，厚度為幾厘米到一米。紅色褐鐵礦層：該層為氧化運(yùn)移的褐鐵礦層，厚度從1m到10m不等，平均厚度小于3m；紅色褐鐵礦層和上部的腐殖土層合稱為覆蓋層，是礦床開采中需要預(yù)先剝離的廢石層。黃色褐鐵礦層：該層是主要的鎳礦化層，鉆孔記錄最大厚度28m。殘積層：該層包含有鬼鎳礦、含稅的鎳鎂硅酸鹽，相應(yīng)地增加了該層鎳的品位，厚度最深到17m。含礫殘積層：有一些過度接觸標(biāo)志著殘積層項(xiàng)含礫殘積層的變化?；鶐r：礦區(qū)的基巖主要是純橄欖巖，偶爾可見斜方輝橄欖巖、輝巖和輝長巖，是廢石層。

(2)水力開采流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)條件及Ni金屬賦存狀況，實(shí)施水力開采，確認(rèn)集漿池位置及設(shè)計(jì)通行主干道路及部分支干道路，隨著水力開采的推進(jìn)延伸主干道路及分支道路，主要水力開采工藝流程，如圖1所示。

圖2 主要水力開采工藝

(3)設(shè)備概況

洗礦廠標(biāo)高約730m，按照原始山丘地貌進(jìn)行水力開采區(qū)域選址，集漿池泵站選址高度為海拔714m，電力為本地電源供應(yīng)，根據(jù)小時(shí)清水供應(yīng)量確定最多運(yùn)行水槍數(shù)量。

水槍流量（及噴嘴流量）可用公式（1）來表示：

在剝離、開采的有序接續(xù)過程中，利用挖掘機(jī)（E1）或挖掘機(jī)（E1）—推土機(jī)方式對(duì)采空區(qū)（下含礫層、基巖）進(jìn)行基巖平整或臺(tái)階平整，直至具備排土條件，利用挖掘機(jī)（E1）—卡車方式將剝離物（腐殖土與紅色褐鐵礦）分別就近轉(zhuǎn)運(yùn)至不同的具備排土條件的基巖區(qū)或臺(tái)階進(jìn)行回填及平整作業(yè)；在基巖區(qū)（排土線較長）進(jìn)行排土復(fù)墾作業(yè)時(shí)，優(yōu)先卡車轉(zhuǎn)運(yùn)紅色褐鐵礦及雜質(zhì)（礫石）多的腐殖土，安排推土機(jī)在基巖區(qū)配合排土；在臺(tái)階上進(jìn)行排土復(fù)墾作業(yè)區(qū)時(shí)，優(yōu)先卡車轉(zhuǎn)運(yùn)紅色褐鐵礦，堆存一定距離后，安排挖掘機(jī)（E1或E4）在臺(tái)階上進(jìn)行坡面甩土作業(yè)；基巖區(qū)或臺(tái)階排土作業(yè)即將結(jié)束時(shí)，卡車轉(zhuǎn)運(yùn)腐殖土，并安排挖掘機(jī)（E1或E4）將腐殖土均勻覆蓋全區(qū)域。

式中，P0—噴嘴出口處的壓力（工作壓力），Pa；

式中：S0—噴嘴出口斷面積，可用公式（2）來表示，m2。

中央統(tǒng)籌建立專項(xiàng)資金，省級(jí)人民政府加大財(cái)力支持，通過加大中央財(cái)政轉(zhuǎn)移支付力度，重點(diǎn)支持張承地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。逐步建立健全以國家級(jí)財(cái)政為主、省級(jí)財(cái)政為輔，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)明確的省市間有關(guān)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。強(qiáng)化流域管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督協(xié)調(diào)作用，負(fù)責(zé)流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施和仲裁，確保生態(tài)補(bǔ)償資金的合理使用和工程效益的充分發(fā)揮。

采用挖掘機(jī)—卡車方式根據(jù)設(shè)計(jì)通行主干道路及部分支干道路進(jìn)行道路鋪設(shè)，清水管線跟隨主干道路向采場(chǎng)內(nèi)部延伸，并且根據(jù)開采區(qū)域海拔與供水區(qū)域海拔決定是否在清水管線上安裝清水離心泵；多級(jí)泵組擺放在主干道路附近利于供水且利于油車進(jìn)行加油；移動(dòng)式照明車擺放在主干道路附近用于夜間水槍工作照明，同時(shí)易于油車進(jìn)行加油。

根據(jù)小時(shí)供水量、礦漿產(chǎn)量要求、水力開采的計(jì)劃Ni金屬品位要求、長期開采的平穩(wěn)接續(xù)等因素，確定同時(shí)運(yùn)行水槍的數(shù)量；根據(jù)同時(shí)運(yùn)行水槍數(shù)量確定日常開采的粉礦層與含礫層的水槍數(shù)量搭配，以保證含礫層的開采速度與粉礦層的開采速度接近、減小日常開采原礦Ni品位的波動(dòng)；按照每個(gè)含礫點(diǎn)配備1臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行日常水力開采的礫石挖掘、基巖（臺(tái)階）平整等工作。

μ—流量系數(shù)，0.92～0.96；

Q0—水槍流量，m3/s。

d0—噴嘴直徑，m；

(5)將來還可以以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能家居管理平臺(tái)，利用無線通信、自動(dòng)控制技術(shù)、紅外控制等有關(guān)技術(shù)進(jìn)行功能拓展，利用家居設(shè)施的智能化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理居室環(huán)境。

由計(jì)劃礦漿回收量（礦漿濃度為18%～30%，流量600～800m3/h）及揚(yáng)程等確定渣漿泵選型。最后確定班組人員配備，如表1所示。水力采場(chǎng)的主要設(shè)備數(shù)量與用途，如表2所示。

表1 班組人員配備

表2 設(shè)備數(shù)量與用途

2.設(shè)備布局

(1)剝離、復(fù)墾

為保證水力開采的持續(xù)性、品位要求的穩(wěn)定性，根據(jù)地層地質(zhì)的特征，劃分首采區(qū)及備采區(qū)；需要推土機(jī)選擇性的配合一臺(tái)挖掘機(jī)（E1）在陡坡、緩坡、平面對(duì)腐殖土層、紅色褐鐵礦層進(jìn)行剝離作業(yè)，確保Ni金屬等元素的品位符合要求以配合全局進(jìn)行配礦。

基于運(yùn)動(dòng)映射的仿人機(jī)械手控制·····················蔣財(cái)軍 徐昱琳 丁美昆 (1,33)

(2)通行道路準(zhǔn)備

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn) STEMI診斷標(biāo)準(zhǔn)為：缺血性胸痛≥30 min、相關(guān)兩個(gè)以上導(dǎo)聯(lián)ST段抬高或新出現(xiàn)的左束支阻滯；非ST段抬高急性心肌梗死／不穩(wěn)定型心絞痛（NSTEMI／UA）診斷標(biāo)準(zhǔn)為：缺血性胸痛、ST段壓低或一過性抬高、伴或不伴心肌壞死標(biāo)志物升高。

工作面的準(zhǔn)備工作與水槍開采原礦是同時(shí)進(jìn)行的；開采過程中采用3臺(tái)粉礦水槍+2臺(tái)含礫水槍同時(shí)工作，并需要留有4臺(tái)備用水槍（3臺(tái)粉礦水槍+1臺(tái)含礫水槍）作為單班生產(chǎn)的接續(xù)，則需要2臺(tái)挖掘機(jī)（E2、E3）配合含礫水槍進(jìn)行原礦含礫挖掘作業(yè)，以提升整體生產(chǎn)礦漿的Ni金屬品位。

(3)工作面準(zhǔn)備及水槍開采

綜合以上因素，為了優(yōu)化挖掘機(jī)—卡車方式聯(lián)合作業(yè)的效率，所以主干道路的設(shè)計(jì)及施工在符合道路規(guī)定參數(shù)的前提下，應(yīng)該遵循雙車道并減少壓礦、工作時(shí)間長減少置換次數(shù)的原則。支干道路的主要目的是便于挖掘機(jī)行走進(jìn)行水槍挪移及人員通行，為了優(yōu)化設(shè)備作業(yè)的效率，應(yīng)該遵循單車道并在原礦體上修路（礦體未受損，可以以礦修路并通行）或采空區(qū)基巖上修路（不需要卡車轉(zhuǎn)運(yùn)石頭，就近采空區(qū)選取石頭進(jìn)行修路）。

圖3 順向沖采示意圖

圖4 逆向沖采示意圖

1臺(tái)挖掘機(jī)（E4）用于日常生產(chǎn)接續(xù)工作，主要工作內(nèi)容為短期的支干道路的延伸、高邊坡的處理、小范圍的基巖（臺(tái)階）平整工作、小范圍的剝離開拓工作、每日的水槍挪移（水槍管路的拆接）等工作。為了提高挖掘機(jī)（E4）的工作效率，一是需要控制其每日水槍挪移的時(shí)間段，要求其在采場(chǎng)行走一圈的前提下一次性完成所有需要挪移水槍的工作；二是在工作面準(zhǔn)備的過程中優(yōu)化水槍布局及沖采方法，粉礦沖采時(shí)采用順向開采方法，在原礦體上以礦修路；含礫沖采時(shí)采用逆采方法，在推進(jìn)的過程中形成簡易道路，后期利用挖掘機(jī)E3進(jìn)行道路修整完善；針對(duì)不同層位的礦體采用不同的開采方法，既可以減少為挪移水槍而做的修路工作又可以降低開采過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)水槍管路都可以擺放于支路路邊利于維修更換。

(4)礦漿回收及管道運(yùn)輸

集漿池及礦漿回收溝渠的起點(diǎn)選址應(yīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)海拔相對(duì)較低的位置，最低的區(qū)域需要設(shè)計(jì)為溢流回收池，其通過挖掘形成的溝渠與集漿池連接，當(dāng)?shù)V漿來量多于輸送量（由于暴雨或臨時(shí)停機(jī)等原因）時(shí)將會(huì)產(chǎn)生溢流，溢流回收池中會(huì)含有原礦及碎石，利用水槍攪拌配合潛水渣漿泵將溢流回收池中的原礦漿利用管道輸送至集漿池，利用挖掘機(jī)（E1或E4）—卡車方式清理溢流回收池內(nèi)的碎石至排土場(chǎng)區(qū)域，不斷的清理溢流回收池使其保持有效容量，避免由于溢流引起的環(huán)境污染。

該型號(hào)勵(lì)磁機(jī)風(fēng)扇由1個(gè)風(fēng)扇大環(huán)、1個(gè)風(fēng)扇小環(huán)和20個(gè)風(fēng)葉三部分組成。風(fēng)葉按照一定角度均勻裝配在大環(huán)與小環(huán)之間，通過焊接的方式進(jìn)行連接，其中風(fēng)扇外圓直徑776 mm，高100 mm，風(fēng)扇大、小環(huán)之間均勻分布著20個(gè)風(fēng)扇葉。風(fēng)扇葉之間最窄間距為65 mm，最大間距為120 mm，風(fēng)扇葉高度為50 mm，焊縫最長為100 mm，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖1。

中國在改革開放不斷深化的進(jìn)程中,根據(jù)可持續(xù)發(fā)展不同階段的要求及特征,主要從社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境方面提出創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)、生態(tài)城市、國家綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)、低碳城市、海綿城市、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新示范區(qū)、老工業(yè)城市和資源型城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)示范區(qū)等多項(xiàng)計(jì)劃。城市可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的每個(gè)概念均有特定的時(shí)代背景、目標(biāo)定位、內(nèi)涵與側(cè)重點(diǎn),本章主要根據(jù)上述城市的實(shí)踐特征進(jìn)行介紹和比較(表1)。

水槍生產(chǎn)的原礦漿通過礦漿回收溝渠自流至集漿池，集漿池區(qū)域布置3臺(tái)水槍進(jìn)行攪拌礦漿，集漿池側(cè)方安裝溢流設(shè)施及設(shè)置溢流溝渠并接通至溢流回收池，集漿池后方安裝渣漿泵通過管道輸送水力開采礦漿至下游工藝；渣漿泵安裝平臺(tái)應(yīng)高于溢流溝渠高度，確保溢流較大時(shí)礦漿無法淹沒渣漿泵擺放平臺(tái)并損壞渣漿泵。

3.結(jié)語

露天礦層淺、粘度大的紅土礦采用水力開采工藝，較機(jī)械開采工藝相比：水力開采利用管道將礦漿輸送至下游工藝具備管道運(yùn)輸占地面積小、基建投資少、建設(shè)周期短、粉塵較小、受地形限制少、運(yùn)輸過程中無損耗、無泄漏、無污染等優(yōu)點(diǎn)，且可以減少移動(dòng)設(shè)備備件消耗、降低維修工時(shí)及減少輔助生產(chǎn)設(shè)施等；也為其它紅土礦項(xiàng)目或類似的開采地質(zhì)環(huán)境提供了參考。