淺析幾內(nèi)亞博凱-博法地區(qū)紅土型鋁土礦降低礦石損失率和貧化率

周 讓

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

0 引言

由于幾內(nèi)亞鋁土礦運輸成本高，當(dāng)?shù)卣值牟环€(wěn)定性，能源成本持續(xù)上漲，以及國內(nèi)鋁土礦市場需求加大，促使本地區(qū)的礦企加快了富礦的開采進度，“采富棄貧”的現(xiàn)象非常嚴重，造成礦石損失、貧化嚴重，各礦企開采損失率普遍在40%～50%，礦石貧化率在2%～7%，且隨著富礦的不斷開采減少，部分企業(yè)已經(jīng)開始面臨無礦可采的危機。因此，了解礦石開采損失及貧化的原因，做出切實可行的貧化和損失的控制措施，為企業(yè)提高產(chǎn)量、增加經(jīng)濟效益，延長礦山生產(chǎn)服務(wù)年限具有重要意義[1]。

結(jié)合在幾內(nèi)亞亞博凱和博法地區(qū)鋁土礦不同礦山工作以及對不同開采工藝的應(yīng)用與研究，分析各開采工藝對采礦損失率和礦石貧化率的影響因素，結(jié)合礦山生產(chǎn)工藝，針對影響礦石損失率和貧化率的因素，制定有效的措施方法，可有效降低礦石損失率和貧化率。

中國的采礦水平逐年提高，但是就目前的整體狀況來看，仍然存在許多的問題。部分中小礦山資源的危機明顯，損失率和貧化率過高，對于企業(yè)的發(fā)展極為不利，也不利于礦產(chǎn)資源的保護[2]。

因此，最大限度地降低礦石開采中的損失與貧化，不論是在國內(nèi)還是國外，都是礦山工作者的重要任務(wù)之一[3]。

1 鋁土礦賦礦巖系特征

影響礦石貧化的主要因素是開采過程中廢石混入礦石內(nèi)。另外，因廢石混入量較大時可能造成礦石氧化鋁品位貧化至低于邊界品位，礦石轉(zhuǎn)變?yōu)閺U石，導(dǎo)致礦石的損失。因此，首先分析廢石的地質(zhì)特征。

1.1 頂板圍巖地質(zhì)特征

鐵帽層為礦體頂板，厚度一般在0～4 m，厚度不均勻，褐色，紫紅色，斑雜色；主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀、皮殼狀構(gòu)造；呈弧形狀、港灣狀、條帶狀，分布零星、分散；鐵帽層中常伴有塊狀鋁土礦，其化學(xué)成分表現(xiàn)為富鋁高鐵，赤鐵礦呈網(wǎng)狀分布在塊狀鋁土礦裂隙中，二者呈相互消長關(guān)系，蓋層與礦體接觸界面不明顯，且與礦體不規(guī)則接觸[4]。

1.2 礦體內(nèi)夾石地質(zhì)特征

礦體內(nèi)常有夾石分布，厚度在0.1～4 m，大多數(shù)夾石厚度在2 m以下，主要成分鐵帽石、鐵紅土、鐵質(zhì)黏土巖、黏土巖，Al2O3品位一般在33%～40%。其中鐵帽石、鐵紅土類夾石呈紫紅色，褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，小體積夾石常呈透鏡狀，有厚度薄，面積小的特點，大體積夾石分布較規(guī)律，分布較集中，形狀不規(guī)則，該類夾石與礦體界限不明顯，夾石中也常有礦石。鐵質(zhì)黏土巖、黏土巖類夾石呈土黃色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，Al2O3品位一般在10%～20%，呈條帶狀分布，分布較有規(guī)律，厚度一般在4～8 m，與礦體界限分明[5]。

1.3 底板圍巖地質(zhì)特征

鋁土礦礦體底板為鐵質(zhì)黏土局部直接與板狀粉砂質(zhì)黏土接觸。鐵質(zhì)黏土呈紫紅色，泥黃色，灰白色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，豆?fàn)睢⑼翣顦?gòu)造，遇水軟化，可塑性好；紫紅色底板巖多呈豆?fàn)睿探Y(jié)性差，有“高鋁、高鐵、低硅”的特點，Al2O3品位一般在33%～40%；底板圍巖與礦體呈不規(guī)則接觸。

1.4 地形地貌

該區(qū)鋁土礦主要分布在海拔150 m以上的面積廣且地勢平坦的山頂和緩傾斜的斜坡上，坡度一般在0～5°，部分區(qū)域礦體從山頂向坡下在坡度10°左右也有發(fā)育，但大多都在大角度斜坡上部尖滅。有礦體發(fā)育的區(qū)域，地表植被生長較好，腐殖土較多，腐殖土厚度一般在0.2～1 m，無蓋層的礦體與腐殖土直接接觸，表面凹凸不平，凹槽深度一般在0.5 m左右，凹槽面積大小不一。

2 礦石損失率和貧化率較高的原因

分別從鋁土礦露天開采的勘探、設(shè)計、生產(chǎn)、配礦等階段工藝流程，闡述礦石損失率和貧化率相差較大的原因。

2.1 生產(chǎn)勘探階段

（1）資源量估算工業(yè)指標(biāo)。生產(chǎn)勘探資源量估算工業(yè)指標(biāo)比實際開采工業(yè)指標(biāo)低，造成實際可利用的資源量占生產(chǎn)勘探的資源量比例小。例如博法地區(qū)A礦區(qū)首采區(qū)生產(chǎn)勘探采用工業(yè)指標(biāo)A1（見表1）進行資源量估算，并以此進行采區(qū)規(guī)劃和礦石開采。但在生產(chǎn)過程中礦石圈定的邊界品位：Al2O3≥40.7%，最低工業(yè)品位：Al2O3≥42.5%，造成開采過程中出現(xiàn)大量的不可利用的資源（35%≤Al2O3＜40.7%的礦石），后采用工業(yè)指標(biāo)A2（見表1）重新進行資源量估算，2次估算結(jié)果詳見表2。

表1 本區(qū)生產(chǎn)勘探資源量估算工業(yè)指標(biāo)

表2 A礦區(qū)首采區(qū)不同工業(yè)指標(biāo)估算資源量明細表

由表2可知，不同的工業(yè)指標(biāo)進行資源量計算，對生產(chǎn)勘探資源量影響較大，生產(chǎn)勘探資源量估算工業(yè)指標(biāo)比實際開采工業(yè)指標(biāo)低，造成礦區(qū)資源量較多的假象，無法開采利用的資源量增加，導(dǎo)致?lián)p失率較大。

（2）工程間距。工程間距越小，礦體的控制程度越高，礦體特征越具有真實性，越容易控制礦石貧化和損失。但工程間距越小，布置的鉆孔越多，投入的成本越大，因此，通過鉆孔工程間距加密實驗進行確定滿足礦石開采要求的工程間距。

博法地區(qū)A礦區(qū)一期生產(chǎn)勘探間距為53 m×53 m，并在已圈定的礦體范圍內(nèi)隨機選擇300 m×300 m的區(qū)域進行35 m×35 m的梅花孔加密實驗。生產(chǎn)勘探所有礦體邊界圈定以見礦工程點為準，一律不外推，夾層及無礦天窗的影響區(qū)域則以與其相鄰工程間距進行尖推。加密實驗前后生產(chǎn)勘探資源量估算結(jié)果對比詳見表3。

表3 加密實驗前后生產(chǎn)勘探資源量估算結(jié)果

通過實驗及表3可知，工程間距由53 m×53 m加密至35 m×35 m，礦石貧化率為0.3%，礦石量增加了24%。

另外博凱地區(qū)B礦區(qū)采用維特根采礦機，一期生產(chǎn)勘探間距為53 m×53 m，礦石貧化率控制在1%左右，二期生產(chǎn)勘探間距為75 m×75 m，礦石貧化率控制在2%左右。

綜上所述，現(xiàn)有的工程間距并不是影響礦石損失率和貧化率的主要因素。但工程間距加密可有效控制礦體邊界，避免礦體未完全沿礦體邊界開采而造成的礦石損失。

2.2 設(shè)計階段

（1）采礦方針對礦石開采損失率影響分析。博凱地區(qū)A礦區(qū)采礦方針是“貧富兼采”，并保證出口礦綜合品位控制在工業(yè)品位要求的允許誤差浮動的區(qū)間值內(nèi)。因此，該礦區(qū)在采區(qū)開采規(guī)劃中，綜合考慮各采區(qū)礦石品質(zhì)的高低，通過簡易搭配計算，確定各采區(qū)開采順序，品位較低的礦石通過配礦需求，進行同時規(guī)劃同時開采，提高了礦石開采利用率，減少礦石的損失。博法地區(qū)B礦區(qū)采礦方針是“采富棄貧”，只開采單工程礦石品位高于最低工業(yè)品位的區(qū)域，開采初期未作礦區(qū)開采總體規(guī)劃，根據(jù)生產(chǎn)勘探成果報告，選擇礦石品位較高的區(qū)域開采，隨著富礦的不斷開采，逐漸面臨礦石枯竭，無礦可采的危機，剩余與富礦相鄰可以與之合并開采的貧礦礦體受開采條件限制無法再回采利用。大范圍貧礦礦體因缺少富礦礦石與之搭配，單獨開采又不符合最低工業(yè)品位要求，無法進行利用，轉(zhuǎn)化為不可利用的資源，造成礦石損失率較高。

（2）采區(qū)規(guī)劃所采用的剝采比對礦石損失的影響分析。該地區(qū)生產(chǎn)勘探資源量估算工業(yè)指標(biāo)中剝采比不大于10 m3/m3，但博法地區(qū)A礦區(qū)單礦體實際剝采比要求為0.79 m3/m3，博凱地區(qū)B礦區(qū)單礦體實際剝采比要求為0.67 m3/m3。在生產(chǎn)設(shè)計過程中剝采比大、礦體厚度薄的礦體定為不可利用的資源。

（3）采礦設(shè)備的最小作業(yè)面積對礦石損失的影響分析。威猛T1255型采礦機（VERMEER）機身全長12.3m，為雙履帶式，可原地旋轉(zhuǎn)，掉頭便捷，為保證采礦機效率設(shè)定采礦面積不小于50 m×100 m；維特根SM2500型采礦機（WIRTGEN）機身全長22.7 m（含履帶長11.3 m），為四履帶式，拐彎半徑為9.5 m，調(diào)頭緩慢，耗時長，設(shè)定采礦面積不小于100 m×200 m。因此，對于僅少數(shù)鉆孔圈定的、呈不規(guī)則形狀的且無法滿足采礦機作業(yè)面積要求的礦體不再進行開采設(shè)計。當(dāng)開采至大部分區(qū)域已到底板時，剩余礦石區(qū)域面積不滿足采礦機最小作業(yè)面積要求時，視為結(jié)束開采，剩余礦體遺棄，放棄開采。

綜上所述，生產(chǎn)勘探資源量中綜合品位低、礦體厚度薄、剝采比大、面積不滿足采礦機最小作業(yè)面積的礦體定為不可利用的資源，未進行設(shè)計開采，成為礦石造成損失的主要原因。其中博法地區(qū)A礦區(qū)未進行開采設(shè)計的不可利用資源量占生產(chǎn)勘探資源總量的30%左右，博凱地區(qū)B礦區(qū)未進行開采設(shè)計的不可利用資源量占生產(chǎn)勘探資源總量的40%左右。

2.3 開采階段

（1）圍巖廢石和腐殖土混入對礦石的品位影響分析。該區(qū)鋁土礦部分區(qū)域上覆有蓋層廢石和腐殖土，蓋層廢石和腐殖土剝離采用的設(shè)備為大型采礦機，受大型采礦機作業(yè)條件限制，采區(qū)內(nèi)的頂板圍巖無法單獨進行剝離，通常按固定深度從地表開始整體逐層進行開采，因腐殖土和蓋層廢石的混入，造成礦石貧化嚴重。不同的采礦工藝，礦體蓋層剝離時，礦石損失量不同。例如：博法地區(qū)A礦區(qū)，地表植被清理完后直接采用采礦機進行剝采，由于腐殖土厚度薄厚不一，前1 m層位的礦石因腐殖土和蓋層廢石的混入，無法進行選礦，造成貧化，全部按廢石處理。博凱地區(qū)B礦區(qū)，地表植被清理完后，采用反鏟挖機將地表坑洼處腐殖土清理后，再用低品位礦石為采礦機鋪平一個采礦作業(yè)區(qū)，然后邊采邊回填，地表凸出的礦石回填低洼處，第二層開采的礦石因無腐殖土混入，僅有廢石混入，礦石貧化相對較小，部分礦石可選出。

（2）采出的礦石粒徑大小對礦石品位的影響分析。例如：博法地區(qū)A礦區(qū)采用威猛采礦機，礦石粒徑可控制在150 mm以下；博凱地區(qū)B礦區(qū)采用維特根采礦機礦石粒徑可控制在100 mm以下。為研究不同粒徑的礦石品位變化情況，在A礦區(qū)進行礦石取樣、篩分、化驗等實驗項。實驗中在“高、中、低”品位級礦石區(qū)域內(nèi)分別取2個樣品，每個樣品進行四分法縮分，取一份進行篩分成粒徑≤5 mm和粒徑＞5 mm的2個樣品，進行綜合化驗，通過實驗進行對比，實驗結(jié)果見表4。

表4 不同粒徑的礦石樣品Al2O3品位分析對比表

由表4可知，粒徑≤5 mm的礦石品位比粒徑＞5 mm的礦石品位低0.08%～6.07%，礦石粒徑越小品位越低的原因是鐵質(zhì)含量高的礦石硬度大、采礦機開采難度大、易切割成小粒徑，另外呈網(wǎng)狀分布在塊狀鋁土礦裂隙中的鐵紅土，采礦機切割時脫落，形成小粒徑廢石，礦石粒徑控制越小，礦石品位越穩(wěn)定，越容易控制品質(zhì)。

（3）采礦機有無集料功能對礦石貧化、損失的原因分析。維特根采礦機配備有一條長11.3 m的輸料帶，能夠?qū)⒉傻V機開采的礦石輸送至料堆進行集堆，采礦機開采順序是從中間開始開采，開采的礦石堆置中間已開采的位置，然后順著兩邊臺階繞圓向外開采，每一條帶開采的礦石都由輸料帶堆積在中間料帶上，因此，不同粒徑的礦石均勻分布堆積在料堆上。威猛采礦機無輸料帶，開采后的礦石平鋪在采面上，由于采礦機刀齒滾動，將大粒徑礦石帶到上方，小粒徑礦石在下方，因此，開采后的礦石粒徑在縱向上變化規(guī)律是從上到下粒徑從大變小。

（4）廢石剔除方式對礦石貧化、損失的原因分析。由于維特根采礦機行駛速度和輸料帶擺動的速度問題，設(shè)定寬度小于10 m的廢石不再進行現(xiàn)場剔除，由輸料帶輸送至礦石料帶中，混入礦石中。根據(jù)整段礦石綜合品位判斷該段礦石的品質(zhì)，由于后采的礦石壓覆在先采的礦石，廢石無法挑出，若綜合品位低于邊界品位，則整段判定為廢石。威猛采礦機開采的礦石平鋪在采面上，礦石質(zhì)量易觀察。廢石不受面積大小和形狀限制均可剔除，因此，于維特根采礦機開采過程中廢石混入量更多。

（5）取樣方式的不同對礦石貧化、損失的原因分析。博凱地區(qū)B礦區(qū)對礦石全部按一定規(guī)格進行取樣，取樣方式是直接在輸料帶下方接收落入取樣器具的礦石，礦石粒徑混合均勻，取得樣品能夠代表該區(qū)域整體的礦石品位。博法地區(qū)A礦區(qū)先將平鋪在采區(qū)的礦石進行圈礦，只在無法判定品質(zhì)高低的區(qū)域進行取樣，取樣方式為人工鐵鏟挖坑取樣，但是由于威猛采礦機開采的礦石粒徑不均勻分布，導(dǎo)致樣品大多取上層大粒徑礦石，樣品品位偏高，不具有代表性，無法確定該區(qū)域整體的礦石品位，導(dǎo)致部分廢石混入礦石中，造成礦石貧化。

2.4 配礦階段

配礦是將高、中、低品位的礦石按一定比例進行混合，使各品位級礦石經(jīng)過混合后平均品位達到穩(wěn)定的區(qū)間之內(nèi)。博法地區(qū)A礦區(qū)未進行配礦工藝，每個采區(qū)采出的礦石在未取樣的情況下，通過人眼識別的方法將廢石剔除后，即開始進行外運，因此，A礦區(qū)通過商檢后，礦石品位貧化率為6%左右。博凱地區(qū)B礦區(qū)通過規(guī)范取樣，精細化配礦等工藝，礦石品位貧化率可控制在1%～2%。因此配礦工序是影響礦石品位貧化的原因之一。

3 控制和降低采礦損失率和礦石貧化率的措施

3.1 控制和降低采礦損失率的措施

（1）控制生產(chǎn)勘探鉆孔鉆探深度。受采礦機最小作業(yè)面積限制，開采至大部分區(qū)域已到底板時，不滿足作業(yè)面積要求的礦體不再進行開采，因此，根據(jù)前期勘探成果確定礦體可采深度，控制鉆孔鉆探至可采深度即可，不必鉆探到底板標(biāo)志層。例如博法地區(qū)A礦區(qū)已結(jié)束開采的采空區(qū)因不滿足開采條件剩余的不可利用的資源量占采空區(qū)范圍內(nèi)總資源量的18%。通過控制鉆探深度可有效減少不可利用的資源量的占比。

（2）確定與實際生產(chǎn)相符的資源量估算工業(yè)指標(biāo)。生產(chǎn)勘探資源量估算需根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的工業(yè)指標(biāo)要求確定估算采用的工業(yè)指標(biāo)，減少生產(chǎn)勘探資源量中綜合品位低、礦體厚度薄、剝采比大、采區(qū)面積不滿足采礦機最小作業(yè)面積的不可利用的資源量。

（3）降低礦石因廢石和腐殖土的混入造成的損失。礦體表層腐殖土剝離可借助挖機及人工進行清理，避免因腐殖土混入礦石，造成礦石品位貧化后低于邊界品位，轉(zhuǎn)變?yōu)閺U石的損失。2種采礦機可根據(jù)各自優(yōu)點結(jié)合使用，對于采區(qū)面積大，無夾石或夾石少的區(qū)域采用維特根采礦機；對于采區(qū)面積小，夾石多且小的區(qū)域采用威猛采礦機，兩者相輔相成，可有效減少廢石的混入。

3.2 控制和降低礦石貧化率的措施

（1）規(guī)范化取樣。通過表4不同粒徑的礦石樣品Al2O3品位分析對比可知，同位置的礦體粒徑小的礦石氧化鋁品位比粒徑大的礦石氧化鋁品位低，并且氧化鋁品位越低，差值越大。威猛T1255型采礦機采出的礦石粒徑小的在下，粒徑大的礦石在上，采用人工取樣難度大，效率低，取得樣品代表性差，可借助機器設(shè)備進行取樣，保證不同粒徑的礦石都可隨機取到。

（2）精細化配礦。確定每個采區(qū)采出的礦石量及品位，將高、中、低品位的礦石按一定比例進行配礦，計算符合配礦標(biāo)準要求的礦石量比例。按照配礦任務(wù)將不同采區(qū)高、中、低品位礦石按一定比例進行配礦、裝車。

4 總結(jié)

通過2個礦區(qū)不同的開采工藝的對比與分析，找出影響礦石損失與貧化的因素，根據(jù)問題提出切實可行的控制和降低礦石損失率和貧化率的措施。根據(jù)市場需求充分利用勘探資源，提高礦體儲量的占比，堅持“貧富兼采”的方針，優(yōu)化采礦技術(shù)，結(jié)合礦體地質(zhì)條件合理選擇采礦設(shè)備，提高資源的利用率，減少廢石的混入?？刂坪徒档偷V石損失率和貧化率既要做好采礦技術(shù)的優(yōu)化，也要做好施工人員的管理與培訓(xùn)，充分分析影響礦石損失與貧化的因素，做好全面控制，提高礦石開采效率和資源利用率，延長礦企生產(chǎn)服務(wù)年限。