某“湿型”红土镍矿床开采实践
位哲;梁嘉;李兴家
【摘 要】随着红土型镍矿选、冶技术的成熟以及硫化物型镍矿储量的严重不足,红土型镍矿床的开采吸引了人们的注意.然而“湿型”红土矿床由于其含水率高、地形起伏变化大、含砾率高、雨季强降水及持续大雾等众多因素的影响,开采极其困难.目前,“湿型”红土矿床的开采尚无成熟可供借鉴的经验.如何解决红土矿特有的特点所带来的回采困难,如何在技术上可行、经济上合理的原则下进行采矿,是“湿型”红土矿床开采所要首先解决的问题.开采实践中,通过不断的摸索和实践,总结出适合“湿型”红土矿床回采的宝贵经验.本研究着重介绍某“湿型”红土矿床之开采实践,介绍矿床剥离、开拓、回采、配矿等关键环节的现场经验,介绍设备的选型及采场所需的设备配置. 【期刊名称】《金属矿山》 【年(卷),期】2014(000)008 【总页数】4页(P41-44)
【关键词】“湿型”红土矿;褐铁矿层;残积矿层 【作 者】位哲;梁嘉;李兴家
【作者单位】瑞木镍钴管理(中冶)有限公司,北京100036;瑞木镍钴管理(中冶)有限公司,北京100036;瑞木镍钴管理(中冶)有限公司,北京100036 【正文语种】中 文 【中图分类】TD8
红土镍矿床是岩石强烈风化作用形成的残积矿石，成层状分布，埋藏浅。因其不需要爆破，可使用液压挖掘机直接铲装而被认为回采简单[1-2]，然而，在近赤道地区、热带气候条件下的某“湿型”红土镍矿因其含水率高，矿层软而剥离、开拓、回采困难。此矿床所处区域年平均降雨量达5 000 mm以上，其中80%以上的降雨量集中在雨季[3-5]。矿床中褐铁矿层在旱季原矿含水率达30%～40%，雨季含水率可达40%～60%。在作业面开挖以后，矿层暴露面含水率更是骤升。高含水率造成铲装及运输设备容易沉陷、打滑，降低设备作业效率。强降雨造成了道路破坏，使原矿变为“泥巴”，降低卡车的运输能力(下降20%左右)。雨季频繁的雨雾影响司机的安全操作，增加了事故发生的概率。 1.1 开 拓
“湿型”红土镍矿开拓道路应根据采剥计划，考察其所服务采区地形、地质条件，综合考虑整个采区的高程及矿体赋存情况，以尽量延长其服务年限。
开拓主干道应尽量铺设在基岩之上，以不压矿或少压矿为标准，方便服务整个采区。同时，为确保运矿卡车的行驶安全，道路坡度必须符合相应标准。在地势低洼处，为确保主干道平直，道路可铺设在残积层或上下含砾层之上，如有必要可进行填方；在遇牙石集中区域，如无法绕开，则需破碎。
分支道路应综合考虑其所服务采场数量，可根据需要修建于矿层之上，但应避免修在腐殖土上。因为对红土矿而言，在没有采石场供应砾石的情况下，铺路砾石的获取比较困难，而铺路所需砾石量极大，砾石应及时回收，经洗矿系统分离以后，以便循环利用。
矿区不同道路参数及砾石铺垫标准见表1及表2。 1.2 剥 离
该“湿型”红土矿床矿层埋深浅，腐殖土厚度不大，在80%左右的开采范围内腐殖土厚度在0.5～2 m。只有部分区域厚度极大，达6～15 m，此种区域往往处于
谷底位置，且与矿体顶板高差极大(可达30 m左右)，集中了大量的剥离土，加之本身极厚的腐殖土，只能等上部矿体降段以后，再行处理。或从经济可行性角度分析，作为永久损失。
矿床剥离工作主要由推土机来进行(大型推土机容易陷车，小功率推土机即可)，局部极陡、极软区域及边坡位置辅之以小斗容液压反铲，枯枝及废弃的树杆可以就地收集焚烧处理。剥离需待伐木完成且清场完毕后从矿体顶板开始，分区抽条剥离，向底洼位置堆集，定点堆放。待后续下部台阶或底板开拓道路修建完成后，装运至剥离物堆场。在不影响矿体回采的前提下，也可暂时堆放在原地，待本区域回采完毕后就地进行复垦，以减少运输工作量。
强降雨给剥离作业带来严重困难。在旱季的前2个月，矿床含水率仍处于较高(40%左右)的水平，矿床开挖后，作业面原矿受降雨影响含水率均在60%以上。此时，推土机无法正常作业，陡坡上挖掘机作业不仅效率低下而且极其危险。因此，大规模的剥离作业只能集中于旱季的后4个月，期间要为雨季准备足够的备采作业面。未开挖矿床不同分层含水率见表3。
根据矿层厚度，矿块一次完整的剥离，可服务至作业面回采结束，一般为3～5个台阶(台阶高度4～5 m)。实际生产中，矿山平均剥采比为0.23～0.47。
开采实践中，在辅助清场、剥离设备不足的情况下，曾试行边采边剥的作业方式。此种作业方式，虽然缩短了初始清场、剥离时间，可以迅速进行回采，为及时出矿争取主动，但也具有明显的缺点：①同一作业面在一个台阶开采完成以后，需再进行边坡剥离，反复多次，直至回采结束，且二次剥离只能由挖掘机来完成；②明显增大了贫化率，加大了损失率；③设备频繁调动，增大了设备故障率；④不利于大面积作业面的展开，作业面服务时间短，采矿工作始终处于频繁剥离、修路的恶性循环之中；⑤剥离物被雨水冲涮损失严重，使后续的复垦工程陷入被动。 因此，在条件有利的情况下，无论是从采矿工艺要求还是从经济技术指标考虑，剥
离应一次到位。对红土矿床而言，依据半年旱季、半年雨季的气候条件，开拓矿量保有期可定为1 a，备采矿量保有期不应低于3个月。 1.3 回 采
红土矿床开采要遵循由远及近；先两边、后中间；先低点、后高点；先软基、后硬基的开采顺序。采剥作业条带间、各相邻矿块间的上下、左右间保留足够的安全距离和最小工作平盘宽度，为后续开采创造条件。常规方式为旱季集中力量回采地势低处矿体，回采形成的露天坑一则可自然成为雨季时候的集水坑，二则可回填洗矿系统的废石，倾倒腐殖土，为后续的复垦工程创造便利的条件。雨季时期则回采地势高处的矿体，尽可能的为雨季采矿创造便利。
(1)褐铁矿层的回采。当矿层厚度较薄(<5 m)时，由矿层顶板进行开挖，尽可能一次回采到矿体底板。当矿层厚度适中(5～10 m)时，可在矿体顶板和底板修建采矿支路，分2个台阶进行开采，也可临时使用推土机降段，将台阶高度降至挖掘机可安全挖掘的范围之内。当矿块厚度较大(10～20 m)时，采矿支路分别修在矿体顶板及中、下部(距顶板10 m左右)，顶板支路进行下挖铲装、运输作业，矿块中、下部支路先进行上挖装运，同时完善道路，待上挖台阶装运完成后再进行下挖装运。同时，褐铁矿开挖在边坡所形成的三角体矿源应及时平整或进行回收，确保回采作业面的连续性、完整性以及满足防排水的需求。
(2)残积层、含砾层的回采。逐片分离、平整、回收残积矿层。为了便于堆放橄榄石和矿土，残积层采剥作业面的宽度不小于1.5倍最小工作平盘宽度。为了减少大块橄榄岩的装车率，可预先配置小斗容挖掘机进行土石分离工作，有选择地将直径在700～1 000 mm的砾石装运拉走。直径在1 000 mm以上的砾石，需使用液压锤预先破碎，然后再进行倒运或就地堆存或直接进行路基铺垫。块度极大的牙石，能破碎则进行破碎，无法破碎则需绕开，待爆破条件允许时，予以处理。铲运设备暂时无法进入的残积矿、下边坡、边界三角体等区域，从全局或系统生产次序考虑，
可以临时弃采，留待条件具备时，安排小斗容挖掘机对其及时进行回收。
无论是褐铁矿还是残积矿的回采，都应维护上作业面的平整，确保下作业面的排水，及时新建或修复采区防排水工程设施，以便于下作业面矿层的硬化，减少下作业面开采的难度。由于红土矿层“软”的性质，大吨位、大斗容的挖掘设备不适合作业。且挖掘设备往往容易沉陷，不具备自救能力的正铲不能作业。在生产中，不同矿层所需设备各类及参考参数见表4。 1.4 配 矿
配矿是为了保证供矿中各种金属品位的均衡稳定，由于腐殖土层、褐铁矿层、残积层、上下含砾层各具有不同的特征，原矿中杂质元素含量差别极大。此矿床中，对Mg元素而言，其在不同矿层中含量由上至下呈渐次增长的趋势，最高含量与最低含量差异可达30倍以上。对Al元素而言，其在不同矿层中含量由上至下渐次降低，最高含量与最低含量差异最大为4倍左右。由于红土矿具有冶炼成本较高(占采矿、选矿、冶炼总成本的65%～78%)的特点，因而其对矿浆质量要求就相对要高，而Mg、Al是湿法工艺中影响酸耗的主要杂质[1，6]。对湿法冶炼工艺(主要为洗矿系统)而言，在褐铁矿和残积矿没有单独选矿设计的情况下，如何实现在采场配矿对控制生产成本就显得尤其重要。
在采矿生产中，应尽快形成不同矿层、多作业点同时开采的有利局面，以实现配矿的可能，配矿可在不同采场之间、同一采场不同矿层之间来进行。配矿比的选取除首先考虑Ni金属的品位之外，Mg、Al杂质的控制是应主要进行的工作。除此之外，还应综合考虑不同矿层含水率、含砾率的因素。例如，此红土矿床根据冶炼对Mg、Al含量的要求，确定褐铁矿层与其他矿层之间配比如表5所示。
另外，应充分发挥原矿堆场的调节作用，最大限度的发挥其作用。红土矿原矿堆场面积要尽可能大，或同时设计2～3个堆场，以便堆存足够的原矿(可供使用1周左右)。可对堆场区域进行划分，分别储存来自不同矿层的原矿，使堆场变成一个
完整的可供矿、配矿体系，以改变其单纯的原矿存储功能，同时可缓解过度依赖采场配矿的压力，以增加配矿工作的灵活性、降低配矿的难度。 1.5 复 垦
由于红土矿厚度不大(平均在10 m左右)，采矿的区域推进速度较快，采空区复垦应是贯穿整个采矿周期的工程。待一个采区回采完毕后，应及时对采空区进行工程复垦，然后再进行生态复垦。
对工程复垦而言，由于无法进入洗矿系统的废石数量巨大，且尚附着有一定程度的原矿，而这部分原矿暂时无法回收利用，可将其装运至采空区进行回填，用来平整场地。同时，来自于含砾矿层开挖作业面的砾石也可以就近回填到相应的采空区。对于存在牙石的采空区，先就牙石进行处理，然后再进行平整。
生物复垦所需土质直接使用矿山的剥离土和腐殖土，植被选择为抗逆能力强、速生性能好的植被品种[1]。 2.1 采区防尘
“湿型”红土矿旱季防尘问题应当重视。由于部分作业面原矿含水率高，且加之设备的反复碾压，作业面容易泛水，不存在粉尘的污染。但第一次开挖的褐铁矿层作业面往往粉尘较大。未开采的作业面，只要没有扰动，粉尘就不会飞扬。而经砾石铺垫的道路和其他设施平台，其上附着的泥浆经阳光曝晒干燥后形成粉尘，在轮胎的作用下，容易形成粉尘污染源。在旱季，只有加强洒水来避免粉尘污染。 2.2 采区防排水
“湿型”红土矿一经剥离，即面临水土流失的局面，开挖后情况更加严重。除在采区周围规划雨水沉淀池之外，采区内部的防排水更加重要。应合理安排剥离、回采，做到采区内部水源，内部集中。可对作业面设置坡度，在合理位置挖掘排水沟(如台阶坡底线附近，宽1 m左右)，对水流进行疏导，引导至采区内部的集水坑内。同时，加强整个采区防排水设施的修建。
对“湿型”红土矿而言，开采环境极差。虽然强降雨对生产影响不大，但强降雨造成的路面湿滑，作业面积水，原矿含水率升高，设备无法作业等却使开采困难。在生产中，“以路换矿”成为不得已的手段。如何经济的铺设采矿道路，如何减少原矿中砾石含量对洗矿系统的影响，如何减少废石的二次转运量，都是今后应着重关注的问题。
【相关文献】
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