RAMU紅土鎳礦采礦工藝研究

位 哲 高智令

（瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司）

RAMU典型的地層為6層，分別是腐殖土層、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫石的殘積層和基巖。設計中以含礫率和雜質Mg的含量為主要約束項，開采一般被限制在含礫石的殘積層上部，極少涉及到殘積層的下部，無需爆破工序，偶爾出現的牙石用破碎錘破碎即可［1］。因此，單斗—卡車的工藝首先被采用。開采實踐證明，礦山嚴重低估了平均5 500 mm的年降雨量所帶來的影響，一直至2014年還無法達到設計產能。后來，水力開采紅土鎳礦的提出到規?；a歷時2 a，到2018年礦山能夠達到設計產能114%。無論機采還是水采，其中有眾多可供研究總結的經驗。

1 采礦工藝

概略介紹紅土礦開采的文獻已經很多，深入探討紅土礦開采的還較少。因此，工藝流程方面僅作概述，重點分析開采工藝的關鍵和存在的問題。機械開采即常規的挖機配卡車采礦工藝，利用液壓反鏟裝載，鉸接式卡車運輸至礦倉進行礦石第一次篩分，再由圓筒洗礦機及槽式擦洗機洗礦，制備礦漿。水力開采工藝流程是使用經過加壓后的水通過水槍對礦物進行沖采，在工作面前方和兩側開挖集漿溝渠，將礦漿引至主集漿溝后匯集至泵站，二次沉淀和過濾后，再進行輸送。2種采礦方法的工藝流程分別見圖1和圖2［2］。

2 2種采礦工藝對比

2.1 主要問題對比分析

機械開采和水力開采工藝在RAMU的應用均存在產能制約的問題，如表1所示。

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2.2 適用條件

機械開采與水力開采在RAMU礦區相輔相成，2種采礦工藝分別適用于不同的作業條件，如表2所示。

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2.3 關鍵工序

（1）水采。剝離、開拓、管路布置等準備工作要超前機采至少半年。殘積層、含礫層的開采優化是關鍵，避免多次重復搬運礫石，避免壓礦，造成損失；減少設備損耗；必須隨開采過程一次形成臺階，臺階參數隨礦體賦存不同進行調整。對下月計劃沖采點進行超前取樣、化驗，確保無誤。優化腐殖土的堆存，分區塊集中開采、區塊開采完畢即行復墾。超前布置大流量的跑漿、雨水收集池。臺階布置見圖3，雨水收集見圖4。

（2）機采。開拓道路的延伸布置是核心，對其服務年限、運輸距離的控制極為關鍵；腐殖土的轉運、堆存要做到損失最?。徊蓤鐾獠康挠晁恋沓匾辽俪? a布置；依雨季、旱季不同的季節因素劃分作業采場，范圍較大的緩傾斜及水平礦體布置分期回采計劃；剝離土堆存場地要能滿足年度需求，基巖區的平整不能滯后。采場開拓道路布置見圖5，開采和復墾分布見圖6。

3 制約生產能力因素

3.1 氣候因素

RAMU礦區每年的5—10月為旱季，11月份至次年4月份為雨季。機采、水采的相互配合，基本保證了礦山供礦的能力。季節對2種采礦工藝的影響如圖7、圖8所示。

（1）機采基本克服了各種不利氣候因素的影響，全年從作業時間、產量來看比較穩定。

（2）水采受雨季、旱季的影響較大。旱季期間作業時間隨雨水量的逐漸減少，產量呈逐漸上升的趨勢；雨季開始，便有了明顯的下滑。

3.2 機械故障影響時間

機械設備實動率是影響產能、制約生產連續性的關鍵因素，機械開采和水力開采機械設備年度故障總時間如圖9所示。

機采：①輪式設備雨季氣候惡劣條件下，故障率高，有效作業時間低；旱季故障率低，有效作業時間長，故障概率大；綜合下來，雨季、旱季故障時間基本達到了平衡。②受制于礦體含水率高、降雨影響、操作手素質等因素，履帶設備故障是重災區，而雨季又顯著高于旱季。③固定設備、電器設備對機采而言，影響相對穩定。

水采：①履帶設備故障規律與機采相似；②固定設備在旱季故障率顯著高于雨季，這與水采旱季生產時間長、設備有效運轉時間長有直接關系。

不同采礦工藝條件下，機采作業模式對履帶設備的磨損顯著高于水采；水采固定設備和電器設備的故障時間占比高，成為影響水采作業的主要因素之一。

3.3 礦體賦存

（1）殘積層礦層對機采而言需分揀裝車，將裝車礫石直徑控制在1 m以下，裝車緩慢；對水采而言，需反復沖洗，多遍翻倒，以求沖采干凈。

（2）對機采來說，低洼處礦體旱季集中搶采期間，采場排水是制約效率的一大因素；水采在急傾斜區塊的作業，需反復多次布置管路、多次并段臺階才能完成，重復性工作量大。

（3）薄礦體一般品位較好，棄之可惜，開采則推進快、暴露面積大、復墾成本高、環境壓力大。

（4）厚大覆蓋層處礦體往往相對厚大，而過高的剝采比，在旱季搶采不能完成的情況下，經雨季雨水二次沉淀，再也無法回采。

4 生產成本分析

RAMU近3 a達產率為105%，比世界同行高15%～40%，單位付現成本比世界同行低19%～37%，使RAMU在鎳價降低的情況下仍具有較大的成本優勢。

水力開采的應用促成了礦山達產超產，產能的提升攤薄了單位成本。目前，水力開采產量占RAMU總產量的30%左右，為便于比較，均按水力開采和機械開采百噸鎳產能的相同條件來對設備、人員、主要成本項目進行比較，見表3～表5.

說明：①水采的卡車、推土機配置為剝離、轉運廢石及腐殖土用；②對于機采，RAMU礦層的物理特性只適用于小噸位（<60 t）的液壓反鏟和鉸接卡車；剛性卡車在實驗性的應用中，正常運輸道路上坡度>3%的條件便無法適應，進入作業面的裝車地點幾乎不可能；對于水采，采用噸位30 t左右的液壓鏟即可滿足需求。

說明：①工作模式均為三班兩倒，單班12 h；②水采卡車及推土機僅白班作業，12 h制；③僅說明主要人員配置，未列出管理、維保、輔助等人員配置。

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由此可見，水采的各項成本均較機采低；因機采臨時有協助水采剝離、工程等其他作業，刨除這一部分的成本后，實際機采成本為水采的2.5～3倍，與生產用油在機采、水采之間的占比基本吻合。

5 總結

5.1 生產工藝

（1）伴隨濕法冶煉技術而來的紅土鎳礦開采［3-4］，不能生搬硬套成熟露天礦山開采的經驗和模式?，F場條件的急劇變化，對生產計劃的制定造成了實質性的困難和挑戰。

（2）伴隨著水采、機采開采工藝的日漸成熟，僅僅滿足達產達標的需求已無法適應形勢的變化。國際鎳價劇烈震蕩、將來新上類似項目在供應端對市場造成的沖擊、RAMU礦體賦存的低品位特性、周邊社區及政府對項目日益高漲的期望情緒等，迫使項目不得不在降本減耗上下功夫。

（3）真正懂得生產各環節的特點并趨利避害，利用好現有的工藝、持續改造成本不合理的環節，是控制單位生產成本的根本。

5.2 環境

（1）RAMU紅土礦年度外延推進可達0.6～0.8 km2，是典型的“雞窩”礦［5］，受制于品位的影響，臨時無法配礦使用的使則擱置，有些礦體甚至可擱置1～2 a。不能閉坑、無法復墾，使現場實際看來支離破碎。

（2）雖然礦山將環境管控視為礦山工作的重中之重，但不可否認的是，水土流失的控制仍有提高的空間。

（3）布置防排水工程伴隨著植被的少量破壞。

（4）雨水沉淀池、截洪溝、集水坑［6］等常規的布置措施，起到了一定環保作用。但要解決根本性的問題，復墾是最有效的方式。

（5）著手研究并探討改變RAMU區域土層的性質，以期能夠大規模地開展復墾工作、解決原生腐殖土的缺口。