露天采矿机在海外大型铝土矿开采中的选型

黄毅，张燕

(1.长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410014；2.中铝环保节能科技（湖南）有限公司， 湖南 长沙 410014)

铝土矿是生产金属铝的主要矿石来源，在我国国民经济中起着重要作用[1]。根据USGS2017年发布的《2018—2024年中国铝土矿行业市场深度调研及投资前景分析报告》，中国铝土矿静态可采年限仅为14 a，远远落后于全球的102 a。中国铝土矿储量约为10亿t，仅占世界储量的3.33%[2]。据中国海关统计，2019年中国铝土矿进口量累计1.007亿t，2019年中国产铝土矿约8900万t，铝土矿海外依存度约为53%。为满足我国铝工业生产的需求，预计未来 2～5年，中国铝土矿对外依存度将增至55%～60%[3]。

因此，开发利用海外铝土矿，建设海外铝土矿开发基地是我国企业满足自身生存和可持续发展的必然之路，同时也是我国铝工业持续发展和融入践行“一带一路”倡议的战略需要。

1 项目概况

1.1 矿山基本情况

某矿山位于西非临大西洋某国，矿区距离海岸线约24 km。沿海地区为热带季风气候，内地为热带草原气候，年平均气温为24℃～32℃，雨、旱两季分明，每年的11 月至次年5 月为旱季，6月至10月为雨季，年平均降水量为2212 mm，年平均蒸发量为1473 mm。该国基础设施落后，项目建设原材料除木头砂石外，大部分均需依靠进口；该国电力严重缺乏，没有大型国家电网，厂矿企业需自行建设发电厂。

该国铝土资源储量为 74 亿 t，占世界总储量的 26.4%，居世界第一，其矿石类型为三水铝石和一水软铝石，特点是高铝、高硅、中低铝硅比、低铁，矿石自然为含水率约 8%。项目矿权分布面积约1300 km2，矿体平面分布面积约98.55 km2，具有分布面积广，体积大，埋藏浅，覆盖层薄，矿体顶底板平缓等特点。

矿区铝土矿剖面自上而下的岩性特征如下：

（1）表土层，厚度一般小于0.5 m，主要为沙土和粉砂岩；

（2）铁帽层，厚度一般为 1.5 m，铁质含量较高；

（3）铝土矿层，厚度约为13 m，分布有高品位铝土矿和低品位铝土矿；

（4）下红土层，厚度一般为 3 m，铁质含量较高；

（5）黏土层。

钻孔柱状图见图1。

1.2 运回中国矿石要求

图1 矿区铝土矿钻孔柱状图

根据中国出资方产业规划，该国开采铝土矿主要通过矿山开采、汽车运输、皮带运输、码头转运、内河驳船运输、海上倒驳和远洋海运等环节运至中国某沿海港口氧化铝厂，总运输距离约20 000 km。综合考虑以上各环节生产及运营成本和氧化铝市场价格，为确保项目较好的经济性，经测算，运回中国的铝土矿经济品位为39%（经济品位为有效氧化铝，全铝Al2O3品位约为42%～43%）。

同时，考虑到海运距离将近12 000 km，为降低海运费用，需对矿石的含水率进行严格控制。为满足国内氧化铝厂供矿需求，矿山开采规模为1200万t/a，即年产1200万t铝土品位≥39%原矿运回中国。

1.3 矿区及首采区资源情况

矿山含南北2个矿区，矿山资源圈定采用的工业指标为边界品位35%（比全铝Al2O3品位低4个百分点），最小可采厚度为1 m，夹石剔除厚度为1 m。经资源圈定，南北矿区设计利用矿量总资源量为17.5亿t，有效铝平均品位AAl2O339.13%，RSiO2（可反应硅）1.12%。其中外运回国的高品位矿（AAl2O3≥39%）设计利用矿量为7.6亿t，平均品位AAl2O341.57%，RSiO21.06%；低品位矿（35%≤AAl2O3≤39%）设计利用矿量为9.9亿t，平均品位AAl2O337.23%，RSiO21.16%。

根据南北矿区建设条件，设计选择南矿区 38号矿体作为首采区。首采区设计利用资源量约为1.43亿t，其中高品位矿约7400万t，平均品位AAl2O342.14%，RSiO21.28%；低品位矿约6900万t，平均品位AAl2O337.25%，RSiO21.41%。首采区排产服务年限为7 a。

1.4 开采对象及工艺要求

根据国内氧化铝厂对矿石品质的需求和矿体赋存条件，设计开采对象为赋存在中部的高品位矿，其上部还有表土、铁帽及低品位矿，故设计上部表土、铁帽及低品位矿均计入剥离并分开堆存，其中表土用于采后矿区复垦，铁帽用于矿区道路修建，低品位矿堆存于低品位堆场供后期建设的当地氧化铝厂使用。

因此，在开采工艺设计上应对不同品质矿石进行分采和分装分运，并加强在开采过程中系统除尘对矿石含水的控制，以确保外运高品位矿石的经济性。同时考虑到采场内汽车运输及汽车卸矿至矿仓后转越野皮带运输，开采矿石块度要求小于 350 mm，以减少在卸矿或转运过程中造成堵料或皮带损伤。

2 开采工艺选择

根据矿床的开采技术条件，开采范围内的矿体埋藏浅，部分矿体出露地表，表土覆盖层薄，适用露天开采方式。根据其赋存状况，该类型的矿体露天开采时存在2种开采工艺：常规爆破开采工艺和非爆破（露天采矿机）开采工艺。

2.1 常规爆破开采工艺

采用露天钻机穿孔+松动爆破+液压挖掘铲装+汽车运输采矿工艺，该工艺最小工作平台宽度为20 m～30 m，为提高挖掘机效率，采场内遇到坚硬岩体时，采用露天穿孔钻机穿孔进行松动爆破，液压挖掘机在工作平台上进行采挖、装载，采挖后卸至运矿汽车里面，运至破碎站进行初碎，经初碎后再用汽车转运至矿山堆场或卸矿仓。选用孔径 Φ100 mm穿孔钻机钻凿3 m×3 m梅花孔、7 m3液压挖掘机（配移动式破碎锤）、60 t双后桥自卸汽车和CR810/12-20对辊破碎机。

2.2 非爆破开采工艺

非爆破开采工艺主要利用的露天采矿机是一种采用分层铣削方法开采的连续式采矿设备[4]，具有强大的切削能力，相对于常规爆破开采及铲装运输方式，其具有以下特点：非爆破绿色开采，避免了爆破震动及飞石带来的不利影响；采出矿石块度≤150 mm占90%以上，块度小且均匀，易于汽车及皮带运输，也易于装船和倒驳；不同类型采矿机采深在0～1.5 m之间，采幅宽度在2～4.5 m之间，能够较好地分采不同品质的矿石和剥离表土，具有较好的分采性能；采矿机作业最大可适应纵向坡度为20%，横向坡度为8%的地形，外部工作条件的适应力强；可连续作业，生产能力大[5]。

3 露天采矿机开采工艺

3.1 S型露天采矿机工艺

S型露天采矿机在该国铝土矿开采中使用较广，该露天采矿机在自身切削形成的平台上进行采剥作业，多个工作平台最终形成一个采场，采挖破碎后的细料通过皮带直接卸至运矿汽车里面。其最大工作平台宽度为2.3 m～2.5 m，切削深度最大为0.6 m，采矿机上的卸料皮带具有后卸料和侧甩料功能（采矿机作业示意如图 2所示）。结合本矿矿岩性质，S型采矿机生产能力约为550 t/h～600 t/h。

图2 S型露天采矿机工作示意

3.2 L型露天采矿机工艺

该工艺露天采矿工作平台宽度为3.74 m，最大切割深度为0.68 m，设计切割深度为0.4 m，多个工作平台最终形成一个采场，采矿机在平台上进行开挖，开采出来的松散矿体自然堆存在采矿机后方，经推土机集矿后直接通过装载机转运至自卸汽车。其动力传动为液压传动+链条式的液压传动方式。经计算及类似项目经验，L型采矿机生产能力约为600 t/h。

3.3 T型露天采矿机工艺

该系列采矿机工作原理和L型采矿机类似，开采后的松散矿体经推土机集矿或直接通过装载机转运至运矿自卸汽车。不同的是其动力传动为机械传动+链条式的机械传动方式。其最大切割深度可达1.1 m。采矿机生产能力约为800 t/h。

3.4 不同工艺经济比较

针对该海外大型铝土矿山，根据上述不同开采工艺、不同类型采矿机的作业模式，综合考虑其生产能力、油料消耗、道具消耗、人员配备、开采出来的矿石块度要求及其与汽车运输和皮带运输的匹配等因素，对各开采工艺方案进行经济比较（见表 1）。

表1 各开采工艺方案经济对比

4 结论

（1）爆破开采虽工艺较为成熟，但其总投资均明显高于露天采矿机开采工艺。3种露天采矿机方案总投资相差不大，但综合考虑该西非地区其他铝土矿山的使用情况，认为S型露天采矿机开采是较高效成熟的工艺，这种低粉尘、低噪音、无飞石的环境友好型采矿工艺与L型和T型露天采矿机工艺相比，集采装于一体，工艺环节少、设备数量少、设备定员少，对环境影响小，具有明显优势。

（2）根据对类似矿山采矿机考察情况，S型露天采矿机具有切削深度大，前进速度快，生产能力大，配套设备数量少，易于管理和调度等优点，是一种开采能力大，能较好地适用于大型露天平面分布型铝土矿的开采。

（3）鉴于国内露天矿山开采越来越高的环保要求，同时考虑该类型铝土矿与国内大型煤矿的矿岩性质和矿体分布特性类似，S型露天采矿机在国内大型露天煤矿开采有较高的推广应用价值。