RAMU红土镍矿采矿工艺研究

位 哲 高智令

（瑞木镍钴管理（中冶）有限公司）

RAMU典型的地层为6层，分别是腐殖土层、红色褐铁矿层、黄色褐铁矿层、残积层、含砾石的残积层和基岩。设计中以含砾率和杂质Mg的含量为主要约束项，开采一般被限制在含砾石的残积层上部，极少涉及到残积层的下部，无需爆破工序，偶尔出现的牙石用破碎锤破碎即可［1］。因此，单斗—卡车的工艺首先被采用。开采实践证明，矿山严重低估了平均5 500 mm的年降雨量所带来的影响，一直至2014年还无法达到设计产能。后来，水力开采红土镍矿的提出到规模化生产历时2 a，到2018年矿山能够达到设计产能114%。无论机采还是水采，其中有众多可供研究总结的经验。

1 采矿工艺

概略介绍红土矿开采的文献已经很多，深入探讨红土矿开采的还较少。因此，工艺流程方面仅作概述，重点分析开采工艺的关键和存在的问题。机械开采即常规的挖机配卡车采矿工艺，利用液压反铲装载，铰接式卡车运输至矿仓进行矿石第一次筛分，再由圆筒洗矿机及槽式擦洗机洗矿，制备矿浆。水力开采工艺流程是使用经过加压后的水通过水枪对矿物进行冲采，在工作面前方和两侧开挖集浆沟渠，将矿浆引至主集浆沟后汇集至泵站，二次沉淀和过滤后，再进行输送。2种采矿方法的工艺流程分别见图1和图2［2］。

2 2种采矿工艺对比

2.1 主要问题对比分析

机械开采和水力开采工艺在RAMU的应用均存在产能制约的问题，如表1所示。

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2.2 适用条件

机械开采与水力开采在RAMU矿区相辅相成，2种采矿工艺分别适用于不同的作业条件，如表2所示。

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2.3 关键工序

（1）水采。剥离、开拓、管路布置等准备工作要超前机采至少半年。残积层、含砾层的开采优化是关键，避免多次重复搬运砾石，避免压矿，造成损失；减少设备损耗；必须随开采过程一次形成台阶，台阶参数随矿体赋存不同进行调整。对下月计划冲采点进行超前取样、化验，确保无误。优化腐殖土的堆存，分区块集中开采、区块开采完毕即行复垦。超前布置大流量的跑浆、雨水收集池。台阶布置见图3，雨水收集见图4。

（2）机采。开拓道路的延伸布置是核心，对其服务年限、运输距离的控制极为关键；腐殖土的转运、堆存要做到损失最小；采场外部的雨水沉淀池要至少超前1 a布置；依雨季、旱季不同的季节因素划分作业采场，范围较大的缓倾斜及水平矿体布置分期回采计划；剥离土堆存场地要能满足年度需求，基岩区的平整不能滞后。采场开拓道路布置见图5，开采和复垦分布见图6。

3 制约生产能力因素

3.1 气候因素

RAMU矿区每年的5—10月为旱季，11月份至次年4月份为雨季。机采、水采的相互配合，基本保证了矿山供矿的能力。季节对2种采矿工艺的影响如图7、图8所示。

（1）机采基本克服了各种不利气候因素的影响，全年从作业时间、产量来看比较稳定。

（2）水采受雨季、旱季的影响较大。旱季期间作业时间随雨水量的逐渐减少，产量呈逐渐上升的趋势；雨季开始，便有了明显的下滑。

3.2 机械故障影响时间

机械设备实动率是影响产能、制约生产连续性的关键因素，机械开采和水力开采机械设备年度故障总时间如图9所示。

机采：①轮式设备雨季气候恶劣条件下，故障率高，有效作业时间低；旱季故障率低，有效作业时间长，故障概率大；综合下来，雨季、旱季故障时间基本达到了平衡。②受制于矿体含水率高、降雨影响、操作手素质等因素，履带设备故障是重灾区，而雨季又显著高于旱季。③固定设备、电器设备对机采而言，影响相对稳定。

水采：①履带设备故障规律与机采相似；②固定设备在旱季故障率显著高于雨季，这与水采旱季生产时间长、设备有效运转时间长有直接关系。

不同采矿工艺条件下，机采作业模式对履带设备的磨损显著高于水采；水采固定设备和电器设备的故障时间占比高，成为影响水采作业的主要因素之一。

3.3 矿体赋存

（1）残积层矿层对机采而言需分拣装车，将装车砾石直径控制在1 m以下，装车缓慢；对水采而言，需反复冲洗，多遍翻倒，以求冲采干净。

（2）对机采来说，低洼处矿体旱季集中抢采期间，采场排水是制约效率的一大因素；水采在急倾斜区块的作业，需反复多次布置管路、多次并段台阶才能完成，重复性工作量大。

（3）薄矿体一般品位较好，弃之可惜，开采则推进快、暴露面积大、复垦成本高、环境压力大。

（4）厚大覆盖层处矿体往往相对厚大，而过高的剥采比，在旱季抢采不能完成的情况下，经雨季雨水二次沉淀，再也无法回采。

4 生产成本分析

RAMU近3 a达产率为105%，比世界同行高15%～40%，单位付现成本比世界同行低19%～37%，使RAMU在镍价降低的情况下仍具有较大的成本优势。

水力开采的应用促成了矿山达产超产，产能的提升摊薄了单位成本。目前，水力开采产量占RAMU总产量的30%左右，为便于比较，均按水力开采和机械开采百吨镍产能的相同条件来对设备、人员、主要成本项目进行比较，见表3～表5.

说明：①水采的卡车、推土机配置为剥离、转运废石及腐殖土用；②对于机采，RAMU矿层的物理特性只适用于小吨位（<60 t）的液压反铲和铰接卡车；刚性卡车在实验性的应用中，正常运输道路上坡度>3%的条件便无法适应，进入作业面的装车地点几乎不可能；对于水采，采用吨位30 t左右的液压铲即可满足需求。

说明：①工作模式均为三班两倒，单班12 h；②水采卡车及推土机仅白班作业，12 h制；③仅说明主要人员配置，未列出管理、维保、辅助等人员配置。

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由此可见，水采的各项成本均较机采低；因机采临时有协助水采剥离、工程等其他作业，刨除这一部分的成本后，实际机采成本为水采的2.5～3倍，与生产用油在机采、水采之间的占比基本吻合。

5 总结

5.1 生产工艺

（1）伴随湿法冶炼技术而来的红土镍矿开采［3-4］，不能生搬硬套成熟露天矿山开采的经验和模式。现场条件的急剧变化，对生产计划的制定造成了实质性的困难和挑战。

（2）伴随着水采、机采开采工艺的日渐成熟，仅仅满足达产达标的需求已无法适应形势的变化。国际镍价剧烈震荡、将来新上类似项目在供应端对市场造成的冲击、RAMU矿体赋存的低品位特性、周边社区及政府对项目日益高涨的期望情绪等，迫使项目不得不在降本减耗上下功夫。

（3）真正懂得生产各环节的特点并趋利避害，利用好现有的工艺、持续改造成本不合理的环节，是控制单位生产成本的根本。

5.2 环境

（1）RAMU红土矿年度外延推进可达0.6～0.8 km²，是典型的“鸡窝”矿［5］，受制于品位的影响，临时无法配矿使用的使则搁置，有些矿体甚至可搁置1～2 a。不能闭坑、无法复垦，使现场实际看来支离破碎。

（2）虽然矿山将环境管控视为矿山工作的重中之重，但不可否认的是，水土流失的控制仍有提高的空间。

（3）布置防排水工程伴随着植被的少量破坏。

（4）雨水沉淀池、截洪沟、集水坑［6］等常规的布置措施，起到了一定环保作用。但要解决根本性的问题，复垦是最有效的方式。

（5）着手研究并探讨改变RAMU区域土层的性质，以期能够大规模地开展复垦工作、解决原生腐殖土的缺口。