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钻石砂矿采矿成套系统：从露天采掘到粗选入料的完整装备方案

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钻石砂矿采矿成套系统：从露天采掘到粗选入料的完整装备方案

钻石砂矿采矿成套系统，核心任务是将赋存于河流冲积层、古河床阶地及海滨砂矿中的含金刚石砂矿高效采出，并输送至洗选系统进行加工。钻石比重三点五二，硬度十，化学性质稳定，砂矿型金刚石已基本实现单体解离，无需爆破和破碎，可采用露天机械化开采、水力开采或采砂船开采。钻石砂矿的开采均为露天开采，这是钻石砂矿区别于原生矿的最显著特征。一套完整的钻石砂矿采矿成套系统，涵盖采场准备、采掘作业、运输给料、粗选预处理四大模块，日处理数百至数千立方米的典型砂矿，系统设备投资约一百五十到五百万元，吨矿开采成本约十五到四十元。钻石砂矿年产两万克拉即可算大型矿山，开采规模划分与原生矿不同，这一特点决定了采矿系统在规模化程度和设备选型上需要针对性设计。

钻石砂矿的资源特征与系统设计依据

钻石砂矿是原生含钻石岩石经风化、侵蚀、搬运和沉积形成的次生富集体，主要赋存于现代河流冲积层、古河床阶地及海滨砂矿中。金伯利岩抗风化能力较差，出露地表后很容易遭受自然营力的破坏，经风化后受到流水搬运，在适宜的地方富集而形成砂矿。钻石砂矿的赋存位置决定了开采方法的选择。赋存在现代河流中的称为湿矿床，赋存在古河流中的称为干矿床。钻石砂矿的含矿层通常为含钻石砂砾层，赋存于河床底部或古阶地的砾石层中，厚度和含矿率是决定开采方案的关键参数。金刚石砂矿品位极低，中国砂矿最低可采品位定为零点零一克拉每吨。如此低的品位决定了采矿系统必须采用大规模机械化作业才能保证经济回收。

干矿床开采系统：河流改道与槽渠掘进

干矿床赋存在古河流中，已脱离现代河床。开采系统首先需要使流经矿床的河流经新开凿的排水截槽渠改道。然后沿平行于排水截槽的方向挖掘主干掏槽，两者的距离应足够宽，使得从两条槽中挖出的泥土和废石能堆放在槽间高地上。开掘搬运钻石矿石的自卸车行驶的道路，将挖掘出来的钻石矿石运走，泥土和废石则堆放在前一个主干掏槽中，直到钻石矿石全部采出。干矿床开采的核心设备为挖掘机、推土机和自卸汽车。主干掏槽的宽度和深度需根据矿层厚度和设备能力确定。开采系统采用台阶式推进方式，由上至下逐层采掘。排水系统是干矿床采场设计的关键环节，需沿采场四周设置排水沟和集水坑，防止雨季积水浸泡矿层影响开采效率。

湿矿床开采系统：河流改道法与挖掘法

湿矿床赋存在现代河流中，开采难度高于干矿床。湿矿床的开采一般采用河流改道和挖掘两种方法。河流改道法从河曲的转弯处挖一条分水渠直到另一河弯处，使河流改道，然后在牛顿湖的两侧筑起堤坝，并将堤坝拦住的河道中的水抽干，最后用自卸车和索斗铲进行砂矿开采。河流改道法开采钻石在非洲相当普遍，尤其是安哥拉运用得相当成功。该方法需要筑坝和抽水设备，前期准备工程量较大，但一旦排水完成，后续采掘作业与干矿床类似。

挖掘法通常采用吸扬式挖泥船开采。挖泥船机头底部的大口径吸管将矿石和水同时吸起，并排出水，选出矿石。吸扬式挖泥船侧面还配有水喷头，用来松动沉积物。挖掘法不但用于河流砂矿中，也可用于海洋砂矿的开采。

海滨砂矿开采系统：挡水坝与方形坑

海滨或前滨带的开采，需在海岸线高潮位二十米左右的位置筑起一座大约五百米长、顶面十五米宽的梯形挡水坝。挡水坝的两端向陆地方向合拢，在挡水坝的内侧架起大功率抽水机把水抽干，然后利用推土机和铲运机开采方形坑内的钻石砂矿石。一个方形坑采掘完，沿海岸前滨带再建一个，如此反复，沿海洋形成一系列的采区。纳米比亚从二十世纪六十年代开始曾进行过海上开采，采用特殊挖泥船从海底吸起矿石，再送到船上的车间进行分选。海上开采危险性大，然而随着陆地钻石矿的日渐枯竭，海上开采还在不断探索研究新的方法。

采砂船开采系统：水下砂矿的有效手段

采砂船开采适用于水下砂矿和海底砂矿的金刚石开采。金刚石是采砂船开采的主要矿物之一，主要用链斗式、水力式、压气升液式和抓斗式采砂船开采，前两者较常用。链斗采砂船采用链斗将水下砂矿挖出并提升至船上洗选设备中。这种设备抗风浪性能差，通常用于开采水深小于五十米的砂矿。东南亚国家用它开采浅海锡砂。

水力采砂船利用砂泵或水射流将海底砂矿以砂浆形式通过管道吸至采砂船的洗选设备中。水浅时砂泵装在船上，水深时砂泵置于水中或与水射流联合使用。胶结砂层用高压水射流器或装有旋转刀具的挖头预先松散。泵吸式水力采砂船的作业深度一般为九到二十七米，与水射流联合使用时作业深度可达六十八米。压气升液采砂船将压气送入吸砂管下部，使气泡与管内砂浆混合，降低砂浆比重，利用管内外压差举升砂浆。它不仅用于浅海，还可用于深海开采。抓斗采砂船受海水深度影响小，灵活性高，可采海底不平的和粒度不匀的砂矿，但生产能力较低。

露天连续采矿机：现代化选别回采装备

露天连续采矿机是钻石砂矿现代化开采的核心装备之一。该设备通过旋转刀尖连续以铣切方式切割矿岩，经转载机构装载到运输设备上，用于钻石等松软和中硬矿岩的露天矿连续和选别回采。露天连续采矿机的工作机构由挖掘头、推进缸、岩碴输送带、控制系统、动力系统、履带车等组成。挖掘头有螺旋截齿滚筒式，在滚筒螺旋板上镶有硬质合金截齿，靠液压缸的推力压入岩石，随着履带车行走和滚筒旋转，实现连续挖掘。破碎的岩碴由螺旋板汇集到中间，沿滑动斜板送到输送机上，转载给可回转二百一十度的带式卸料机上装入运输设备。每次挖掘深度由推进液压缸控制，可用射线仪、声纳仪测量矿石与岩石分界面，调节挖掘速度，达到选别回采。连续采矿机用一道工序即完成挖掘、装载和初碎三道工艺过程，取代了凿岩爆破工艺。其优点是开采过程简单，岩碴块度小于三百毫米，无需初碎设备，输送带磨损小，矿石损失与贫化低，显著降低工程初期投资。在石灰石矿使用，当小时效率为四百四十吨时，生产成本比凿岩爆破工艺降低百分之四十。该设备一九八一年由德意志联邦共和国沃特根公司首次推出，已形成系列产品，机重二十七到一百二十七吨，生产能力一百四十到二千二百吨每小时。

开拓运输系统

钻石砂矿的露天开采普遍采用公路开拓方式。公路开拓运输系统从采场工作面延伸至原矿仓或堆场，将采掘出的原矿运至洗选系统。运输道路宽度需满足自卸汽车双向通行要求，一般不小于八米。对于地形复杂的矿区，可采用联合开拓方式，将公路运输与带式输送机或索道运输组合使用。山东蒙阴胜利一号岩管先采用斜井开拓，卷扬机电机车运输方案，使用效果不好，后改为公路螺旋线开拓汽车运输方案，开采深度已达一百米，采场地表尺寸三百米乘二百米，形成瓢形凹陷露天采场。台阶高度上部为十米，下部为十四米。运输用十吨自卸汽车。金刚石砂矿开采现在基本上都是公路开拓汽车运输。

采矿系统与洗选系统的衔接

采矿成套系统与洗选系统的衔接是整条生产线的关键接口。采出的原矿经自卸汽车运至原矿仓或堆场，通过振动给料机均匀给入胶带输送机，送入洗选系统。振动给料机前通常设置条筛进行预筛分，筛除大块废石，减少后续洗矿系统的负荷。原矿仓或矿石堆场作为采矿与洗选的缓冲环节至关重要。由于钻石砂矿的品位具有明显的不均匀性，设置中间堆场可起到配矿和缓冲作用，将高品位矿石与低品位矿石按比例混合，为洗选系统提供稳定的给料品位。中间堆场的容量一般按三到七天的生产量设计。

金刚石晶体检出与保护措施

金刚石晶体保护是采矿成套系统设计的核心原则之一。金刚石虽硬度为自然界最高，但性脆，受强烈冲击可产生裂纹或破碎。钻石的分选和回收与其他矿物不同，因为钻石必须无损回收，且钻石每克拉的价格随粒径增加而增加，所以不能用常规破碎和研磨成小颗粒的方法。采矿过程必须从方法选择、设备选型和操作方式三方面保护晶体。方法选择方面，水力开采对金刚石晶体损伤极小，是高品质钻石砂矿的首选采矿方法，但受水资源条件限制较大。机械开采需控制铲斗切入深度和角度，避免大块砾石直接冲击铲斗底部造成晶体损伤。运输过程中物料的跌落高度应控制在一米以内。砂矿型金刚石无需爆破和破碎，这是砂矿相对于原生矿在晶体保护方面的最大优势。

钻石砂矿采矿成套系统的技术路径已经非常清晰。干矿床、湿矿床和海滨砂矿各有对应的开采方法，需根据矿区的赋存位置、水资源条件、地形特征和投资规模综合选择。露天机械开采、水力开采、采砂船开采和露天连续采矿机各具优势，构成完整的装备体系。如果矿层赋存在古河流阶地，河流改道加深层采掘是成熟方案。如果矿床位于现代河流或海底，吸扬式挖泥船是重要选择。如果矿区要求低贫化率和自动化选别回采，露天连续采矿机是最新装备选项。砂矿型金刚石无需爆破和破碎，在晶体保护方面具有原生矿无法比拟的优势。建议在系统设计前进行详细的原矿性质分析和开采条件论证，以确定最适合项目条件的采矿方法和设备配置。