鋁土礦井工開采方法及開采難點(diǎn)

鋁土礦井工開采方法及開采難點(diǎn)摘要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在鋁土礦需求不斷增加的同時(shí)，淺層鋁土礦資源逐漸枯竭，鋁土礦逐漸從露天開采向地下開采轉(zhuǎn)變。我國大多數(shù)鋁土礦床為沉積型礦床，礦脈細(xì)而緩傾斜。普遍存在礦體的連續(xù)性較差、直接頂?shù)装宸€(wěn)固性較差、礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜、礦體形態(tài)受底板控制影響，造成底板凹凸不平，起伏多變等問題。以上問題導(dǎo)致鋁土礦地下開采過程中經(jīng)常發(fā)生頂板崩落，嚴(yán)重威脅工人的生命安全，安全保障水平較低。因此，分析鋁土礦的開采方法和開采難點(diǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：鋁土礦；地下開采；采礦方法；雖然近年來中國鋁土礦產(chǎn)量逐年增加，但依然無法滿足鋁土礦下游產(chǎn)品的生產(chǎn)原料需求。我國鋁土礦礦石開采逐步由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采，并且我國原生沉積性鋁土礦床大多數(shù)為緩傾斜薄礦床，礦體直接頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性差。一、 我國鋁土礦地下開采方法壁式崩落法。鋁土礦地下壁式崩落法開采的工程布置如圖1所示。該方法主要依靠自然冒落或爆破的方式崩落礦石。裝礦方法根據(jù)礦體傾斜度采用電耙、扒渣機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等裝礦;支護(hù)可采用常規(guī)木、鋼、水壓、液壓支柱、組合式支架支護(hù)，也可采用"井〃字型混凝土預(yù)制塊護(hù)巷;出礦采用傳統(tǒng)的礦車、梭車或汽車運(yùn)輸。該方法具有系統(tǒng)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、通風(fēng)條件好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是材料消耗多，支護(hù)頂板管理復(fù)雜，適用于圍巖易崩落、厚度不大、地表允許塌陷的緩傾斜礦體。圖1壁式崩落法工程布置房柱法。此方法礦房長80?150m，寬40?60m，多采用爆破落礦的方式進(jìn)行崩礦，不支護(hù)或采用錨桿支護(hù)，當(dāng)頂板穩(wěn)定性差時(shí)應(yīng)預(yù)留0.5?1m的頂柱，裝礦與運(yùn)礦方式與崩落法基本一致，適用于礦巖穩(wěn)固的水平或緩傾斜礦體。綜合機(jī)械化開采方法。綜合機(jī)械化開采方法是近年來國內(nèi)礦山人探索采用煤礦開采工藝開采鋁土礦方法所提出的大規(guī)模開采方法，自然垮落法管理頂板。其中此方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于形成走向長壁工作面，采礦機(jī)械化程度高，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效生產(chǎn)，安全性強(qiáng)。工作面走向長度可達(dá)1000m，工作面長度可延伸100-150m，視礦體規(guī)模進(jìn)行調(diào)整。采用走向長壁布置，也可根據(jù)礦井開拓布置調(diào)整傾向長壁布置，但傾角一般不大于16°。模仿煤礦開采布置方式根據(jù)礦體有害氣體賦存狀況采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)，或兩進(jìn)一回“W”型等布置方式。新鮮風(fēng)流與人員從順槽由輔運(yùn)巷道進(jìn)入工作面，由膠帶運(yùn)輸機(jī)巷回風(fēng)。作業(yè)采用連續(xù)回采的方式進(jìn)行，機(jī)械落礦，刮板機(jī)裝礦，膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)V石，綜采液壓支架支護(hù)，自然垮落法處理采礦區(qū)。盡管該方法采用連續(xù)作業(yè)方式極大提高了生產(chǎn)能力與效率，但由于該方法的應(yīng)用尚處于初始階段，且不同地下鋁土礦的賦存與巖體質(zhì)量不同，故存在如設(shè)備投資高，采掘設(shè)備磨損嚴(yán)重，礦石品位控制難等問題。二、 采礦方法主要存在問題開采條件差異性大。鋁土礦賦存條件復(fù)雜，各礦區(qū)開采條件差異性大。鋁土礦礦床屬于緩傾斜薄礦脈沉積性礦床，礦體平均厚度、傾角、地質(zhì)品位變化大，礦體賦存條件復(fù)雜、連續(xù)性差。比如山西呂梁地區(qū)鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段中下部，奧陶系中統(tǒng)峰峰組侵蝕面之上。礦層下界距奧陶系灰?guī)r侵蝕面0.00?10.11m，平均1.68m。礦體賦存形態(tài)受基底灰?guī)r侵蝕面控制，其喀斯特地貌不發(fā)育，雖經(jīng)鐵質(zhì)粘土巖、山西式鐵礦等補(bǔ)償填平作用，但仍影響鋁土礦體形態(tài)及厚度變化，礦體厚度極值0.51?8.20m，鋁土礦平均厚度為2.44m，厚度變化系數(shù)50.41%,鋁土礦礦石由20余種礦物組成，礦石品位A12O3含量40.21?79.31%,SiO2含量0.84?22.26%，F(xiàn)e2O3含量0.84?46.42%，A/S值2.60?94.42。貴州遵義地區(qū)礦體體位于含礦巖系中上部，鋁土礦呈土狀半土狀、碎屑狀、致密狀，區(qū)礦體厚度總體較穩(wěn)定，一般厚2m左右，最小真厚0.81m，鉛垂厚0.90m；最大真厚7.47m，鉛垂厚8.24m，礦石質(zhì)量優(yōu)良，品位高，Al2O3品位平均63.05%，變化系數(shù)12.4%，SiO2平均10.33%，變化系數(shù)58.54%，F(xiàn)e2O3平均5.99%，變化系數(shù)69.5%；TiO2平均2.86%，變化系數(shù)31.9%，全礦區(qū)平均1.12%，品位變化系數(shù)116%。采礦方法多。根據(jù)該礦區(qū)礦體賦存特征，主要采礦方法有綜合機(jī)械化采礦，短壁機(jī)械化、全面法、房柱法、分段全面法、緩傾斜礦體分段房柱法、分段切頂中深孔房柱法、傾斜礦體房柱法等。礦層賦存條件制約限制了采礦方法，中鋁貴州貓場鋁土礦礦體間接頂?shù)装逵商妓猁}巖組成，屬堅(jiān)硬巖石塊狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖體，裂隙多呈閉合性，巖體較完整，為堅(jiān)硬巖石塊狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖體，硬度系數(shù)f=6-12,礦體屬緩傾斜薄一中厚礦體，大部分礦體為中等以上穩(wěn)固，采用"普通房柱法〃、"切頂房柱法”、“護(hù)頂房柱法〃及"留礦壁護(hù)頂房柱法〃等四種采礦方法對(duì)礦體進(jìn)行開采。國家電投遵義公司鋁土礦開采技術(shù)條件與煤礦相近，礦體傾角小于40°，礦石硬度系數(shù)f<4，礦層賦存較穩(wěn)定、連續(xù)性好，能基本滿足綜合機(jī)械化開采的適用條件，采用機(jī)械化程度高的走向長壁綜合機(jī)械化開采，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化連續(xù)落礦、連續(xù)運(yùn)輸連續(xù)開采。國家電投集團(tuán)呂梁礦業(yè)，礦體賦存條件穩(wěn)定，連續(xù)性好，傾角小于15°，但礦石硬度平均f=8-10，主礦體開采時(shí)采用組合式支架壁式崩落采礦法，邊角礦體開采時(shí)采用短壁采礦法，零星礦體開采采用房柱采礦法。工藝指標(biāo)差異大。綜合機(jī)械化采礦法回采率約90%，貧化率約5%，機(jī)械化程度約95%；房柱采礦法回采率約50%，貧化率約12%，機(jī)械化程度約80%；短壁采礦法回采率約80%，貧化率約7%，機(jī)械化程度約80%。安全可靠性差異大。綜合機(jī)械化采礦法，液壓支架支護(hù)，自然垮落法管理頂板，借鑒煤礦成熟的采礦方法，安全性最好。短壁采礦法采用組合支架支護(hù)，自然垮落法管理頂板，安全性次之，房柱采礦法頂板不支護(hù)，安全可靠性最差。三、我國鋁土礦地下開采難點(diǎn)礦體產(chǎn)狀。礦體連續(xù)性、完整性較弱，礦體底板起伏多變，凹凸不平。采用傳統(tǒng)采礦方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，礦石貧化率損失率高，低采出率，回收率僅為30%?50%，難以達(dá)到《鋁土礦采礦權(quán)準(zhǔn)入條件》標(biāo)準(zhǔn)，也難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；夭桑c世界其他國家相比仍存在較大差距。當(dāng)?shù)V體產(chǎn)狀較陡（大于30°）時(shí)電耙出礦不安全，而開采薄礦體時(shí)鏟運(yùn)機(jī)又難以使用，導(dǎo)致采礦效率低。支護(hù)工藝。由于鋁土礦多為沉積型礦床，直接頂板多為鋁土質(zhì)黏土巖、黏土頁巖、炭質(zhì)頁巖或煤線，松軟且極不穩(wěn)固，一旦暴露出自由面，易較快風(fēng)化碎解，間接頂板為砂巖或灰?guī)r;直接底板一般為黏土巖、鐵質(zhì)黏土巖，且鐵質(zhì)黏土巖與鋁土礦層分界明顯，間接底板為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r或角礫狀灰?guī)r等。礦層頂?shù)装鍘r層強(qiáng)度較低，穩(wěn)固性較差，屬于軟弱一半堅(jiān)硬巖層，多為軟弱性巖體，遇水易泥化黏結(jié)，結(jié)拱，且地壓管理困難，放礦困難。礦巖性質(zhì)。礦巖性質(zhì)變化大，部分礦體硬度大，不便于機(jī)械切割，炮采工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，采礦成本高，部分礦體松軟破碎，不易支護(hù)，支護(hù)率高達(dá)100%，且巷道返修率高。總之，金屬非金屬礦山采礦方法選擇是礦山工程技術(shù)難點(diǎn)，需要積極進(jìn)行探索，針對(duì)于鋁土礦地下開采賦存條件好的區(qū)域可以優(yōu)先選擇選擇傳統(tǒng)綜合機(jī)械化采礦法，液壓支架支護(hù)，自然垮落法管理頂板；中等賦存條件優(yōu)先選擇短壁采礦法，地質(zhì)條件差的選擇房柱采礦法。參考文獻(xiàn)王祝堂，熊慧;世界鋁土礦資源與分布[N];中國有色金屬報(bào);2013年于立平，張懷昌;山西省鋁土礦資源特征及開發(fā)利用現(xiàn)狀