孝義鋁礦民采空區的調查分析

孫 亮，黨建印

（中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303）

孝義鋁礦民采空區的調查分析

孫 亮，黨建印

（中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303）

孝義鋁礦民采空區調查結果表明：礦山民采主要存在平硐開拓、豎井開拓、斜井開拓、直接盜采、大型設備盜采5種形式；民采空區內部結構主要呈連續空區和不連續空區2種形式，水平投影呈蜂窩狀分布；民采破壞程度高，普遍采用采富棄貧的方式進行，部分礦區民采范圍約占礦體區域的25%～40%。調查結果對于礦山最大限度回收鋁土礦資源，解決高損失率、高貧化難題，實現安全生產具有重要的指導意義。

采空區；殘存資源；現場調查；孝義鋁礦

過去國內部分大型氧化鋁廠主要采用民采礦石來進行生產，導致民采泛濫，嚴重破壞了鋁土礦山礦體的原生結構，嚴重影響了礦山正常開采，如山西呂梁、河南三門峽等地區均存在大量民采空區。近5年以來，國家加大資源整合力度，民采行為受到遏制，民采礦石來源渠道被截斷。大型氧化鋁廠不得不利用自備礦山進行開采，以滿足自身供礦需要。由于民采遺留的大面積空區存在，導致礦山開采環境惡化，隱患多。

山西沉積型鋁土礦體具有埋藏淺、覆蓋層薄、圍巖賦水量小等特點，給大規模民采創造了有利條件。就孝義鋁礦而言，1990年代的大規模民采導致部分礦體區域30%以上的范圍遭到不同程度的破壞。近年來，隨著礦山生產能力的提高，如何安全高效開采這部分礦體，提高礦石的回收率，降低貧化率已經成為生產過程中亟待解決的難題。

因此，開展民采空區殘存資源調查，對礦山安全生產具有重要的意義。

1 開拓方式調查

孝義鋁礦是中國鋁業股份有限公司山西分公司的主要鋁礦石供應基地，也是我國最大的山西式露天鋁土礦山，現由克俄、西河底、相王、柴場和后務城5個礦區組成。調查表明，孝義鋁礦的5個礦區遭到不同程度的民采破壞，尤其是西河底、克俄和后務城3個礦區。礦區周邊的民采主要盜采高A／S品位的鋁土礦石和底板山西式鐵礦。

孝義鋁礦附近的民采開拓方式主要有5種。

（1）平硐。這是礦山周邊常見的民采破壞的方式，主要從礦山拐點坐標連線外側，在礦體的賦存相似標高位置開掘，直接在礦體上開鑿巷道進行回采；也有部分是在臨近礦界邊緣區域開鑿平硐，運輸設備主要是當地農用推車（見圖1）。

圖1 民采平硐

（2）豎井。這是礦山周邊主要的一種盜采方式，具有點多面廣等特點。由于礦體上部覆蓋層的平均厚度為60～100m，民采主要利用簡易的三角裝卷揚、吊桶等設備，向下開鑿豎井，接近礦體后再開鑿平巷至礦體盜采鋁土礦和鐵礦體（見圖2）。

圖2 民采豎井

（3）斜井。如圖3所示，主要利用山坡露天礦緩傾斜成礦的特性，臨近礦山開采境界線布置硐口，斜巷的坡度一般25°～30°，當接近主礦層后，轉為水平或緩傾斜巷道來盜采鋁土礦或鐵礦，提升設備主要為小馬力柴油機，裝載設備為農用板車，部分難開采地段直接利用人力背運方式進行。為了確保巷道周邊黃土的穩定性，通常采用木材支護。這種盜采方式具有破壞能力大的特點。

圖3 民采斜井

（4）大型設備開采。主要用反鏟和汽車直接剝離、清頂和采礦，這種盜采方式危害性比較大，生產能力強，在礦區地表留下大量的采坑。

（5）直接盜采。主要是利用礦山生產的間隙，在剝離完成后的礦體上直接盜采，形成凹陷深坑。這種方式破壞性極強，也是孝義鋁礦目前最棘手的偷盜方式，主要分布在三期相王和柴場、二期的北采和一期克俄礦區（見圖4）。

圖4 地表盜坑

2 民采空區結構調查

調查結果表明，孝義鋁礦民采空區主要包括連續空區和不連續空區2種。

（1）連續空區。從揭露的情況看，連續空區主要分布在厚大的高A／S品位鋁土礦層或鐵礦區域，部分分布在圍巖穩固的區段，在漏斗狀礦段這種情況尤為明顯。連續空區又分全連續和部分連續2種。民采過程中，在最低限度保證空區穩定性的情況下，礦房與礦房之間的空區連通，中段與中段之間的空區貫通；上部下部前后左右，空區連片成區，暴露面積大；部分區段與主礦體相交，礦層間的空區相通相連。連續空區大面積的存在適應了沉積型鋁土礦床的特點。

（2）不連續空區。礦山民采不連續空區主要包括：完全不連續空區和部分不連續空區2種類型。不連續空區主要分布在頂板圍巖穩定性差的區域，在開采過程中主要選擇低品位礦巖作為保安礦柱維系空區安全。開采結束后，對房間礦柱和中段礦柱不進行回采。同時，在礦房與礦房之間、中段與中段之間、或者盤區與盤區之間預留大量的保安礦柱，確保開采安全。不連續空區的穩定系數相對較高，在二次回收正規開采過程，礦柱維持相對容易，可以承受小型反鏟設備的自重，空區內的泥巖可以清除，二次回采礦石的回收率、貧化率容易控制。

3 民采空區破壞程度調查

為了追求利潤最大化和開采效率的高效化，民采普遍采取采富棄貧的方式，資源回收率通常僅有30%～40%，鋁土礦石和鐵礦石浪費現象十分嚴重。為了最大限度降低開采成本、加快開采進度，大量粘土、夾石和低A／S品位的鋁土礦石被隨意丟棄在采空區，給礦山正規開采增加了難度，造成礦石損失率、貧化率和圍巖混入率遠遠高于設計水平。民采大面積掠奪式開采破壞了鋁土礦山礦體的既有結構和圍巖的穩定性，增加了開采的危險性。同時，民采空區普遍具有暴露面積差異性大、間柱形態復雜、頂柱高程起伏劇烈等特點（見圖5），給礦山生產組織帶來了難度。

圖5 民采空區內部實景

選取西河底礦區進行調查分析。西河底礦區是礦山二期工程，1992年6月正式投產。礦區面積為5.595km2，生產規模165萬t／a，設計境界內可開采礦石量3001萬t。西河底礦區分為北采區和南采區，以5號勘探線附近的QJ142探井與ZK514鉆孔坡，節理裂隙發育，不利的地層巖性及其空間組合、巖體結構和構造、地形地貌、水文地質、溶蝕及風化作用等為邊坡的失穩提供了有利的先天條件；

（2）邊坡巖體破碎，軟弱夾層殘余抗剪強度很低，在雨水及人類工程活動的影響下促進了邊坡的滑動；

（3）邊坡處于滑移－彎曲和滑移－拉裂復合型滑坡初始階段，變形破壞機理表現為：中上段坡體沿層間軟弱夾層滑移，在此推力作用下，坡腳開挖面附近巖體產生彎曲變形，從而在彎曲變形部位發育剪切滑動面，與層間滑移面貫通后，導致邊坡整體失穩；

（4）邊坡穩定性的數值模擬結果與理論分析基本相符，說明了數值模擬結果的準確性，同時也印證了對順層巖質邊坡的劃分和理論分析方法的正確性。

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2012－01－10）