鋁礦民采空區礦體安全高效開采技術研究

摘 要：由于在我國鋁土礦區內存有不少民采空硐和巷道，不僅對礦體原生結構造成了嚴重損壞，還威脅著礦山的安全生產工作。在民采中處于獲取更大開采利益的考慮，采空區被遺棄著大量貧礦和廢石，影響了大型設備的作業進程。為此，本文首先對某鋁礦民采空區分布進行了調查分析，論述了該鋁礦民采空區頂板安全臨界厚度和穩定性，最后對鋁礦民采空區礦體高效綜合開采技術進行了研究分析，以期促進我國鋁礦開采行業的可持續發展。

關鍵詞：鋁礦民采空區；安全高效；開采技術

在鋁礦民采過程中，存在采富棄貧、頂柱形狀不規則、礦主間隔尺度大等問題，并造成正規開采中的貧化率、礦石損失率處于相對較高的情況。在本文探討的某鋁礦民采空區內，由于民采過程的破壞，挖掘機械在運行中出現了陷落采空區的問題，并帶來人員和財物的嚴重損失。因此，對鋁礦民采空區礦體安全高效開采技術進行研究具有重要的現實意義和價值。為此，本文首先對某鋁礦民采空區分布進行了調查分析，論述了該鋁礦民采空區頂板安全臨界厚度和穩定性，最后對鋁礦民采空區礦體高效綜合開采技術進行了研究分析，以期相關鋁礦民采空區安全開采工作提高一定的建議，并推動鋁礦開采經濟效益和社會效益的提升。

1 鋁礦民采空區分布的調查分析

該鋁土民采空區位于我國山西省境內，是當前我國最大的露天鋁土礦區。經過相關現場調查分析，發現該民采空區嚴重破壞了礦山結構，在整個礦區內，民采空區礦體的比重已經超過30%。在民采空區的具體開采方式，該礦區存在多種方式，比如露天開采、斜井開拓、平硐開拓以及豎井開采等，其中最主要的開采方式就是平硐開拓，而且該方式對鋁土礦體造成的破壞力也是最大的。

2 鋁礦民采空區頂板安全臨界厚度分析

在影響礦山生產安全的因素中，采空區一直都是主要和常見的危險來源。在鋁礦民采空區分布的調查分析的基礎上，筆者又對其頂板安全臨界厚度進行了分析。經過現場調查，結合巖體力學方面的參數試驗折減計算，本文對該鋁土民采空區創建圓形隧道力學模型，并借助于Reissner厚度理論進而對地面超載、礦巖自重以及等效移動在和等三種條件下的臨界厚度進行分析，首先得出安全系數在1.0到1.3之間的內容，發現巖體為頁巖、灰巖、砂巖、鋁土礦等不同情況時，14.5、18.6、21.8m條件下的采空區頂板在安全臨界厚度上也存在一定差異，如圖1所示。所以在鋁土民采空區的現場實踐中，可以依據鋁礦民采空區頂板在不同條件下的臨界厚度情況，從而為預防運輸、采礦等機械陷落采空區的風險提供重要根據。

3 鋁礦民采空區礦體穩定性分析

根據以上分析，采空區對于鋁土礦山礦體的安全影響不言而喻。在該鋁土礦山內存在不少采空區，這些民采空區不但對礦體原生結構造成了嚴重損壞，還威脅著礦山的安全生產工作，尤其是在礦石貧化率、損失率以及圍巖混入率上，民采空區都造成了極為不利的影響，這主要體系那再高品位礦鋁土礦石的難以回收上。所以，本文在對現場民采空區的分析調查上，結合民采巷道的三位數值模型對鋁礦民采空區礦體穩定性進行了研究分析，并得出以下結果：

（1）在該民采雙體喊道采空區的頂部，尤其是頂板中部區存在著拉應力聚集的情況，由于跨度較大的巷道頂板上拉應力相對較大，造成其很容易出現拉伸損壞的問題；此外，間柱區域存在壓應力相對較大的情況，而且壓應力隨著間柱變薄而變大。

（2）在該民采空區的單體巷道中，空區的最大拉應力和地表延伸的方向呈一致性。伴隨著跨度的增加，最大拉應力也會相應增大，在拉應力向壓應力轉化后，最大壓應力呈現出先變小后變大的變化規律。究其緣由，主要因為應力的方向受到傾斜礦體形狀改變的影響，并且最大壓應力也會受到高度和跨度的影響。

4 鋁礦民采空區礦體高效綜合開采技術研究

4.1 鋁礦高損失率和高貧化率的原因分析

由于民采空區的大量存在，嚴重提高了該鋁礦開采的損失率和貧化率，進而成為鋁礦民采空區礦體高效綜合開采技術應用最大阻礙。為此，本文首先對該鋁礦高損失率和高貧化率的原因進行了分析，具體包括以下幾個方面：

（1）礦山地址工作相對薄弱。因為該鋁礦開采地區為存在沉積型礦體帶有的復雜性，所以導致回采作業的難度比較大，在鋁土礦體礦體中，頂板、邊界以及底板的總比重約為90%。同時，在生產探礦中沒有給予充足的投入，造成開采工作不能全面掌握礦體品味分布狀況，直接影響到礦體再次圈定的準確性，進而影響鋁礦民采空區礦體高效綜合的開采。

（2）生產技術參數不合理。在鋁礦開采中，大型化的生產設備不僅符合高效生產的理念，還有助于開采成本的降低。但是在對特殊形狀礦體進行回采中，大型開采設備的應用會導致不少圍巖混入到產品中，進而提高了鋁礦石的貧化率；另一方面，由于邊角礦體在開采中被遺漏，從而提高了礦石開采的損失率。所以在鋁礦民采空區礦體高效綜合開采中，不能一味運用大型化設備，應當結合開采的實際需要對生產工藝參數進行合理設置。

（3）露天清頂不夠徹底。在鋁礦露天開采的清頂作業中，大型機械往往不能對礦體上的圍巖實現一次性清除，還會在成大量圍巖在開采中混入到礦石產品內，進而給采礦的品質帶來不利影響。

（4）露天穿孔爆破控制不佳。因為鋁土礦體的頂板界限不太顯著，起伏相對較大，因此在對堅硬圍巖實行露天穿孔爆破時，炮孔超深、孔網參數、炮孔裝藥組成等參數和礦體變化不相適應，從而引起礦石損失率和貧化率的提高。

（5）采礦方向不合理。因為鋁土礦體的變化不具有規律性，不能實現有效的控制，尤其是在上盤和下盤的確定上，通常在回采中只會選擇自上盤向下盤方向進行的采礦流程，這種不合理的采礦方向不僅增加了剝離工作量，還導致了貧化損失率的居高不下。

4.2 高效綜合開采的技術對策

4.2.1 強化礦山生產地質工作。注重鋁礦民采空區的日常地質和生產勘查工作，充分運用探采結合等措施，對采區的成礦水文條件和地質條件進行探明，通過增加采樣密度來掌握鋁土礦體的邊界情況，重視礦體的在此圈定工作。在對礦層厚度、區域以及延展趨勢進行判斷依據工作臺階坡面地質狀況。另外在爆破穿孔過程中，不僅要應用鉆機來超前探礦，還要在判別礦體的產狀時結合過往的勘查工程資料。

4.2.2 嚴格執行漏斗裝巖石的清除和露天清頂等工作。對頂板的清理管控工作進行強化，當頂板廢石厚度超過1cm時，必須全部清除干凈，而且在進行分采分運中嚴格依據礦塊的品質分布狀況，對于漏斗廢石的清除工作，應當選用中小型設備。

4.2.3 對采礦方向適當改變。依據鋁土礦體的走向，選取適應的采礦回采方向，合理選用下盤向上盤方向推進和上盤朝下盤方向推進的模式，并對剝離工作量進行控制，從而在降低貧化率的基礎上提高礦石資源的回收效率。

4.2.4 改進礦山質量管控。對采場礦石的質量管控進行強化，尤其是在采礦工程的設計中注重施工質量方面的監督。同時，增強機械操作人員的專業素質，特別是礦體特征的分辨能力。

4.2.5 提升作業人員的素養。對于地質、檢驗、測量等工程技術人員而言，需要具有實時提供采礦現場服務的能力，不僅要對鋁土礦體的產狀、品味、頂底板分界線以及礦體階層石的分布予以明確，還需要及時傳導相關指令，促進鋁礦民采空區礦體高效綜合開采的有效進行。

參考文獻

[1]鄭學敏.特大采空區下礦柱回采的安全性評價[J].礦治研究與開發，2012，12（6）.

[2]劉沐宇，徐長佑.地下采空區礦柱穩定性分析[J].礦治工程，2011，20（10）.

[3]鮑愛華.論金屬礦山安全隱患的辨識與控制[J].采礦技術，2011，3（2）.