煤鋁共生井田煤鋁聯合開采的可行性分析

董自祥

(中國鋁業股份有限公司,北京市西城區,100082)

煤鋁共生井田煤鋁聯合開采的可行性分析

董自祥

(中國鋁業股份有限公司,北京市西城區,100082)

對興縣井田采用煤鋁聯合開采方式獲得煤炭和鋁土礦進行了可行性分析。煤鋁聯合開采一是能夠充分利用一個工業場地、一套生產系統和一套管理人員,可減少建設投資,節省了管理和運營費用,降低了綜合生產成本;二是減少了因分開布置場地而造成的壓覆資源量,增加了資源回收率;三是利用煤炭開采過程中獲得的地質資料和通過布置在煤層內的巷道對鋁土礦進行勘探,節省了勘探投資。研究認為,在興縣煤鋁共生井田推廣應用煤鋁聯合開采工藝安全上是可靠的、技術上是可行的、經濟上能夠取得效益最大化。

煤鋁共生礦區 煤鋁聯合開采 開拓方式 開采方式 可行性分析 興縣井田

近年來,我國鋁行業的迅猛發展極大地促進了對鋁土礦的需求,雖然我國鋁土礦資源較為豐富,但適合露天開采的不到總量的40%,隨著近年來大規模的開發和無序開采造成的破壞,淺層鋁土礦資源已經日漸匱乏,為滿足氧化鋁企業對鋁土礦的需求,大部分礦山企業從露天開采轉入井工開采,特別是將煤系地層覆蓋下的高質量鋁土礦資源作為獲取鋁土礦的新途徑。2014年初,河南能源化工集團義煤公司曹躍礦業獲得國內首個煤鋁聯采采礦許可證,證載鋁土礦生產規模36萬t/a、煤炭生產規模30萬t/a,開創了國內外井工煤礦煤鋁聯合開采的先河。

本文分析和探討山西興縣煤鋁共生礦區采用煤鋁聯合開采方式的可行性進行。

1 興縣井田煤鋁資源概況

山西興縣井田位于山西省西北部呂梁山區、黃河中游東岸,河東煤田河保偏礦區中部,南部毗鄰斜溝井田,北部毗鄰肖家洼井田,東部外圍有興縣關家崖煤礦、車家莊煤礦、峁底煤礦。

礦區內礦產主要以鋁土礦和煤為主,有可采煤層6層,自上而下依次為山西組的4＃、6＃、8＃煤層和太原組的13＃、14＃、15＃煤層,煤層平均可采厚度分別為1.85 m、1.07 m、2.47 m、9.47 m、1.14 m和0.87 m;鋁土礦賦存于石炭系中統本溪組一段中下部,上距15＃煤層約44 m,礦體呈層狀、似層狀,基本為單層,礦體厚度0.8～10.11 m,平均2.40 m,礦石中Al2O3含量為40.13%～79.20%,含量較高且穩定。興縣井田范圍內可采煤層和鋁土礦特征見表1。

表1 興縣井田范圍內可采煤層和鋁土礦特征表

礦區地層總體為一走向南北、向西傾斜的單斜構造,傾角5°～20°,一般小于15°,大部分區域傾角為5°～14°之間,未發現斷層及陷落柱等構造,局部有極寬緩的波狀起伏。淺部煤層瓦斯含量較低,煤塵具有爆炸危險性,可采煤層一般具有自燃傾向性,奧灰水水位標高在855～890 m之間,承壓水以上開采條件較為簡單,承壓水以下開采過程中需要采取特殊的開采措施。

目前,中鋁山西華興公司正在礦區淺部無煤區范圍內建設3個井工開采的鋁土礦,規模較小,服務年限均較短,如延長礦區服務年限,必須向深部煤層底部延伸開采。按照山西省政府和中國鋁業公司簽署的《建設中鋁山西鋁循環產業基地戰略合作框架協議》,山西省人民政府制定了《中鋁山西鋁循環產業基地改革重組調整升級推進方案》,明確支持將興縣井田煤炭資源配置給中鋁公司,這給中鋁公司在興縣井田推廣應用煤鋁聯采工藝提供了契機。

2 煤鋁聯合開采可行性分析

2.1 煤礦和鋁土礦井工開采的共同點及不同點

(1)作為井工開采礦井,煤礦和鋁土礦具有共同特點:必須具有一定規模的地面工業場地,用于保證礦井生產、運營、儲存、運輸的需要;必須具備完善的通風系統和排水系統;必須具有井下供電系統和照明系統;必須具有完善的井下行人及輔助運輸系統;必須具備完善的安全檢測監控系統和安全避災系統。

(2)由于煤礦和鋁土礦開采礦種和賦存條件具有差異性:勘探要求的精度不同,煤礦開采由于煤層賦存條件相對穩定,厚度變化不大,勘探精度要求較低,勘探工程基本線距500 m×500 m即可達到探明儲量(331)要求,而要達到同樣儲量級別,鋁土礦勘探線距為70 m×70 m;開采順序不同,由于煤層位于鋁土礦上方,必須在煤層開采完畢后方可進行鋁土礦開采;地面產品儲存場地要求不同,由于煤礦產量較大,易產生煤塵和瓦斯等有害氣體、易自燃等因素,對儲存條件要求較為嚴格,鋁土礦則較為簡單。

2.2 煤鋁聯合開采方式的可行性分析

基于煤礦和鋁土礦井聯合開采的共性分析,如在煤鋁共生礦區采用聯合開采方法進行煤鋁共采,則具有以下優點:

(1)通過共用一處工業場地、一套管理人員和一套地面生產輔助系統,大大降低了管理和運營費用,同時也減少了因單獨布置場地而造成的壓礦量,增加了資源回收率。

(2)通過共用礦井通風、井下供電、排水、井下輔助運輸系統、安全檢測監控及安全避災等系統,節省了礦井建設投資,降低了綜合生產成本。

(3)在煤炭開采過程中可以提前探明采區內的地質構造、水文情況,為鋁土礦開采提供詳實的地質資料。

(4)可以利用煤層和鋁土礦層之間較小的層間距(約44 m),在煤炭開采過程中利用采掘空間對其下方鋁土礦進行井下勘探,以探明鋁土礦分布情況、礦層厚度等,大大降低了鋁土礦的勘探費用。

煤鋁共采缺點是如果在一個采區內同時布置采煤和鋁土礦生產系統,容易造成生產工序交叉、重疊,不利于現場安全管理。

綜合分析以上因素認為在興縣煤鋁共生礦區采用煤鋁聯合開采方式獲得煤炭和鋁土礦資源從安全上是可靠的、技術上是可行的、經濟上能夠取得綜合效益最大化。

3 礦井開拓布置和開采工藝

3.1 礦井開拓布局

影響礦井開拓布局和開采工藝的因素主要有礦區地形、煤層(鋁土礦)賦存條件、施工難度、工程進度、日常生產管理及后期生產能力提升等,隨著我國煤礦機械化開采水平和集約化管理手段的不斷提高,現代化礦井開拓布局和開采設計的總體要求是資源回收率高、技術先進、系統安全可靠、自動化程度高,能夠實現高產高效。通過對影響興縣井田地質、地形條件和開拓方式的諸因素分析,認為興縣井田煤與鋁土礦聯合開采礦井適宜采用斜立井綜合開拓方式,這既有利于初期開采,又能兼顧后期深部井筒延伸的要求。具體布置方式為:

主斜井可布置2條運輸系統,1條用于運煤、1條用于運輸鋁土礦,帶式輸送機運輸,實現自井下至地面的連續運輸。

副斜井設置1條運輸系統,煤、鋁開采共用,采用小傾角斜井,裝備無軌膠輪車作為輔助運輸,可實現設備、材料、人員自地面至井下采場的連續運輸。

回風井筒采用立井布置方式,煤、鋁開采共用,通風系統的特點通風線路短,通風阻力小,有利于改善礦井通風環境,降低礦井通風費用。礦井生產后期設置進回風立井,形成礦井混合通風系統,使得礦井通風系統更為合理。

主、副井與各水平大巷要合理銜接,以求達到環節少,效率高,運營費用低,且有利于實現礦井自動化管理。

3.2 開采方法和工藝分析

3.2.1 煤炭開采

長壁綜合機械化采煤方法具有能力大、成本低、安全性好、技術先進等優點。本井田煤層為緩傾斜煤層,煤層頂、底板較穩定,適合采用長壁開采。可采煤層有薄煤層、中厚煤層和厚及巨厚煤層,由于煤層厚度變化較大,宜分別采用綜采和放頂煤綜采等工藝進行采煤作業。

3.2.2 鋁土礦開采

井田范圍內鋁土礦體基本為單層,由于奧陶系古侵蝕面凹凸不平,造成礦體厚度在局部地段有較大的變化,在奧陶侵蝕面凹陷地段礦體變厚,在凸起部位礦體變薄,而鋁土礦開采要求一是要降低成本,二是要嚴格控制圍巖混入,盡量降低貧化率,適宜礦體的采礦方法為空場采礦方法,即:厚度小于3 m的礦段推薦采用錨桿護頂電耙、鏟運機聯合出礦房柱法(簡稱Ⅰ類法)進行開采;厚度大于或等于3 m的礦段采用錨桿護頂鏟運機出礦房柱法(簡稱Ⅱ類法)進行開采。

4 需要解決的問題和對策

根據井田范圍內煤、鋁賦存壓茬關系,在同一采區進行開采作業時必須先開采上部煤炭資源,再開采下部鋁土礦資源,在采煤期間利用采掘空間對下方鋁土礦進行補充勘探作業,為避免交叉作業帶來的影響,可以采取以下措施:

(1)鋁土礦的井下補充勘探作業可以在煤炭開采期間,充分利用工作面檢修時間,沿工作面走向每70 m布置一排鉆孔,按照工作面長200 m計算,每排4個,即上下工作面平巷各1個,工作面內2個。

(2)在上一個采區煤炭回采結束后,保留采區主要生產、輔助系統,為單獨開采鋁土礦服務。

5 結論

(1)在興縣煤鋁共生井田推廣應用煤鋁聯合開采工藝安全上是可靠的、技術上是可行的、經濟上能夠取得效益最大化。

(2)在同一井田內共用一套生產輔助系統和一套管理人員進行煤鋁聯合開采,減少了礦井建設投資、節省了管理和運營費用,降低了綜合生產成本。

(3)減少了因分開布置工業場地而造成的壓覆資源量,增加了資源回收率。

(4)利用煤炭開采過程中獲得的地質資料和通過采掘空間對鋁土礦進行勘探,節省了勘探投資,為鋁土礦開采提供詳實的地質資料,達到事半功倍的效果。

參孝文獻:

[1] 呂大煒,劉海燕等.華北板塊晚古生代海侵事件沉積類型及分布[J].中國煤炭,2014(8)

[2] 王方田,陳芳等.淺埋房式采空區下煤層長壁綜采礦壓規律研究[J].中國煤炭,2012(5)

[3] 唐永志,葛沐曦等.近距離煤層聯合開采技術與實踐[J].煤礦開采,2002(2)

(責任編輯 張毅玲)

Feasibility analysis of coal-aluminum combined mining method in symbiotic field of coal and aluminum

Dong Zixiang
(Aluminum Corporation of China,Xicheng,Beijing 100082,China)

This anthor discussed the feasibility of coal-aluminum combined mining method which was able to mine both coal and bauxite in Xing country field.The miming method took full advantage of one and the same industrial site,production system and administrative staff,which reduced construction investments and the comprehensive costs of management,operation and production;reduced the quantity of covered resources caused by separate layout of the industrial site,and lifted the resource recovery;the geological data obtained in the process of coal mining and the roadways lay in coal seam were utilized to bauxite exploration,which could save the exploration investments.The results show that,it was reliable in safety and technically feasible for popularization and application of coal-aluminum combined mining in symbiotic field of coal and aluminum in Xing country,and it could achieve economically benefit maximization.

symbiotic field of coal and aluminum,coal-aluminum combined mining,development form,exploitation mode,feasibility analysis,Xing country field

TD 82

A

董自祥(1969－),男,漢族,采煤工程師,中國鋁業公司能源管理部從事礦山安全技術管理工作。