貴州省貓場鋁礦綜合機械化開采工藝適用性探析

簡永軍

（中鋁貴州分公司礦業(yè)公司，貴州 貴陽 550014）

貴州清鎮(zhèn)鋁土礦貓場礦區(qū)是一個特大型的沉積鋁土礦礦床，已探明C+D級鋁土礦儲量1.79億噸。預計資源總量大于2億噸，礦區(qū)面積80平方公里，設計生產(chǎn)能力100萬t/a，儲量豐富，市場潛力大。目前國內(nèi)鋁土礦開采普遍采用傳統(tǒng)開采工藝，具有采場建設周期長，貧化及損失率高，頂板管理難度大等缺點，在貓場鋁礦引進綜合機械化開采工藝，可在提高生產(chǎn)效率、自動化程度及安全生產(chǎn)程度，降低礦石貧化、生產(chǎn)成本，減少巷道掘進工程量，縮短采場建設周期等方面具有重要意義。

1 礦區(qū)地層及構造

礦區(qū)出露地層由老至新為：寒武系婁山關群(∈2-3Ls)，大塘組(C1d)，擺佐組(C1b)，梁山組(P1L)，棲霞組(Plq)，茅口組(P1m)，第四系(Q)，大塘組為區(qū)內(nèi)含礦地層，上段含鋁巖系(C1d2)，由粘土巖、黃鐵礦、鋁土巖、鋁土礦等組成，為鋁土礦礦體的產(chǎn)出層位；下段含鐵巖系(C1d1)，由鐵質(zhì)粘土巖、綠泥石巖、赤鐵礦等組成，為區(qū)內(nèi)鐵礦產(chǎn)出層位，假整合于寒武系不同地層之上。

礦區(qū)處于北東向的三岔河背斜東端的一個近南北向穹狀小背斜上，東鄰南北向區(qū)域構造帶，兩者呈斜接的復合關系，總體構造簡單，地層平緩；斷裂構造基本與區(qū)域斷裂構造一致，主要發(fā)育北東東向及北東向斷裂，內(nèi)部斷裂規(guī)模不大，影響較小。

2 礦體特征

礦石自然類型按結構、構造分三種類型：①土狀鋁土礦。呈淺灰、灰白色，結構疏松，吸水性強，硬度4左右，體重2.83t/m3，主要礦物成分為一水硬鋁石，分布在礦體中部，此種礦石含鋁最高，一般為78%左右；②碎屑狀鋁土礦。呈灰至深灰色，半土狀光澤，斷口參差不齊顯粗糙狀，硬度5～6，體重（2.6～3）t/m3，一般呈次棱角至滾園狀，極少部分具鮞狀，由于碎屑和膠結物成分相同，均是一水硬鋁石，碎屑與膠結物的界線逐漸過渡，模糊不清，有的碎屑具定向排列，礦物成分與土狀鋁土礦相同，此類礦石大多數(shù)分布在礦體的中上部及上部，下部較少；③致密狀鋁土礦。根據(jù)化學組分的差異，可以劃分為兩個亞類，即灰至淺灰色致密狀狀鋁土礦及棕褐色和紫色致密高鐵鋁土礦。淺灰色致密狀鋁土礦，呈灰、淺灰色，半土狀光澤，致密堅實，具貝亮狀斷口，硬度5～6，體重（2.8～3.10）t/m3，此類礦石主要分布在礦體的上部或下部；致密高鐵鋁土礦，呈棕褐色、棕色、紫灰色、暗綠色，致密堅硬，硬度6～7，體重（3.1～3.5）t/m3，具向下側(cè)變的特點。

3 礦體及圍巖力學性質(zhì)

3.1 礦體直接頂板

頂板含義系指工業(yè)礦體頂至擺佐組底間的范圍，主要為硫鋁礦、高硫鋁土礦，鋁土巖及粘土巖(有時為黃鐵礦化粘土巖)，厚度Om～16.21m，平均2.05m，礦物成分主要為一水硬鋁石、水云母、高嶺石、黃鐵礦、微量礦物為電氣石、金紅石、綠泥石等。硫鋁礦：呈灰至深灰色，粒狀結構，塊狀構造，硬度5～6；粘土巖及黃鐵礦化粘土巖：呈淺灰至灰綠色粘土巖，較多的黃鐵礦呈樹枝狀、網(wǎng)脈狀、雪花狀，雨點狀分布。硬度3～4；鋁土巖：呈灰至深灰色，致密結構，硬度4左右。

頂板不同的巖礦石類型呈似層狀，透鏡狀產(chǎn)出，極不穩(wěn)定，與主礦體接觸關系為過渡關系。礦層的間接頂板為含粘土質(zhì)厚層塊狀白云巖，厚度從71.03m～110.17m，平均84.1 8m，較為穩(wěn)定、堅固，礦體頂板局部地段直接為白云巖。

3.2 礦體直接底板

礦體直接分別為粘土巖、鋁土巖、硫鋁礦層、高硫鋁土礦層、鐵質(zhì)粘土巖、硫鐵礦層及赤鐵礦層等。

赤鐵礦：赤紅色、鋼灰色致密塊狀，細晶一泥晶結構；磁鐵礦、針鐵礦及菱鐵礦，磁鐵礦多呈團塊狀，少部分為膠狀分布于赤鐵礦中，白云石及方解石呈細小的晶粒分布于赤鐵礦孔洞中為次生礦物，其它底板巖類如粘土巖、鋁土巖的礦物成分及物理性質(zhì)與頂板相應巖類相同，礦體與底板巖類為過渡關系。

通過對貓場鋁礦礦巖物理力學參數(shù)進行分析，礦體在傾角及厚度上可滿足綜合機械化開采工藝，礦石硬度系數(shù)根據(jù)初步設計遇水崩解，巖石硬度系數(shù)在6～8之間，礦石硬度低，可滿足割煤機要求的可采范圍，頂?shù)装逵捕瓤蓾M足液壓支架的安裝要求，不會造成支架沉底現(xiàn)象；礦體夾石厚度小于0.8m甚至更小，可滿足連續(xù)落礦，對礦石貧化影響不大甚至無影響。

4 鋁土礦山引進綜合機械化開采技術工藝的優(yōu)勢

綜采工藝是煤礦開采中極為成熟的采礦工藝。貓場鋁礦采用金屬行業(yè)的采礦方法-留礦璧護頂房柱法，貧化及損失高，效率低，頂板管控難度大，安全隱患較高。綜采工藝在鋁土礦山中的應用尚處于初步探索階段，煤礦和鋁土礦的賦存條件差異較大，同時應用條件也存在很大差異。因此，必須結合貓場鋁礦現(xiàn)場實際地質(zhì)情況和礦巖特征作與煤礦進行對比分析，方能將貓場鋁礦建設成安全、優(yōu)質(zhì)、高效的新型礦山。

貓場鋁礦引進綜合機械化開采工藝具有以下優(yōu)勢。

（1）開拓采切工程量大大減少，節(jié)省采礦成本及縮短采場建設時間，同時也減少通過膠帶斜井運出地表的廢石量，減少排土場容積及人員生活占用面積；

（2）引進綜采工藝可實現(xiàn)回采工作連續(xù)落礦及運輸，大大提高機械化程度，從而提高開采強度和采礦效率；大幅度減少井下作業(yè)人員，降低人工成本和井下發(fā)生員工傷亡事故概率；

（3）采用割煤機進行落礦，與爆破落礦相比，降低頂?shù)装寮爸車鷰r體的破壞程度，提高回采工作面的暴露面積和暴露時間，再者，綜采工藝采用液壓支架進行支護，作業(yè)人員可將支架作為掩體，減少頂板冒落砸人事件概率，同時減少直接頂板粘土巖冒落造成貧化；

（4）根據(jù)當前國內(nèi)煤礦采煤機適應要求，即礦體連續(xù)、傾角小于40°、頂?shù)装宸€(wěn)固、礦厚大于1.2m、礦石普氏系數(shù)大于1.2、工作面回采結束后能自然冒落充填采空區(qū)，根據(jù)貓場鋁礦礦巖賦存條件，可引進綜采機械化開采工藝。

5 貓場鋁礦綜合機械化開采鋁土礦需注意以下問題

通過對貓場鋁礦整體系統(tǒng)及設備等分析，貓場鋁礦大部分設備為進口設備，若引進綜采工藝，將會存在一些不可規(guī)避的問題和風險，相比煤礦開采工藝，有以下問題需要高度重視。

（1）通過分析勘探地質(zhì)報告，貓場鋁礦礦區(qū)內(nèi)低硫低鐵土狀鋁土礦占43.02%，碎屑狀鋁土礦占28.36%，致密狀鋁礦占28.62%，土狀鋁土礦占多數(shù)，粘結性較強，遇水崩解，若采用綜采工藝，噴水降塵時可能粘住割煤機滾筒，對落礦造成一定影響，盡管可通過改進割煤機設備節(jié)齒，但會一定程度上提高設備功率和落礦成本。

（2）礦體直接頂板為鋁土巖和粘土巖，平均厚度2.05m，間接頂板為較厚的擺佐組白云巖巖溶裂隙含水層，隨著回采工作面的逐漸推進，直接頂板會隨之垮落，垮落的粘土巖不足以充填回采結束后的空區(qū)，需強制放頂密實充填空區(qū)，但間接頂板穩(wěn)定性比煤礦老頂頁巖及砂頁巖好，放頂困難，對開采安全造成一定的隱患。

（3）引進綜采工藝實現(xiàn)連續(xù)回采，井下保留的礦柱會大量減少，空區(qū)面積將會很大，而地表有居民居住和大量林地，地表會因采礦引發(fā)地表裂縫和塌陷，對環(huán)境的影響會加大。

（4）貓場鋁礦分三期開采，如采用綜采工藝將會導致二期鄰近地表的礦體不可采，三期范圍可控制的鉆孔較少，礦石級別相對較低，硬度增大，會增加割煤機節(jié)齒的磨損，再者，液壓支架、采煤機及刮板輸送機不能隨工作面參數(shù)的變化而隨意調(diào)整，導致貧化無法控制。

（5）煤礦因其礦體產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，回采率一般控制在95%左右，而鋁土礦礦體地質(zhì)環(huán)境相對復雜，貓場鋁礦設計回采率為71.91%，貧化率為9.57%，另外，煤礦能較好控制頂板混入，即使混入部分矸石也只能影響煤的燃燒熱值，而鋁土礦廢石混入后，貧化變大，A/S值將大大降低，一定程度降低了礦石的品位及銷售價值。

（6）貓場鋁礦現(xiàn)有設備只能滿足目前房柱采礦法，采用綜采工藝，部分設備將不可用，需購置大量配套設備，投入大，一旦試驗失敗，購置的設備將不可在傳統(tǒng)的采礦工藝上使用。

6 結論

貓場鋁礦是一個特大型的沉積鋁土礦礦床，儲量豐富，礦石優(yōu)質(zhì)，具有很大的市場潛力和前景，當前采用有色行業(yè)采礦方法-留礦壁護頂房柱法，貧化率及損失率較高，頂板管理難度和安全隱患大，若能引進綜合機械化開采技術，可大幅度提高礦石回采率和生產(chǎn)效率，減少開拓采切工程量及采礦成本，降低采場建設周期和提高安全生產(chǎn)程度。通過對礦區(qū)地層構造、礦巖物理力學性質(zhì)、礦體產(chǎn)狀、厚度、傾角等綜合分析，貓場鋁礦可引進綜采機械化開采技術，但仍存在設備磨損大，貧化難易控制等缺點，引進綜采工藝后貓場鋁礦應逐步改善和優(yōu)化其在實際應用中的不足，充分利用現(xiàn)有礦山優(yōu)勢條件，進一步促進鋁土礦山開采的可持續(xù)發(fā)展。