鋁土礦山應(yīng)用綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的可行性初探

吳延平

（國(guó)家電投集團(tuán)貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，貴州 務(wù)川 564305）

綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝在煤礦中運(yùn)用非常成功與廣泛，技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，它與鋁土礦傳統(tǒng)使用的房柱法開(kāi)采相比具有可實(shí)現(xiàn)連續(xù)開(kāi)采、節(jié)約井巷工程量、人員配置少、安全保障能力高等優(yōu)點(diǎn)，因其對(duì)礦石硬度及礦體賦存條件的限制，在有色金屬礦山難以推廣應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。

國(guó)家電投集團(tuán)遵義公司下屬瓦廠坪鋁土礦位于貴州省遵義市務(wù)川縣，資源儲(chǔ)量3790萬(wàn)噸，其礦體展布情況、賦存情況等開(kāi)采技術(shù)條件與煤礦相近。本文對(duì)礦山開(kāi)采技術(shù)條件與綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的要求進(jìn)行分析比較，借鑒煤礦開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，在條件符合的鋁土礦山引進(jìn)綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝優(yōu)點(diǎn)分析

綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝采用液壓支架護(hù)頂、采煤（礦）機(jī)落礦、刮板輸送機(jī)出礦、移動(dòng)皮帶加固定皮帶皮帶運(yùn)礦，安全系數(shù)及機(jī)械化程度高，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，生產(chǎn)高效可靠。

（1）回采采場(chǎng)連續(xù)推進(jìn)，不留礦柱（點(diǎn)柱），跨上山（斜井）開(kāi)采，提高資源回收率。

（2）生產(chǎn)工藝比較先進(jìn)，機(jī)械化裝備水平較高，大大提高開(kāi)采強(qiáng)度及安全保障。

（3）單個(gè)采場(chǎng)生產(chǎn)能力高，礦山只需投產(chǎn)一個(gè)采區(qū)1～2個(gè)采場(chǎng)就達(dá)到100萬(wàn)t/a的能力，可大幅減少基建和生產(chǎn)時(shí)期的井巷工程量，節(jié)約基建投資。

（4）1～2個(gè)綜采場(chǎng)即能達(dá)到100萬(wàn)t/a的能力，人員配置全礦僅需500人左右，比采用傳統(tǒng)房柱法減少約一半人員，既降低了人工成本，提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)降低了井下發(fā)生安全事故人員傷亡概率。

（5）采場(chǎng)控頂范圍小，采用液壓支架支護(hù)或單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)頂板，緊隨回采面推進(jìn)，能及時(shí)支護(hù)采場(chǎng)上方不穩(wěn)定直接頂板，不僅減少了圍巖混入對(duì)礦石貧化的影響，而且工人在安全的位置作業(yè)，降低了井下發(fā)生人員傷亡事故概率。

（6）減少井巷工程量和作業(yè)人員，使廢石場(chǎng)征地面積和人員生活占用面積將減少。

（7）生產(chǎn)集中，坑內(nèi)的用電負(fù)荷相對(duì)集中，簡(jiǎn)化了供電系統(tǒng)。

2 適用條件對(duì)比及分析

2.1 傾角

綜采技術(shù)適用條件為礦體傾角小于40°，瓦廠坪礦礦體傾角總體變化平緩，一般在17°～26°之間，滿足條件。

2.2 硬度

綜采技術(shù)適用條件為礦石硬度系數(shù)f≤4（局部f≤7）。

瓦廠坪礦區(qū)地質(zhì)報(bào)告中礦石硬度系數(shù)一般為0.47～1.81，礦石類(lèi)型為土狀半土狀、豆?fàn)睢⑺樾紶?、致密狀，大部分礦石能夠符合條件；其中致密狀鋁土礦硬度較高，但其占比較低且一般零散分布在礦層中間及礦體深部，集中度不高，不會(huì)對(duì)工藝產(chǎn)生大的影響。

礦石類(lèi)型所占比例統(tǒng)計(jì)表單位：%

礦 區(qū) 瓦廠坪礦石類(lèi)型土狀、半土狀 54豆?fàn)?12碎屑狀 17致密塊狀 17

2.3 礦體穩(wěn)定性

綜采技術(shù)適用條件為礦體賦存穩(wěn)定、連續(xù)，適合大型機(jī)械連續(xù)作業(yè)。

瓦廠坪礦屬沉積型鋁土礦床，礦體產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）中部，其露頭線端呈“U”字型展布，走向長(zhǎng)度3000～4000米，單一層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致，連續(xù)性好，無(wú)礦天窗較少。

瓦廠坪東翼礦厚0.7～3.88米，平均2.38米；西翼礦厚0.5～1.9米，平均1.45米，礦體賦存較穩(wěn)定、連續(xù)性好，基本滿足適用條件。

2.4 頂?shù)装宸€(wěn)定性

綜采技術(shù)適用條件為頂?shù)装逑鄬?duì)穩(wěn)固，f＞1.2，開(kāi)采后頂板能自然垮落充填采空區(qū)。

礦體直接頂板為鋁土巖、頁(yè)巖，屬軟質(zhì)巖石，水泡浸后即松散解體，天然的單軸抗壓強(qiáng)度0.46～24.4MPa（f=0.05～2.44），一般12～14 MPa（f=1.2～1.4），穩(wěn)定性差，易于剝落，該層厚度2～3m；其上覆礦層間接頂板即棲霞組白云質(zhì)灰?guī)r或生物灰?guī)r，此層巖石的整體性良好，f為3.87～7.04。礦體的直接底板為鋁土巖，遇水軟化，巖石力學(xué)性質(zhì)較差，f為0.47～1.81；其下伏礦體間接底板為韓家店組泥巖或頁(yè)巖，屬較堅(jiān)硬巖石，巖石力學(xué)性質(zhì)比鋁土巖略好，飽和單軸抗壓強(qiáng)度8.9～30.1 MPa（f=0.89～3.01），此類(lèi)巖石經(jīng)水長(zhǎng)期泡浸后易發(fā)生軟化。

從上述描述可知頂?shù)装鍡l件基本符合，但由于頂板與間接頂板硬度系數(shù)相差較大，直接頂板垮落后間接頂板沉降充填時(shí)間較長(zhǎng)，將對(duì)頂板管理帶來(lái)一定難度，必要時(shí)需輔以人工放頂。

直接頂?shù)装鍘r石硬度系數(shù)表

位置 巖性 巖石硬度系數(shù)f間接頂板 白云質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r 3.87～7.04直接頂板 鋁土巖 0.47～1.81直接底板 鋁土巖 0.47～1.81間接底板 泥巖、頁(yè)巖 3.01

通過(guò)以上使用條件對(duì)比及可行性分析可知，瓦廠坪礦各方面情況基本滿足綜采技術(shù)適用條件，具備引進(jìn)綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的可能。

3 存在的問(wèn)題及優(yōu)化改進(jìn)措施

通過(guò)以上分析基本認(rèn)可了鋁土礦應(yīng)用綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)的可行性，但由于鋁土礦與煤礦各方面差異較大，初步分析存在以下問(wèn)題：

（1）由于土狀半土狀鋁土礦在礦體中所占比重較大，其粘性較強(qiáng)，易粘結(jié)在采煤（礦）機(jī)滾筒及刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)內(nèi)，需對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等進(jìn)行個(gè)性化研究改進(jìn)，減少其對(duì)落礦、裝礦的影響。

（2）礦體直接頂板為鋁土巖易垮落，其厚度與礦體厚度基本一致，冒落后不足以完全密實(shí)充填采空區(qū)，而間接頂板為棲霞組白云質(zhì)灰?guī)r或生物灰?guī)r，整體穩(wěn)固性良好，需研究合適的放頂方式以防間接頂板大面積突然垮塌，造成設(shè)備損害和發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

（3）氧化鋁工藝對(duì)礦石含水率要求較高，采煤（礦）機(jī)開(kāi)采過(guò)程中切割礦體時(shí)，因設(shè)備降溫及噴霧降塵的需要，勢(shì)必有額外水分進(jìn)入采出礦石，需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化設(shè)計(jì)減少水分進(jìn)入。

（4）礦石損失率、貧化率是鋁土礦山開(kāi)采中的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，在礦體厚度超出采煤（礦）機(jī)允許范圍地段將造成礦石損失率、貧化率的異常波動(dòng)，因此在進(jìn)行綜采三機(jī)設(shè)備配套選型時(shí)，必須充分考慮礦體厚度的分布情況，選擇合適的滾筒及采高范圍，確保礦石損失率及貧化率在合理范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)家電投集團(tuán)已經(jīng)將“鋁土礦綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝研究與應(yīng)用”列為科研項(xiàng)目，計(jì)劃在瓦廠坪礦進(jìn)行綜采試驗(yàn)研究，成功后將在類(lèi)似的大竹園礦等礦山進(jìn)行推廣應(yīng)用。

由于綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝在有色金屬礦山尚無(wú)應(yīng)用先例，因此應(yīng)委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面的可行性研究，尤其在鋁土礦特性及與煤礦的差異性方面開(kāi)展專(zhuān)題研究，對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化的優(yōu)化改進(jìn)后再行實(shí)施，方能確保引進(jìn)應(yīng)用的可靠性。