鋁土礦地下開采“兩率”指標控制的探討

簡永軍

（中鋁貴州分公司礦業公司，貴州 貴陽 550014）

金屬鋁作為我國重要工業原料之一，隨著國內對鋁資源的需求不斷增大，對其合理的開發利用尤為重要。就目前我國鋁土礦開采情況來看，地表淺層的鋁土礦已經逐步采完閉坑，逐漸轉入地下開采，但是地下開采相較于露天開采難度很大，如果生產工藝和開采技術不合理就會造成礦產資源的嚴重浪費甚至永久損失，故采取怎樣的措施和方法降低貧化率和損失率，選擇合理的采礦工藝，確保礦產資源合理開發利用保障資源的最大利用化是目前鋁土礦地下開采亟需解決的難題。

1 中鋁貴州分公司某鋁土礦開采現狀

在礦體埋藏較淺的條件下，從安全和成本投入的角度考慮，選擇露天開采最為合適。中鋁貴州分公司范圍的鋁土礦山多年來主要以露天開采為主，貧化率及損失率對礦石開采質量沒有較大的影響，一直控制在5%左右?，F如今，露天礦區逐步開采結束進入土地復墾和植被恢復治理階段，主要以地下開采礦山為主，但頂底板巖層的軟弱，遇水易泥化的性質給礦山礦石開采帶來了一大難題。公司一直以來秉承科技興礦的科學發展觀，積極研究控制頂板的綜合技術，防治地表塌陷技術及嗣后充填采礦技術等科研項目，目前正處于試驗和探索階段，開采技術方法尚未成熟。

2 礦體賦存條件及產狀的復雜性

圖1 9#勘探線斷層傾角示意圖

礦區位于揚子準地臺黔北臺隆的貴陽復雜構造變形區，正處于該變形區內北東向構造與南北向構造的交接復合部位。區域礦產以沉積礦床為主，主要有鋁土礦、煤、鐵等十多種礦產。該礦為特大型沉積型鋁土礦床，含礦巖系為下石炭統大塘組（C1d）。含礦巖系厚度受其下伏地層古喀斯特侵蝕程度制約，凹處厚度大，凸處厚度小。具明顯二分性，上段為含鋁巖系，下段為含鐵巖系。礦體沿走向和傾向上起伏較大，產狀及厚度也隨之變化，給鋁土礦地下開采施工隊伍造成較大的困難。如礦區9#勘探線。

從圖中可以看出，1200m標高處礦體處于F48斷層帶，斷層傾角72°，斷距6m，頂板極易垮塌，造成礦巖混采，貧化較大，致使采出礦石品位達不到氧化鋁要求。在鉆孔ZK905含礦層出現礦體尖滅和突變，尖滅處礦體厚度為1m～1.5m，若開采礦體，鑿巖和出礦作業空間高度達不到設備及人員進出要求，予以舍棄會造成礦石損失增加。

3 鋁土礦質量的復雜性

出礦質量一般以AL2O3含量為主，但并非決定因素。SiO2的含量對出礦質量也有決定性作用，《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質勘查規范》（DZ／T02022002）中將AL2O3及A/S比值作為鋁土礦的工業指標，而鋁土礦的圍巖及直接頂底板中SiO2的含量比礦石中SiO2的含量高，故圍巖或直接頂底板廢石的混入將大幅度降低A/S值，出礦質量控制難度較大。

以中鋁貴州分公司貓場鋁礦為例，大塘組（C1d）為礦區含礦層，自上而下分為兩個巖性段，上段為鋁質巖段，其中上部為鋁土礦層直接頂板，下部為紫紅色鋁土礦夾鋁土巖，平均厚度4.82m。下段為鐵質巖段，為鋁土礦層的直接底板，由暗紅色、鋼灰色赤鐵礦、紫紅色鐵質粘土巖、綠泥石粘土巖組成，平均厚度3.22m。貓場鋁礦礦石與圍巖化學成分表。

表1 鋁礦礦石與圍巖化學成分表

從化驗結果分析，頂底板及夾層的SiO2含量向較于礦石SiO2含量較高，假設廢石混入按10%計算（其中頂板占4%、底板占5%、夾層占1%），通過采出礦石品位公式：

Ck：采出礦石品位，%。

ρ：廢石混入率，%。

C ：采出礦石地質品位，%。

C′：采場圍巖品位，%。

計算出 ：Al2O3為69.1%、SiO2為9.35%、Fe2O3為2.07%、S為0.484%、A/S為8.0，經過10%的圍巖混入后，Al2O3降低了3.5%，SiO2增大了2.3%，Fe2O3增加了0.82%，S增加了0.21%，A/S降低了2.3，從此可以看出，廢石的混入對于A/S及S的影響甚大，當原礦中A/S值越高，S越高，廢石混入的影響越大，故在礦石開采過程中，必須嚴格控制廢石混入，提高礦石出礦品位。

4 原因分析

4.1 頂底板起伏變化大

由于地質構造原因，礦體頂底板在傾向與走向上起伏都比較大，現場技術交底不充分，施工人員對地質情況不明及技術能力達不到要求是導致掌子面采幅控制不能適應頂底板起伏變化的主要原因，若不能得到有效控制，將會造成損失、貧化增大。

當礦厚小于人員及設備作業空間基本要求時，會造成低品位圍巖混入礦石，從而致使采場貧化增大。當礦體平均厚度1.2m～1.8m，由于采礦設備、人員作業空間至少需要1.8m，雖然采用傾斜分條采礦法，但分條間距在10m左右，作業面在分條中沿走向布置，但10m的推進距離不可避免地要求部分地段采幅大于礦體厚度，因此不可避免混入部分低品位圍巖。

4.2 頂板冒落

礦體直接頂板大部為不穩固鋁土巖，之上為極不穩固炭質頁巖，由于礦體較鋁土巖穩固，設計保留30cm～50cm礦層護頂，但鋁土巖與致密狀鋁土礦呈漸變過渡，界線不明顯；采場技術交底不夠，作業人員對現場情況不清楚，回采時不易控制，因此采礦過程經常出現揭露頂板，導致頂板冒落，采礦作業人員危險性增大，使得采場部分地段不得不停止采礦，以防低品位圍巖冒落混入礦石中，造成采場礦石貧化。

4.3 電耙超挖

礦體底板為不穩固粘土巖，礦體底板起伏變化大，電耙出礦時不可避免的將凸起的部分圍巖耙入礦石中，造成采場礦石貧化；同時損失掉凹陷部的鋁土礦。電耙耙礦不能適應凹凸不平的底板，因此耙礦過程中容易超挖底板，這也是造成采場礦石貧化的主要原因。

4.4 頂底板邊緣炮孔布置不合理

由于現場施工人員經驗欠缺，炮孔在采幅線附近布置位置不合理、炮孔傾角不適應礦體傾角，爆破過程中就會不可避免的破壞頂底板圍巖，將其混入礦石中，造成了礦石的貧化。當炮孔離頂板只有不到20cm，甚至有的炮孔就布置在頂板邊緣時，就會造成破頂。根據礦體及圍巖的性質，炮孔離頂板距離需要在40cm左右才能有效的保護頂板。

5 降低損失貧化的措施與方法

5.1 建立礦區采場技術檔案

采場是礦山生產組織的最小單元，是落實好礦山生產經營的基礎，是礦山的生命細胞，管理好每個細胞是礦山完成所有生產經營目標的根本。從地質勘查到生產，隨著礦體的揭露程度的增加和對礦體的認識程度的不斷提高，礦區的資源儲量會越來越接近實際，有時可能發生較大的變化，因此礦區年度儲量動態監測工作尤為重要，要做好礦區儲量動態監測，必須對每個采場建立技術檔案，實時掌握每個采場的儲量動態變化情況。建立的采場技術檔案中必須包括采場單體設計，采場工程地質編錄，二次圈定報告，采場生產統計臺賬及閉坑報告等。采切工程的地質編錄需及時跟進，并與生產勘探和原設計進行對比，發現礦體產狀和厚度發生變化時要及時分析原因。當整個采場采切工程施工完畢之后要及時組織進行二次圈定并編制二次圈定報告，重新圈定礦體范圍和估算采場保有資源儲量，并與生產勘探報告和設計進行對比分析。采場每天的出礦質量和產量需要進行生產臺賬統計，并放入采場技術檔案資料中。當采場回采完畢后，根據二次圈定報告和生產統計臺賬進行編制閉坑報告，及時計算采場回收率與貧化率，同時與原設計進行對比分析，當與原設計偏差較大時需認真分析原因，提出相應的補救和改進措施。

5.2 加強施工管理，強化施工質量

在進行打眼操作之前必須由技術人員用油漆畫出打眼范圍和炮孔位置；打眼完成之后，技術人員必須對完成炮孔認真進行檢查，對于不符合要求或者距離頂板不足40cm的炮孔不允許裝藥；進行出礦時，由技術人員在現場對鏟運設備進行監督，不能超挖底板和鏟裝大塊廢石；對于肉眼無法判斷的礦巖，必須進行取樣化驗，根據化驗結果為出礦作業順序提供相應的指導；單個采場采礦結束后，由測量人員對采空區進行實際測量，進行計算采場的貧損指標，當實際指標與原設計指標偏差較大時必須分析原因，提出改進措施為后期采場施工提供技術指導。

5.3 研究成礦規律

成礦規律是指礦體在空間的分布形態和集中分布規律，是指導礦床勘查，進行成礦預測的基礎。地質是采礦的“眼睛”，必須堅持“地質在前，設計施工在后”的原則。只有摸清礦體成礦規律和礦體形態，完善地質工作之后，方能為采礦設計與生產提供可靠的指導作用，同時也能減少礦石損失與貧化。

5.4 加大與高等院校、設計院合作力度，推進科研項目

貓場鋁礦目前采用的留礦壁護頂房柱法，此采礦方法在地下鋁土礦開采中仍處于起步摸索階段，礦體頂板邊界不清楚時，難以確定留設護頂礦壁的厚度，容易造成超采或欠挖，造成回采貧損指標高，降低了采出礦石品質，同時給回采安全帶來嚴重的威脅。在礦山安全管理要求及氧化鋁廠對采出鋁土礦品質要求逐漸提高的環境開展科研項目研究是非常必要的?？蒲许椖砍晒Φ脑囼瀸⒅笇УV山安全高效生產，為類似礦山提供借鑒和參考作用，同時為中鋁集團在以技術創新為主體的礦業新形式下提供強勁動力，推動我國地下鋁土礦開采技術的發展。

6 結論

鋁土礦資源屬于不可再生資源，在開采過程中應充分考慮資源的回貧技術指標，確保資源的最大限度的回收與利用。

（1）建立采場技術檔案是礦區進行年度儲量動態監測的一種方法，同時也是分析貧化率和損失率的依據，對于采場閉坑后核算的回貧指標若與原設計偏差較大，務必認真分析原因，提出改進措施。

（2）現場作業施工質量的優劣取決于施工隊伍和技術人員，技術人員應及時進行現場技術指導，確保施工質量。

（3）地質人員應認真研究礦區成礦規律，為采場設計人員提供可靠的地質資料。

（4）秉承科技興礦原則，加大與高等院校、設計院的合作力度，提高礦石回收率，降低礦石貧化率。