瓦廠坪鋁土礦1102工作面綜采試驗相關影響參數的分析與探討

徐曉乾 向 龍 邵國君 周 啟

(1.貴州省煤礦設計研究院,貴州 貴陽 550025；2.貴州省礦山安全科學研究院,貴州 貴陽 550025；3.中電投貴州遵義產業(yè)發(fā)展有限公司,貴州 遵義 564300)

瓦廠坪鋁土礦1102工作面綜采試驗相關影響參數的分析與探討

徐曉乾1，2向 龍1，2邵國君3周 啟3

(1.貴州省煤礦設計研究院,貴州 貴陽 550025；2.貴州省礦山安全科學研究院,貴州 貴陽 550025；3.中電投貴州遵義產業(yè)發(fā)展有限公司,貴州 遵義 564300)

瓦廠坪鋁土礦開采技術條件與煤礦相近，其采礦方法可借鑒煤礦開采經驗，引進綜合機械化開采技術，以提高勞動生產率、降低安全風險。但氧化鋁廠對鋁土礦提供的產品質量要求較高，因此必須在嚴格控制礦產品的品位和鋁硅比的基礎上，對影響鋁土礦綜合機械化開采可行性的相關參數進行論證和分析。金屬礦山采用綜合機械化采礦技術在國內尚屬首次，必須要對其適應性進行試驗。瓦廠坪鋁土礦1102工作面礦體的傾角大部分在15°～30°之間，平均21°，礦石硬度系數大部分在0.47～1.8之間，地質構造較為簡單，頂底板條件與煤礦很接近，同時通過對掘進過程中的樣品和地勘資料提供的化學成份進行對比綜合分析，若1102工作面采高為2 m時，礦體中Al2O3含量>60%，鋁硅比(A/S)>5.5，2項主要指標均能滿足氧化鋁廠要求。因此從煤礦開采的經驗及相關影響參數的分析來看，瓦廠坪鋁土礦1102工作面進行綜采技術的適應性試驗是可行的。

鋁土礦 綜采 影響參數

貴州是鋁資源大省[1]，但受鋁土礦床賦存條件的影響，鋁土礦開采規(guī)模較小，采場內均未實現機械化的開采，采礦方法較為單一，勞動生產率低。瓦廠坪鋁土礦設計生產能力為100萬t/a，是我省當前建設的大型鋁土礦山，該礦礦體賦存條件較好，資源儲量豐富[2]，設計采用井工開采。由于該礦的開采技術條件與煤礦非常相近，因此該礦的采礦方法擬借鑒煤礦開采經驗，引進綜合機械化開采技術，以提高礦井勞動生產率、降低安全風險。金屬礦山采用綜合機械化采礦技術在國內尚屬首次，該礦準備在首采的1102工作面進行綜采試驗性相關研究，找出金屬礦山采用綜合機械化開采的主要影響參數[3-7](礦體賦存條件、頂底板巖性、礦體物理力學及化學特性)，以便為下一步綜采技術成功試驗提供科學依據。

1 1102工作面概況

瓦廠坪鋁土礦位于貴州省務川縣城北東，隸屬于中電投貴州遵義產業(yè)發(fā)展有限公司，礦區(qū)面積10.13 km2，設計生產能力100萬t/a，采用平硐+盲斜井開拓，全礦井劃分為東、西兩翼開采，其中東翼劃分一個水平3個采區(qū)開采，水平標高為+925 m，西翼劃分為一個水平3個采區(qū)開采，水平標高為+700 m。礦井設計首采東翼一采區(qū)的1102工作面，該工作面作為綜采試驗工作面來開采，位于瓦廠坪礦區(qū)的E～15號勘探線之間，標高+1 240～+1 301 m。1102運輸順槽設計長度770 m，回風順槽設計長度783 m，該采面水平面積約93 477 m2，可采儲量約43萬t。截至2013年底，1102回風順槽已施工完成，1102運輸順槽已施工300 m。

2 1102工作面綜采試驗影響參數

2.1 含礦地層及礦體賦存條件

該區(qū)域含礦地層為中二疊統梁山組，屬綠泥石巖、黏土巖、鋁土巖系列沉積，該組總厚6.20～15.90 m。1102工作面范圍內礦體厚度總體較穩(wěn)定，真厚度大部分在2 m左右；最小真厚0.5 m(垂直厚0.54 m)；最大真厚超過3 m，礦體平均真厚1.97 m(垂直厚2.16 m)。礦體厚度變化規(guī)律不甚明顯，局部礦體厚度變化較大，但厚薄變化的過渡較為平穩(wěn)；回風順槽揭露的第二條斷層F2上盤厚2.0 m左右的礦層中夾有厚約0.5 m的鋁土巖。根據1102運輸及回風順槽掘進所揭露的情況看，礦體的傾角大部分在15°～30°之間，平均21°。

2.2 地質構造情況及礦體特征2.2.1 1102工作面地質構造特征

⑴褶曲。礦區(qū)的一級褶皺為鹿池向斜，呈不對稱結構，東翼傾角較緩，西翼巖層傾角較陡。1102工作面位于鹿池向斜東翼，傾角較緩，傾角大部分在15°～30°之間，個別地段超過30°，傾向290°～320°。巷道掘進過程中未發(fā)現明顯二級褶皺。

⑵斷層。根據地質勘探報告及1102回風順槽和運輸順槽掘進過程中實際的揭露情況，1102工作面范圍內共發(fā)現有3條斷層。各斷層特征敘述如下：①推斷斷層TF1，根據ZKH-2號鉆孔資料顯示有礦層重復，推斷該斷層為逆斷層，斷距5～8 m，傾角30～50°，走向延伸200～500 m左右。②斷層F1，見于回風順槽229°方向61 m處，產狀280°∠65°，水平斷距11 m，垂直斷距9 m，為逆斷層，南北延伸各100 m左右，斷面兩側附近節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎。③斷層F2：見于回風順槽229°方向690 m處，產狀282°∠30°，水平斷距14 m，垂直斷距7 m，為逆斷層，南北延伸各100 m左右，斷面兩側附近節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎，斷面附近的上盤裂隙中有少量水流出。

總體而言，從1102工作面回風順槽實際揭露的情況來看，該工作面范圍內斷層規(guī)模較小，落差基本上8 m左右，且斷層的數量少。根據煤礦綜采技術多年積累的經驗，該工作面適宜采用綜采工藝。

2.2.2 礦體特征

(1)土狀半土狀礦石。該礦石為該工作面范圍內的主要礦石類型之一，約占可采儲量的45%左右。呈灰白～白灰、淺黃褐色(氧化色)，具土狀、半土狀構造，斷面粗糙、疏松、局部染手，粒屑泥晶結構，局部有重結晶加大現象(見圖1)。

圖1 土狀半土狀礦石

(2)碎屑狀礦石。該礦石也為該工作面范圍內的主要礦石類型之一，主要分布于礦層較厚的礦段中上部，約占可采儲量45%左右。礦石呈淺灰色、灰色、黃褐色，致密、堅硬，斷面粗糙但不染手。以泥晶粒屑結構為主，重結晶加大增多(見圖2)。

圖2 碎屑狀礦石

(3)豆狀礦石。該礦石分布于礦層頂部，少量見于底部，礦石呈灰、黃灰、褐黃色，豆狀，斷面粗糙，常呈豆粒凹凸不平，不染手，泥晶～微晶結構，膠結物為泥晶，偶有復粒屑結構。此種礦石約占可采儲量10%左右。

根據有關資料，該工作面范圍內的礦石硬度系數大部分在0.47～1.8之間，硬度上大部分礦石能夠符合綜采技術的條件，雖在礦層中間及礦體深部零散分布有致密狀鋁土礦，但集中度不高，不會對綜采工藝產生大的影響。

2.3 頂、底板條件

根據礦層巖性組合情況，礦區(qū)內老頂為中二疊統棲霞組下部的灰?guī)r、泥灰?guī)r，直接頂板為梁山組頂部的白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r，偽頂為梁山組上部的炭質泥巖、鋁土巖；偽底為中二疊統梁山組下部的鋁土巖，直接底板為中二疊統梁山組底部鋁土質泥巖，老底為上石炭統黃龍組白云質灰?guī)r或下中志留統韓家店群頁巖。夾石主要是呈條帶狀、透鏡狀存在于礦體中的鋁土巖。頂、底板巖性組合情況見圖3。

圖3 頂、底板巖性組合情況

根據地勘期間的測試資料，礦體直接頂屬軟質巖石，水泡浸后即松散解體，天然的單軸抗壓強度0.46～24.4 MPa，一般12～14 MPa，穩(wěn)定性差，易于垮落；直接底屬較堅硬巖石，飽和單軸抗壓強度8.9～30.1 MPa(f=0.89～3.01)。從現場實際情況來看，礦體的頂、底板條件與煤礦相似，1102工作面可以開展綜采技術的適應性研究。

2.4 樣品化驗結果及初步分析

2.4.1 樣品化學成分分析

為了掌握采用綜采技術后對產品的質量影響情況，在1102回風順槽和運輸順槽的施工過程中，每20 m取一組樣對礦體化學成分進行了分析。現場采用刻槽取樣的方法取化學樣，刻槽的長度根據掘進巷道巖層的揭露情況，單個樣品的長度一般為0.15～3.5 m，刻槽斷面為矩形，刻槽的規(guī)格為寬5 cm，深5 cm，收集刻下的全部礦石作為樣品。根據1102回風順槽和運輸順槽的長度和實際掘進過程中所揭露的礦體賦存情況，現場共采集了38組化學樣品，樣品的化驗后結果統計分析見表1。

表1 1102工作面礦體化學成分

根據地勘資料及1102工作面兩順槽揭露的鋁土礦體情況，該工作面范圍內的礦體最大厚度3.53 m，最低厚度0.7 m，平均厚度1.97 m。綜采適應性研究預選的采礦機截割高度為1.5～2.6 m、液壓支架高度為1.2～2.8 m。由于礦體厚度不穩(wěn)定，采用綜合機械化進行回采時，必然會切割底板或者頂板，從而造成底板或頂板鋁土巖隨礦體一起采出，影響礦產品的品位和貧化程度。因此，確定合理的開采高度，使采出的礦產品的品位既能滿足氧化鋁廠的要求，又不會造成礦產資源的過度浪費成為本次適應性的主要研究對象。綜合考慮各種因素后，本次適應性研究的采高初步確定為2 m。采高為2 m時采出的產品化學成分分析見表2。

表2 采高為2 m時產品的化學成分

2.4.2 地勘鉆孔化學成分分析

根據地勘資料及實測的采掘工程平面圖，1102工作面范圍內共有21個地勘鉆孔控制，各鉆孔均進行了化學取樣分析，分析結果見表3。

表3 1102工作面地勘鉆孔化學成分

通過對掘進過程中的樣品和地勘資料提供的化學成份進行對比綜合分析，若1102工作面采高為2 m時，礦體中Al2O3含量>60%，鋁硅比>5.5，兩項主要指標均能滿足氧化鋁廠要求。

3 存在的問題及建議

(1)由于土狀半土狀鋁土礦在礦床中所占比重較大，其黏性較強，可能黏住采煤(礦)機滾筒，對落礦的影響較大。同時礦體遇水后可能黏住井下的皮帶機、刮板機等。因此，1102工作面進行綜采適應性研究期間必須對礦體遇水后的黏性進行研究。

(2)礦體直接頂板為軟巖，厚度與礦體厚度差不多，其跨落后不足以完全密實充填采空區(qū)。因此，1102工作面在移架后若遇堅硬不易垮落的頂板，必須采取強制放頂的措施。

(3)根據地勘資料及掘進期間揭露的情況，礦體上部存在有巖溶、裂隙，綜采適應性研究必須考慮巖溶、裂隙涌水對綜采面的影響。因此，1102工作面回采期間必須制定安全、可靠的防治水措施。

(4)礦石損失率、貧化率是金屬礦山開采中兩個重要的指標，在礦體厚度超出采煤(礦)機允許范圍地段將造成礦石損失率、貧化率的異常波動。預選的采煤(礦)機采高為1.5～2.6 m，在開采厚度小于1.5 m礦體時會造成超采，造成部分圍巖混入后增大貧化，降低了采出礦石質量；在開采厚度大于2.6 m礦體時會造成欠采，造成部分礦體不能采下形成損失，減少了采出礦石數量。因此，回采工作中必須根據礦體實際賦存情況來確定合理的采高。

(5)綜合機械化采礦工藝產生的粉塵較大，由于鋁土礦本身的特殊性，落礦期間不能通過大量的灑水來降塵除塵。因此，1102工作面回采期間必須制定完善的防塵措施，使井下的作業(yè)環(huán)境滿足有關規(guī)程、規(guī)范的要求。

4 結 論

鋁土礦山采用綜合機械化的方法進行開采，在國內尚屬首次，沒有成功的經驗可供借鑒。瓦廠坪鋁土礦為了提高勞動生產率、降低安全風險，擬在1102工作面進行綜采適應性的相關研究。本研究通過對地質資料進行初步分析，同時結合1102工作面回風順槽和運輸順槽實際揭露的礦體賦存情況，以及兩順槽掘進過程中所采集樣品的化學成分測試結果，從煤礦開采的經驗及相關影響參數的分析來看，瓦廠坪鋁土礦1102工作面進行綜采技術的適應性試驗是可行的。

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(責任編輯 石海林)

Analysis and Exploration on Related Influence Parameters of 1102 Fully-Mechanized Mining Work face Trial of Wachangping Bauxite

Xu Xiaoqian1,2Xiang Long1,2Shao Guojun3Zhou Qi3

(1.GuizhouProvincialResearchInstituteofMineDesign，Guiyang550025，China; 2.GuizhouProvincialMineSafetyScienceInstitute，Guiyang550025，China; 3.CLPGuizhouZunyiIndustrialDevelopmentCo.，Ltd.，Zunyi564300，China)

The mining conditions in Wachangping bauxite are similar with that of the coal mine，and its mining methods can draw lessens from coal mining experience，that is，introducing the fully-mechanized mining technology to improve labor productivity and reduce security risks.Due to higher quality of bauxite required by the alumina plant，the relevant parameters of feasibility for fully-mechanized mining of bauxite are demonstrated and analyzed based on the strict control of mineral products grade and aluminums-silicon ratio.It is the first time for metal mine to adopt the fully-mechanized mining technology in China，so its adaptability should be tested.The dip of ore body at 1102 working face of Wachangping bauxite mostly lies between 15° and 30°，with the average angle of 21°，and the ore hardness coefficient is mostly from 0.47 to 1.8.The geological structure of ore body is simple，and its roof and floor conditions are very close with that of coal mine.At the same time，the comprehensive analysis and comparison on the chemical composition of samples during the tunneling process and the geological data show that if the mining height of 1102 working face is 2m，the content of Al2O3in ore-body will be more than 60% and the aluminum-silicon ratio (A/S) will be more than 5.These two main indexes can meet the requirements of alumina plant.Therefore，according to the mining experience of coal ore and the related influencing parameters，it is feasible to adopt fully-mechanized mining technology in 1102 working face of Wachangping bauxite.

Bauxite，Fully-mechanized mining，Influence parameters

2014-05-07

“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2012BAK04B07)。

徐曉乾(1981—)，男，工程師。

TD862.5

A

1001-1250(2014)-08-037-04