鋁土礦山應用綜合機械化開采工藝的可行性初探

吳延平

（國家電投集團貴州遵義產業發展有限公司，貴州 務川 564305）

綜合機械化開采工藝在煤礦中運用非常成功與廣泛，技術上已經非常成熟，它與鋁土礦傳統使用的房柱法開采相比具有可實現連續開采、節約井巷工程量、人員配置少、安全保障能力高等優點，因其對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用，目前國內尚無先例。

國家電投集團遵義公司下屬瓦廠坪鋁土礦位于貴州省遵義市務川縣，資源儲量3790萬噸，其礦體展布情況、賦存情況等開采技術條件與煤礦相近。本文對礦山開采技術條件與綜合機械化開采工藝的要求進行分析比較，借鑒煤礦開采經驗，在條件符合的鋁土礦山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。

1 綜合機械化開采工藝優點分析

綜合機械化開采工藝采用液壓支架護頂、采煤（礦）機落礦、刮板輸送機出礦、移動皮帶加固定皮帶運礦，安全系數及機械化程度高，實現連續運輸，生產高效可靠。

1.1 回采采場連續推進，不留礦柱（點柱），跨上山（斜井）開采，提高資源回收率。

1.2 生產工藝比較先進，機械化裝備水平較高，大大提高開采強度及安全保障。

1.3 單個采場生產能力高，礦山只需投產一個采區1～2個采場就達到100萬t/a的能力，可大幅減少基建和生產時期的井巷工程量，節約基建投資。

1.4 1～2個綜采場即能達到100萬t/a的能力，人員配置全礦僅需500人左右，比采用傳統房柱法減少約一半人員，既降低了人工成本，提高了生產效率；同時降低了井下發生安全事故人員傷亡概率。

1.5 采場控頂范圍小，采用液壓支架支護或單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護頂板，緊隨回采面推進，能及時支護采場上方不穩定直接頂板，不僅減少了圍巖混入對礦石貧化的影響，而且工人在安全的位置作業，降低了井下發生人員傷亡事故概率。

1.6 減少井巷工程量和作業人員，使廢石場征地面積和人員生活占用面積將減少。

1.7 生產集中，坑內的用電負荷相對集中，簡化了供電系統。

2 適用條件對比及分析

2.1 傾角

綜采技術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

綜采技術適用條件為礦石硬度系數f≤4（局部f≤7）。

瓦廠坪礦區地質報告中礦石硬度系數一般為0.47～1.81，礦石類型為土狀半土狀、豆狀、碎屑狀、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，不會對工藝產生大的影響。

礦石類型所占比例統計表 單位：%

2.3 礦體穩定性

綜采技術適用條件為礦體賦存穩定、連續，適合大型機械連續作業。

瓦廠坪礦屬沉積型鋁土礦床，礦體產于二疊系中統梁山組（P2l）中部，其露頭線端呈“U”字型展布，走向長度3000～4000米，單一層狀產出，產狀與圍巖一致，連續性好，無礦天窗較少。

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，礦體賦存較穩定、連續性好，基本滿足適用條件。

2.4 頂底板穩定性

綜采技術適用條件為頂底板相對穩固，f＞1.2，開采后頂板能自然垮落充填采空區。

礦體直接頂板為鋁土巖、頁巖，屬軟質巖石，水泡浸后即松散解體，天然的單軸抗壓強度0.46～24.4MPa（f=0.05～2.44），一 般 12～14 MPa（f=1.2～1.4），穩 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灰巖或生物灰巖，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，巖石力學性質較差，f為0.47～1.81；其下伏礦體間接底板為韓家店組泥巖或頁巖，屬較堅硬巖石，巖石力學性質比鋁土巖略好，飽和單軸抗壓強度8.9～30.1 MPa（f=0.89～3.01），此類巖石經水長期泡浸后易發生軟化。

從上述描述可知頂底板條件基本符合，但由于頂板與間接頂板硬度系數相差較大，直接頂板垮落后間接頂板沉降充填時間較長，將對頂板管理帶來一定難度，必要時需輔以人工放頂。

直接頂底板巖石硬度系數表

通過以上使用條件對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適用條件，具備引進綜合機械化開采工藝的可能。

3 存在的問題及優化改進措施

通過以上分析基本認可了鋁土礦應用綜合機械化開采技術的可行性，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題：

3.1 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，易粘結在采煤（礦）機滾筒及刮板輸送機、轉載機內，需對設備結構、材質等進行個性化研究改進，減少其對落礦、裝礦的影響。

3.2 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充填采空區，而間接頂板為棲霞組白云質灰巖或生物灰巖，整體穩固性良好，需研究合適的放頂方式以防間接頂板大面積突然垮塌，造成設備損害和發生地質災害。

3.3 氧化鋁工藝對礦石含水率要求較高，采煤（礦）機開采過程中切割礦體時，因設備降溫及噴霧降塵的需要，勢必有額外水分進入采出礦石，需要進行專門的優化設計減少水分進入。

3.4 礦石損失率、貧化率是鋁土礦山開采中的兩個關鍵指標，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，因此在進行綜采三機設備配套選型時，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 結語

目前國家電投集團已經將“鋁土礦綜合機械化開采工藝研究與應用”列為科研項目，計劃在瓦廠坪礦進行綜采試驗研究，成功后將在類似的大竹園礦等礦山進行推廣應用。

由于綜合機械化開采工藝在有色金屬礦山尚無應用先例，因此應委托專業機構進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展專題研究，對綜采設備進行個性化的優化改進后再行實施，方能確保引進應用的可靠性。