鋁土礦資源開(kāi)發(fā)新模式

王 樂(lè) 池偉龍 衛(wèi) 協(xié) 賈進(jìn)龍 楊滋郁

（山西華興鋁業(yè)有限公司）

興縣孫家溝村為深度貧困村，境內(nèi)溝壑縱橫，可耕地面積嚴(yán)重不足。同時(shí)，孫家溝村地下賦存有豐富的鋁土礦資源，整村位于山西華興鋁業(yè)有限公司奧家灣礦界范圍內(nèi)，由于在上世紀(jì)存在嚴(yán)重的私挖亂采現(xiàn)象，民采老窿多，造成村莊兩邊存在4 處大型的山體滑坡區(qū)域，給當(dāng)?shù)卮迕裆?cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。

2018 年5 月，山西省委、省政府印發(fā)了《關(guān)于“一縣一策”集中攻堅(jiān)深度貧困縣的意見(jiàn)》，文件明確要求駐地企業(yè)要與地方政府建立扶貧合作機(jī)制，保證履行精準(zhǔn)扶貧社會(huì)責(zé)任。為此，依托孫家溝村特有條件和資源優(yōu)勢(shì)，以“消除安全隱患，政府復(fù)墾造地，企業(yè)回收資源”為目標(biāo)，山西華興鋁業(yè)有限公司探索出了一條經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好、利國(guó)利民的鋁土礦資源開(kāi)發(fā)新模式［1-2］。

1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.1 項(xiàng)目滑坡地質(zhì)情況

孫家溝村存在A、B、C、D 共4 處滑坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域。老窿口采空塌陷、黃土濕陷、地形高差大、坡度陡，雨季降水量大是滑坡形成的內(nèi)在因素；采礦活動(dòng)形成的采空區(qū)誘發(fā)的邊坡失穩(wěn)，是形成滑坡的外在因素。根據(jù)調(diào)查及勘查結(jié)果表明，4 處滑坡均為沿基巖頂面滑動(dòng)的土質(zhì)滑坡，滑坡整體平面形態(tài)呈頂窄下寬的扇形，均屬深層大型黃土滑坡。治理區(qū)域地貌見(jiàn)圖1，滑坡區(qū)域地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 老窿地質(zhì)情況

全區(qū)存在老窿35 個(gè)，位置大多分布在溝谷兩側(cè)，一般深50～350 m，一般高1.3～1.8 m，寬1.1～2 m，局部有坍塌現(xiàn)象，其破壞范圍主要集中在礦石質(zhì)量好，厚度穩(wěn)定的礦層中部，礦層上部和下部較貧的礦體仍保留在原地，對(duì)礦體的連續(xù)性和完整性造成破壞，同時(shí)也對(duì)地表、山體穩(wěn)定性帶來(lái)影響［3］。

根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料，由于礦坑之上冒落導(dǎo)水裂隙帶在淺埋部位可達(dá)地表或第四系松散層，雨季孫家溝最高洪水位可達(dá)2～3 m，其支溝洪水位0.5～1 m，老窿口位置較低的洪水可直接灌入。同時(shí)，孫家溝區(qū)域部分老窿已通過(guò)地下直達(dá)井工開(kāi)采系統(tǒng)，存在很大的地表水淹井事故隱患。老窿及地表裂隙照片見(jiàn)圖2。

1.3 資源回收設(shè)計(jì)

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，將對(duì)孫家溝村進(jìn)行整體搬遷，并對(duì)溝內(nèi)的采礦老窿進(jìn)行治理，治理面積約3.3 萬(wàn)m2，開(kāi)挖土石方量約2 525 萬(wàn)m3，在孫家溝村原址及周邊形成3 個(gè)大的土地整理區(qū)。土地整理I 區(qū)位于孫家溝村，形成復(fù)墾面積約420 021 m2；土地整理II 區(qū)位于I區(qū)東側(cè)的支溝內(nèi)，形成復(fù)墾面積約200 010 m2；土地整理III區(qū)位于I區(qū)北側(cè)的沖溝溝頭，形成復(fù)墾面積約166 670 m2；合計(jì)復(fù)墾土地786 701 m2。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖3，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 施工順序布置

項(xiàng)目開(kāi)采主要工藝包括剝離、清頂、鉆爆、采礦、清底、內(nèi)部運(yùn)輸、配礦、破碎、二次配礦、外部運(yùn)輸?shù)龋渲信磐磷鳂I(yè)為施工成本最大產(chǎn)生項(xiàng)，約占總成本支出的60%～70%。為此，排土作業(yè)盡量按照內(nèi)排的方式減少排土運(yùn)輸距離，節(jié)約排土運(yùn)輸成本，從而節(jié)約總成本［4］。項(xiàng)目計(jì)劃按照A→B→C→D 的施工順序進(jìn)行作業(yè)，A 區(qū)（850 萬(wàn)m3）首先外排，B 區(qū)（450萬(wàn)m3）內(nèi)排A 區(qū)，C 區(qū)（800 萬(wàn)m3）內(nèi)排B 區(qū)，多余土方外排，D區(qū)（425萬(wàn)m3）內(nèi)排C區(qū)的總體排土作業(yè)順序。項(xiàng)目雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃圖共包含6條關(guān)鍵線路，總工期為18個(gè)月。項(xiàng)目雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃見(jiàn)圖4。

2.2 采礦工作

A 區(qū)采礦過(guò)程中揭露礦體頂板后發(fā)現(xiàn)民采老窿破壞較廣，民采老窿破壞率約為40%，整體破壞情況較嚴(yán)重，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)階段所述的大面積老窿（圖5）引起的山體失穩(wěn)狀態(tài)，造成的山體滑坡安全隱患。

該區(qū)域鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段中下部，奧陶系中統(tǒng)峰峰組侵蝕面之上，至上而下為頂板→鋁土礦→夾石（部分存在）→鋁土礦→底板，平均厚度1.79 m，平均傾角10°，屬于緩傾斜薄礦體。

《鋁土礦床一般工業(yè)指標(biāo)》要求露天開(kāi)采氧化鋁含量邊界品位大于等于40%，鋁硅比含量邊界品位大于等于2.6。氧化鋁含量和鋁硅比含量為氧化鋁企業(yè)最重要的兩項(xiàng)礦石質(zhì)量指標(biāo)，其中以鋁硅比含量指標(biāo)對(duì)氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)成本影響最大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，鋁土礦鋁硅比值每降低0.1，氧化鋁生產(chǎn)總成本升高14元/t。頂、底板清理的情況直接影響礦石開(kāi)采質(zhì)量，從而影響氧化鋁生產(chǎn)總成本。因此，控制圍巖混入率和礦石貧化率為采礦工藝控制的重中之重［5-6］。

興縣區(qū)域鋁土礦礦層頂板多數(shù)呈灰白、紅褐色或粉紅色，質(zhì)軟，層狀，少數(shù)巖石呈暗黃或黃色，呈土狀、松散或粗糙狀。底板呈粉紅色或灰白色，層狀少數(shù)呈紅褐色和黃色，紅棕色或黃棕色。經(jīng)大量取樣分析化驗(yàn)，頂?shù)装濉A石、鋁土礦中氧化鋁和二氧化硅含量結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)頂、底板不同混入厚度和貧化率計(jì)算公式，計(jì)算得出采出礦石質(zhì)量品位和貧化率關(guān)系公式

頂、底板混入后采出礦石質(zhì)量指標(biāo)及貧化率參數(shù)見(jiàn)表5。

由表5 可知，頂、底板的混入對(duì)礦石貧化影響極大，因此在采礦過(guò)程中，要嚴(yán)格控制頂、底板混入，按照精益化采礦模式，采用以小型挖掘機(jī)配合后八輪自卸車(chē)進(jìn)行采礦作業(yè)。

2.3 復(fù)墾工作

A 區(qū)剝離完成后外排復(fù)墾形成的土地整理II 區(qū)包含3 個(gè)大平臺(tái)，共計(jì)203 343.5 m2平整到位的土地已經(jīng)形成；土地整理III 區(qū)包含4 個(gè)大平臺(tái)，共計(jì)164 008.2 m2平整到位的土地已經(jīng)形成，具備向政府交地的條件。隨著首采區(qū)A區(qū)剝離工作的完成，外排工作基本結(jié)束，B 區(qū)、C 區(qū)、D 區(qū)逐步轉(zhuǎn)入以內(nèi)排為主的排土作業(yè)，排土作業(yè)成本逐步降低。復(fù)墾土地照片見(jiàn)圖6。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)村莊周邊4 處大型滑坡區(qū)域進(jìn)行治理，能夠消除當(dāng)?shù)囟嗄甏嬖诘摹邦^頂滑坡”安全隱患，保證地方群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

（2）通過(guò)土地整理方式，能夠?qū)狭偷乇砹严哆M(jìn)行治理，防止河溝雨水倒灌井下，確保奧家灣一號(hào)礦的正常安全生產(chǎn)活動(dòng)。

（3）復(fù)墾千畝良田，極大的解決了當(dāng)?shù)赝恋刎汃さ默F(xiàn)狀，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化作業(yè)和適度的規(guī)模經(jīng)營(yíng)。

（4）該項(xiàng)目不僅回收了礦體的邊角資源，提升了資源回收利用效率和礦井服務(wù)年限，同時(shí)為企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目預(yù)計(jì)回收鋁土礦資源97.5 萬(wàn)t，按照正常采出品位鋁硅比5.0，Al2O3品位60%的市場(chǎng)價(jià)格450 元/t 計(jì)算，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益4.39億元，社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益顯著。