铝土矿井工开采方法及开采难点

铝土矿井工开采方法及开采难点摘要：随着中国经济的快速发展，在铝土矿需求不断增加的同时，浅层铝土矿资源逐渐枯竭，铝土矿逐渐从露天开采向地下开采转变。我国大多数铝土矿床为沉积型矿床，矿脉细而缓倾斜。普遍存在矿体的连续性较差、直接顶底板稳固性较差、矿床水文地质条件复杂、矿体形态受底板控制影响，造成底板凹凸不平，起伏多变等问题。以上问题导致铝土矿地下开采过程中经常发生顶板崩落，严重威胁工人的生命安全，安全保障水平较低。因此，分析铝土矿的开采方法和开采难点具有重要的现实意义。关键词：铝土矿；地下开采；采矿方法；虽然近年来中国铝土矿产量逐年增加，但依然无法满足铝土矿下游产品的生产原料需求。我国铝土矿矿石开采逐步由露天开采转入地下开采，并且我国原生沉积性铝土矿床大多数为缓倾斜薄矿床，矿体直接顶底板围岩稳固性差。一、 我国铝土矿地下开采方法壁式崩落法。铝土矿地下壁式崩落法开采的工程布置如图1所示。该方法主要依靠自然冒落或爆破的方式崩落矿石。装矿方法根据矿体倾斜度采用电耙、扒渣机、铲运机等装矿;支护可采用常规木、钢、水压、液压支柱、组合式支架支护，也可采用"井〃字型混凝土预制块护巷;出矿采用传统的矿车、梭车或汽车运输。该方法具有系统简单、适应性强、通风条件好等优点，缺点是材料消耗多，支护顶板管理复杂，适用于围岩易崩落、厚度不大、地表允许塌陷的缓倾斜矿体。图1壁式崩落法工程布置房柱法。此方法矿房长80〜150m，宽40〜60m，多采用爆破落矿的方式进行崩矿，不支护或采用锚杆支护，当顶板稳定性差时应预留0.5〜1m的顶柱，装矿与运矿方式与崩落法基本一致，适用于矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体。综合机械化开采方法。综合机械化开采方法是近年来国内矿山人探索采用煤矿开采工艺开采铝土矿方法所提出的大规模开采方法，自然垮落法管理顶板。其中此方法的创新点在于形成走向长壁工作面，采矿机械化程度高，实现连续高效生产，安全性强。工作面走向长度可达1000m，工作面长度可延伸100-150m，视矿体规模进行调整。采用走向长壁布置，也可根据矿井开拓布置调整倾向长壁布置，但倾角一般不大于16°。模仿煤矿开采布置方式根据矿体有害气体赋存状况采用一进一回“U”型通风，或两进一回“W”型等布置方式。新鲜风流与人员从顺槽由辅运巷道进入工作面，由胶带运输机巷回风。作业采用连续回采的方式进行，机械落矿，刮板机装矿，胶带输送机运输矿石，综采液压支架支护，自然垮落法处理采矿区。尽管该方法采用连续作业方式极大提高了生产能力与效率，但由于该方法的应用尚处于初始阶段，且不同地下铝土矿的赋存与岩体质量不同，故存在如设备投资高，采掘设备磨损严重，矿石品位控制难等问题。二、 采矿方法主要存在问题开采条件差异性大。铝土矿赋存条件复杂，各矿区开采条件差异性大。铝土矿矿床属于缓倾斜薄矿脉沉积性矿床，矿体平均厚度、倾角、地质品位变化大，矿体赋存条件复杂、连续性差。比如山西吕梁地区铝土矿赋存于石炭系中统本溪组一段中下部，奥陶系中统峰峰组侵蚀面之上。矿层下界距奥陶系灰岩侵蚀面0.00〜10.11m，平均1.68m。矿体赋存形态受基底灰岩侵蚀面控制，其喀斯特地貌不发育，虽经铁质粘土岩、山西式铁矿等补偿填平作用，但仍影响铝土矿体形态及厚度变化，矿体厚度极值0.51〜8.20m，铝土矿平均厚度为2.44m，厚度变化系数50.41%,铝土矿矿石由20余种矿物组成，矿石品位A12O3含量40.21〜79.31%,SiO2含量0.84〜22.26%，Fe2O3含量0.84〜46.42%，A/S值2.60〜94.42。贵州遵义地区矿体体位于含矿岩系中上部，铝土矿呈土状半土状、碎屑状、致密状，区矿体厚度总体较稳定，一般厚2m左右，最小真厚0.81m，铅垂厚0.90m；最大真厚7.47m，铅垂厚8.24m，矿石质量优良，品位高，Al2O3品位平均63.05%，变化系数12.4%，SiO2平均10.33%，变化系数58.54%，Fe2O3平均5.99%，变化系数69.5%；TiO2平均2.86%，变化系数31.9%，全矿区平均1.12%，品位变化系数116%。采矿方法多。根据该矿区矿体赋存特征，主要采矿方法有综合机械化采矿，短壁机械化、全面法、房柱法、分段全面法、缓倾斜矿体分段房柱法、分段切顶中深孔房柱法、倾斜矿体房柱法等。矿层赋存条件制约限制了采矿方法，中铝贵州猫场铝土矿矿体间接顶底板由碳酸盐岩组成，属坚硬岩石块状结构稳定岩体，裂隙多呈闭合性，岩体较完整，为坚硬岩石块状结构稳定岩体，硬度系数f=6-12,矿体属缓倾斜薄一中厚矿体，大部分矿体为中等以上稳固，采用"普通房柱法〃、"切顶房柱法”、“护顶房柱法〃及"留矿壁护顶房柱法〃等四种采矿方法对矿体进行开采。国家电投遵义公司铝土矿开采技术条件与煤矿相近，矿体倾角小于40°，矿石硬度系数f<4，矿层赋存较稳定、连续性好，能基本满足综合机械化开采的适用条件，采用机械化程度高的走向长壁综合机械化开采，实现机械化连续落矿、连续运输连续开采。国家电投集团吕梁矿业，矿体赋存条件稳定，连续性好，倾角小于15°，但矿石硬度平均f=8-10，主矿体开采时采用组合式支架壁式崩落采矿法，边角矿体开采时采用短壁采矿法，零星矿体开采采用房柱采矿法。工艺指标差异大。综合机械化采矿法回采率约90%，贫化率约5%，机械化程度约95%；房柱采矿法回采率约50%，贫化率约12%，机械化程度约80%；短壁采矿法回采率约80%，贫化率约7%，机械化程度约80%。安全可靠性差异大。综合机械化采矿法，液压支架支护，自然垮落法管理顶板，借鉴煤矿成熟的采矿方法，安全性最好。短壁采矿法采用组合支架支护，自然垮落法管理顶板，安全性次之，房柱采矿法顶板不支护，安全可靠性最差。三、我国铝土矿地下开采难点矿体产状。矿体连续性、完整性较弱，矿体底板起伏多变，凹凸不平。采用传统采矿方法劳动强度大，矿石贫化率损失率高，低采出率，回收率仅为30%〜50%，难以达到《铝土矿采矿权准入条件》标准，也难以实现大规模回采，与世界其他国家相比仍存在较大差距。当矿体产状较陡（大于30°）时电耙出矿不安全，而开采薄矿体时铲运机又难以使用，导致采矿效率低。支护工艺。由于铝土矿多为沉积型矿床，直接顶板多为铝土质黏土岩、黏土页岩、炭质页岩或煤线，松软且极不稳固，一旦暴露出自由面，易较快风化碎解，间接顶板为砂岩或灰岩;直接底板一般为黏土岩、铁质黏土岩，且铁质黏土岩与铝土矿层分界明显，间接底板为白云质灰岩、泥质灰岩或角砾状灰岩等。矿层顶底板岩层强度较低，稳固性较差，属于软弱一半坚硬岩层，多为软弱性岩体，遇水易泥化黏结，结拱，且地压管理困难，放矿困难。矿岩性质。矿岩性质变化大，部分矿体硬度大，不便于机械切割，炮采工艺复杂，劳动强度大，劳动生产率低，采矿成本高，部分矿体松软破碎，不易支护，支护率高达100%，且巷道返修率高。总之，金属非金属矿山采矿方法选择是矿山工程技术难点，需要积极进行探索，针对于铝土矿地下开采赋存条件好的区域可以优先选择选择传统综合机械化采矿法，液压支架支护，自然垮落法管理顶板；中等赋存条件优先选择短壁采矿法，地质条件差的选择房柱采矿法。参考文献王祝堂，熊慧;世界铝土矿资源与分布[N];中国有色金属报;2013年于立平，张怀昌;山西省铝土矿资源特征及开发利用现状