黃輝頭礦煤鋁共生資源開采時序研究

王 樂,李海楠,趙雷明,池偉龍

(山西華興鋁業(yè)有限公司 礦業(yè)公司, 山西 呂梁市 033601)

0 前 言

山西華興鋁業(yè)有限公司所屬黃輝頭礦區(qū)鋁土礦總體為一走向南北,向西270°左右傾斜的單斜構(gòu)造,傾角10°~18°,一般小于15°.區(qū)內(nèi)未見斷層,總體構(gòu)造簡單,無巖漿巖出露.

礦區(qū)鋁土礦可采厚度為0.80~8.46 m,平均厚度3.10 m.鋁土礦與上部13號煤層間距為28.24~51.82 m,平均間距41.84 m,煤鋁間巖層主要為泥巖類、粘土巖類軟弱巖層與砂巖類中硬巖層及堅硬巖層石灰?guī)r互層,局部層間賦存不可采煤層.鋁土礦 品 位 Al2O3:40.06%~78.70%,平 均62.71%;Si O2:0.34%~21.72%,平 均 7.08%;Fe2O3:0.93%~45.09%,平均 11.53%;Ti O2:1.28%~4.34%,平均2.56%;A/S值:2.61~145.91,平均8.72.自然類型根據(jù)結(jié)構(gòu)以半粗糙狀和致密狀為主.鋁土礦石工業(yè)類型屬低硫中鐵型鋁土礦.根據(jù)全區(qū)加權(quán)平均統(tǒng)計結(jié)果,Al2O3:61.29%,A/S值8.72%,礦體埋深在0~351 m之間,覆蓋層厚度大,全區(qū)平均剝采比約61.2,宜地下開采.

黃輝頭礦區(qū)由于涉及煤鋁兩種資源,采礦許可證一直未獲政府批準(zhǔn),礦區(qū)已列入山西華興鋁業(yè)有限公司煤鋁共生資源協(xié)同開采示范區(qū),根據(jù)?山西省“十三五”冶金工業(yè)發(fā)展規(guī)劃?要求和山西華興鋁業(yè)有限公司(目前年產(chǎn)氧化鋁約200萬t,年礦石需求量約500萬t)自身發(fā)展需求,目前企業(yè)自采礦石量嚴(yán)重不足,鋁土礦需求緊張,急需辦理礦山采礦許可證,建設(shè)新礦山.

1 政策法規(guī)分析

根據(jù)?中華人民共和國礦產(chǎn)資源法?、?山西省礦產(chǎn)資源管理條例?、?山西省鋁土礦資源開發(fā)利用規(guī)劃?相關(guān)條文規(guī)定,對于具有工業(yè)價值共伴生礦產(chǎn)資源必須進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、綜合勘探、綜合評價、綜合開發(fā)、綜合利用,最大限度提高資源利用率和產(chǎn)出率.對暫時不能綜合開采、綜合利用的礦產(chǎn)以及含有有用組分的尾礦應(yīng)采取有效的保護(hù)措施[1].

根據(jù)國務(wù)院安委會辦公室安委辦〔2015〕6號文?關(guān)于進(jìn)一步加強與煤共(伴)生金屬非金屬礦山安全生產(chǎn)工作的通知?,嚴(yán)格落實與煤共(伴)生礦山安全準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn).參照本地區(qū)煤礦開采有關(guān)規(guī)定,提高與煤共(伴)生礦山的最小開采規(guī)模標(biāo)準(zhǔn).由煤礦設(shè)計單位和安全評價單位按照煤礦開采的相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定對與煤共(伴)生礦山建設(shè)項目進(jìn)行設(shè)計和安全評價[2G3].按照煤礦開采的相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定對與煤共(伴)生礦山進(jìn)行安全監(jiān)管,實施“上限執(zhí)法”.

?山西省煤炭資源礦業(yè)權(quán)出讓管理辦法?規(guī)定:煤炭資源探礦權(quán)和采礦權(quán)可以勘查、開采許可證規(guī)定范圍的煤炭及其共伴生資源.非煤資源探礦權(quán)和采礦權(quán)經(jīng)批準(zhǔn)可取得煤炭資源礦業(yè)權(quán),建設(shè)開采煤炭資源需取得相應(yīng)資質(zhì),符合相關(guān)規(guī)定[4].

根據(jù)目前國家對煤與共(伴)生資源開采采礦證及安全許可證辦理的相關(guān)政策,煤鋁協(xié)同開采辦理采礦證時,首先應(yīng)完成煤層與鋁土礦地質(zhì)勘探報告并評審備案,然后根據(jù)地勘資料,委托有資質(zhì)的單位完成煤鋁聯(lián)采的初步設(shè)計、資源開發(fā)利用方案、安全預(yù)評價報告、環(huán)評報告、劃定礦區(qū)范圍、礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及生態(tài)恢復(fù)治理、土地復(fù)墾方案等相關(guān)文件,通過相關(guān)評審取得政府的批復(fù)文件,最后將材料整理好報省國土資源廳,由省國土資源廳審核后報國土資源部,經(jīng)國土資源部審批發(fā)放采礦許可證.

2 煤鋁資源區(qū)別

黃輝頭礦區(qū)煤炭地質(zhì)儲量為37.34 Mt,設(shè)計可利用資源量30.95 Mt,設(shè)計可采儲量19.66 Mt,可建設(shè)規(guī)模90萬t/a,服務(wù)年限16年的煤礦山.鋁土礦地質(zhì)儲量14.60 Mt,設(shè)計可利用資源量11.79 Mt,設(shè)計可采儲量9.99 Mt,可建設(shè)規(guī)模66萬t/a,服務(wù)年限16 a的鋁土礦山.黃輝頭礦區(qū)為高品位鋁土礦,儲量豐富,適宜建設(shè)大中型鋁土礦山,而煤炭資源儲量僅能建設(shè)中小型煤礦.

煤炭資源與鋁土礦資源雖具有相似性,但也存在許多不同.煤炭資源一般為層狀,容重1.3~1.5 t/m3,硬度普氏系數(shù)1~2,賦存穩(wěn)定,節(jié)理、裂隙發(fā)育,頂?shù)装逡话銥橹杏矌r體,有瓦斯、煤塵爆炸性、自燃傾向性、沖擊地壓等地質(zhì)災(zāi)害.采礦方法國內(nèi)一般采用長壁綜合機械化開采,采煤機機械割煤,刮板輸送機裝運煤,可伸縮膠帶輸送機運輸,液壓支架支護(hù),垮落法處理采空區(qū).為防止自燃、粉塵等,地面儲煤系統(tǒng)要求高[5G6].

與煤礦相比,地下鋁土礦資源賦存形態(tài)似層狀較多,容重大,一般為2.0~3.0 t/m3,硬度普氏系數(shù)高,一般為8~15,節(jié)理、裂隙不發(fā)育,局部厚度變化大,具有粘結(jié)性,遇水易結(jié)拱,頂?shù)装遘浫?遇水易泥化,無瓦斯、煤塵爆炸和自燃等地質(zhì)災(zāi)害,目前普遍采用爆破方式落礦,扒渣機、電耙、鏟運機裝運礦,礦車或汽車運輸,采場不支護(hù)或錨桿、單體支柱支護(hù),崩落法或空場法處理采空區(qū),地面儲礦系統(tǒng)要求相對低.資源開采技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比見表1.

表1 煤鋁兩種資源開采相關(guān)指標(biāo)參數(shù)對比

3 煤鋁共生資源開采時序分析

黃輝頭礦區(qū)煤鋁共生資源開采方法可分為3種:上行開采(先采完下部鋁再采上部煤)、下行開采(先采完上部煤再采下部鋁)、上下同采(煤鋁同時開采,鋁比煤滯后一段時間開采)[7G8].開采時序方案技術(shù)比較見表2.

經(jīng)過上述比較,綜合考慮選擇上行開采(即先采完下部鋁再采上部煤),該方案優(yōu)先考慮鋁土礦開發(fā),待鋁土礦開采完畢后,煤炭滯后開發(fā).初期投產(chǎn)時沿用鋁土礦已有主平硐,延深斜坡道、專用進(jìn)風(fēng)斜井、回風(fēng)斜井,承擔(dān)鋁土礦開發(fā)任務(wù),在鋁土礦底板布置斜坡道,與主平硐一起承擔(dān)鋁土礦主、輔運輸任務(wù),主、輔運輸設(shè)備由普通卡車更換為防爆無軌膠輪車,井下電氣設(shè)備及電纜更換成防爆電氣設(shè)備及電纜,增設(shè)瓦斯監(jiān)測設(shè)備.鋁土礦延深專用進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井,與各中段運輸巷道相連,承擔(dān)鋁土礦回風(fēng)任務(wù).

待鋁土礦開采完畢后,改造利用鋁土礦現(xiàn)有主平硐作為煤礦的副平硐,作為煤炭輔助運輸井筒,由斜坡道布置聯(lián)絡(luò)巷至煤層作為煤礦的輔助運輸巷道.補充新建煤礦主斜井、回風(fēng)立井,新建主斜井位于原鋁土礦排矸場地溝谷斜坡段,布置帶式輸送機,提升煤炭,主斜井落底煤層后布置帶式輸送機下山,沿煤層布置煤倉,緩存煤炭資源,新建回風(fēng)立井位于井田南部13號煤煤層露頭附近,布置回風(fēng)下山與回風(fēng)立井相連,承擔(dān)煤層回風(fēng)任務(wù).

該方案可以節(jié)省礦石主溜井、副平硐、煤層軌道下山工程量.需將現(xiàn)有井下電氣設(shè)備及電纜更換成防爆電氣設(shè)備及電纜,增設(shè)瓦斯監(jiān)測設(shè)備.可以利 用鋁土礦斜坡道作為煤炭輔助運輸巷道[9].

表2 共生資源開采方案比較

4 結(jié) 論

(1)目前國內(nèi)煤炭產(chǎn)能嚴(yán)重過剩,考慮到山西省的產(chǎn)業(yè)政策,政府更傾向于發(fā)展鋁產(chǎn)業(yè),而且煤炭開發(fā)建設(shè)初期投資較高,所以黃輝頭礦應(yīng)以鋁土礦開采為主,煤炭作為共生礦種進(jìn)行證照申辦和礦山建設(shè).按照目前礦山審批政策規(guī)定和企業(yè)實際發(fā)展需求,綜合比較得出上行開采(先采完下部鋁再采上部煤)開采時序方案為最優(yōu)選擇.

(2)鋁土礦為主采礦種,煤炭作為共生礦種,按鋁土礦審批流程辦理,但涉及安全生產(chǎn)的環(huán)節(jié)要征求煤炭主管部門意見.煤鋁上行開采時序基本符合國家及山西省礦產(chǎn)資源法律法規(guī),對暫不能利用的共伴生資源采取了有效保護(hù)措施進(jìn)行有效的保護(hù),上行開采方案需經(jīng)專家論證技術(shù)、安全可行后方可開采,也存在一定的行政審批風(fēng)險.

[1] 董自祥.煤鋁共生井田煤鋁聯(lián)合開采的可行性分析[J].中國煤炭,2015(03):66G68,72.

[2] 中國國土資源報.我國首個煤下鋁整裝勘查項目啟動[J].礦產(chǎn)綜合利用,2011(04):53.

[3] 楊中華.山西省鋁(粘)土礦綜合開發(fā)利用研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2012.

[4] 葉張煌,張 琪,張照志,等.山西省鋁土礦資源的可持續(xù)開發(fā)戰(zhàn)略[J].中國礦業(yè),2014(09):35G38,75.

[5] 高士友.煤鋁共生資源露天開采理論及應(yīng)用技術(shù)研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2017.

[6] 董自祥.煤鋁共生井田煤鋁聯(lián)合開采的可行性分析[J].中國煤炭,2015,41(03):66G68,72.

[7] 李少剛.蒙東能源公司煤電鋁一體化發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2015.

[8] 楊彥宏.煤鋁共生資源聯(lián)合開采方案設(shè)計[J].煤炭工程,2017,49(11):6G9.

[9] 李志剛,楊彥宏,姬劉亭.煤鋁共生資源聯(lián)合開發(fā)模式初探[J].煤炭工程,2017,49(10):43G47.