吳延平
(國(guó)家電投集團(tuán)貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,貴州 務(wù)川 564305)
綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝在煤礦中運(yùn)用非常成功與廣泛,技術(shù)上已經(jīng)非常成熟,它與鋁土礦傳統(tǒng)使用的房柱法開(kāi)采相比具有可實(shí)現(xiàn)連續(xù)開(kāi)采、節(jié)約井巷工程量、人員配置少、安全保障能力高等優(yōu)點(diǎn),因其對(duì)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(yīng)用,目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。
國(guó)家電投集團(tuán)遵義公司下屬瓦廠坪鋁土礦位于貴州省遵義市務(wù)川縣,資源儲(chǔ)量3790萬(wàn)噸,其礦體展布情況、賦存情況等開(kāi)采技術(shù)條件與煤礦相近。本文對(duì)礦山開(kāi)采技術(shù)條件與綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的要求進(jìn)行分析比較,借鑒煤礦開(kāi)采經(jīng)驗(yàn),在條件符合的鋁土礦山引進(jìn)綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù),以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝采用液壓支架護(hù)頂、采煤(礦)機(jī)落礦、刮板輸送機(jī)出礦、移動(dòng)皮帶加固定皮帶運(yùn)礦,安全系數(shù)及機(jī)械化程度高,實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸,生產(chǎn)高效可靠。
1.1 回采采場(chǎng)連續(xù)推進(jìn),不留礦柱(點(diǎn)柱),跨上山(斜井)開(kāi)采,提高資源回收率。
1.2 生產(chǎn)工藝比較先進(jìn),機(jī)械化裝備水平較高,大大提高開(kāi)采強(qiáng)度及安全保障。
1.3 單個(gè)采場(chǎng)生產(chǎn)能力高,礦山只需投產(chǎn)一個(gè)采區(qū)1~2個(gè)采場(chǎng)就達(dá)到100萬(wàn)t/a的能力,可大幅減少基建和生產(chǎn)時(shí)期的井巷工程量,節(jié)約基建投資。
1.4 1~2個(gè)綜采場(chǎng)即能達(dá)到100萬(wàn)t/a的能力,人員配置全礦僅需500人左右,比采用傳統(tǒng)房柱法減少約一半人員,既降低了人工成本,提高了生產(chǎn)效率;同時(shí)降低了井下發(fā)生安全事故人員傷亡概率。
1.5 采場(chǎng)控頂范圍小,采用液壓支架支護(hù)或單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)頂板,緊隨回采面推進(jìn),能及時(shí)支護(hù)采場(chǎng)上方不穩(wěn)定直接頂板,不僅減少了圍巖混入對(duì)礦石貧化的影響,而且工人在安全的位置作業(yè),降低了井下發(fā)生人員傷亡事故概率。
1.6 減少井巷工程量和作業(yè)人員,使廢石場(chǎng)征地面積和人員生活占用面積將減少。
1.7 生產(chǎn)集中,坑內(nèi)的用電負(fù)荷相對(duì)集中,簡(jiǎn)化了供電系統(tǒng)。
綜采技術(shù)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。
綜采技術(shù)適用條件為礦石硬度系數(shù)f≤4(局部f≤7)。
瓦廠坪礦區(qū)地質(zhì)報(bào)告中礦石硬度系數(shù)一般為0.47~1.81,礦石類(lèi)型為土狀半土狀、豆?fàn)?、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(huì)對(duì)工藝產(chǎn)生大的影響。
礦石類(lèi)型所占比例統(tǒng)計(jì)表 單位:%
綜采技術(shù)適用條件為礦體賦存穩(wěn)定、連續(xù),適合大型機(jī)械連續(xù)作業(yè)。
瓦廠坪礦屬沉積型鋁土礦床,礦體產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)梁山組(P2l)中部,其露頭線端呈“U”字型展布,走向長(zhǎng)度3000~4000米,單一層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀與圍巖一致,連續(xù)性好,無(wú)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(wěn)定、連續(xù)性好,基本滿足適用條件。
綜采技術(shù)適用條件為頂?shù)装逑鄬?duì)穩(wěn)固,f>1.2,開(kāi)采后頂板能自然垮落充填采空區(qū)。
礦體直接頂板為鋁土巖、頁(yè)巖,屬軟質(zhì)巖石,水泡浸后即松散解體,天然的單軸抗壓強(qiáng)度0.46~24.4MPa(f=0.05~2.44),一 般 12~14 MPa(f=1.2~1.4),穩(wěn) 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(zhì)灰?guī)r或生物灰?guī)r,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(xué)性質(zhì)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(yè)巖,屬較堅(jiān)硬巖石,巖石力學(xué)性質(zhì)比鋁土巖略好,飽和單軸抗壓強(qiáng)度8.9~30.1 MPa(f=0.89~3.01),此類(lèi)巖石經(jīng)水長(zhǎng)期泡浸后易發(fā)生軟化。
從上述描述可知頂?shù)装鍡l件基本符合,但由于頂板與間接頂板硬度系數(shù)相差較大,直接頂板垮落后間接頂板沉降充填時(shí)間較長(zhǎng),將對(duì)頂板管理帶來(lái)一定難度,必要時(shí)需輔以人工放頂。
直接頂?shù)装鍘r石硬度系數(shù)表
通過(guò)以上使用條件對(duì)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(shù)適用條件,具備引進(jìn)綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的可能。
通過(guò)以上分析基本認(rèn)可了鋁土礦應(yīng)用綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)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(wèn)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(qiáng),易粘結(jié)在采煤(礦)機(jī)滾筒及刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)內(nèi),需對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等進(jìn)行個(gè)性化研究改進(jìn),減少其對(duì)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(shí)充填采空區(qū),而間接頂板為棲霞組白云質(zhì)灰?guī)r或生物灰?guī)r,整體穩(wěn)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(shè)備損害和發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。
3.3 氧化鋁工藝對(duì)礦石含水率要求較高,采煤(礦)機(jī)開(kāi)采過(guò)程中切割礦體時(shí),因設(shè)備降溫及噴霧降塵的需要,勢(shì)必有額外水分進(jìn)入采出礦石,需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化設(shè)計(jì)減少水分進(jìn)入。
3.4 礦石損失率、貧化率是鋁土礦山開(kāi)采中的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),在礦體厚度超出采煤(礦)機(jī)允許范圍地段將造成礦石損失率、貧化率的異常波動(dòng),因此在進(jìn)行綜采三機(jī)設(shè)備配套選型時(shí),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。
目前國(guó)家電投集團(tuán)已經(jīng)將“鋁土礦綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝研究與應(yīng)用”列為科研項(xiàng)目,計(jì)劃在瓦廠坪礦進(jìn)行綜采試驗(yàn)研究,成功后將在類(lèi)似的大竹園礦等礦山進(jìn)行推廣應(yīng)用。
由于綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝在有色金屬礦山尚無(wú)應(yīng)用先例,因此應(yīng)委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(kāi)展專(zhuān)題研究,對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化的優(yōu)化改進(jìn)后再行實(shí)施,方能確保引進(jìn)應(yīng)用的可靠性。