鋁土礦地下開(kāi)采“兩率”指標(biāo)控制的探討

簡(jiǎn)永軍

（中鋁貴州分公司礦業(yè)公司，貴州 貴陽(yáng) 550014）

金屬鋁作為我國(guó)重要工業(yè)原料之一，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)鋁資源的需求不斷增大，對(duì)其合理的開(kāi)發(fā)利用尤為重要。就目前我國(guó)鋁土礦開(kāi)采情況來(lái)看，地表淺層的鋁土礦已經(jīng)逐步采完閉坑，逐漸轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，但是地下開(kāi)采相較于露天開(kāi)采難度很大，如果生產(chǎn)工藝和開(kāi)采技術(shù)不合理就會(huì)造成礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)甚至永久損失，故采取怎樣的措施和方法降低貧化率和損失率，選擇合理的采礦工藝，確保礦產(chǎn)資源合理開(kāi)發(fā)利用保障資源的最大利用化是目前鋁土礦地下開(kāi)采亟需解決的難題。

1 中鋁貴州分公司某鋁土礦開(kāi)采現(xiàn)狀

在礦體埋藏較淺的條件下，從安全和成本投入的角度考慮，選擇露天開(kāi)采最為合適。中鋁貴州分公司范圍的鋁土礦山多年來(lái)主要以露天開(kāi)采為主，貧化率及損失率對(duì)礦石開(kāi)采質(zhì)量沒(méi)有較大的影響，一直控制在5%左右?，F(xiàn)如今，露天礦區(qū)逐步開(kāi)采結(jié)束進(jìn)入土地復(fù)墾和植被恢復(fù)治理階段，主要以地下開(kāi)采礦山為主，但頂?shù)装鍘r層的軟弱，遇水易泥化的性質(zhì)給礦山礦石開(kāi)采帶來(lái)了一大難題。公司一直以來(lái)秉承科技興礦的科學(xué)發(fā)展觀，積極研究控制頂板的綜合技術(shù)，防治地表塌陷技術(shù)及嗣后充填采礦技術(shù)等科研項(xiàng)目，目前正處于試驗(yàn)和探索階段，開(kāi)采技術(shù)方法尚未成熟。

2 礦體賦存條件及產(chǎn)狀的復(fù)雜性

圖1 9#勘探線斷層傾角示意圖

礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆的貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，正處于該變形區(qū)內(nèi)北東向構(gòu)造與南北向構(gòu)造的交接復(fù)合部位。區(qū)域礦產(chǎn)以沉積礦床為主，主要有鋁土礦、煤、鐵等十多種礦產(chǎn)。該礦為特大型沉積型鋁土礦床，含礦巖系為下石炭統(tǒng)大塘組（C1d）。含礦巖系厚度受其下伏地層古喀斯特侵蝕程度制約，凹處厚度大，凸處厚度小。具明顯二分性，上段為含鋁巖系，下段為含鐵巖系。礦體沿走向和傾向上起伏較大，產(chǎn)狀及厚度也隨之變化，給鋁土礦地下開(kāi)采施工隊(duì)伍造成較大的困難。如礦區(qū)9#勘探線。

從圖中可以看出，1200m標(biāo)高處礦體處于F48斷層帶，斷層傾角72°，斷距6m，頂板極易垮塌，造成礦巖混采，貧化較大，致使采出礦石品位達(dá)不到氧化鋁要求。在鉆孔ZK905含礦層出現(xiàn)礦體尖滅和突變，尖滅處礦體厚度為1m～1.5m，若開(kāi)采礦體，鑿巖和出礦作業(yè)空間高度達(dá)不到設(shè)備及人員進(jìn)出要求，予以舍棄會(huì)造成礦石損失增加。

3 鋁土礦質(zhì)量的復(fù)雜性

出礦質(zhì)量一般以AL2O3含量為主，但并非決定因素。SiO2的含量對(duì)出礦質(zhì)量也有決定性作用，《鋁土礦、冶鎂菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ／T02022002）中將AL2O3及A/S比值作為鋁土礦的工業(yè)指標(biāo)，而鋁土礦的圍巖及直接頂?shù)装逯蠸iO2的含量比礦石中SiO2的含量高，故圍巖或直接頂?shù)装鍙U石的混入將大幅度降低A/S值，出礦質(zhì)量控制難度較大。

以中鋁貴州分公司貓場(chǎng)鋁礦為例，大塘組（C1d）為礦區(qū)含礦層，自上而下分為兩個(gè)巖性段，上段為鋁質(zhì)巖段，其中上部為鋁土礦層直接頂板，下部為紫紅色鋁土礦夾鋁土巖，平均厚度4.82m。下段為鐵質(zhì)巖段，為鋁土礦層的直接底板，由暗紅色、鋼灰色赤鐵礦、紫紅色鐵質(zhì)粘土巖、綠泥石粘土巖組成，平均厚度3.22m。貓場(chǎng)鋁礦礦石與圍巖化學(xué)成分表。

表1 鋁礦礦石與圍巖化學(xué)成分表

從化驗(yàn)結(jié)果分析，頂?shù)装寮皧A層的SiO2含量向較于礦石SiO2含量較高，假設(shè)廢石混入按10%計(jì)算（其中頂板占4%、底板占5%、夾層占1%），通過(guò)采出礦石品位公式：

Ck：采出礦石品位，%。

ρ：廢石混入率，%。

C ：采出礦石地質(zhì)品位，%。

C′：采場(chǎng)圍巖品位，%。

計(jì)算出 ：Al2O3為69.1%、SiO2為9.35%、Fe2O3為2.07%、S為0.484%、A/S為8.0，經(jīng)過(guò)10%的圍巖混入后，Al2O3降低了3.5%，SiO2增大了2.3%，F(xiàn)e2O3增加了0.82%，S增加了0.21%，A/S降低了2.3，從此可以看出，廢石的混入對(duì)于A/S及S的影響甚大，當(dāng)原礦中A/S值越高，S越高，廢石混入的影響越大，故在礦石開(kāi)采過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制廢石混入，提高礦石出礦品位。

4 原因分析

4.1 頂?shù)装迤鸱兓?/h3>

由于地質(zhì)構(gòu)造原因，礦體頂?shù)装逶趦A向與走向上起伏都比較大，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底不充分，施工人員對(duì)地質(zhì)情況不明及技術(shù)能力達(dá)不到要求是導(dǎo)致掌子面采幅控制不能適應(yīng)頂?shù)装迤鸱兓闹饕?，若不能得到有效控制，將?huì)造成損失、貧化增大。

當(dāng)?shù)V厚小于人員及設(shè)備作業(yè)空間基本要求時(shí)，會(huì)造成低品位圍巖混入礦石，從而致使采場(chǎng)貧化增大。當(dāng)?shù)V體平均厚度1.2m～1.8m，由于采礦設(shè)備、人員作業(yè)空間至少需要1.8m，雖然采用傾斜分條采礦法，但分條間距在10m左右，作業(yè)面在分條中沿走向布置，但10m的推進(jìn)距離不可避免地要求部分地段采幅大于礦體厚度，因此不可避免混入部分低品位圍巖。

4.2 頂板冒落

礦體直接頂板大部為不穩(wěn)固鋁土巖，之上為極不穩(wěn)固炭質(zhì)頁(yè)巖，由于礦體較鋁土巖穩(wěn)固，設(shè)計(jì)保留30cm～50cm礦層護(hù)頂，但鋁土巖與致密狀鋁土礦呈漸變過(guò)渡，界線不明顯；采場(chǎng)技術(shù)交底不夠，作業(yè)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況不清楚，回采時(shí)不易控制，因此采礦過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)揭露頂板，導(dǎo)致頂板冒落，采礦作業(yè)人員危險(xiǎn)性增大，使得采場(chǎng)部分地段不得不停止采礦，以防低品位圍巖冒落混入礦石中，造成采場(chǎng)礦石貧化。

4.3 電耙超挖

礦體底板為不穩(wěn)固粘土巖，礦體底板起伏變化大，電耙出礦時(shí)不可避免的將凸起的部分圍巖耙入礦石中，造成采場(chǎng)礦石貧化；同時(shí)損失掉凹陷部的鋁土礦。電耙耙礦不能適應(yīng)凹凸不平的底板，因此耙礦過(guò)程中容易超挖底板，這也是造成采場(chǎng)礦石貧化的主要原因。

4.4 頂?shù)装暹吘壟诳撞贾貌缓侠?/h3>

由于現(xiàn)場(chǎng)施工人員經(jīng)驗(yàn)欠缺，炮孔在采幅線附近布置位置不合理、炮孔傾角不適應(yīng)礦體傾角，爆破過(guò)程中就會(huì)不可避免的破壞頂?shù)装鍑鷰r，將其混入礦石中，造成了礦石的貧化。當(dāng)炮孔離頂板只有不到20cm，甚至有的炮孔就布置在頂板邊緣時(shí)，就會(huì)造成破頂。根據(jù)礦體及圍巖的性質(zhì)，炮孔離頂板距離需要在40cm左右才能有效的保護(hù)頂板。

5 降低損失貧化的措施與方法

5.1 建立礦區(qū)采場(chǎng)技術(shù)檔案

采場(chǎng)是礦山生產(chǎn)組織的最小單元，是落實(shí)好礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)，是礦山的生命細(xì)胞，管理好每個(gè)細(xì)胞是礦山完成所有生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的根本。從地質(zhì)勘查到生產(chǎn)，隨著礦體的揭露程度的增加和對(duì)礦體的認(rèn)識(shí)程度的不斷提高，礦區(qū)的資源儲(chǔ)量會(huì)越來(lái)越接近實(shí)際，有時(shí)可能發(fā)生較大的變化，因此礦區(qū)年度儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作尤為重要，要做好礦區(qū)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，必須對(duì)每個(gè)采場(chǎng)建立技術(shù)檔案，實(shí)時(shí)掌握每個(gè)采場(chǎng)的儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化情況。建立的采場(chǎng)技術(shù)檔案中必須包括采場(chǎng)單體設(shè)計(jì)，采場(chǎng)工程地質(zhì)編錄，二次圈定報(bào)告，采場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬及閉坑報(bào)告等。采切工程的地質(zhì)編錄需及時(shí)跟進(jìn)，并與生產(chǎn)勘探和原設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)礦體產(chǎn)狀和厚度發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)分析原因。當(dāng)整個(gè)采場(chǎng)采切工程施工完畢之后要及時(shí)組織進(jìn)行二次圈定并編制二次圈定報(bào)告，重新圈定礦體范圍和估算采場(chǎng)保有資源儲(chǔ)量，并與生產(chǎn)勘探報(bào)告和設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析。采場(chǎng)每天的出礦質(zhì)量和產(chǎn)量需要進(jìn)行生產(chǎn)臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)，并放入采場(chǎng)技術(shù)檔案資料中。當(dāng)采場(chǎng)回采完畢后，根據(jù)二次圈定報(bào)告和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬進(jìn)行編制閉坑報(bào)告，及時(shí)計(jì)算采場(chǎng)回收率與貧化率，同時(shí)與原設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)與原設(shè)計(jì)偏差較大時(shí)需認(rèn)真分析原因，提出相應(yīng)的補(bǔ)救和改進(jìn)措施。

5.2 加強(qiáng)施工管理，強(qiáng)化施工質(zhì)量

在進(jìn)行打眼操作之前必須由技術(shù)人員用油漆畫(huà)出打眼范圍和炮孔位置；打眼完成之后，技術(shù)人員必須對(duì)完成炮孔認(rèn)真進(jìn)行檢查，對(duì)于不符合要求或者距離頂板不足40cm的炮孔不允許裝藥；進(jìn)行出礦時(shí)，由技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鏟運(yùn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，不能超挖底板和鏟裝大塊廢石；對(duì)于肉眼無(wú)法判斷的礦巖，必須進(jìn)行取樣化驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果為出礦作業(yè)順序提供相應(yīng)的指導(dǎo)；單個(gè)采場(chǎng)采礦結(jié)束后，由測(cè)量人員對(duì)采空區(qū)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，進(jìn)行計(jì)算采場(chǎng)的貧損指標(biāo)，當(dāng)實(shí)際指標(biāo)與原設(shè)計(jì)指標(biāo)偏差較大時(shí)必須分析原因，提出改進(jìn)措施為后期采場(chǎng)施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

5.3 研究成礦規(guī)律

成礦規(guī)律是指礦體在空間的分布形態(tài)和集中分布規(guī)律，是指導(dǎo)礦床勘查，進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。地質(zhì)是采礦的“眼睛”，必須堅(jiān)持“地質(zhì)在前，設(shè)計(jì)施工在后”的原則。只有摸清礦體成礦規(guī)律和礦體形態(tài)，完善地質(zhì)工作之后，方能為采礦設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供可靠的指導(dǎo)作用，同時(shí)也能減少礦石損失與貧化。

5.4 加大與高等院校、設(shè)計(jì)院合作力度，推進(jìn)科研項(xiàng)目

貓場(chǎng)鋁礦目前采用的留礦壁護(hù)頂房柱法，此采礦方法在地下鋁土礦開(kāi)采中仍處于起步摸索階段，礦體頂板邊界不清楚時(shí)，難以確定留設(shè)護(hù)頂?shù)V壁的厚度，容易造成超采或欠挖，造成回采貧損指標(biāo)高，降低了采出礦石品質(zhì)，同時(shí)給回采安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。在礦山安全管理要求及氧化鋁廠對(duì)采出鋁土礦品質(zhì)要求逐漸提高的環(huán)境開(kāi)展科研項(xiàng)目研究是非常必要的?？蒲许?xiàng)目成功的試驗(yàn)將指導(dǎo)礦山安全高效生產(chǎn)，為類(lèi)似礦山提供借鑒和參考作用，同時(shí)為中鋁集團(tuán)在以技術(shù)創(chuàng)新為主體的礦業(yè)新形式下提供強(qiáng)勁動(dòng)力，推動(dòng)我國(guó)地下鋁土礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。

6 結(jié)論

鋁土礦資源屬于不可再生資源，在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)充分考慮資源的回貧技術(shù)指標(biāo)，確保資源的最大限度的回收與利用。

（1）建立采場(chǎng)技術(shù)檔案是礦區(qū)進(jìn)行年度儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一種方法，同時(shí)也是分析貧化率和損失率的依據(jù)，對(duì)于采場(chǎng)閉坑后核算的回貧指標(biāo)若與原設(shè)計(jì)偏差較大，務(wù)必認(rèn)真分析原因，提出改進(jìn)措施。

（2）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工質(zhì)量的優(yōu)劣取決于施工隊(duì)伍和技術(shù)人員，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)，確保施工質(zhì)量。

（3）地質(zhì)人員應(yīng)認(rèn)真研究礦區(qū)成礦規(guī)律，為采場(chǎng)設(shè)計(jì)人員提供可靠的地質(zhì)資料。

（4）秉承科技興礦原則，加大與高等院校、設(shè)計(jì)院的合作力度，提高礦石回收率，降低礦石貧化率。