鋁土開采工藝及設(shè)備選型研究

王 敏

（山西華興鋁業(yè)有限公司，山西 興縣033603）

據(jù)統(tǒng)計表明，鋁的消耗量僅次于鋼鐵的消耗量在全球范圍內(nèi)排列第二。作為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的工業(yè)基礎(chǔ)原材料，鋁對我國工業(yè)的發(fā)展具有不可忽略的作用。在實際生產(chǎn)中由于鋁土開采工藝和設(shè)備選型不合理導(dǎo)致開采事故發(fā)生、開采效率低的問題出現(xiàn)[1]。本文將著重對關(guān)于鋁土開采的工藝設(shè)計及設(shè)備選型進(jìn)行了研究。

1 工程概述

以奧家灣礦區(qū)為研究對象，針對該礦區(qū)的鋁土開采工藝和設(shè)備選型進(jìn)行研究。該礦區(qū)總體構(gòu)造為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，礦區(qū)巖層的傾角范圍為5°～10°。

1.1 水文條件分析

據(jù)ZK66水文孔抽水試驗資料，含水層厚度為217.66 m，水位埋深為183.62 m，水位標(biāo)高為859.50 m，水位降深為12.62 m，涌水量為2 016.58 m3/d；據(jù)ZK1631孔抽水試驗資料，含水層厚為25.15 m，12 h連續(xù)抽水，水位降深為12.6 m，涌水量為0.032 L/s，富水性較差。

綜上所述，在鋁土礦基建和生產(chǎn)過程中，應(yīng)重視上覆煤層采空區(qū)積水和瓦斯的隱患，遵循先探后采，探采結(jié)合的方針，預(yù)防尚未發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)水、導(dǎo)氣陷落柱、小斷層向礦坑產(chǎn)生充水的意外事故發(fā)生。該礦區(qū)的涌水量預(yù)測結(jié)果如表1所示。

表1 礦區(qū)涌水量預(yù)測結(jié)果 m3/d

1.2 地質(zhì)條件分析

經(jīng)對地質(zhì)條件綜合分析，可將該礦區(qū)的地質(zhì)條件總結(jié)：由于鋁土具有較強(qiáng)的吸水性，一旦吸水，再加上風(fēng)化作用影響，其抗剪斷和抗壓強(qiáng)度將大大降低，在雨季露采時應(yīng)注意邊坡的穩(wěn)定性。由于鋁土礦的底板有一定厚度的抗剪和抗壓強(qiáng)度較低的鐵質(zhì)黏土巖，同時由于基底奧陶系灰?guī)r裂隙、溶洞發(fā)育，開采時局部可能會出現(xiàn)塌陷[2]。

2 開采方式的設(shè)計

2.1 開采現(xiàn)狀分析

鑒于奧家灣礦所在地為黃土的侵蝕區(qū)，而且經(jīng)現(xiàn)場勘測可得奧家灣礦區(qū)的地貌存在劇烈的切割現(xiàn)象，且鋁土礦的埋藏深度范圍為10.13～196.41 m，平均埋藏深度為97.65 m。因此，針對奧家灣礦的鋁土開采選用地下開采的方式進(jìn)行開采。目前，奧家灣礦井的生產(chǎn)能力為1 000 t/d，礦井的回采率僅為65%，貧化現(xiàn)象也十分嚴(yán)重，主要以全面采礦法和房柱采礦法兩捉開采方式。

奧家灣鋁土礦礦區(qū)總的開采順序：

1）中段間為由上而下開采，礦體傾角平均8°左右，不存在礦井壓力轉(zhuǎn)移問題，上下中段開采順序不同時，其相互影響不大。

2）先易后難。選擇礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦巖穩(wěn)固的中（低）段先采。本次延深設(shè)計，根據(jù)先易后難的原則，接替中段開采順序，1 020 m、1 000 m為中段開采[3]。如果需兩個中段同時生產(chǎn)，則考慮中段內(nèi)產(chǎn)量及通風(fēng)的情況，盡量按兩翼往中央后退回采。

2.2 開采工藝的設(shè)計

為提高鋁土開采的效率，開采工藝設(shè)計時需遵循的原則：

1）開采工藝需確保鋁土礦的安全生產(chǎn)。

2）確保所設(shè)計開采工藝簡單易操作，且采用相對成熟的技術(shù)。

3）可到提高銅礦石鋁硅比的目的。

4）所設(shè)計開采工藝的生產(chǎn)成本較低且具有較高的生產(chǎn)效率[4]。

目前，可應(yīng)用于鋁土開采的方式包括有空場法、崩落采礦法以及充填法等。其中，崩落采礦法回采貧化率和損失率大，且會地表陷落，導(dǎo)致雨季降水滲入、逕流至井下，引起頂板的黏土巖和頁巖等軟質(zhì)巖石變軟，從而大大降低了采場頂板的穩(wěn)固性，造成作業(yè)面安全無保證，故不宜采用；另外，充填法成本高，對于礦石價值不高的鋁土礦來說，也不適用。于是選用空場類采礦法對奧家灣礦區(qū)的鋁土進(jìn)行開采。

經(jīng)現(xiàn)場勘測可得，奧家灣鋁土的特征如表2所示。

表2 奧家網(wǎng)鋁土特征

針對鋁土厚度小于2 m厚度的礦段采用錨桿護(hù)頂?shù)娜娌傻V法；針對鋁土厚度大于2 m的礦段采用錨桿護(hù)頂房柱采礦法。開采工藝如下：

1）錨桿護(hù)頂全面采礦法開采工藝。先采上部礦房，回采從切割平巷與切割上山相交處開始。工作面沿傾向呈階梯從采場一端往另一端推進(jìn)，階梯長度8～12 m，階梯間超前3～5 m。上部采場爆落礦石由小型集礦設(shè)備將礦石集至切割平巷處，再由其他輔助集礦設(shè)備集至鏟運機(jī)硐室；下部采場礦石由輔助集礦設(shè)備集至鏟運機(jī)硐室，由鏟運機(jī)沿盤區(qū)倒入卡車，采場出礦后先對不穩(wěn)定頂板進(jìn)行錨桿支護(hù)，再進(jìn)行下一輪作業(yè)。新鮮風(fēng)流從進(jìn)入采場，沖洗工作面后，經(jīng)礦塊頂柱出口或另一側(cè)人行通風(fēng)上山回至上中段。每次爆破后，采場內(nèi)需用局扇加強(qiáng)通風(fēng)。

2）錨桿護(hù)頂房柱采礦法開采工藝。盤區(qū)內(nèi)從上往下分梯段回采，回采從通風(fēng)聯(lián)絡(luò)上山處往兩端推進(jìn)。工作面沿傾向呈階梯從采場中間往兩端推進(jìn)，分段寬度為房間點柱在橫排方向上的間距，上一分段礦房開采進(jìn)度超前下一房間8～10 m。鏟運機(jī)沿中間上山或盤區(qū)間專用聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場，將礦石鏟裝經(jīng)切割平巷、間柱聯(lián)絡(luò)出口進(jìn)入聯(lián)絡(luò)道，最終倒入卡車。采場出礦后先對不穩(wěn)定頂板進(jìn)行錨桿支護(hù)，再進(jìn)行下一輪作業(yè)。新鮮風(fēng)流從經(jīng)中間進(jìn)風(fēng)上山進(jìn)入采場，沖洗工作面后，經(jīng)礦塊頂柱內(nèi)出口或另一側(cè)人行通風(fēng)上山回至上中段。每次爆破后，采場內(nèi)需用局扇加強(qiáng)通風(fēng)[5]。

3 鋁土開采的設(shè)備選型

表3 設(shè)備選型結(jié)果

鋁土開采工藝確定后，需為該工藝配置相關(guān)的設(shè)備，主要包括有通風(fēng)設(shè)備、排水設(shè)備等。在綜合奧家灣礦井地質(zhì)、水文等條件的基礎(chǔ)，與鋁土開采相關(guān)的設(shè)備選型結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)語

鋁作為我國工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵源材料，在多年持續(xù)應(yīng)用的結(jié)果下當(dāng)前鋁的儲量急劇下降。為了保證工業(yè)生產(chǎn)對鋁的需求，一方面需提高鋁在工業(yè)中的利用率，并積極需找可提到鋁的其他材料；另一方面需對鋁土的開采工藝進(jìn)行優(yōu)化，避免鋁土在開采過程中的浪費。為此，以奧家灣礦為研究對象，針對該礦區(qū)地質(zhì)、水文的特征，選用采用錨桿護(hù)頂?shù)娜娌傻V法和錨桿護(hù)頂房柱采礦法對平均厚度小于2 m和平均厚度大于2 m的礦體進(jìn)行開采。