綜采工藝在鋁土礦山使用及成本可行性分析

張成洋

（國家電投集團貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，貴州 遵義 563000）

隨著現(xiàn)代化進程的發(fā)展，采礦工藝也不斷進步，綜合機械化采礦工藝應(yīng)運而生。綜合機械化采礦工藝在煤礦的開采上應(yīng)用比較廣泛，已經(jīng)有了多年的使用經(jīng)驗。鋁土礦的開采效率較低，開采安全性相對于煤礦來說也不夠高，需要進行改進。而金屬礦藏的巖層條件與煤礦相差較大，如何在鋁土礦應(yīng)用綜采技術(shù)提升開采效率還需要進行研究。

1 鋁土礦開采工藝現(xiàn)狀

在現(xiàn)今的鋁土礦開采中，運用綜合機械化開采工藝的礦山還比較少，對于鋁土礦使用綜采工藝進行開采的研究也不多見。目前鋁土礦大多采用房柱式開采方法，適用于開采規(guī)模不大的地下鋁土礦山。在煤礦的開采中，綜合機械化開采工藝已經(jīng)有了大量成熟的使用案例，大大提高了煤炭的開采效率。在鋁土礦的開采中，可以借鑒綜合機械化煤礦開采的經(jīng)驗，為鋁土礦開采效率的提升做出研究。

2 綜采工藝的優(yōu)勢

在對綜合機械化煤礦開采情況進行研究后，本文總結(jié)了利用綜合機械化開采工藝的優(yōu)勢。

2.1 提高資源回收率

采用綜合機械化開采工藝可以使資源的回收率大大提高。我國金屬礦山主要利用房柱式開采方式進行開采。這種開采方式使金屬礦產(chǎn)資源不能得到有效的回收，資源回收率為百分之五十到百分之六十，使大量的金屬礦藏被浪費，不利于可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用綜采工藝的煤礦資源回收率能夠達到百分之八十到九十，大大提高了資源的回收率，使煤礦的效益得到大幅度提升，并有利于我國的資源和能源戰(zhàn)略。

2.2 使開采工作更安全

綜合機械化開采工藝中，頂板由液壓支架進行支撐，提高了礦井的穩(wěn)固性，保障了礦產(chǎn)開采人員的生命安全。而綜合機械化開采工藝也使開采的自動化程度得以提升，很多傳統(tǒng)開采模式中需要人工操作的危險步驟都通過機器設(shè)備進行，使施工人員的安全得到更好的保障。地下鋁土礦井中還有礦井水患危險，綜采工藝的探放水技術(shù)較傳統(tǒng)鋁土礦開采工藝得到很高提升，能夠利用先進的設(shè)備對水患進行探測，讓鋁土礦井的水患問題能夠得到更好的控制。

2.3 減少作業(yè)人員

綜合機械化開采工藝使用機械化的開采方法，能夠使開采的效率得到提高，并減少作業(yè)人員的數(shù)量，為資源開采節(jié)約人力成本，提升開采的綜合效益。而且人員的工作量也能夠大大減少，為開采人員的生命健康做出保障。

2.4 減少礦山的建設(shè)成本

在傳統(tǒng)的房柱法開采模式中，礦山的基建成本比較高。在產(chǎn)能相同的情況下，采用綜采法所需的巷道約為房柱法開采模式的1/6。利用綜采法可以使巷道的開拓米數(shù)大量減少，降低了進行礦山建設(shè)的成本，提升了礦山的效益。

3 綜采工藝所需設(shè)備

根據(jù)煤炭礦山采用綜采法進行開采的經(jīng)驗來看，在綜采工藝中，“三機”的選擇配置是非常重要的。“三機”包括采礦機、刮板運輸機和液壓支架。對于鋁土礦來說，目前比較適用也是進行大規(guī)模應(yīng)用的采礦機是雙滾筒式的采礦機。由于其結(jié)構(gòu)特征，這種采礦機可以應(yīng)對多種方向上的礦石開采工作。它的前滾筒可以用來開采礦洞頂部的礦石，而后滾筒則可以用于開采礦洞底部的礦石。開采出的礦石則由轉(zhuǎn)載機進行轉(zhuǎn)移，由刮板運輸機完成輸送的任務(wù)。刮板運輸機具有一定的靈活性，可以進行轉(zhuǎn)彎鋪設(shè)，并能夠根據(jù)開采工作面和礦石產(chǎn)量進行長度和寬度的定制。過小的刮板運輸機會使開采的礦石產(chǎn)生積壓，并增加運輸機的負(fù)荷，降低運輸機的使用壽命；過大的刮板運輸機則會使運輸機浪費過多的運輸能量，造成開采成本的增加。刮板運輸機的型號適應(yīng)礦山的情況可以使礦石的運輸效率提高，增加礦山的開采效益。液壓支架的設(shè)置也要進行完備的研究。液壓支架對頂板起到支撐的作用，能夠為開采工作人員提供開采的空間，讓機器設(shè)備能夠進行鋪設(shè)并使用。液壓支架也提高了頂板的穩(wěn)固性，為開采人員提供了安全保障。根據(jù)順槽揭露的礦石，消耗材料及設(shè)備配備配件的磨損會增加成本，需考察進行使用這些耗材及設(shè)備配件的試用及選用的效能及價格平衡，使其成本降低。

4 綜采工藝運用于鋁土礦的可行性分析

4.1 礦巖賦存條件方面

對于礦巖賦存條件的研究根據(jù)貴州的大竹園鋁土礦進行。大竹園鋁土礦中，鋁土礦體呈層狀分布。礦層和圍巖的傾角比較平緩，目前開挖的巷道中，傾角基本處于9°～20°之間，少數(shù)位置的傾角大于20°。鋁土礦體的厚度也比較平緩，平均厚度約為2m。其中礦體厚度最小約為0.5m，最大約為3m。在礦山開挖過程中，發(fā)現(xiàn)礦山的直接頂板和直接底板是鋁土巖，間接頂板是白云質(zhì)灰?guī)r和生物灰?guī)r，而間接底板則是泥巖和頁巖?，F(xiàn)在國內(nèi)的綜合機械化開采工藝對于礦山的條件有一定的要求，符合要求的礦山才能夠進行綜合機械化開采工藝的嘗試應(yīng)用。要想進行綜合機械化開采，礦山的傾角不能超過40°，礦層的厚度不能少于1.2m，礦山的底板具有比較強的穩(wěn)固性，能夠承受機械設(shè)備的使用，而礦山的頂板在礦產(chǎn)開采后能夠進行自然地垮落，從而使開采后的礦洞不留空，避免產(chǎn)生地表塌陷。

綜合機械化開采工藝開始是用于煤礦的開采的。目前，綜合機械化開采工藝在進行煤礦開采時已經(jīng)有了豐富的應(yīng)用實踐。綜采工藝使煤炭開采效率大大提高，提升了煤礦的綜合效益。學(xué)者和工程師正在進行研究，將綜合機械化開采工藝逐步應(yīng)用到其他礦產(chǎn)資源的開采工作中去。雖然綜合機械開采工藝能夠提高開采效率和開采人員的安全保障，然而不能對任何礦山都進行試用。綜采工藝有一定的條件要求，不符合要求的礦山強行進行應(yīng)用不但不能提高開采的效率，反而給開采帶來安全隱患，因此要對礦山的礦層和礦體進行詳盡的研究，并結(jié)合綜采技術(shù)的應(yīng)用要求進行分析，判斷礦山是否能夠使用綜合機械化開采工藝進行礦產(chǎn)資源的開采。

在利用綜合機械化開采工藝進行礦產(chǎn)資源的開采后，雖然礦山的頂板會進行自然垮落，但是由于鋁土礦已經(jīng)被開采并運輸出去，所以自然垮落的頂板不足以嚴(yán)密填充開采完畢的礦洞，比較疏松，穩(wěn)固性較差，有一定的塌陷風(fēng)險。所以不能只依靠頂板進行空洞的填充，還應(yīng)當(dāng)放置其他硬質(zhì)灰?guī)r頂來進行填充。對于偽頂為碳質(zhì)頁巖或鋁土巖的，容易在進行回采時發(fā)生掉落。掉落的巖石會和礦石混合在一起，給礦石的提純冶煉造成麻煩，使礦石的質(zhì)量降低。

4.2 礦體強度特性方面

礦體的強度特性對綜采工藝的嘗試有很大影響。采礦機受礦石強度特性的制約。如果礦石的硬度過大，則會降低采礦機的工作效率，還會增加采礦機的磨損程度，對采礦機造成損壞，減少采礦機的使用壽命。因此，鋁土礦山在進行綜采工藝的應(yīng)用之前，要先對鋁土礦體的強度特性做出研究，確定礦石的準(zhǔn)確硬度，并對要應(yīng)用的采礦機類型和型號進行具體研究，了解采礦機能夠進行開采的礦石硬度范圍，再嘗試運用綜合機械化開采技術(shù)進行鋁土礦山的開采。在進行鋁土礦體硬度特性分析時，筆者也是根據(jù)大竹園鋁土礦山的情況和數(shù)據(jù)進行分析研究的。大竹園鋁土礦山的礦石分為土狀、半土狀、豆?fàn)?、碎屑狀和致密塊狀幾種狀態(tài)類型，其中致密塊狀鋁土礦石的硬度是最高的，硬度系數(shù)在5.02及以下。不過該鋁土礦山致密塊狀的鋁土礦石數(shù)量不多，大多數(shù)礦石的硬度都在3左右。根據(jù)煤礦中運用綜合機械化開采工藝的經(jīng)驗和研究，采礦機能夠正常運行的硬度系數(shù)大多為6以下，少數(shù)采礦機能夠在硬度7以下的礦體條件中進行正常使用。大竹園的鋁土礦石硬度系數(shù)在5.02及以下，滿足采礦機的使用需求，在礦體強度方面適于應(yīng)用綜合機械化開采工藝。在礦體強度較大的礦區(qū)，可以先降低礦體強度再利用采礦機進行開采?？梢杂帽频姆绞绞沟V體破碎，或者對礦體進行注水使其松動，讓礦石的開采更加容易，減少對采礦機的磨損。

5 綜采工藝運用于鋁土礦的問題分析

5.1 鋁土礦粘度較大

鋁土礦石的存在形式大多為土狀或半土狀，少有堅硬塊狀的鋁土礦石。因此鋁土礦石的粘性會比較大，在運輸?shù)倪^程中容易粘結(jié)在運輸設(shè)備上。應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋁土礦的特性對采礦機械設(shè)備的材料及結(jié)構(gòu)進行改造升級，使其更加適用于鋁土礦的開采，提高開采的效率。

5.2 礦石防水問題

由于采礦機的特性，在采礦機進行工作時，需要進行灑水降溫和噴霧除塵，會使水分進入開采的礦石中。而鋁土礦的含水量有比較嚴(yán)格的要求一般情況不得超過10%，含水量過多會降低產(chǎn)品的質(zhì)量導(dǎo)致氧化鋁工業(yè)無法使用。在進行礦石開采中，應(yīng)當(dāng)注意好礦石的防水工作，保障礦石的質(zhì)量。

5.3 礦石損失和貧化問題

采礦機進行礦石開采時，有一定的礦體厚度限制。采礦機能夠進行開采的厚度是有限度的，過厚的礦體厚度讓有些礦石難以被采礦機開采出來，造成了礦石的損失，使礦石損失率和貧化率有不正常的變化。在進行采礦機、刮板運輸機、和液壓支架的配置時，應(yīng)當(dāng)按照礦體情況進行選擇，讓“三機”能夠和鋁土礦山情況進行充分的匹配，盡可能減少礦石的損失率和貧化率。

6 綜采工藝運用于鋁土礦的應(yīng)用分析

6.1 長臂綜采的應(yīng)用分析

長臂綜采的方式能夠使鋁土礦增加一定的經(jīng)濟效益。在長臂綜采的巷道處理中，通常通過開切眼、回風(fēng)平巷和運輸平巷等一些措施使巷道能夠保持良好的通風(fēng)。長臂綜采方式能夠運用功率較大的采礦設(shè)備，增加采礦的效率。而且其支撐結(jié)構(gòu)比較好，支架能夠更加穩(wěn)固，提升了開采工作的安全性。而且長臂綜采的開采方式在進行開采和運輸?shù)倪^程中就可以將礦石進行切割，為礦石的后續(xù)處理提供了便利，縮短了處理流程，使礦石的開采和加工環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，提升鋁土礦石的加工效率。進行礦山開采時，延長采區(qū)走向的長度，可以讓綜合機械化開采設(shè)備能夠進入的距離增加，一次設(shè)備轉(zhuǎn)移能夠進行更多鋁土礦石的開采，減少了設(shè)備轉(zhuǎn)移次數(shù)，使采礦的時間得到節(jié)約，提高礦山的采礦效率。

6.2 短臂綜采的應(yīng)用分析

短臂綜采對頂板的支撐和長臂綜采一樣，具有良好的穩(wěn)固性，不易發(fā)生垮落。同時，短臂綜采也有著良好的巷道通風(fēng)性和礦石運輸效率高的特性。短臂綜采的開采方式還具有長臂綜采方式所沒有的獨特優(yōu)勢。相較于長臂綜采開采方式，短臂綜采方式礦石開采速度更快，具有更高的開采效率。中小型的鋁土礦山運用短臂綜采法進行鋁土礦開采更為適宜。因為短臂綜采開采方式具有較短的工作面，在進行開采時會先利用雙滾筒采礦機進行單項切割，然后再使用單滾筒采礦機對礦石的切割進行加深，這種開采方式比較適合中小型鋁土礦的情況。短臂綜采工藝能夠使刮板單機頭輸送利用直角轉(zhuǎn)彎和側(cè)卸等方式進行重新布置，更具有靈活性，能夠適應(yīng)中小鋁土礦的情況，進一步提升礦石運輸?shù)男?。短臂綜采的方式中使用的開采機器設(shè)備較長臂綜采的方式來說比較輕型，適合進行移動，讓設(shè)備在采區(qū)之間的轉(zhuǎn)移更加方便快捷。

7 結(jié)語

金屬鋁在生產(chǎn)當(dāng)中有著重要的地位，生產(chǎn)制造中的鋁需求要求鋁土礦提升其開采效率，優(yōu)化開采的技術(shù)和工藝。目前已經(jīng)有鋁土礦開始嘗試使用煤礦中運用的綜合機械化開采工藝。未來鋁土礦開采的機械化水平會不斷增加，更好地保障開采安全并使開采效率得到提高。