貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦綜合機械化開采應用分析

梁小糠

摘要：綜合機械化開采鋁土礦是通過探索使用煤礦開采工藝開采鋁土礦所提出的大規(guī)模開采方法，貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦（山）采用綜合機械化開采鋁土礦在我國有色金屬礦山中尚屬首次應用，通過前期開采的情況來看，該工藝相對傳統(tǒng)采礦方法有優(yōu)勢，也有弊端。優(yōu)勢主要體現(xiàn)在開采效率高、節(jié)省開采成本、安全保障程度高；劣勢主要表現(xiàn)為受礦體附近小斷層、巖溶、礦體厚度變化、頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗的影響，限制了該工藝采礦的連續(xù)性，增加了開采成本。筆者在系統(tǒng)分析限制綜合機械化開采因素的基礎上，結合礦體地質體征以及鉆孔、井下開采揭露的地質現(xiàn)象，對后續(xù)生產(chǎn)勘探提出了合理建議，以便于發(fā)揮綜合機械化開采鋁土礦的優(yōu)勢，對綜合機械化開采工藝在同類型鋁土礦的開采應用中具有重要意義，也為務正道地區(qū)其他鋁土礦山開采積累了寶貴經(jīng)驗。

關鍵詞：鋁土礦；綜合機械化開采；瓦廠坪

1.前言

鋁土礦是貴州省的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，黔北務正道地區(qū)正是貴州省鋁土礦的主要產(chǎn)出地，其資源豐富、分布廣泛、礦床規(guī)模大，遠景資源量約7億噸，其中探明的資源量近4億噸，區(qū)內鋁土礦開發(fā)潛力巨大。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋁土礦的需求量不斷增大，在地表鋁土礦資源已基本被采掘殆盡的形勢下，鋁土礦開采逐步從露天開采轉為地下開采（務正道地區(qū)鋁土礦均埋藏于地下，開采方式均為井下開采）。依托區(qū)內豐富的鋁土礦資源稟賦，國家電投集團貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司計劃打造貴州省務正道煤電鋁一體化產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟帶，首次提出采用綜合機械化開采（后簡稱“綜采”）的方式進行鋁土礦開采，并建成兩座年產(chǎn)100萬噸的大型鋁土礦山——貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦便是其中之一，利用綜采工藝開采鋁土礦，是我國有色金屬礦山中的首次應用，是鋁土礦開采方式的一種重要突破，筆者對貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦的礦體地質特征以及對影響綜采工藝的因素進行系統(tǒng)分析，對綜采工藝在同類型鋁土礦的開采應用中具有重要意義。

當前，貴州省正進行鋁土礦、錳礦等重點礦產(chǎn)資源大精查（勘探）項目，務正道地區(qū)開展的鋁土礦勘探項目也可借鑒貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦的開采經(jīng)驗，以便為后續(xù)的招商引資，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢提供更為充分的地質依據(jù)。

2.地質背景

2.1礦區(qū)構造

（1）構造。礦區(qū)位于黔北—渝南鋁土礦成礦帶鹿池向斜內，向斜軸向20°～25°，樞紐向北北東傾伏，總體傾角10°左右。礦區(qū)位于向斜南端翹起部位。向斜自北而南逐漸收縮變窄。從地層分布、巖層傾角顯示該向斜呈明顯不對稱：東翼傾角較緩，一般10°至20°，傾向295°～320°；西翼巖層傾角較陡，自地表向深部從20度至30余度漸變，西翼巖層傾向105°～120°，向斜內未發(fā)現(xiàn)有二級褶皺。礦區(qū)位于向斜南端翹起部位，向斜自北而南逐漸收縮變窄。出露的地層由老到新為志留系蘭多維列統(tǒng)韓家店組、石炭系上統(tǒng)黃龍組、二疊系陽新統(tǒng)大竹園組、梁山組、棲霞組、茅口組、二疊系樂平統(tǒng)長興組、三疊系下統(tǒng)夜郎組，二疊系陽新統(tǒng)大竹園組為礦區(qū)賦礦層位，之上為巨厚的上覆層所覆蓋，從而使礦體得以保存。礦區(qū)礦石質量較好，以土狀、碎屑狀鋁土礦為主，礦區(qū)Al2O3含量平均63.05%，鋁硅比平均6.1，平均真厚2.16m。

（2）斷層。根據(jù)礦區(qū)勘探階段1∶2000地質測量，礦區(qū)地表未發(fā)現(xiàn)斷層。但在部分鉆孔中發(fā)現(xiàn)有礦層重復，證明有斷層存在，但這些斷層規(guī)模小，垂直斷距3m～20m，往往未延伸至地表已經(jīng)消失，這些小斷層主要分布于向斜兩翼，主要為逆斷層。

2.2礦體特征

礦床屬于二疊系陽新統(tǒng)梁山組炭質頁巖之下、志留系蘭多維列統(tǒng)韓家店組泥巖（或零星分布的石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r）不整合面之上的一水硬鋁石鋁土礦礦床，整個礦區(qū)為一個主礦體，礦體賦存于二疊系陽新統(tǒng)大竹園組中上部，沿走向長3300m，最大寬度2850m，屬大型規(guī)模礦床。礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致，東翼傾角較緩（15°～20°左右），延伸較寬；西翼傾角較陡（30°左右），延伸較窄。

3.綜合機械化開采工藝的優(yōu)、缺點及建議

3.1綜合機械化開采工藝的應用優(yōu)勢

綜合機械化開采是近年來探索使用煤礦開采工藝開采鋁土礦所提出的大規(guī)模開采方法，沿礦體走向布設采礦工作面（工作面寬度沿傾向100m左右），頂板通過液壓支護，采用連續(xù)回采的方式，機械落礦，機械運輸，自然垮落處理采空區(qū)的方式進行開采。在鋁土礦山中應用，在全國尚屬首次，貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦礦體厚度較大、連續(xù)性好，傾角相對穩(wěn)定，礦體夾石較少且厚度不大，是引進綜合機械化開采工藝的有利條件。根據(jù)礦山首采地段開采情況（圖2礦區(qū)開采示意簡圖），結合貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦山地質環(huán)境條件，得出綜合機械化開采相對于傳統(tǒng)采礦方法具有如下優(yōu)勢：

（1）回采工作面連續(xù)落礦，連續(xù)運輸，大大提高了單位時間內開采效率；（2）采礦工作面（沿傾向）寬度達100m以上，井巷工程大幅減少，地表廢渣也大大減少，直接減少征地面積的同時還節(jié)省了采礦成本及時間。（3）機械化施工后，減少了用工數(shù)量，工作面采用液壓支架支護，支架緊隨回采面推進，及時支護礦體上部的直接頂板，安全保障程度較高。

3.2綜合機械化開采工藝在采礦過程中存在的問題

綜合機械化開采工藝畢竟是首次在鋁土礦山中應用，采礦過程中仍有不少的問題制約著綜合機械化開采的連續(xù)推進，根據(jù)貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦前期開采情況，主要有斷層、巖溶、厚度變化、頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗等。

（1）斷層。礦區(qū)勘探階段已發(fā)現(xiàn)礦層附近有斷層存在，這些斷層規(guī)模小，垂直斷距3m～20m，并對斷層作了系統(tǒng)記錄、描述和成圖。斷層對礦體的破壞，給采礦帶來了極大不便，斷距很小的斷層（一般認為斷距小于3m），使得工作面上坡或下坡，影響工作面“一刀切”采出的礦石質量；對于斷距稍微大點的斷層（斷距3m～10m），使得連續(xù)的礦體被切割開來，增加了工作面拆除安裝次數(shù)，限制了綜采工藝連續(xù)生產(chǎn)優(yōu)勢的發(fā)揮，同時還增加了建設工程量和成本，對于斷距更大的斷層，對礦區(qū)采礦的影響則更甚。

（2）巖溶。礦區(qū)勘探階段施工的鉆孔中，共有9個鉆孔在礦體附近發(fā)現(xiàn)溶洞，分別位于礦體上部0～3.9m范圍內，溶洞高度0.5m～5.6m，勘探階段對鉆孔中揭露的巖溶情況亦作了系統(tǒng)記錄和描述，但未考慮到對綜合機械化開采鋁土礦的影響，而且影響很大。巖溶對礦體的破壞，輕則溶蝕礦體，造成礦井涌水，如遇跨度較大溶洞，不但礦石流失，回采難度也會大大增加，地表匯集的水體通過巖溶裂隙持續(xù)涌水，增加礦井排水難度和礦體頂板壓力，帶來的還有增加支護費用。

（3）礦體厚度變化。頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗的出現(xiàn)，因綜采工藝的原因，“一刀切”的采礦方式直接導致采出的鋁土礦石與非礦巖石混雜，導致采出的工業(yè)礦石質量不佳，貧化嚴重，甚至達不到氧化鋁原礦標準，給礦石加工和管理帶來的極大困難。

3.3對后續(xù)生產(chǎn)勘探工作的建議

針對以上問題，究其原因，主要還是開采前對勘探成果資料的綜合研究程度不夠，未對礦層附近的小斷層（斷距小于20m）、巖溶以及礦體的厚度變化、頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗等進行系統(tǒng)分析，未考慮到前述問題是否會限制綜合機械化開采的應用。該工藝在貴州省務川縣瓦廠坪鋁土礦的首次應用，揭露了前述問題對綜合機械化開采的影響，制約了該工藝優(yōu)勢的發(fā)揮。礦區(qū)后續(xù)的生產(chǎn)勘探工作應引起足夠的重視。

（1）斷層：勘探階段往往對較大斷裂比較重視，忽略了斷距較小的斷層（一般認為垂直斷距小于20m）對礦體的影響，沒有考慮到對綜合機械化開采鋁土礦的影響，而且影響很大。針對斷層問題，開采單位首先應加強已有地質資料的綜合研究，對地質勘查階段鉆孔揭露的斷層情況結合礦體底板等高線急劇變化的區(qū)域，推測斷層的分布和可能走向；其次，后續(xù)的生產(chǎn)勘探，應根據(jù)鉆孔揭露的斷層情況，結合井下揭露的斷層（斷距、走向、傾向）特征，推測斷層的分布和可能走向，系統(tǒng)分析斷層對礦體的影響情況，以便指導后續(xù)地下井巷布設。

（2）巖溶：針對巖溶問題，后續(xù)的生產(chǎn)勘探，應根據(jù)鉆孔揭露的巖溶，結合地表巖溶情況以及開采過程中揭露的巖溶情況，推測深部巖溶分布和可能走向，是否對礦體有破壞，破壞程度如何，以便指導后續(xù)地下井巷布設。

（3）井下開采顯示礦體厚度變化：頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗的出現(xiàn)：揭示了礦體在深部的賦存形態(tài)并非厚度、傾角完全一致，針對前述問題，后續(xù)的生產(chǎn)勘探，應根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)有基礎數(shù)據(jù)，結合勘探工程采集的樣品數(shù)據(jù)，加強礦石質量分析，以現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝確定的工業(yè)指標（Al2O3含量，A/S比，可采厚度）圈定貧、富礦體范圍等以及高硫、低硫礦體范圍，以便指導礦區(qū)后續(xù)地下井巷布設。

4.結語

堅持以問題為導向，找到制約綜合機械化開采的癥結所在，對癥下藥，最終才能標本兼治。在礦區(qū)后續(xù)的生產(chǎn)勘探中，應根據(jù)礦區(qū)勘探成果，結合礦區(qū)前期井下開采揭露的地質情況，充分地進行綜合整理、研究，對礦層附近的小斷層、巖溶以及礦體的厚度變化、頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗進行系統(tǒng)分析，大體摸清破壞礦體的小斷層、巖溶的分布及延伸情況，同時還要加強礦體厚度變化、頂?shù)装鍘r層起伏、無礦天窗等地質現(xiàn)象的研究，才能更好地指導綜合機械化開采，才能更好地發(fā)揮綜合機械化開采鋁土礦的優(yōu)勢，才能更好地為務正道地區(qū)其他鋁土礦山開采積累更多寶貴的經(jīng)驗。

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