孝義鋁礦民采空區(qū)的調(diào)查分析

孫 亮，黨建印

（中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303）

孝義鋁礦民采空區(qū)的調(diào)查分析

孫 亮，黨建印

（中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303）

孝義鋁礦民采空區(qū)調(diào)查結(jié)果表明：礦山民采主要存在平硐開拓、豎井開拓、斜井開拓、直接盜采、大型設(shè)備盜采5種形式；民采空區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要呈連續(xù)空區(qū)和不連續(xù)空區(qū)2種形式，水平投影呈蜂窩狀分布；民采破壞程度高，普遍采用采富棄貧的方式進(jìn)行，部分礦區(qū)民采范圍約占礦體區(qū)域的25%～40%。調(diào)查結(jié)果對于礦山最大限度回收鋁土礦資源，解決高損失率、高貧化難題，實現(xiàn)安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

采空區(qū)；殘存資源；現(xiàn)場調(diào)查；孝義鋁礦

過去國內(nèi)部分大型氧化鋁廠主要采用民采礦石來進(jìn)行生產(chǎn)，導(dǎo)致民采泛濫，嚴(yán)重破壞了鋁土礦山礦體的原生結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響了礦山正常開采，如山西呂梁、河南三門峽等地區(qū)均存在大量民采空區(qū)。近5年以來，國家加大資源整合力度，民采行為受到遏制，民采礦石來源渠道被截斷。大型氧化鋁廠不得不利用自備礦山進(jìn)行開采，以滿足自身供礦需要。由于民采遺留的大面積空區(qū)存在，導(dǎo)致礦山開采環(huán)境惡化，隱患多。

山西沉積型鋁土礦體具有埋藏淺、覆蓋層薄、圍巖賦水量小等特點，給大規(guī)模民采創(chuàng)造了有利條件。就孝義鋁礦而言，1990年代的大規(guī)模民采導(dǎo)致部分礦體區(qū)域30%以上的范圍遭到不同程度的破壞。近年來，隨著礦山生產(chǎn)能力的提高，如何安全高效開采這部分礦體，提高礦石的回收率，降低貧化率已經(jīng)成為生產(chǎn)過程中亟待解決的難題。

因此，開展民采空區(qū)殘存資源調(diào)查，對礦山安全生產(chǎn)具有重要的意義。

1 開拓方式調(diào)查

孝義鋁礦是中國鋁業(yè)股份有限公司山西分公司的主要鋁礦石供應(yīng)基地，也是我國最大的山西式露天鋁土礦山，現(xiàn)由克俄、西河底、相王、柴場和后務(wù)城5個礦區(qū)組成。調(diào)查表明，孝義鋁礦的5個礦區(qū)遭到不同程度的民采破壞，尤其是西河底、克俄和后務(wù)城3個礦區(qū)。礦區(qū)周邊的民采主要盜采高A／S品位的鋁土礦石和底板山西式鐵礦。

孝義鋁礦附近的民采開拓方式主要有5種。

（1）平硐。這是礦山周邊常見的民采破壞的方式，主要從礦山拐點坐標(biāo)連線外側(cè)，在礦體的賦存相似標(biāo)高位置開掘，直接在礦體上開鑿巷道進(jìn)行回采；也有部分是在臨近礦界邊緣區(qū)域開鑿平硐，運輸設(shè)備主要是當(dāng)?shù)剞r(nóng)用推車（見圖1）。

圖1 民采平硐

（2）豎井。這是礦山周邊主要的一種盜采方式，具有點多面廣等特點。由于礦體上部覆蓋層的平均厚度為60～100m，民采主要利用簡易的三角裝卷揚、吊桶等設(shè)備，向下開鑿豎井，接近礦體后再開鑿平巷至礦體盜采鋁土礦和鐵礦體（見圖2）。

圖2 民采豎井

（3）斜井。如圖3所示，主要利用山坡露天礦緩傾斜成礦的特性，臨近礦山開采境界線布置硐口，斜巷的坡度一般25°～30°，當(dāng)接近主礦層后，轉(zhuǎn)為水平或緩傾斜巷道來盜采鋁土礦或鐵礦，提升設(shè)備主要為小馬力柴油機(jī)，裝載設(shè)備為農(nóng)用板車，部分難開采地段直接利用人力背運方式進(jìn)行。為了確保巷道周邊黃土的穩(wěn)定性，通常采用木材支護(hù)。這種盜采方式具有破壞能力大的特點。

圖3 民采斜井

（4）大型設(shè)備開采。主要用反鏟和汽車直接剝離、清頂和采礦，這種盜采方式危害性比較大，生產(chǎn)能力強(qiáng)，在礦區(qū)地表留下大量的采坑。

（5）直接盜采。主要是利用礦山生產(chǎn)的間隙，在剝離完成后的礦體上直接盜采，形成凹陷深坑。這種方式破壞性極強(qiáng)，也是孝義鋁礦目前最棘手的偷盜方式，主要分布在三期相王和柴場、二期的北采和一期克俄礦區(qū)（見圖4）。

圖4 地表盜坑

2 民采空區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)查

調(diào)查結(jié)果表明，孝義鋁礦民采空區(qū)主要包括連續(xù)空區(qū)和不連續(xù)空區(qū)2種。

（1）連續(xù)空區(qū)。從揭露的情況看，連續(xù)空區(qū)主要分布在厚大的高A／S品位鋁土礦層或鐵礦區(qū)域，部分分布在圍巖穩(wěn)固的區(qū)段，在漏斗狀礦段這種情況尤為明顯。連續(xù)空區(qū)又分全連續(xù)和部分連續(xù)2種。民采過程中，在最低限度保證空區(qū)穩(wěn)定性的情況下，礦房與礦房之間的空區(qū)連通，中段與中段之間的空區(qū)貫通；上部下部前后左右，空區(qū)連片成區(qū)，暴露面積大；部分區(qū)段與主礦體相交，礦層間的空區(qū)相通相連。連續(xù)空區(qū)大面積的存在適應(yīng)了沉積型鋁土礦床的特點。

（2）不連續(xù)空區(qū)。礦山民采不連續(xù)空區(qū)主要包括：完全不連續(xù)空區(qū)和部分不連續(xù)空區(qū)2種類型。不連續(xù)空區(qū)主要分布在頂板圍巖穩(wěn)定性差的區(qū)域，在開采過程中主要選擇低品位礦巖作為保安礦柱維系空區(qū)安全。開采結(jié)束后，對房間礦柱和中段礦柱不進(jìn)行回采。同時，在礦房與礦房之間、中段與中段之間、或者盤區(qū)與盤區(qū)之間預(yù)留大量的保安礦柱，確保開采安全。不連續(xù)空區(qū)的穩(wěn)定系數(shù)相對較高，在二次回收正規(guī)開采過程，礦柱維持相對容易，可以承受小型反鏟設(shè)備的自重，空區(qū)內(nèi)的泥巖可以清除，二次回采礦石的回收率、貧化率容易控制。

3 民采空區(qū)破壞程度調(diào)查

為了追求利潤最大化和開采效率的高效化，民采普遍采取采富棄貧的方式，資源回收率通常僅有30%～40%，鋁土礦石和鐵礦石浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重。為了最大限度降低開采成本、加快開采進(jìn)度，大量粘土、夾石和低A／S品位的鋁土礦石被隨意丟棄在采空區(qū)，給礦山正規(guī)開采增加了難度，造成礦石損失率、貧化率和圍巖混入率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計水平。民采大面積掠奪式開采破壞了鋁土礦山礦體的既有結(jié)構(gòu)和圍巖的穩(wěn)定性，增加了開采的危險性。同時，民采空區(qū)普遍具有暴露面積差異性大、間柱形態(tài)復(fù)雜、頂柱高程起伏劇烈等特點（見圖5），給礦山生產(chǎn)組織帶來了難度。

圖5 民采空區(qū)內(nèi)部實景

選取西河底礦區(qū)進(jìn)行調(diào)查分析。西河底礦區(qū)是礦山二期工程，1992年6月正式投產(chǎn)。礦區(qū)面積為5.595km2，生產(chǎn)規(guī)模165萬t／a，設(shè)計境界內(nèi)可開采礦石量3001萬t。西河底礦區(qū)分為北采區(qū)和南采區(qū)，以5號勘探線附近的QJ142探井與ZK514鉆孔坡，節(jié)理裂隙發(fā)育，不利的地層巖性及其空間組合、巖體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)、溶蝕及風(fēng)化作用等為邊坡的失穩(wěn)提供了有利的先天條件；

（2）邊坡巖體破碎，軟弱夾層殘余抗剪強(qiáng)度很低，在雨水及人類工程活動的影響下促進(jìn)了邊坡的滑動；

（3）邊坡處于滑移－彎曲和滑移－拉裂復(fù)合型滑坡初始階段，變形破壞機(jī)理表現(xiàn)為：中上段坡體沿層間軟弱夾層滑移，在此推力作用下，坡腳開挖面附近巖體產(chǎn)生彎曲變形，從而在彎曲變形部位發(fā)育剪切滑動面，與層間滑移面貫通后，導(dǎo)致邊坡整體失穩(wěn)；

（4）邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析基本相符，說明了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時也印證了對順層巖質(zhì)邊坡的劃分和理論分析方法的正確性。

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2012－01－10）