瓦廠坪鋁土礦1102工作面綜采試驗相關(guān)影響參數(shù)的分析與探討

徐曉乾 向 龍 邵國君 周 啟

(1.貴州省煤礦設(shè)計研究院,貴州 貴陽 550025；2.貴州省礦山安全科學(xué)研究院,貴州 貴陽 550025；3.中電投貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,貴州 遵義 564300)

瓦廠坪鋁土礦1102工作面綜采試驗相關(guān)影響參數(shù)的分析與探討

徐曉乾1，2向 龍1，2邵國君3周 啟3

(1.貴州省煤礦設(shè)計研究院,貴州 貴陽 550025；2.貴州省礦山安全科學(xué)研究院,貴州 貴陽 550025；3.中電投貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,貴州 遵義 564300)

瓦廠坪鋁土礦開采技術(shù)條件與煤礦相近，其采礦方法可借鑒煤礦開采經(jīng)驗，引進綜合機械化開采技術(shù)，以提高勞動生產(chǎn)率、降低安全風(fēng)險。但氧化鋁廠對鋁土礦提供的產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，因此必須在嚴格控制礦產(chǎn)品的品位和鋁硅比的基礎(chǔ)上，對影響鋁土礦綜合機械化開采可行性的相關(guān)參數(shù)進行論證和分析。金屬礦山采用綜合機械化采礦技術(shù)在國內(nèi)尚屬首次，必須要對其適應(yīng)性進行試驗。瓦廠坪鋁土礦1102工作面礦體的傾角大部分在15°～30°之間，平均21°，礦石硬度系數(shù)大部分在0.47～1.8之間，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，頂?shù)装鍡l件與煤礦很接近，同時通過對掘進過程中的樣品和地勘資料提供的化學(xué)成份進行對比綜合分析，若1102工作面采高為2 m時，礦體中Al2O3含量>60%，鋁硅比(A/S)>5.5，2項主要指標均能滿足氧化鋁廠要求。因此從煤礦開采的經(jīng)驗及相關(guān)影響參數(shù)的分析來看，瓦廠坪鋁土礦1102工作面進行綜采技術(shù)的適應(yīng)性試驗是可行的。

鋁土礦 綜采 影響參數(shù)

貴州是鋁資源大省[1]，但受鋁土礦床賦存條件的影響，鋁土礦開采規(guī)模較小，采場內(nèi)均未實現(xiàn)機械化的開采，采礦方法較為單一，勞動生產(chǎn)率低。瓦廠坪鋁土礦設(shè)計生產(chǎn)能力為100萬t/a，是我省當(dāng)前建設(shè)的大型鋁土礦山，該礦礦體賦存條件較好，資源儲量豐富[2]，設(shè)計采用井工開采。由于該礦的開采技術(shù)條件與煤礦非常相近，因此該礦的采礦方法擬借鑒煤礦開采經(jīng)驗，引進綜合機械化開采技術(shù)，以提高礦井勞動生產(chǎn)率、降低安全風(fēng)險。金屬礦山采用綜合機械化采礦技術(shù)在國內(nèi)尚屬首次，該礦準備在首采的1102工作面進行綜采試驗性相關(guān)研究，找出金屬礦山采用綜合機械化開采的主要影響參數(shù)[3-7](礦體賦存條件、頂?shù)装鍘r性、礦體物理力學(xué)及化學(xué)特性)，以便為下一步綜采技術(shù)成功試驗提供科學(xué)依據(jù)。

1 1102工作面概況

瓦廠坪鋁土礦位于貴州省務(wù)川縣城北東，隸屬于中電投貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，礦區(qū)面積10.13 km2，設(shè)計生產(chǎn)能力100萬t/a，采用平硐+盲斜井開拓，全礦井劃分為東、西兩翼開采，其中東翼劃分一個水平3個采區(qū)開采，水平標高為+925 m，西翼劃分為一個水平3個采區(qū)開采，水平標高為+700 m。礦井設(shè)計首采東翼一采區(qū)的1102工作面，該工作面作為綜采試驗工作面來開采，位于瓦廠坪礦區(qū)的E～15號勘探線之間，標高+1 240～+1 301 m。1102運輸順槽設(shè)計長度770 m，回風(fēng)順槽設(shè)計長度783 m，該采面水平面積約93 477 m2，可采儲量約43萬t。截至2013年底，1102回風(fēng)順槽已施工完成，1102運輸順槽已施工300 m。

2 1102工作面綜采試驗影響參數(shù)

2.1 含礦地層及礦體賦存條件

該區(qū)域含礦地層為中二疊統(tǒng)梁山組，屬綠泥石巖、黏土巖、鋁土巖系列沉積，該組總厚6.20～15.90 m。1102工作面范圍內(nèi)礦體厚度總體較穩(wěn)定，真厚度大部分在2 m左右；最小真厚0.5 m(垂直厚0.54 m)；最大真厚超過3 m，礦體平均真厚1.97 m(垂直厚2.16 m)。礦體厚度變化規(guī)律不甚明顯，局部礦體厚度變化較大，但厚薄變化的過渡較為平穩(wěn)；回風(fēng)順槽揭露的第二條斷層F2上盤厚2.0 m左右的礦層中夾有厚約0.5 m的鋁土巖。根據(jù)1102運輸及回風(fēng)順槽掘進所揭露的情況看，礦體的傾角大部分在15°～30°之間，平均21°。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造情況及礦體特征2.2.1 1102工作面地質(zhì)構(gòu)造特征

⑴褶曲。礦區(qū)的一級褶皺為鹿池向斜，呈不對稱結(jié)構(gòu)，東翼傾角較緩，西翼巖層傾角較陡。1102工作面位于鹿池向斜東翼，傾角較緩，傾角大部分在15°～30°之間，個別地段超過30°，傾向290°～320°。巷道掘進過程中未發(fā)現(xiàn)明顯二級褶皺。

⑵斷層。根據(jù)地質(zhì)勘探報告及1102回風(fēng)順槽和運輸順槽掘進過程中實際的揭露情況，1102工作面范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有3條斷層。各斷層特征敘述如下：①推斷斷層TF1，根據(jù)ZKH-2號鉆孔資料顯示有礦層重復(fù)，推斷該斷層為逆斷層，斷距5～8 m，傾角30～50°，走向延伸200～500 m左右。②斷層F1，見于回風(fēng)順槽229°方向61 m處，產(chǎn)狀280°∠65°，水平斷距11 m，垂直斷距9 m，為逆斷層，南北延伸各100 m左右，斷面兩側(cè)附近節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎。③斷層F2：見于回風(fēng)順槽229°方向690 m處，產(chǎn)狀282°∠30°，水平斷距14 m，垂直斷距7 m，為逆斷層，南北延伸各100 m左右，斷面兩側(cè)附近節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎，斷面附近的上盤裂隙中有少量水流出。

總體而言，從1102工作面回風(fēng)順槽實際揭露的情況來看，該工作面范圍內(nèi)斷層規(guī)模較小，落差基本上8 m左右，且斷層的數(shù)量少。根據(jù)煤礦綜采技術(shù)多年積累的經(jīng)驗，該工作面適宜采用綜采工藝。

2.2.2 礦體特征

(1)土狀半土狀礦石。該礦石為該工作面范圍內(nèi)的主要礦石類型之一，約占可采儲量的45%左右。呈灰白～白灰、淺黃褐色(氧化色)，具土狀、半土狀構(gòu)造，斷面粗糙、疏松、局部染手，粒屑泥晶結(jié)構(gòu)，局部有重結(jié)晶加大現(xiàn)象(見圖1)。

圖1 土狀半土狀礦石

(2)碎屑狀礦石。該礦石也為該工作面范圍內(nèi)的主要礦石類型之一，主要分布于礦層較厚的礦段中上部，約占可采儲量45%左右。礦石呈淺灰色、灰色、黃褐色，致密、堅硬，斷面粗糙但不染手。以泥晶粒屑結(jié)構(gòu)為主，重結(jié)晶加大增多(見圖2)。

圖2 碎屑狀礦石

(3)豆狀礦石。該礦石分布于礦層頂部，少量見于底部，礦石呈灰、黃灰、褐黃色，豆狀，斷面粗糙，常呈豆粒凹凸不平，不染手，泥晶～微晶結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物為泥晶，偶有復(fù)粒屑結(jié)構(gòu)。此種礦石約占可采儲量10%左右。

根據(jù)有關(guān)資料，該工作面范圍內(nèi)的礦石硬度系數(shù)大部分在0.47～1.8之間，硬度上大部分礦石能夠符合綜采技術(shù)的條件，雖在礦層中間及礦體深部零散分布有致密狀鋁土礦，但集中度不高，不會對綜采工藝產(chǎn)生大的影響。

2.3 頂、底板條件

根據(jù)礦層巖性組合情況，礦區(qū)內(nèi)老頂為中二疊統(tǒng)棲霞組下部的灰?guī)r、泥灰?guī)r，直接頂板為梁山組頂部的白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，偽頂為梁山組上部的炭質(zhì)泥巖、鋁土巖；偽底為中二疊統(tǒng)梁山組下部的鋁土巖，直接底板為中二疊統(tǒng)梁山組底部鋁土質(zhì)泥巖，老底為上石炭統(tǒng)黃龍組白云質(zhì)灰?guī)r或下中志留統(tǒng)韓家店群頁巖。夾石主要是呈條帶狀、透鏡狀存在于礦體中的鋁土巖。頂、底板巖性組合情況見圖3。

圖3 頂、底板巖性組合情況

根據(jù)地勘期間的測試資料，礦體直接頂屬軟質(zhì)巖石，水泡浸后即松散解體，天然的單軸抗壓強度0.46～24.4 MPa，一般12～14 MPa，穩(wěn)定性差，易于垮落；直接底屬較堅硬巖石，飽和單軸抗壓強度8.9～30.1 MPa(f=0.89～3.01)。從現(xiàn)場實際情況來看，礦體的頂、底板條件與煤礦相似，1102工作面可以開展綜采技術(shù)的適應(yīng)性研究。

2.4 樣品化驗結(jié)果及初步分析

2.4.1 樣品化學(xué)成分分析

為了掌握采用綜采技術(shù)后對產(chǎn)品的質(zhì)量影響情況，在1102回風(fēng)順槽和運輸順槽的施工過程中，每20 m取一組樣對礦體化學(xué)成分進行了分析?，F(xiàn)場采用刻槽取樣的方法取化學(xué)樣，刻槽的長度根據(jù)掘進巷道巖層的揭露情況，單個樣品的長度一般為0.15～3.5 m，刻槽斷面為矩形，刻槽的規(guī)格為寬5 cm，深5 cm，收集刻下的全部礦石作為樣品。根據(jù)1102回風(fēng)順槽和運輸順槽的長度和實際掘進過程中所揭露的礦體賦存情況，現(xiàn)場共采集了38組化學(xué)樣品，樣品的化驗后結(jié)果統(tǒng)計分析見表1。

表1 1102工作面礦體化學(xué)成分

根據(jù)地勘資料及1102工作面兩順槽揭露的鋁土礦體情況，該工作面范圍內(nèi)的礦體最大厚度3.53 m，最低厚度0.7 m，平均厚度1.97 m。綜采適應(yīng)性研究預(yù)選的采礦機截割高度為1.5～2.6 m、液壓支架高度為1.2～2.8 m。由于礦體厚度不穩(wěn)定，采用綜合機械化進行回采時，必然會切割底板或者頂板，從而造成底板或頂板鋁土巖隨礦體一起采出，影響礦產(chǎn)品的品位和貧化程度。因此，確定合理的開采高度，使采出的礦產(chǎn)品的品位既能滿足氧化鋁廠的要求，又不會造成礦產(chǎn)資源的過度浪費成為本次適應(yīng)性的主要研究對象。綜合考慮各種因素后，本次適應(yīng)性研究的采高初步確定為2 m。采高為2 m時采出的產(chǎn)品化學(xué)成分分析見表2。

表2 采高為2 m時產(chǎn)品的化學(xué)成分

2.4.2 地勘鉆孔化學(xué)成分分析

根據(jù)地勘資料及實測的采掘工程平面圖，1102工作面范圍內(nèi)共有21個地勘鉆孔控制，各鉆孔均進行了化學(xué)取樣分析，分析結(jié)果見表3。

表3 1102工作面地勘鉆孔化學(xué)成分

通過對掘進過程中的樣品和地勘資料提供的化學(xué)成份進行對比綜合分析，若1102工作面采高為2 m時，礦體中Al2O3含量>60%，鋁硅比>5.5，兩項主要指標均能滿足氧化鋁廠要求。

3 存在的問題及建議

(1)由于土狀半土狀鋁土礦在礦床中所占比重較大，其黏性較強，可能黏住采煤(礦)機滾筒，對落礦的影響較大。同時礦體遇水后可能黏住井下的皮帶機、刮板機等。因此，1102工作面進行綜采適應(yīng)性研究期間必須對礦體遇水后的黏性進行研究。

(2)礦體直接頂板為軟巖，厚度與礦體厚度差不多，其跨落后不足以完全密實充填采空區(qū)。因此，1102工作面在移架后若遇堅硬不易垮落的頂板，必須采取強制放頂?shù)拇胧?/p>

(3)根據(jù)地勘資料及掘進期間揭露的情況，礦體上部存在有巖溶、裂隙，綜采適應(yīng)性研究必須考慮巖溶、裂隙涌水對綜采面的影響。因此，1102工作面回采期間必須制定安全、可靠的防治水措施。

(4)礦石損失率、貧化率是金屬礦山開采中兩個重要的指標，在礦體厚度超出采煤(礦)機允許范圍地段將造成礦石損失率、貧化率的異常波動。預(yù)選的采煤(礦)機采高為1.5～2.6 m，在開采厚度小于1.5 m礦體時會造成超采，造成部分圍巖混入后增大貧化，降低了采出礦石質(zhì)量；在開采厚度大于2.6 m礦體時會造成欠采，造成部分礦體不能采下形成損失，減少了采出礦石數(shù)量。因此，回采工作中必須根據(jù)礦體實際賦存情況來確定合理的采高。

(5)綜合機械化采礦工藝產(chǎn)生的粉塵較大，由于鋁土礦本身的特殊性，落礦期間不能通過大量的灑水來降塵除塵。因此，1102工作面回采期間必須制定完善的防塵措施，使井下的作業(yè)環(huán)境滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求。

4 結(jié) 論

鋁土礦山采用綜合機械化的方法進行開采，在國內(nèi)尚屬首次，沒有成功的經(jīng)驗可供借鑒。瓦廠坪鋁土礦為了提高勞動生產(chǎn)率、降低安全風(fēng)險，擬在1102工作面進行綜采適應(yīng)性的相關(guān)研究。本研究通過對地質(zhì)資料進行初步分析，同時結(jié)合1102工作面回風(fēng)順槽和運輸順槽實際揭露的礦體賦存情況，以及兩順槽掘進過程中所采集樣品的化學(xué)成分測試結(jié)果，從煤礦開采的經(jīng)驗及相關(guān)影響參數(shù)的分析來看，瓦廠坪鋁土礦1102工作面進行綜采技術(shù)的適應(yīng)性試驗是可行的。

[1] 文 艦.貴州鋁礦山現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].輕金屬,2004(5)：6-9. Wen Jian.Present situation and development countermeasures of Guizhou aluminum mine [J].Light Metals，2004(5)：6-9.

[2] 張吉龍,姜立春.我國鋁土礦資源開采技術(shù)綜述[J].輕金屬，2007(6):5-8. Zhang Jilong，Jiang Lichun.Overview of bauxite resource mining technology in China[J].Light Metals，2007(6)：5-8.

[3] 鹿愛莉,賈雅慧.我國鋁土礦的綜合利用研究[J].礦產(chǎn)保護與利用，2010(1) ：49-51. Lu Aili，Jia Yahui.Research on comprehensive utilization of bauxite in China [J].Conservation and Utilization of Mineral Resources，2011(1)：49-51.

[4] 徐 軍,陳學(xué)森.我國鋁工業(yè)現(xiàn)狀及今后發(fā)展建議[J].輕金屬，2001(10):3-6. Xu Jun，Chen Xuesen.Present situation and suggestions for future development of Chinese aluminum industry[J].Light Metals，2001(10)：3-6.

[5] 陸欽芳.關(guān)于我國氧化鋁工業(yè)競爭力和發(fā)展對策的探討[J].輕金屬，2001(5):3-6. Lu Qinfang.Discussion of developing measures and competitiveness for Chinese alumina industry[J].Light Metals，2001(5)：3-6.

[6] 白云飛,葉振華.基于突變優(yōu)選理論的采礦方法選擇[J].金屬礦山，2011(10):61-67. Bai Yunfei，Ye Zhenhua.Selection of mining method based on the mutation optimization theory[J].Metal Mine，2011(10)：61-67.

[7] 楊巧芳，趙清杰.我國氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀及世紀初發(fā)展戰(zhàn)略探討[J].世界有色金屬，2001(6):24-26. Yang Qiaofang，Zhao Qingjie.Development strategy for Chinese alumina industry in the early 21st century [J].World Nonferrous Metals，2001(6):24-26.

(責(zé)任編輯 石海林)

Analysis and Exploration on Related Influence Parameters of 1102 Fully-Mechanized Mining Work face Trial of Wachangping Bauxite

Xu Xiaoqian1,2Xiang Long1,2Shao Guojun3Zhou Qi3

(1.GuizhouProvincialResearchInstituteofMineDesign，Guiyang550025，China; 2.GuizhouProvincialMineSafetyScienceInstitute，Guiyang550025，China; 3.CLPGuizhouZunyiIndustrialDevelopmentCo.，Ltd.，Zunyi564300，China)

The mining conditions in Wachangping bauxite are similar with that of the coal mine，and its mining methods can draw lessens from coal mining experience，that is，introducing the fully-mechanized mining technology to improve labor productivity and reduce security risks.Due to higher quality of bauxite required by the alumina plant，the relevant parameters of feasibility for fully-mechanized mining of bauxite are demonstrated and analyzed based on the strict control of mineral products grade and aluminums-silicon ratio.It is the first time for metal mine to adopt the fully-mechanized mining technology in China，so its adaptability should be tested.The dip of ore body at 1102 working face of Wachangping bauxite mostly lies between 15° and 30°，with the average angle of 21°，and the ore hardness coefficient is mostly from 0.47 to 1.8.The geological structure of ore body is simple，and its roof and floor conditions are very close with that of coal mine.At the same time，the comprehensive analysis and comparison on the chemical composition of samples during the tunneling process and the geological data show that if the mining height of 1102 working face is 2m，the content of Al2O3in ore-body will be more than 60% and the aluminum-silicon ratio (A/S) will be more than 5.These two main indexes can meet the requirements of alumina plant.Therefore，according to the mining experience of coal ore and the related influencing parameters，it is feasible to adopt fully-mechanized mining technology in 1102 working face of Wachangping bauxite.

Bauxite，F(xiàn)ully-mechanized mining，Influence parameters

2014-05-07

“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2012BAK04B07)。

徐曉乾(1981—)，男，工程師。

TD862.5

A

1001-1250(2014)-08-037-04