淺析鋁土礦開采技術創(chuàng)新與研究

劉道旭　賀林波

【摘 要】近些年來我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，大量的工業(yè)原材料被消耗。其中鋁鋅等材料作為重要的工業(yè)材料，在我國的礦產(chǎn)材料中占據(jù)了重要的地位。特別是鋁作為重要的戰(zhàn)略性資源，其中鋁土礦的開采與勘探直接決定了我國的資源戰(zhàn)略的安全。由于近些年來，我國可供直接開采的堆積型礦產(chǎn)的大范圍減小，關于鋁土礦產(chǎn)在礦產(chǎn)勘探中的具體開采方法以及技術成為了現(xiàn)在礦產(chǎn)開采技術研究方面的重點課題。根據(jù)對鋁土礦在礦產(chǎn)勘查方面的理論研究并結合具體的實際工作經(jīng)驗，對于現(xiàn)在我國在鋁土礦產(chǎn)方面的開采技術進行了以下幾點研究：（1）根據(jù)我國現(xiàn)今的礦產(chǎn)回采形式，對于現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源開采方式方法進行了相關的理論研究；（2）針對現(xiàn)今較為流行的具體實際開采進行了相關的研究，并根據(jù)具體實際工作經(jīng)驗對在鋁土礦方面礦產(chǎn)開采技術的使用總結了相關的實踐經(jīng)驗；（3）根據(jù)我國現(xiàn)有的鋁土礦產(chǎn)的地質(zhì)形態(tài)，對于回采在鋁土礦的勘查方面提出了相關的技術改進與經(jīng)驗總結。

【關鍵詞】鋁土礦；地下開采；頂板支撐；電吸附；功率充電；液壓設備

0 概述

鋁土礦產(chǎn)作為世界上工業(yè)生產(chǎn)的重要金屬材料，鋁土礦產(chǎn)的開采直接決定了國家的戰(zhàn)略安全與工業(yè)產(chǎn)值。近些年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，導致了我國對鋁土礦產(chǎn)的大量需求?；诖?，關于我國在鋁土礦產(chǎn)方面的礦產(chǎn)勘探的技術以及方法的研究起到了關鍵的作用。

根據(jù)對我國現(xiàn)有的鋁土礦的開采現(xiàn)狀進行相關研究，我們可以發(fā)現(xiàn)我國的開采方式主要采用普通全面采礦方法進行鋁土礦的開采[1]。采用全面采礦方法進行開采的鋁土礦在進行回采時會產(chǎn)生交大的工程困難[2]。主要會導致回采成本過大與通風差[3]幾個問題。對于這種問題，我國的相關學者提出了使用液壓桿進行支撐的辦法予以解決[4]，這種方法在具體的鋁土礦開采過程中起到了極大的促進作用[5]。

1 鋁土礦產(chǎn)開采技術條件研究

由于我國的經(jīng)濟快速的發(fā)展，我國大量的現(xiàn)有的堆積型的鋁土礦產(chǎn)瀕臨枯竭，現(xiàn)有的大量鋁礦，大多數(shù)情況下為地質(zhì)條件較為苛刻的礦產(chǎn)。所以關于鋁土礦的開采條件特別是鋁土礦頂板圍巖性質(zhì)進行相關的研究是關于鋁土礦開采技術研究重要部分。

1.1 現(xiàn)有鋁土礦地質(zhì)條件研究

根據(jù)長期工作經(jīng)驗，對于我國現(xiàn)有的鋁土礦進行相關的地質(zhì)條件調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)有的大量的鋁土礦存在著以下幾點問題：

（1）頂板巖層條件差：經(jīng)過多年工作總結，我們發(fā)現(xiàn)在我國現(xiàn)存的鋁土礦中，均存在著巖層強度較低，軟化系數(shù)大的問題；這樣的巖層會導致頂板易損毀等問題的產(chǎn)生。這樣的頂板會直接導致在進行鋁土礦開挖時易產(chǎn)生較大的施工風險。

（2）礦層頂板塌方冒頂風險大：根據(jù)實地地質(zhì)條件調(diào)查，我們得到了我國大部分的鋁土礦在開采過程中頂板的巖石壓力會隨著開挖的深度逐步增加而迅速的增大。這樣的應力分布方式會使得在開采過程中頂板的塌方冒頂?shù)娘L險大大增加。從而導致開挖技術的復雜與風險增加。

（3）水文地質(zhì)條件復雜，危巖數(shù)量較大：由于我國現(xiàn)有的鋁土礦開采技術的限制，直接導致了在進行開采過程中會導致礦山中產(chǎn)生大量的危石。大量的危石會直接導致施工風險加大的問題，甚至會直接導致工人出現(xiàn)傷亡。

1.2 鋁土礦巖層性質(zhì)試驗測試研究

根據(jù)對經(jīng)驗進行總結的結果，針對某鋁土礦產(chǎn)進行相關的巖石物理性質(zhì)研究，對于現(xiàn)有的鋁土礦的巖層性質(zhì)進行總結與判定，得到了以下幾點結論：

（1）巖石力學性能試驗：根據(jù)對鋁土礦現(xiàn)場巖石進行相應的力學性能測試，我們可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)與結果發(fā)現(xiàn)，鋁土礦對于含水率的敏感性較低，但是在雨水作用下，由于微風化巖的大量存在會使強度產(chǎn)生一定的衰減；隨著開挖深度的增加，巖層中含泥量逐漸增加。巖層自身強度較高，所以在受到圍巖壓力作用下，巖層受到軸向壓力破壞的可能性較小。

（2）圍巖地質(zhì)構造試驗調(diào)查：根據(jù)具體實際施工條件，采用鉆芯取樣、攝影測量以及露面調(diào)查的方法對鋁土礦圍巖進行綜合的圍巖地質(zhì)構造調(diào)查。對測試得到的數(shù)據(jù)以及結果進行數(shù)理分析，對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合最終得到了圍巖的大致構造。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)依次為炭質(zhì)巖、黏土巖等。這些部分主要以傾斜結構面為主，整個礦體的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育較為完整，圍巖完整度較好。

（3）礦區(qū)圍巖質(zhì)量調(diào)查分析：為了在開采鋁土礦時保證開采安全與施工質(zhì)量，在進行礦體開采之前，先對礦區(qū)圍巖質(zhì)量進行相關的調(diào)查分析。針對調(diào)查分析結果對圍巖進行相應的分級與判斷，并根據(jù)圍巖等級制定相應的施工方法與方式。針對圍巖的評定標準主要依靠巖石的堅硬程度與圍巖完整程度兩個技術指標進行判定。根據(jù)調(diào)查結果可以判定圍巖的完整系數(shù)較為優(yōu)秀，圍巖完整程度較為良好。但是由于圍巖由于節(jié)理影響，導致了圍巖初始應力較大，結合圍巖整體結構我們可以斷定圍巖等級為V級。

2 鋁土礦開采技術創(chuàng)新與應用

通過對鋁土礦現(xiàn)場地質(zhì)的調(diào)查與試驗，得到了現(xiàn)今我國鋁土礦實際的地質(zhì)條件。通過對現(xiàn)有地質(zhì)條件的仔細分析與研究，我們可以對原有的開采技術進行相應的改進與創(chuàng)新。對于現(xiàn)有的礦產(chǎn)開采技術引進相應的液壓技術。一方面保證開采的安全性，另一方面保證再次開挖的可實現(xiàn)性。

針對我國現(xiàn)有的鋁土礦開采方式以及方法，結合試驗中關于圍巖等級的評定，針對性的采用兩種支護方式：液壓支護以及保留礦柱。為了保證鋁礦的開采以及后期二次開采的順利進行，一定保證支護的剛性以及有效的伸縮性。根據(jù)常年施工經(jīng)驗以及有限元的模擬結果，可以采用液壓支護的方式對鋁土礦開采過程中的頂板進行支護。具體支護方式采用單液壓桿支護。根據(jù)支護方式對以下幾點數(shù)據(jù)進行監(jiān)控與測量：

（1）支護系統(tǒng)的剛度系數(shù)：由于支護的下降程度決定了頂板的沉降系數(shù)。所以支護的剛度直接決定了支護是否可以有效的保證頂板穩(wěn)定性。

（2）支護支撐力：單液壓桿的支護支撐力等同于支撐桿的工作阻力。工作阻力直接決定了在進行開采過程中一旦出現(xiàn)塌方冒頂?shù)染o急事故時，能否產(chǎn)生足夠的阻力保證頂板的安全。

（3）支護數(shù)量以及支護密度：在保證支護的支撐力以及支撐系數(shù)的最低限值后，足夠的支護數(shù)量以及合理的支護密度決定了支護效果。

為了保證對支護的有效管理與礦產(chǎn)開采過程中的有效的質(zhì)量管理，對支護進行監(jiān)控與量測。主要測量數(shù)據(jù)及指標為：初撐力的大小、工作阻力大小以及頂板應力與應變。

通過試驗對提出的單液壓支護技術進行相關的技術指標進行檢測得到了以下幾點結論：

（1）采用相關技術進行支護的鋁土礦在開采過程中的頂板變形以及沉降明顯小于傳統(tǒng)方法；

（2）采用單液壓支護系統(tǒng)進行相關支護后，在進行后期二次開采時不但有效的保證了有效工作面的空間并且降低了二次沉降的速率；

（3）進行單液壓支護的技術采用可以有效的降低支護造價，大量的降低了工程造價。

3 結論

根據(jù)現(xiàn)有的技術條件，并針對我國相應的鋁土礦的地質(zhì)條件提出了采用單液壓支護技術對鋁土礦頂板進行支撐的技術，并通過實驗的手段得到了單液壓支護技術在開采技術中的積極作用。

【參考文獻】

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[4]李德友.巖體基本質(zhì)量圍巖分級方法介紹及評析[J].山西建筑，2008，34（15）： 84-85.

[5]陳伊清.巖石質(zhì)量指標RQD的應用問題[J].水利科技，2002（1）：48-49.

[責任編輯：楊玉潔]