貴州修文某鋁土礦開采方式探討

韋鵬洲，虞思德

(1.中化地質(zhì)礦山總局貴州勘查院，貴州 貴陽(yáng) 550005；2.貴州創(chuàng)新礦冶工程開發(fā)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550005)

1 引言

礦山開采過程中，應(yīng)依據(jù)礦體(層)賦存實(shí)際，開采技術(shù)條件，確定其經(jīng)濟(jì)合理的開采方式，以達(dá)到資源的最大化利用，以達(dá)到“政策上可行、資源上可靠、技術(shù)上可行、環(huán)境上可控、經(jīng)濟(jì)上合理”的資源利用宗旨。

依據(jù)貴州省自然資源管理部門的要求，需對(duì)礦山開采方式進(jìn)行相關(guān)論證分析，以合理利用礦產(chǎn)資源選擇適宜的開采方式是很有意義的。

2 礦體賦存狀況

圖1 礦體賦存地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological section of orebody occurrence

3 開采方式論證

針對(duì)貴州修文縣某鋁土礦的開采方式主要分為3類，分別為：地下開采、露天開采和露天+地下聯(lián)合開采。

開采方式取決于許多因素，其中：礦體埋藏深度、規(guī)模、產(chǎn)狀、礦巖體特性、地形、地貌以及施工技術(shù)水平和機(jī)械設(shè)備等因素極為重要。

根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》、《貴州省人民政府關(guān)于印發(fā)貴州省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》和“省自然資源廳省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于印發(fā)《貴州省露天礦山綜合整治兩年攻堅(jiān)行動(dòng)實(shí)施方案》的通知”(黔自然資函【2019】981號(hào))精神，盡量減少破壞或不破壞地表資源環(huán)境情況下，在開發(fā)資源時(shí)盡量采用井工開采，如井工開采同樣會(huì)破壞地表資源環(huán)境，造成安全隱患情況下，優(yōu)先采用露天開采。依據(jù)相關(guān)開采設(shè)計(jì)規(guī)范，要確定礦礦體(層)合理可行的開采方式可從露天開采方式和地下開采方式兩個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)論證。經(jīng)比對(duì)修文縣灑坪鄉(xiāng)土地利用規(guī)劃圖(2006—2020年)，擬論證露采范圍不占用基本農(nóng)田和Ⅰ類工益林地，不屬于禁采禁建區(qū)。

3.1 露天開采方式論證

3.1.1 經(jīng)濟(jì)合理剝采比的確定

采用盈利法計(jì)算本礦山經(jīng)濟(jì)剝采比

NJh=[nl(Bl-al)- nd(Bd-ad)]/b

=[0.95(350-20)-0.8(350-140)]/14

=10.39(t/t)

式中：NJH—經(jīng)濟(jì)合理剝采比，t/t

nl—露天開采回采率，nl取0.95

nd—地下開采回采率，nd取0.8

Bl—露天礦石價(jià)格，元/t，Bl=350

Bd—地下礦石價(jià)格，元/t，Bd=350

al—露天生產(chǎn)成本，元/t，aL=20

ad—地下開采生產(chǎn)成本，元/t，ad=140

b—露天剝離成本，元/t，b=14(含剝離物處理)

3.1.2 礦塊平均剝采比

平均剝采比是露天開采境界內(nèi)總的巖石量與總的礦石量的比值。

各礦塊平均剝采比N按下式計(jì)算：

N=剝離圍巖巖石量÷礦石量

=(γ1×H1×S1)÷(γ2×H2×S2)

其中：γ1—泥巖體重2.4 t/m3

H1—覆蓋層厚度m

S1—覆蓋層面積m2

γ2—礦體體重，2.98 /m3

H2——礦體厚度m

S2—礦體面積m2

根據(jù)礦山具體實(shí)際，經(jīng)計(jì)算本礦經(jīng)濟(jì)合理剝采比為：10.39(t/t)即3.5 m3/t。Ⅰ號(hào)礦體平均剝采比為：2.2(m3/t)、Ⅱ號(hào)礦體平均剝采比為：3.1(m3/t)、Ⅲ號(hào)礦體平均剝采比為：1.7(m3/t)；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體平均剝采比均小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比：<3.5(m3/t)，適宜露天開采。Ⅰ號(hào)礦體+1 300 m標(biāo)高以上采用露采、+1 300 m標(biāo)高以下采用地下開采，III號(hào)礦體平均剝采比小于經(jīng)濟(jì)合理剝采比，Ⅲ號(hào)礦體采用露天開采；Ⅱ號(hào)礦體+1 250 m標(biāo)高以上采用露采，+1 250 m標(biāo)高以下采用地下開采，以滿足安全生產(chǎn)條件要求。

3.2 地下開采方式論證

圖2 2′2′號(hào)勘探線剖面

圖3 6′6′號(hào)勘探線剖面

圖4 10′10′號(hào)勘探線剖面

3.2.1 開采垮落帶影響高度

Ⅰ號(hào)礦山為中硬巖層(最大采厚3.17 m)

=(100×3.17)/[(4.7×3.17)+19]±2.2

=11.55 m

Ⅱ號(hào)礦山為為中硬巖層(最大采厚3.43 m)：

=(100×3.43)/[(4.7×3.43)+19]±2.2

=11.97 m

Ⅲ號(hào)礦山為為中硬巖層(最大采厚6.20 m)：

=(100×6.20)/[(4.7×6.20)+19]±2.2

=15.08 m

表1 開采垮落帶影響高度計(jì)算結(jié)果表

論證表明：Ⅰ號(hào)礦體層(最大采厚3.17 m)：地下開采將影響自礦層以上11.55 m地表塌陷垮落；Ⅰ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表11.55 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式。

Ⅱ號(hào)礦體層(最大采厚3.43 m)：地下開采將影響自礦層以上11.974 m地表塌陷垮落；Ⅱ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表11.97 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式。

Ⅲ號(hào)礦體層(最大采厚6.20 m)：地下開采將影響自礦層以上15.08 m地表塌陷垮落；Ⅲ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表15.08 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式。

3.2.2 導(dǎo)水裂縫帶高度影響范圍

Ⅰ號(hào)礦山為中硬巖層(最大采厚3.17 m)

Ⅱ號(hào)礦山為中硬巖層(最大采厚3.43 m)

Ⅲ號(hào)礦山為中硬巖層(最大采厚6.20 m)

表2 導(dǎo)水裂縫帶高度影響范圍計(jì)算結(jié)果表

論證表明：Ⅰ號(hào)礦體層(最大采厚3.17 m)：地下開采將影響自礦層以上45.6 m地表塌陷導(dǎo)通；Ⅰ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表45.6 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式；本礦山Ⅰ號(hào)礦體層埋藏深度最深僅為58 m，宜+1 300 m以上采用露天開采。

Ⅱ號(hào)礦體層(最大采厚3.43 m)：地下開采將影響自礦層以上47.04 m地表塌陷導(dǎo)通；Ⅱ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表47.04 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式；本礦山Ⅱ號(hào)礦體層埋藏深度最深為80 m，礦層標(biāo)高+1 250 m宜采用露天開采。

Ⅲ號(hào)礦體層(最大采厚6.20 m)：地下開采將影響自礦層以上59.80 m地表塌陷導(dǎo)通；Ⅲ號(hào)礦體層礦段區(qū)域處地表59.80 m以淺，不能采用井工開采，宜采用露天開采方式；本礦山Ⅲ號(hào)礦體層埋藏深度最深為31 m，宜全部采用露天開采。

3.2.3 地表沉降分析

1)地表最大下沉值Wmax(mm)

Wmax=Mqcosα=590 mm

α—礦層傾角(°)，取礦層平均傾角10°。

2)地表傾斜最大值imax(mm/m)

(2-1)

3)地表曲率最大值kmax(mm/m2)

(2-2)

4)地表水平變形最大值εmax(mm/m)

(2-3)

H—采空區(qū)底板深度(m)；

β—主要開采影響角(°)，由《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》表D.0.1-1取β=65°；

b—水平位移系數(shù)，由《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》表D.0.1-1取b=0.25。

表3 勘查區(qū)采空區(qū)地表位移、變形最大值

表4 鋁土礦層采空后地表不同部位磚混建筑物破壞等級(jí)表

經(jīng)以上計(jì)算可以看出當(dāng)?shù)V層采空后，地表最大下沉值>400 mm；地表傾斜最大值>10 mm；地表曲率最大值>0.6 mm/m2；地表水平變形最大值>6.0 mm/m；

礦區(qū)范圍內(nèi)地表不同部位地面傾斜變形值、水平變形均較大，其相應(yīng)的水平變形和傾斜均超過標(biāo)準(zhǔn)要求，地表變形會(huì)很強(qiáng)烈，地面塌陷、地裂縫的數(shù)量及規(guī)模將增多加大，其對(duì)地面建筑物破壞等級(jí)最大為Ⅳ級(jí)。

開采引起的沉降和塌陷將對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及造成較大危害，故礦山宜采用露天方式進(jìn)行開采，以滿足安全生產(chǎn)條件要求。

圖5 最終開采境界剖面圖

4 結(jié)論和建議

(1)論證內(nèi)容總體符合貴州省自然資源廳相關(guān)露采論證編制大綱和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，體現(xiàn)了“政策上可行、資源上可靠、技術(shù)上可行、環(huán)境上可控、經(jīng)濟(jì)上合理”的資源利用宗旨，經(jīng)論證確定Ⅰ號(hào)礦體+1 300 m標(biāo)高以上采用露采、+1 300 m標(biāo)高以下采用地下開采，Ⅱ號(hào)礦體+1 250 m標(biāo)高以上采用露采，+1 250 m標(biāo)高以下采用地下開采，Ⅲ號(hào)礦體采用露天開采的開采方式是合理可行的。

(2)露天開采方式在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)充分考慮地表破壞后相應(yīng)的環(huán)境綜合治理和礦山閉坑后土地復(fù)墾的相關(guān)費(fèi)用。

(3)如果礦體區(qū)域上方是基本農(nóng)田或國(guó)家Ⅰ類工益林地，在沒有調(diào)整相應(yīng)的規(guī)劃前，是不能進(jìn)行開采生產(chǎn)的。