黄辉头矿煤铝共生资源开采时序研究

王 乐,李海楠,赵雷明,池伟龙

(山西华兴铝业有限公司 矿业公司, 山西 吕梁市 033601)

0 前 言

山西华兴铝业有限公司所属黄辉头矿区铝土矿总体为一走向南北,向西270°左右倾斜的单斜构造,倾角10°~18°,一般小于15°.区内未见断层,总体构造简单,无岩浆岩出露.

矿区铝土矿可采厚度为0.80~8.46 m,平均厚度3.10 m.铝土矿与上部13号煤层间距为28.24~51.82 m,平均间距41.84 m,煤铝间岩层主要为泥岩类、粘土岩类软弱岩层与砂岩类中硬岩层及坚硬岩层石灰岩互层,局部层间赋存不可采煤层.铝土矿 品 位 Al2O3:40.06%~78.70%,平 均62.71%;Si O2:0.34%~21.72%,平 均 7.08%;Fe2O3:0.93%~45.09%,平均 11.53%;Ti O2:1.28%~4.34%,平均2.56%;A/S值:2.61~145.91,平均8.72.自然类型根据结构以半粗糙状和致密状为主.铝土矿石工业类型属低硫中铁型铝土矿.根据全区加权平均统计结果,Al2O3:61.29%,A/S值8.72%,矿体埋深在0~351 m之间,覆盖层厚度大,全区平均剥采比约61.2,宜地下开采.

黄辉头矿区由于涉及煤铝两种资源,采矿许可证一直未获政府批准,矿区已列入山西华兴铝业有限公司煤铝共生资源协同开采示范区,根据«山西省“十三五”冶金工业发展规划»要求和山西华兴铝业有限公司(目前年产氧化铝约200万t,年矿石需求量约500万t)自身发展需求,目前企业自采矿石量严重不足,铝土矿需求紧张,急需办理矿山采矿许可证,建设新矿山.

1 政策法规分析

根据«中华人民共和国矿产资源法»、«山西省矿产资源管理条例»、«山西省铝土矿资源开发利用规划»相关条文规定,对于具有工业价值共伴生矿产资源必须进行统一规划、综合勘探、综合评价、综合开发、综合利用,最大限度提高资源利用率和产出率.对暂时不能综合开采、综合利用的矿产以及含有有用组分的尾矿应采取有效的保护措施[1].

根据国务院安委会办公室安委办〔2015〕6号文«关于进一步加强与煤共(伴)生金属非金属矿山安全生产工作的通知»,严格落实与煤共(伴)生矿山安全准入标准.参照本地区煤矿开采有关规定,提高与煤共(伴)生矿山的最小开采规模标准.由煤矿设计单位和安全评价单位按照煤矿开采的相关法规、标准和有关规定对与煤共(伴)生矿山建设项目进行设计和安全评价[2G3].按照煤矿开采的相关法规、标准和有关规定对与煤共(伴)生矿山进行安全监管,实施“上限执法”.

«山西省煤炭资源矿业权出让管理办法»规定:煤炭资源探矿权和采矿权可以勘查、开采许可证规定范围的煤炭及其共伴生资源.非煤资源探矿权和采矿权经批准可取得煤炭资源矿业权,建设开采煤炭资源需取得相应资质,符合相关规定[4].

根据目前国家对煤与共(伴)生资源开采采矿证及安全许可证办理的相关政策,煤铝协同开采办理采矿证时,首先应完成煤层与铝土矿地质勘探报告并评审备案,然后根据地勘资料,委托有资质的单位完成煤铝联采的初步设计、资源开发利用方案、安全预评价报告、环评报告、划定矿区范围、矿山地质环境保护及生态恢复治理、土地复垦方案等相关文件,通过相关评审取得政府的批复文件,最后将材料整理好报省国土资源厅,由省国土资源厅审核后报国土资源部,经国土资源部审批发放采矿许可证.

2 煤铝资源区别

黄辉头矿区煤炭地质储量为37.34 Mt,设计可利用资源量30.95 Mt,设计可采储量19.66 Mt,可建设规模90万t/a,服务年限16年的煤矿山.铝土矿地质储量14.60 Mt,设计可利用资源量11.79 Mt,设计可采储量9.99 Mt,可建设规模66万t/a,服务年限16 a的铝土矿山.黄辉头矿区为高品位铝土矿,储量丰富,适宜建设大中型铝土矿山,而煤炭资源储量仅能建设中小型煤矿.

煤炭资源与铝土矿资源虽具有相似性,但也存在许多不同.煤炭资源一般为层状,容重1.3~1.5 t/m3,硬度普氏系数1~2,赋存稳定,节理、裂隙发育,顶底板一般为中硬岩体,有瓦斯、煤尘爆炸性、自燃倾向性、冲击地压等地质灾害.采矿方法国内一般采用长壁综合机械化开采,采煤机机械割煤,刮板输送机装运煤,可伸缩胶带输送机运输,液压支架支护,垮落法处理采空区.为防止自燃、粉尘等,地面储煤系统要求高[5G6].

与煤矿相比,地下铝土矿资源赋存形态似层状较多,容重大,一般为2.0~3.0 t/m3,硬度普氏系数高,一般为8~15,节理、裂隙不发育,局部厚度变化大,具有粘结性,遇水易结拱,顶底板软弱,遇水易泥化,无瓦斯、煤尘爆炸和自燃等地质灾害,目前普遍采用爆破方式落矿,扒渣机、电耙、铲运机装运矿,矿车或汽车运输,采场不支护或锚杆、单体支柱支护,崩落法或空场法处理采空区,地面储矿系统要求相对低.资源开采技术经济对比见表1.

表1 煤铝两种资源开采相关指标参数对比

3 煤铝共生资源开采时序分析

黄辉头矿区煤铝共生资源开采方法可分为3种:上行开采(先采完下部铝再采上部煤)、下行开采(先采完上部煤再采下部铝)、上下同采(煤铝同时开采,铝比煤滞后一段时间开采)[7G8].开采时序方案技术比较见表2.

经过上述比较,综合考虑选择上行开采(即先采完下部铝再采上部煤),该方案优先考虑铝土矿开发,待铝土矿开采完毕后,煤炭滞后开发.初期投产时沿用铝土矿已有主平硐,延深斜坡道、专用进风斜井、回风斜井,承担铝土矿开发任务,在铝土矿底板布置斜坡道,与主平硐一起承担铝土矿主、辅运输任务,主、辅运输设备由普通卡车更换为防爆无轨胶轮车,井下电气设备及电缆更换成防爆电气设备及电缆,增设瓦斯监测设备.铝土矿延深专用进风井、回风井,与各中段运输巷道相连,承担铝土矿回风任务.

待铝土矿开采完毕后,改造利用铝土矿现有主平硐作为煤矿的副平硐,作为煤炭辅助运输井筒,由斜坡道布置联络巷至煤层作为煤矿的辅助运输巷道.补充新建煤矿主斜井、回风立井,新建主斜井位于原铝土矿排矸场地沟谷斜坡段,布置带式输送机,提升煤炭,主斜井落底煤层后布置带式输送机下山,沿煤层布置煤仓,缓存煤炭资源,新建回风立井位于井田南部13号煤煤层露头附近,布置回风下山与回风立井相连,承担煤层回风任务.

该方案可以节省矿石主溜井、副平硐、煤层轨道下山工程量.需将现有井下电气设备及电缆更换成防爆电气设备及电缆,增设瓦斯监测设备.可以利 用铝土矿斜坡道作为煤炭辅助运输巷道[9].

表2 共生资源开采方案比较

4 结 论

(1)目前国内煤炭产能严重过剩,考虑到山西省的产业政策,政府更倾向于发展铝产业,而且煤炭开发建设初期投资较高,所以黄辉头矿应以铝土矿开采为主,煤炭作为共生矿种进行证照申办和矿山建设.按照目前矿山审批政策规定和企业实际发展需求,综合比较得出上行开采(先采完下部铝再采上部煤)开采时序方案为最优选择.

(2)铝土矿为主采矿种,煤炭作为共生矿种,按铝土矿审批流程办理,但涉及安全生产的环节要征求煤炭主管部门意见.煤铝上行开采时序基本符合国家及山西省矿产资源法律法规,对暂不能利用的共伴生资源采取了有效保护措施进行有效的保护,上行开采方案需经专家论证技术、安全可行后方可开采,也存在一定的行政审批风险.

[1] 董自祥.煤铝共生井田煤铝联合开采的可行性分析[J].中国煤炭,2015(03):66G68,72.

[2] 中国国土资源报.我国首个煤下铝整装勘查项目启动[J].矿产综合利用,2011(04):53.

[3] 杨中华.山西省铝(粘)土矿综合开发利用研究[D].北京:中国地质大学(北京),2012.

[4] 叶张煌,张 琪,张照志,等.山西省铝土矿资源的可持续开发战略[J].中国矿业,2014(09):35G38,75.

[5] 高士友.煤铝共生资源露天开采理论及应用技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2017.

[6] 董自祥.煤铝共生井田煤铝联合开采的可行性分析[J].中国煤炭,2015,41(03):66G68,72.

[7] 李少刚.蒙东能源公司煤电铝一体化发展战略研究[D].北京:中国地质大学(北京),2015.

[8] 杨彦宏.煤铝共生资源联合开采方案设计[J].煤炭工程,2017,49(11):6G9.

[9] 李志刚,杨彦宏,姬刘亭.煤铝共生资源联合开发模式初探[J].煤炭工程,2017,49(10):43G47.