贵州省猫场铝矿综合机械化开采工艺适用性探析

简永军

（中铝贵州分公司矿业公司，贵州 贵阳 550014）

贵州清镇铝土矿猫场矿区是一个特大型的沉积铝土矿矿床，已探明C+D级铝土矿储量1.79亿吨。预计资源总量大于2亿吨，矿区面积80平方公里，设计生产能力100万t/a，储量丰富，市场潜力大。目前国内铝土矿开采普遍采用传统开采工艺，具有采场建设周期长，贫化及损失率高，顶板管理难度大等缺点，在猫场铝矿引进综合机械化开采工艺，可在提高生产效率、自动化程度及安全生产程度，降低矿石贫化、生产成本，减少巷道掘进工程量，缩短采场建设周期等方面具有重要意义。

1 矿区地层及构造

矿区出露地层由老至新为：寒武系娄山关群(∈2-3Ls)，大塘组(C1d)，摆佐组(C1b)，梁山组(P1L)，栖霞组(Plq)，茅口组(P1m)，第四系(Q)，大塘组为区内含矿地层，上段含铝岩系(C1d2)，由粘土岩、黄铁矿、铝土岩、铝土矿等组成，为铝土矿矿体的产出层位；下段含铁岩系(C1d1)，由铁质粘土岩、绿泥石岩、赤铁矿等组成，为区内铁矿产出层位，假整合于寒武系不同地层之上。

矿区处于北东向的三岔河背斜东端的一个近南北向穹状小背斜上，东邻南北向区域构造带，两者呈斜接的复合关系，总体构造简单，地层平缓；断裂构造基本与区域断裂构造一致，主要发育北东东向及北东向断裂，内部断裂规模不大，影响较小。

2 矿体特征

矿石自然类型按结构、构造分三种类型：①土状铝土矿。呈浅灰、灰白色，结构疏松，吸水性强，硬度4左右，体重2.83t/m³，主要矿物成分为一水硬铝石，分布在矿体中部，此种矿石含铝最高，一般为78%左右；②碎屑状铝土矿。呈灰至深灰色，半土状光泽，断口参差不齐显粗糙状，硬度5～6，体重（2.6～3）t/m³，一般呈次棱角至滚园状，极少部分具鲕状，由于碎屑和胶结物成分相同，均是一水硬铝石，碎屑与胶结物的界线逐渐过渡，模糊不清，有的碎屑具定向排列，矿物成分与土状铝土矿相同，此类矿石大多数分布在矿体的中上部及上部，下部较少；③致密状铝土矿。根据化学组分的差异，可以划分为两个亚类，即灰至浅灰色致密状状铝土矿及棕褐色和紫色致密高铁铝土矿。浅灰色致密状铝土矿，呈灰、浅灰色，半土状光泽，致密坚实，具贝亮状断口，硬度5～6，体重（2.8～3.10）t/m³，此类矿石主要分布在矿体的上部或下部；致密高铁铝土矿，呈棕褐色、棕色、紫灰色、暗绿色，致密坚硬，硬度6～7，体重（3.1～3.5）t/m³，具向下侧变的特点。

3 矿体及围岩力学性质

3.1 矿体直接顶板

顶板含义系指工业矿体顶至摆佐组底间的范围，主要为硫铝矿、高硫铝土矿，铝土岩及粘土岩(有时为黄铁矿化粘土岩)，厚度Om～16.21m，平均2.05m，矿物成分主要为一水硬铝石、水云母、高岭石、黄铁矿、微量矿物为电气石、金红石、绿泥石等。硫铝矿：呈灰至深灰色，粒状结构，块状构造，硬度5～6；粘土岩及黄铁矿化粘土岩：呈浅灰至灰绿色粘土岩，较多的黄铁矿呈树枝状、网脉状、雪花状，雨点状分布。硬度3～4；铝土岩：呈灰至深灰色，致密结构，硬度4左右。

顶板不同的岩矿石类型呈似层状，透镜状产出，极不稳定，与主矿体接触关系为过渡关系。矿层的间接顶板为含粘土质厚层块状白云岩，厚度从71.03m～110.17m，平均84.1 8m，较为稳定、坚固，矿体顶板局部地段直接为白云岩。

3.2 矿体直接底板

矿体直接分别为粘土岩、铝土岩、硫铝矿层、高硫铝土矿层、铁质粘土岩、硫铁矿层及赤铁矿层等。

赤铁矿：赤红色、钢灰色致密块状，细晶一泥晶结构；磁铁矿、针铁矿及菱铁矿，磁铁矿多呈团块状，少部分为胶状分布于赤铁矿中，白云石及方解石呈细小的晶粒分布于赤铁矿孔洞中为次生矿物，其它底板岩类如粘土岩、铝土岩的矿物成分及物理性质与顶板相应岩类相同，矿体与底板岩类为过渡关系。

通过对猫场铝矿矿岩物理力学参数进行分析，矿体在倾角及厚度上可满足综合机械化开采工艺，矿石硬度系数根据初步设计遇水崩解，岩石硬度系数在6～8之间，矿石硬度低，可满足割煤机要求的可采范围，顶底板硬度可满足液压支架的安装要求，不会造成支架沉底现象；矿体夹石厚度小于0.8m甚至更小，可满足连续落矿，对矿石贫化影响不大甚至无影响。

4 铝土矿山引进综合机械化开采技术工艺的优势

综采工艺是煤矿开采中极为成熟的采矿工艺。猫场铝矿采用金属行业的采矿方法-留矿璧护顶房柱法，贫化及损失高，效率低，顶板管控难度大，安全隐患较高。综采工艺在铝土矿山中的应用尚处于初步探索阶段，煤矿和铝土矿的赋存条件差异较大，同时应用条件也存在很大差异。因此，必须结合猫场铝矿现场实际地质情况和矿岩特征作与煤矿进行对比分析，方能将猫场铝矿建设成安全、优质、高效的新型矿山。

猫场铝矿引进综合机械化开采工艺具有以下优势。

（1）开拓采切工程量大大减少，节省采矿成本及缩短采场建设时间，同时也减少通过胶带斜井运出地表的废石量，减少排土场容积及人员生活占用面积；

（2）引进综采工艺可实现回采工作连续落矿及运输，大大提高机械化程度，从而提高开采强度和采矿效率；大幅度减少井下作业人员，降低人工成本和井下发生员工伤亡事故概率；

（3）采用割煤机进行落矿，与爆破落矿相比，降低顶底板及周围岩体的破坏程度，提高回采工作面的暴露面积和暴露时间，再者，综采工艺采用液压支架进行支护，作业人员可将支架作为掩体，减少顶板冒落砸人事件概率，同时减少直接顶板粘土岩冒落造成贫化；

（4）根据当前国内煤矿采煤机适应要求，即矿体连续、倾角小于40°、顶底板稳固、矿厚大于1.2m、矿石普氏系数大于1.2、工作面回采结束后能自然冒落充填采空区，根据猫场铝矿矿岩赋存条件，可引进综采机械化开采工艺。

5 猫场铝矿综合机械化开采铝土矿需注意以下问题

通过对猫场铝矿整体系统及设备等分析，猫场铝矿大部分设备为进口设备，若引进综采工艺，将会存在一些不可规避的问题和风险，相比煤矿开采工艺，有以下问题需要高度重视。

（1）通过分析勘探地质报告，猫场铝矿矿区内低硫低铁土状铝土矿占43.02%，碎屑状铝土矿占28.36%，致密状铝矿占28.62%，土状铝土矿占多数，粘结性较强，遇水崩解，若采用综采工艺，喷水降尘时可能粘住割煤机滚筒，对落矿造成一定影响，尽管可通过改进割煤机设备节齿，但会一定程度上提高设备功率和落矿成本。

（2）矿体直接顶板为铝土岩和粘土岩，平均厚度2.05m，间接顶板为较厚的摆佐组白云岩岩溶裂隙含水层，随着回采工作面的逐渐推进，直接顶板会随之垮落，垮落的粘土岩不足以充填回采结束后的空区，需强制放顶密实充填空区，但间接顶板稳定性比煤矿老顶页岩及砂页岩好，放顶困难，对开采安全造成一定的隐患。

（3）引进综采工艺实现连续回采，井下保留的矿柱会大量减少，空区面积将会很大，而地表有居民居住和大量林地，地表会因采矿引发地表裂缝和塌陷，对环境的影响会加大。

（4）猫场铝矿分三期开采，如采用综采工艺将会导致二期邻近地表的矿体不可采，三期范围可控制的钻孔较少，矿石级别相对较低，硬度增大，会增加割煤机节齿的磨损，再者，液压支架、采煤机及刮板输送机不能随工作面参数的变化而随意调整，导致贫化无法控制。

（5）煤矿因其矿体产状相对稳定，回采率一般控制在95%左右，而铝土矿矿体地质环境相对复杂，猫场铝矿设计回采率为71.91%，贫化率为9.57%，另外，煤矿能较好控制顶板混入，即使混入部分矸石也只能影响煤的燃烧热值，而铝土矿废石混入后，贫化变大，A/S值将大大降低，一定程度降低了矿石的品位及销售价值。

（6）猫场铝矿现有设备只能满足目前房柱采矿法，采用综采工艺，部分设备将不可用，需购置大量配套设备，投入大，一旦试验失败，购置的设备将不可在传统的采矿工艺上使用。

6 结论

猫场铝矿是一个特大型的沉积铝土矿矿床，储量丰富，矿石优质，具有很大的市场潜力和前景，当前采用有色行业采矿方法-留矿壁护顶房柱法，贫化率及损失率较高，顶板管理难度和安全隐患大，若能引进综合机械化开采技术，可大幅度提高矿石回采率和生产效率，减少开拓采切工程量及采矿成本，降低采场建设周期和提高安全生产程度。通过对矿区地层构造、矿岩物理力学性质、矿体产状、厚度、倾角等综合分析，猫场铝矿可引进综采机械化开采技术，但仍存在设备磨损大，贫化难易控制等缺点，引进综采工艺后猫场铝矿应逐步改善和优化其在实际应用中的不足，充分利用现有矿山优势条件，进一步促进铝土矿山开采的可持续发展。