铝土矿山应用综合机械化开采工艺的可行性初探

吴延平

（国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司，贵州 务川 564305）

综合机械化开采工艺在煤矿中运用非常成功与广泛，技术上已经非常成熟，它与铝土矿传统使用的房柱法开采相比具有可实现连续开采、节约井巷工程量、人员配置少、安全保障能力高等优点，因其对矿石硬度及矿体赋存条件的限制，在有色金属矿山难以推广应用，目前国内尚无先例。

国家电投集团遵义公司下属瓦厂坪铝土矿位于贵州省遵义市务川县，资源储量3790万吨，其矿体展布情况、赋存情况等开采技术条件与煤矿相近。本文对矿山开采技术条件与综合机械化开采工艺的要求进行分析比较，借鉴煤矿开采经验，在条件符合的铝土矿山引进综合机械化开采技术，以提高劳动生产率、降低安全风险。

1 综合机械化开采工艺优点分析

综合机械化开采工艺采用液压支架护顶、采煤（矿）机落矿、刮板输送机出矿、移动皮带加固定皮带运矿，安全系数及机械化程度高，实现连续运输，生产高效可靠。

1.1 回采采场连续推进，不留矿柱（点柱），跨上山（斜井）开采，提高资源回收率。

1.2 生产工艺比较先进，机械化装备水平较高，大大提高开采强度及安全保障。

1.3 单个采场生产能力高，矿山只需投产一个采区1～2个采场就达到100万t/a的能力，可大幅减少基建和生产时期的井巷工程量，节约基建投资。

1.4 1～2个综采场即能达到100万t/a的能力，人员配置全矿仅需500人左右，比采用传统房柱法减少约一半人员，既降低了人工成本，提高了生产效率；同时降低了井下发生安全事故人员伤亡概率。

1.5 采场控顶范围小，采用液压支架支护或单体液压支柱配合铰接顶梁支护顶板，紧随回采面推进，能及时支护采场上方不稳定直接顶板，不仅减少了围岩混入对矿石贫化的影响，而且工人在安全的位置作业，降低了井下发生人员伤亡事故概率。

1.6 减少井巷工程量和作业人员，使废石场征地面积和人员生活占用面积将减少。

1.7 生产集中，坑内的用电负荷相对集中，简化了供电系统。

2 适用条件对比及分析

2.1 倾角

综采技术适用条件为矿体倾角小于40°，瓦厂坪矿矿体倾角总体变化平缓，一般在17°～26°之间，满足条件。

2.2 硬度

综采技术适用条件为矿石硬度系数f≤4（局部f≤7）。

瓦厂坪矿区地质报告中矿石硬度系数一般为0.47～1.81，矿石类型为土状半土状、豆状、碎屑状、致密状，大部分矿石能够符合条件；其中致密状铝土矿硬度较高，但其占比较低且一般零散分布在矿层中间及矿体深部，集中度不高，不会对工艺产生大的影响。

矿石类型所占比例统计表 单位：%

2.3 矿体稳定性

综采技术适用条件为矿体赋存稳定、连续，适合大型机械连续作业。

瓦厂坪矿属沉积型铝土矿床，矿体产于二叠系中统梁山组（P2l）中部，其露头线端呈“U”字型展布，走向长度3000～4000米，单一层状产出，产状与围岩一致，连续性好，无矿天窗较少。

瓦厂坪东翼矿厚0.7～3.88米，平均2.38米；西翼矿厚0.5～1.9米，平均1.45米，矿体赋存较稳定、连续性好，基本满足适用条件。

2.4 顶底板稳定性

综采技术适用条件为顶底板相对稳固，f＞1.2，开采后顶板能自然垮落充填采空区。

矿体直接顶板为铝土岩、页岩，属软质岩石，水泡浸后即松散解体，天然的单轴抗压强度0.46～24.4MPa（f=0.05～2.44），一 般 12～14 MPa（f=1.2～1.4），稳 定 性差，易于剥落，该层厚度2～3m；其上覆矿层间接顶板即栖霞组白云质灰岩或生物灰岩，此层岩石的整体性良好，f为3.87～7.04。矿体的直接底板为铝土岩，遇水软化，岩石力学性质较差，f为0.47～1.81；其下伏矿体间接底板为韩家店组泥岩或页岩，属较坚硬岩石，岩石力学性质比铝土岩略好，饱和单轴抗压强度8.9～30.1 MPa（f=0.89～3.01），此类岩石经水长期泡浸后易发生软化。

从上述描述可知顶底板条件基本符合，但由于顶板与间接顶板硬度系数相差较大，直接顶板垮落后间接顶板沉降充填时间较长，将对顶板管理带来一定难度，必要时需辅以人工放顶。

直接顶底板岩石硬度系数表

通过以上使用条件对比及可行性分析可知，瓦厂坪矿各方面情况基本满足综采技术适用条件，具备引进综合机械化开采工艺的可能。

3 存在的问题及优化改进措施

通过以上分析基本认可了铝土矿应用综合机械化开采技术的可行性，但由于铝土矿与煤矿各方面差异较大，初步分析存在以下问题：

3.1 由于土状半土状铝土矿在矿体中所占比重较大，其粘性较强，易粘结在采煤（矿）机滚筒及刮板输送机、转载机内，需对设备结构、材质等进行个性化研究改进，减少其对落矿、装矿的影响。

3.2 矿体直接顶板为铝土岩易垮落，其厚度与矿体厚度基本一致，冒落后不足以完全密实充填采空区，而间接顶板为栖霞组白云质灰岩或生物灰岩，整体稳固性良好，需研究合适的放顶方式以防间接顶板大面积突然垮塌，造成设备损害和发生地质灾害。

3.3 氧化铝工艺对矿石含水率要求较高，采煤（矿）机开采过程中切割矿体时，因设备降温及喷雾降尘的需要，势必有额外水分进入采出矿石，需要进行专门的优化设计减少水分进入。

3.4 矿石损失率、贫化率是铝土矿山开采中的两个关键指标，在矿体厚度超出采煤（矿）机允许范围地段将造成矿石损失率、贫化率的异常波动，因此在进行综采三机设备配套选型时，必须充分考虑矿体厚度的分布情况，选择合适的滚筒及采高范围，确保矿石损失率及贫化率在合理范围。

4 结语

目前国家电投集团已经将“铝土矿综合机械化开采工艺研究与应用”列为科研项目，计划在瓦厂坪矿进行综采试验研究，成功后将在类似的大竹园矿等矿山进行推广应用。

由于综合机械化开采工艺在有色金属矿山尚无应用先例，因此应委托专业机构进行全面的可行性研究，尤其在铝土矿特性及与煤矿的差异性方面开展专题研究，对综采设备进行个性化的优化改进后再行实施，方能确保引进应用的可靠性。