铝土开采工艺及设备选型研究

王 敏

（山西华兴铝业有限公司，山西 兴县033603）

据统计表明，铝的消耗量仅次于钢铁的消耗量在全球范围内排列第二。作为工业生产中必不可少的工业基础原材料，铝对我国工业的发展具有不可忽略的作用。在实际生产中由于铝土开采工艺和设备选型不合理导致开采事故发生、开采效率低的问题出现[1]。本文将着重对关于铝土开采的工艺设计及设备选型进行了研究。

1 工程概述

以奥家湾矿区为研究对象，针对该矿区的铝土开采工艺和设备选型进行研究。该矿区总体构造为一向西倾斜的单斜构造，矿区岩层的倾角范围为5°～10°。

1.1 水文条件分析

据ZK66水文孔抽水试验资料，含水层厚度为217.66 m，水位埋深为183.62 m，水位标高为859.50 m，水位降深为12.62 m，涌水量为2 016.58 m3/d；据ZK1631孔抽水试验资料，含水层厚为25.15 m，12 h连续抽水，水位降深为12.6 m，涌水量为0.032 L/s，富水性较差。

综上所述，在铝土矿基建和生产过程中，应重视上覆煤层采空区积水和瓦斯的隐患，遵循先探后采，探采结合的方针，预防尚未发现的导水、导气陷落柱、小断层向矿坑产生充水的意外事故发生。该矿区的涌水量预测结果如表1所示。

表1 矿区涌水量预测结果 m3/d

1.2 地质条件分析

经对地质条件综合分析，可将该矿区的地质条件总结：由于铝土具有较强的吸水性，一旦吸水，再加上风化作用影响，其抗剪断和抗压强度将大大降低，在雨季露采时应注意边坡的稳定性。由于铝土矿的底板有一定厚度的抗剪和抗压强度较低的铁质黏土岩，同时由于基底奥陶系灰岩裂隙、溶洞发育，开采时局部可能会出现塌陷[2]。

2 开采方式的设计

2.1 开采现状分析

鉴于奥家湾矿所在地为黄土的侵蚀区，而且经现场勘测可得奥家湾矿区的地貌存在剧烈的切割现象，且铝土矿的埋藏深度范围为10.13～196.41 m，平均埋藏深度为97.65 m。因此，针对奥家湾矿的铝土开采选用地下开采的方式进行开采。目前，奥家湾矿井的生产能力为1 000 t/d，矿井的回采率仅为65%，贫化现象也十分严重，主要以全面采矿法和房柱采矿法两捉开采方式。

奥家湾铝土矿矿区总的开采顺序：

1）中段间为由上而下开采，矿体倾角平均8°左右，不存在矿井压力转移问题，上下中段开采顺序不同时，其相互影响不大。

2）先易后难。选择矿体产状稳定，矿岩稳固的中（低）段先采。本次延深设计，根据先易后难的原则，接替中段开采顺序，1 020 m、1 000 m为中段开采[3]。如果需两个中段同时生产，则考虑中段内产量及通风的情况，尽量按两翼往中央后退回采。

2.2 开采工艺的设计

为提高铝土开采的效率，开采工艺设计时需遵循的原则：

1）开采工艺需确保铝土矿的安全生产。

2）确保所设计开采工艺简单易操作，且采用相对成熟的技术。

3）可到提高铜矿石铝硅比的目的。

4）所设计开采工艺的生产成本较低且具有较高的生产效率[4]。

目前，可应用于铝土开采的方式包括有空场法、崩落采矿法以及充填法等。其中，崩落采矿法回采贫化率和损失率大，且会地表陷落，导致雨季降水渗入、迳流至井下，引起顶板的黏土岩和页岩等软质岩石变软，从而大大降低了采场顶板的稳固性，造成作业面安全无保证，故不宜采用；另外，充填法成本高，对于矿石价值不高的铝土矿来说，也不适用。于是选用空场类采矿法对奥家湾矿区的铝土进行开采。

经现场勘测可得，奥家湾铝土的特征如表2所示。

表2 奥家网铝土特征

针对铝土厚度小于2 m厚度的矿段采用锚杆护顶的全面采矿法；针对铝土厚度大于2 m的矿段采用锚杆护顶房柱采矿法。开采工艺如下：

1）锚杆护顶全面采矿法开采工艺。先采上部矿房，回采从切割平巷与切割上山相交处开始。工作面沿倾向呈阶梯从采场一端往另一端推进，阶梯长度8～12 m，阶梯间超前3～5 m。上部采场爆落矿石由小型集矿设备将矿石集至切割平巷处，再由其他辅助集矿设备集至铲运机硐室；下部采场矿石由辅助集矿设备集至铲运机硐室，由铲运机沿盘区倒入卡车，采场出矿后先对不稳定顶板进行锚杆支护，再进行下一轮作业。新鲜风流从进入采场，冲洗工作面后，经矿块顶柱出口或另一侧人行通风上山回至上中段。每次爆破后，采场内需用局扇加强通风。

2）锚杆护顶房柱采矿法开采工艺。盘区内从上往下分梯段回采，回采从通风联络上山处往两端推进。工作面沿倾向呈阶梯从采场中间往两端推进，分段宽度为房间点柱在横排方向上的间距，上一分段矿房开采进度超前下一房间8～10 m。铲运机沿中间上山或盘区间专用联络道进入采场，将矿石铲装经切割平巷、间柱联络出口进入联络道，最终倒入卡车。采场出矿后先对不稳定顶板进行锚杆支护，再进行下一轮作业。新鲜风流从经中间进风上山进入采场，冲洗工作面后，经矿块顶柱内出口或另一侧人行通风上山回至上中段。每次爆破后，采场内需用局扇加强通风[5]。

3 铝土开采的设备选型

表3 设备选型结果

铝土开采工艺确定后，需为该工艺配置相关的设备，主要包括有通风设备、排水设备等。在综合奥家湾矿井地质、水文等条件的基础，与铝土开采相关的设备选型结果如表3所示。

4 结语

铝作为我国工业生产中的关键源材料，在多年持续应用的结果下当前铝的储量急剧下降。为了保证工业生产对铝的需求，一方面需提高铝在工业中的利用率，并积极需找可提到铝的其他材料；另一方面需对铝土的开采工艺进行优化，避免铝土在开采过程中的浪费。为此，以奥家湾矿为研究对象，针对该矿区地质、水文的特征，选用采用锚杆护顶的全面采矿法和锚杆护顶房柱采矿法对平均厚度小于2 m和平均厚度大于2 m的矿体进行开采。