黏土岩覆层条件下缓倾斜铝土矿安全高效采矿方法研究

余 超，崔 松

(1.中国铝业贵州分公司矿业公司，贵阳 551413；2.矿冶科技集团有限公司，北京 102628)

铝土矿资源在我国经济发展过程中起到极其关键的作用。据了解，铝土矿资源由于自身地质条件限制，主要是房柱法开采。由于铝土矿成矿条件苛刻，顶板软弱不稳固、地压活动显著、层状矿岩变化较大、直接顶板黏土岩与矿体界线不明确、水文地质条件复杂等，揭露后短时间内即出现垮塌，为保证开采安全及地表沉降控制，开采过程中必须预留较厚的护顶柱、点柱、顶底柱等作为支撑体系。导致铝土矿资源的损失率较高，损失率一般40%～50%，造成大量资源浪费[1-2]。随着高品位铝土矿矿石价格的提升，如何提高矿山回收率是目前亟需解决的难题。

合适的采矿方法直接影响采场回采的安全性和生产作业技术经济指标。郭旺[3]针对铜坑矿缓倾斜薄矿体特征，提出了以TRIZ理论为指导的综合优选方法对矿山已用的采矿方法进行优化，效果良好。谢火明[4]采用液压支柱护顶嗣后充填采矿法在水银洞金矿得到很好的应用。

康家湾矿[5]、红泥坡铜矿[6]、巴鲁巴铜矿[7]等缓倾斜矿体开采过程中，通过采矿方法优化选择，均取得较好效果。

本文对猫场铝矿缓倾斜矿脉开采的安全性和高效性进行了深入的研究，在现有采矿法基础上，优选出更合理的采矿方法。

1 工程概况

1)工程地质条件

猫场铝土矿为特大型沉积型铝土矿床，具明显二分性，为含铝岩系、含铁岩系。

矿体直接顶底板由黏土岩类组成，直接顶板平均厚度1.77 m；直接底板平均厚度3.22 m；矿体直接顶底板平均RQD值12.50%，属软质岩石块状结构不稳定岩体。

矿床间接顶板为坚硬岩石，矿床间接底板为坚硬岩石块状结构稳定岩体。

对于铝土矿层，土状铝土矿属软质岩石块状结构不稳定岩体矿体，致密状铝土矿属硬质岩石、块状结构的稳定岩体，总体属硬质岩石与软质岩石互层的层状结构不稳定岩体。

2)水文地质条件

矿体间接顶板富水性中等，该地区岩溶发育，含丰富溶洞暗河，水文地质条件为中等偏复杂类型。

2 采矿方法初选

为减少矿柱损失，提高回采率，控制地压与岩移，现有采矿方法已无法满足以上条件及矿山生产需求。两步骤条带式废石胶结充填采矿法的技术思路是在预护顶的基础上，进行条带开采，结合废石嗣后充填技术，不再留设采场点柱，大幅提高资源回采率。因此，针对两种采矿方法进行对比分析，以优选出合适的采矿方法。

2.1 点柱式房柱采矿法

1)矿块布置及构成要素

矿块沿矿体走向连续布置，长50 m，控制矿块斜长70～80 m，高为矿体厚度，留设顶、底柱，顶、底柱宽6 m。

2)采准切割

中段运输平巷布置在矿体下盘，每个矿块在铲运机联络平巷与采场上山交汇处布置一条采场溜矿井，掘进人行通风材料井联通中段运输平巷与铲运机联络道，作为采场部分人员及材料的进出通道；沿矿体倾斜方向上掘二条采场上山，至上中段或上分段铲运机联络道，形成完整的采场通风风路；在采场底柱上方开掘切割平巷，形成采场最初的回采工作面。

3)凿岩爆破

回采工作面自采场一端向另一端分梯段向上逐步推进，采用Boomer281型凿岩台车落矿；孔深2.5～3.0 m，最小抵抗线1.0 m左右，炮孔间距1.0～1.5 m。采用装药台车(局部人工辅助)装药，非电雷管起爆，矿石块度控制在500 mm以内，个别大块在采场进行二次破碎。

4)出矿：采用2 m3电动铲运机铲装，运至采场溜矿井，下放后在有轨运输中段振动放矿机装矿，电机车牵引中至矿石破碎站主溜井。

5)采场通风：新鲜风流由中段运输平巷进入采场，流经工作面后，污风回至上中段或上分段铲运机联道，经南北回风斜井排出坑外。采场内采用局部扇风机进行辅助通风。

2.2 两步骤条带式废石胶结充填采矿法

1)矿块布置及构成要素

矿块结构参数：沿矿体走向划分矿房、矿柱，一步骤回采矿房，通过分条回采，空区采用废石胶结充填，宽3 m；二步骤分条带回采，宽度5～6 m，矿块长50 m，高为矿体厚度，倾向长50 m，0.5～1.0 m的护顶矿壁(一步骤留1.0 m，二步骤留0.5～0.8 m)。

2)采准切割

矿块采切工程主要为铲运机运输平巷、分段横巷及通风平巷。

3)凿岩爆破

一步骤回采工作面自采场一端向另一端分梯段向上逐步推进，采用Boomer281型凿岩台车落矿。孔深2.5～3.0 m，最小抵抗线1.0 m左右，炮孔间距1.0～1.5 m。采用装药台车(局部人工辅助)装药，非电雷管起爆，矿石块度控制在500 mm以内，个别大块在采场进行二次破碎。

4)出矿：出矿选用2 m3的电动铲运机，下放后在有轨运输中段振动放矿机装矿，电机车牵引中至矿石破碎站主溜井。

5)采场通风：新鲜风流主要经主斜坡道、分段凿岩巷道进入采场空区，污风由上中段或上分段铲运机联道，经南北回风斜井排出坑外。采场内采用局部扇风机进行辅助通风，见图1。

图1 两步骤条带式废石胶结充填采矿方法Fig.1 A two-step strip consolidated stop-fill mining method for waste rock

3 采矿方法优选

1)点柱式房柱采矿方法评价

该采矿方法矿石损失率较大，基本在40%～50%，造成大量经济损失，顶板控制困难，安全风险高，管理难度大。

2)两步骤条带式废石胶结充填采矿方法评价

废石胶结充填采矿方法[8]布置结构较为简单，采矿过程中顶板预留0.8～1.0 m护顶矿，支护工程量少，管理方便，在二步骤回采过程中，在保证安全的条件下，二次回采护顶矿，进一步降低矿石损失，工艺技术容易掌握，凿岩、爆破、出矿都是在护顶矿壁下完成，工人不必进入空区。回采完毕后，一步骤采用废石胶结充填，可有效解决废石地表堆存问题，满足环保要求，另外，充填成本低，总体来说，提高高品位矿石回收率，降低采切工程量，有效控制地压，废石有效利用，机械化程度高。

采用点柱式房柱采矿方法与两步骤条带式废石胶结充填采矿方法综合技术指标见表1。

表1 开采方案技术经济综合比较

通过各项指标可以得出，条带式废石充填采矿法各项指标良好，尤其是回收率得到大幅提高，可以有效多回收大量高价值矿石，同时有效提高矿山服务年限[9]。图2为条带式回采具体回采步骤分解。

图2 条带式回采具体回采步骤分解Fig.2 The specific stoping steps of strip stoping

4 结论

根据矿体赋存变化条件，对矿山现有采矿方法进行全面剖析，有针对性地进行了对比优化，具体结论如下：

1)建议采用留护顶矿壁两步骤分条回采嗣后充填采矿方法，在保证回采安全的前提下，结合废石充填工艺，可以解决猫场铝矿安全、高效采矿、地压控制、废石充填等技术难题。

2)提高了矿山整体(尤其是高品位铝土矿)回采率，由60%左右提高至80%，延长了矿山服务年限，促进了矿山良好发展。

3)废石不出坑，同时可以有效解决地表废石场地有限的难题，有效控制地表沉降等目标。