罗淦华　吴爱祥

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室)



·采矿工程·

铝土矿地下开采方法及开采难点*

罗淦华1,2吴爱祥1,2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室)

针对铝土矿地下开采方法尚不成熟、采矿安全与效率无法兼顾的难点，总结了国内外铝土矿地下开采经验，并分析了导致铝土矿地下开采困难的原因与对策，为确保铝土矿地下安全高效开采提供理论依据。

铝土矿地下开采采矿方法

随着我国经济的高速发展，各行各业对铝土矿资源的需求越来越大。尽管近年来我国铝土矿产量逐年递增，但依然无法满足铝土矿下游产品的生产原料需求。以中国铝业为例，2011—2013年，中国铝业自产矿量占所需矿石比例仅为48.84%、50.84%、51.30%，仍需大量外购和进口铝土矿，然而受印尼铝土矿出口限制等因素影响，中国铝业铝土矿资源战略安全难以保障，致使氧化铝生产利润空间受到了严重挤压。与此同时，浅部资源逐渐枯竭，铝土矿适合露天开采的储量逐渐减少且无法满足大规模生产的需要。至今为止我国铝土矿地下开采矿山的规模仍较小[1-5]，基本为15万t/a以下的中小型地下矿山，主要分布于山东、贵州、重庆等地，除此之外，在其他地区仅有零星开采，如豫西的贾家洼、段村雷沟铝土矿[6-10]；同时，河南、贵州、山西、重庆等地有多个在建的地下铝土矿山，可见我国地下铝土矿山产能必将与日俱增。近年来,有关铝土矿地下开采方法的相关成果较少，深部地下资源开采经验欠缺，相当一部分深部开采设计不完善，导致在生产中时常发生巷道垮塌，片帮等事故。就全国整个铝土矿山系统而言，地下开采仍处于探索阶段。故本研究就适宜于铝土矿地下开采的壁式崩落法、房柱法、长臂单层崩落法进行分析，为促进铝土矿深部安全高效开采提供参考。

1　铝土矿地下开采方法

1.1壁式崩落法

铝土矿地下壁式崩落法开采的工程布置如图1所示。该方法主要依靠自然冒落或爆破的方式崩落矿石。装矿方法根据矿体倾斜度采用电耙、扒渣机、铲运机等装矿；支护可采用常规木、钢、水压或液压支柱支护也可采用“井”字型混凝土预制块护巷；出矿采用传统的矿车或汽车运输。该方法具有系统简单、通风条件好等优点，缺点是坑木消耗多，支护顶板管理复杂，适用于围岩易崩落、厚度不大、地表允许塌陷的缓倾斜矿体[11-17]。

图1　壁式崩落法工程布置

1.2房柱法

采用房柱法进行铝土矿地下开采的工程布置如图2所示。该方法矿房长80～150 m，宽40～60 m，多采用爆破落矿的方式进行崩矿，不支护或采用锚杆支护，当顶板稳定性差时应预留0.5～1 m的顶柱，装矿与运矿方式与崩落法基本一致，适用于矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体[18-19]。

图2　房柱法开采工程布置

1.3长壁松动爆破综合机械化开采方法

长壁松动爆破综合机械化开采方法是近年来国内学者探索采用煤矿开采工艺开采铝土矿方法所提出的大规模开采方法，按所使用液压支柱的数量与方式的不同可分为单体液压支护顶板与液压支柱支护顶板两类。其中，单体液压支柱支护顶板开采方法的工程布置如图3所示。

该方法的创新点在于针对传统爆破落矿方式效率低，爆破效果差的情况，提出了加强松动爆破的方法，其实施方法如图4所示。

该方法矿房尺寸长度方向可达1 000 m，宽度方向可延伸120 m，视矿体规模进行变化。采用走向长壁布置，也可根据矿井开拓布置调整倾向长壁布置，但倾角一般不大于16°。模仿煤矿开采布置方式根据矿体有害气体赋存状况采用一进一回“U”型通风，或两进一回“W”型等布置方式。新鲜风流与人员从顺槽由辅运巷道进入工作面，由胶带运输机巷反风。作业采用连续回采的方式进行，爆破落矿，扒渣机或刮板机装矿，胶带输送机运输矿石，采用单体液压支柱支护，自然冒落或用崩落法处理采矿区。尽管该方法采用连续作业方式极大提高了生产能力与效率，但由于该方法的应用尚处于初始阶段，且不同地下铝土矿的赋存与岩体质量不同，故存在如装运，支护设备投资高等问题。

图3　单体液压支架支护顶板开采方法工程布置

图4　加强松动爆破方法

2　铝土矿地下开采难点

(1)矿体产状。矿体连续性、完整性较弱，矿体底板起伏多变，凹凸不平。采用传统采矿方法劳动强度大，矿石贫化率损失率高，低采出率，回收率仅为30%～50%，难以达到《铝土矿采矿权准入条件》标准，也难以实现大规模回采，与世界其他国家相比仍存在较大差距。当矿体产状较陡(大于30°)时电耙出矿不安全，而开采薄矿体时铲运机又难以使用，导致采矿效率低。

(2)支护工艺与花费。由于铝土矿多为沉积型矿床，直接顶板多为铝土质黏土岩、黏土页岩、炭质页岩或煤线，松软且极不稳固，一旦暴露出自由面，易较快风化碎解，间接顶板为砂岩或灰岩；直接底板一般为黏土岩、铁质黏土岩，且铁质黏土岩与铝土矿层分界明显，间接底板为白云质灰岩、泥质灰岩或角砾状灰岩等。矿层顶底板岩层强度较低，稳固性较差，属于软弱—半坚硬岩层，多为软弱性岩体，遇水易泥化黏结，结拱，且地压管理困难，放矿困难。

(3)矿岩性质。矿岩性质变化大，部分矿体硬度大，不便于机械切割，炮采工艺复杂，劳动强度大，劳动生产率低，采矿成本高，部分矿体松软破碎，不易支护，支护率高达100%，且巷道返修率高。

3　讨　论

目前，铝土矿地下开采尚处于探索阶段，由于铝土矿价值低，性质偏软，其赋存条件相对煤矿较简单，故可适当借鉴工艺成熟的煤矿开采工艺进行开采，同时应积极借鉴希腊、法国、匈牙利、北乌拉尔铝土矿地下矿山开采的成功经验(积极试验与采用现代化的采矿设备，实行机械化作业，在保证铝土矿开采利润率的同时，提高了生产率和安全性，并且改善了劳动作业条件，机械装置的应用使工人无需接近工作面危险区域，并且加快了作业进度，缩短了矿石回收时间)。我国乃至世界范围内的铝土矿床类型在地理上具有明显的分带性，不同地域铝土矿赋存地层、含矿岩系、矿层厚度以及矿层顶底板地质条件具有较大的差异性，采用立足于不同开采技术条件和资源特点的新技术是确保我国铝土矿地下安全高效开采的必由之路。

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Underground Aluminum Deposit Mining Methods and Mining Difficulties

Luo Ganhua1,2Wu Aixiang1,2

(1.School of Civil & Environment Engineering, University of Science & Technology Beijing;2．Key Laboratory of High-efficient Mining and Safety of Metal Mines(Ministry of Education))

In view of the immature underground mining methods of aluminum ore deposit and the difficulty of safe mining and high efficiency, the mining experience of aluminum deposit underground mining methods in domestic and abroad are summarized,the reasons that resulting in the difficulty of underground mining of aluminum deposit are analyzed,the corresponding countermeasures are proposed to provide reference for the guarantee of the safe and high-efficient underground mining of aluminum deposit.

Aluminum deposit,Underground mining,Mining method

2016-03-28)

*国家自然科学基金项目(编号：51374034)。

罗淦华(1992—)，男，硕士研究生，100083 北京市海淀区学院路30号。