综采工艺在铝土矿山使用及成本可行性分析

2020-12-19张成洋

中国金属通报 2020年11期

张成洋

（国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司，贵州遵义 563000）

随着现代化进程的发展，采矿工艺也不断进步，综合机械化采矿工艺应运而生。综合机械化采矿工艺在煤矿的开采上应用比较广泛，已经有了多年的使用经验。铝土矿的开采效率较低，开采安全性相对于煤矿来说也不够高，需要进行改进。而金属矿藏的岩层条件与煤矿相差较大，如何在铝土矿应用综采技术提升开采效率还需要进行研究。

1 铝土矿开采工艺现状

在现今的铝土矿开采中，运用综合机械化开采工艺的矿山还比较少，对于铝土矿使用综采工艺进行开采的研究也不多见。目前铝土矿大多采用房柱式开采方法，适用于开采规模不大的地下铝土矿山。在煤矿的开采中，综合机械化开采工艺已经有了大量成熟的使用案例，大大提高了煤炭的开采效率。在铝土矿的开采中，可以借鉴综合机械化煤矿开采的经验，为铝土矿开采效率的提升做出研究。

2 综采工艺的优势

在对综合机械化煤矿开采情况进行研究后，本文总结了利用综合机械化开采工艺的优势。

2.1 提高资源回收率

采用综合机械化开采工艺可以使资源的回收率大大提高。我国金属矿山主要利用房柱式开采方式进行开采。这种开采方式使金属矿产资源不能得到有效的回收，资源回收率为百分之五十到百分之六十，使大量的金属矿藏被浪费，不利于可持续发展。应用综采工艺的煤矿资源回收率能够达到百分之八十到九十，大大提高了资源的回收率，使煤矿的效益得到大幅度提升，并有利于我国的资源和能源战略。

2.2 使开采工作更安全

综合机械化开采工艺中，顶板由液压支架进行支撑，提高了矿井的稳固性，保障了矿产开采人员的生命安全。而综合机械化开采工艺也使开采的自动化程度得以提升，很多传统开采模式中需要人工操作的危险步骤都通过机器设备进行，使施工人员的安全得到更好的保障。地下铝土矿井中还有矿井水患危险，综采工艺的探放水技术较传统铝土矿开采工艺得到很高提升，能够利用先进的设备对水患进行探测，让铝土矿井的水患问题能够得到更好的控制。

2.3 减少作业人员

综合机械化开采工艺使用机械化的开采方法，能够使开采的效率得到提高，并减少作业人员的数量，为资源开采节约人力成本，提升开采的综合效益。而且人员的工作量也能够大大减少，为开采人员的生命健康做出保障。

2.4 减少矿山的建设成本

在传统的房柱法开采模式中，矿山的基建成本比较高。在产能相同的情况下，采用综采法所需的巷道约为房柱法开采模式的1/6。利用综采法可以使巷道的开拓米数大量减少，降低了进行矿山建设的成本，提升了矿山的效益。

3 综采工艺所需设备

根据煤炭矿山采用综采法进行开采的经验来看，在综采工艺中，“三机”的选择配置是非常重要的。“三机”包括采矿机、刮板运输机和液压支架。对于铝土矿来说，目前比较适用也是进行大规模应用的采矿机是双滚筒式的采矿机。由于其结构特征，这种采矿机可以应对多种方向上的矿石开采工作。它的前滚筒可以用来开采矿洞顶部的矿石，而后滚筒则可以用于开采矿洞底部的矿石。开采出的矿石则由转载机进行转移，由刮板运输机完成输送的任务。刮板运输机具有一定的灵活性，可以进行转弯铺设，并能够根据开采工作面和矿石产量进行长度和宽度的定制。过小的刮板运输机会使开采的矿石产生积压，并增加运输机的负荷，降低运输机的使用寿命；过大的刮板运输机则会使运输机浪费过多的运输能量，造成开采成本的增加。刮板运输机的型号适应矿山的情况可以使矿石的运输效率提高，增加矿山的开采效益。液压支架的设置也要进行完备的研究。液压支架对顶板起到支撑的作用，能够为开采工作人员提供开采的空间，让机器设备能够进行铺设并使用。液压支架也提高了顶板的稳固性，为开采人员提供了安全保障。根据顺槽揭露的矿石，消耗材料及设备配备配件的磨损会增加成本，需考察进行使用这些耗材及设备配件的试用及选用的效能及价格平衡，使其成本降低。

4 综采工艺运用于铝土矿的可行性分析

4.1 矿岩赋存条件方面

对于矿岩赋存条件的研究根据贵州的大竹园铝土矿进行。大竹园铝土矿中，铝土矿体呈层状分布。矿层和围岩的倾角比较平缓，目前开挖的巷道中，倾角基本处于9°～20°之间，少数位置的倾角大于20°。铝土矿体的厚度也比较平缓，平均厚度约为2m。其中矿体厚度最小约为0.5m，最大约为3m。在矿山开挖过程中，发现矿山的直接顶板和直接底板是铝土岩，间接顶板是白云质灰岩和生物灰岩，而间接底板则是泥岩和页岩。现在国内的综合机械化开采工艺对于矿山的条件有一定的要求，符合要求的矿山才能够进行综合机械化开采工艺的尝试应用。要想进行综合机械化开采，矿山的倾角不能超过40°，矿层的厚度不能少于1.2m，矿山的底板具有比较强的稳固性，能够承受机械设备的使用，而矿山的顶板在矿产开采后能够进行自然地垮落，从而使开采后的矿洞不留空，避免产生地表塌陷。

综合机械化开采工艺开始是用于煤矿的开采的。目前，综合机械化开采工艺在进行煤矿开采时已经有了丰富的应用实践。综采工艺使煤炭开采效率大大提高，提升了煤矿的综合效益。学者和工程师正在进行研究，将综合机械化开采工艺逐步应用到其他矿产资源的开采工作中去。虽然综合机械开采工艺能够提高开采效率和开采人员的安全保障，然而不能对任何矿山都进行试用。综采工艺有一定的条件要求，不符合要求的矿山强行进行应用不但不能提高开采的效率，反而给开采带来安全隐患，因此要对矿山的矿层和矿体进行详尽的研究，并结合综采技术的应用要求进行分析，判断矿山是否能够使用综合机械化开采工艺进行矿产资源的开采。

在利用综合机械化开采工艺进行矿产资源的开采后，虽然矿山的顶板会进行自然垮落，但是由于铝土矿已经被开采并运输出去，所以自然垮落的顶板不足以严密填充开采完毕的矿洞，比较疏松，稳固性较差，有一定的塌陷风险。所以不能只依靠顶板进行空洞的填充，还应当放置其他硬质灰岩顶来进行填充。对于伪顶为碳质页岩或铝土岩的，容易在进行回采时发生掉落。掉落的岩石会和矿石混合在一起，给矿石的提纯冶炼造成麻烦，使矿石的质量降低。

4.2 矿体强度特性方面

矿体的强度特性对综采工艺的尝试有很大影响。采矿机受矿石强度特性的制约。如果矿石的硬度过大，则会降低采矿机的工作效率，还会增加采矿机的磨损程度，对采矿机造成损坏，减少采矿机的使用寿命。因此，铝土矿山在进行综采工艺的应用之前，要先对铝土矿体的强度特性做出研究，确定矿石的准确硬度，并对要应用的采矿机类型和型号进行具体研究，了解采矿机能够进行开采的矿石硬度范围，再尝试运用综合机械化开采技术进行铝土矿山的开采。在进行铝土矿体硬度特性分析时，笔者也是根据大竹园铝土矿山的情况和数据进行分析研究的。大竹园铝土矿山的矿石分为土状、半土状、豆状、碎屑状和致密块状几种状态类型，其中致密块状铝土矿石的硬度是最高的，硬度系数在5.02及以下。不过该铝土矿山致密块状的铝土矿石数量不多，大多数矿石的硬度都在3左右。根据煤矿中运用综合机械化开采工艺的经验和研究，采矿机能够正常运行的硬度系数大多为6以下，少数采矿机能够在硬度7以下的矿体条件中进行正常使用。大竹园的铝土矿石硬度系数在5.02及以下，满足采矿机的使用需求，在矿体强度方面适于应用综合机械化开采工艺。在矿体强度较大的矿区，可以先降低矿体强度再利用采矿机进行开采。可以用爆破的方式使矿体破碎，或者对矿体进行注水使其松动，让矿石的开采更加容易，减少对采矿机的磨损。

5 综采工艺运用于铝土矿的问题分析

5.1 铝土矿粘度较大

铝土矿石的存在形式大多为土状或半土状，少有坚硬块状的铝土矿石。因此铝土矿石的粘性会比较大，在运输的过程中容易粘结在运输设备上。应当根据铝土矿的特性对采矿机械设备的材料及结构进行改造升级，使其更加适用于铝土矿的开采，提高开采的效率。

5.2 矿石防水问题

由于采矿机的特性，在采矿机进行工作时，需要进行洒水降温和喷雾除尘，会使水分进入开采的矿石中。而铝土矿的含水量有比较严格的要求一般情况不得超过10%，含水量过多会降低产品的质量导致氧化铝工业无法使用。在进行矿石开采中，应当注意好矿石的防水工作，保障矿石的质量。

5.3 矿石损失和贫化问题

采矿机进行矿石开采时，有一定的矿体厚度限制。采矿机能够进行开采的厚度是有限度的，过厚的矿体厚度让有些矿石难以被采矿机开采出来，造成了矿石的损失，使矿石损失率和贫化率有不正常的变化。在进行采矿机、刮板运输机、和液压支架的配置时，应当按照矿体情况进行选择，让“三机”能够和铝土矿山情况进行充分的匹配，尽可能减少矿石的损失率和贫化率。

6 综采工艺运用于铝土矿的应用分析

6.1 长臂综采的应用分析

长臂综采的方式能够使铝土矿增加一定的经济效益。在长臂综采的巷道处理中，通常通过开切眼、回风平巷和运输平巷等一些措施使巷道能够保持良好的通风。长臂综采方式能够运用功率较大的采矿设备，增加采矿的效率。而且其支撑结构比较好，支架能够更加稳固，提升了开采工作的安全性。而且长臂综采的开采方式在进行开采和运输的过程中就可以将矿石进行切割，为矿石的后续处理提供了便利，缩短了处理流程，使矿石的开采和加工环节得到优化，提升铝土矿石的加工效率。进行矿山开采时，延长采区走向的长度，可以让综合机械化开采设备能够进入的距离增加，一次设备转移能够进行更多铝土矿石的开采，减少了设备转移次数，使采矿的时间得到节约，提高矿山的采矿效率。

6.2 短臂综采的应用分析

短臂综采对顶板的支撑和长臂综采一样，具有良好的稳固性，不易发生垮落。同时，短臂综采也有着良好的巷道通风性和矿石运输效率高的特性。短臂综采的开采方式还具有长臂综采方式所没有的独特优势。相较于长臂综采开采方式，短臂综采方式矿石开采速度更快，具有更高的开采效率。中小型的铝土矿山运用短臂综采法进行铝土矿开采更为适宜。因为短臂综采开采方式具有较短的工作面，在进行开采时会先利用双滚筒采矿机进行单项切割，然后再使用单滚筒采矿机对矿石的切割进行加深，这种开采方式比较适合中小型铝土矿的情况。短臂综采工艺能够使刮板单机头输送利用直角转弯和侧卸等方式进行重新布置，更具有灵活性，能够适应中小铝土矿的情况，进一步提升矿石运输的效率。短臂综采的方式中使用的开采机器设备较长臂综采的方式来说比较轻型，适合进行移动，让设备在采区之间的转移更加方便快捷。