贵州省务川县瓦厂坪铝土矿综合机械化开采应用分析

梁小糠

摘要：综合机械化开采铝土矿是通过探索使用煤矿开采工艺开采铝土矿所提出的大规模开采方法，贵州省务川县瓦厂坪铝土矿（山）采用综合机械化开采铝土矿在我国有色金属矿山中尚属首次应用，通过前期开采的情况来看，该工艺相对传统采矿方法有优势，也有弊端。优势主要体现在开采效率高、节省开采成本、安全保障程度高；劣势主要表现为受矿体附近小断层、岩溶、矿体厚度变化、顶底板岩层起伏、无矿天窗的影响，限制了该工艺采矿的连续性，增加了开采成本。笔者在系统分析限制综合机械化开采因素的基础上，结合矿体地质体征以及钻孔、井下开采揭露的地质现象，对后续生产勘探提出了合理建议，以便于发挥综合机械化开采铝土矿的优势，对综合机械化开采工艺在同类型铝土矿的开采应用中具有重要意义，也为务正道地区其他铝土矿山开采积累了宝贵经验。

关键词：铝土矿；综合机械化开采；瓦厂坪

1.前言

铝土矿是贵州省的优势矿产资源，黔北务正道地区正是贵州省铝土矿的主要产出地，其资源丰富、分布广泛、矿床规模大，远景资源量约7亿吨，其中探明的资源量近4亿吨，区内铝土矿开发潜力巨大。隨着我国经济的快速发展，铝土矿的需求量不断增大，在地表铝土矿资源已基本被采掘殆尽的形势下，铝土矿开采逐步从露天开采转为地下开采（务正道地区铝土矿均埋藏于地下，开采方式均为井下开采）。依托区内丰富的铝土矿资源禀赋，国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司计划打造贵州省务正道煤电铝一体化产业经济带，首次提出采用综合机械化开采（后简称“综采”）的方式进行铝土矿开采，并建成两座年产100万吨的大型铝土矿山——贵州省务川县瓦厂坪铝土矿便是其中之一，利用综采工艺开采铝土矿，是我国有色金属矿山中的首次应用，是铝土矿开采方式的一种重要突破，笔者对贵州省务川县瓦厂坪铝土矿的矿体地质特征以及对影响综采工艺的因素进行系统分析，对综采工艺在同类型铝土矿的开采应用中具有重要意义。

当前，贵州省正进行铝土矿、锰矿等重点矿产资源大精查（勘探）项目，务正道地区开展的铝土矿勘探项目也可借鉴贵州省务川县瓦厂坪铝土矿的开采经验，以便为后续的招商引资，变资源优势为经济优势提供更为充分的地质依据。

2.地质背景

2.1矿区构造

（1）构造。矿区位于黔北—渝南铝土矿成矿带鹿池向斜内，向斜轴向20°～25°，枢纽向北北东倾伏，总体倾角10°左右。矿区位于向斜南端翘起部位。向斜自北而南逐渐收缩变窄。从地层分布、岩层倾角显示该向斜呈明显不对称：东翼倾角较缓，一般10°至20°，倾向295°～320°；西翼岩层倾角较陡，自地表向深部从20度至30余度渐变，西翼岩层倾向105°～120°，向斜内未发现有二级褶皱。矿区位于向斜南端翘起部位，向斜自北而南逐渐收缩变窄。出露的地层由老到新为志留系兰多维列统韩家店组、石炭系上统黄龙组、二叠系阳新统大竹园组、梁山组、栖霞组、茅口组、二叠系乐平统长兴组、三叠系下统夜郎组，二叠系阳新统大竹园组为矿区赋矿层位，之上为巨厚的上覆层所覆盖，从而使矿体得以保存。矿区矿石质量较好，以土状、碎屑状铝土矿为主，矿区Al2O3含量平均63.05%，铝硅比平均6.1，平均真厚2.16m。

（2）断层。根据矿区勘探阶段1∶2000地质测量，矿区地表未发现断层。但在部分钻孔中发现有矿层重复，证明有断层存在，但这些断层规模小，垂直断距3m～20m，往往未延伸至地表已经消失，这些小断层主要分布于向斜两翼，主要为逆断层。

2.2矿体特征

矿床属于二叠系阳新统梁山组炭质页岩之下、志留系兰多维列统韩家店组泥岩（或零星分布的石炭系中统黄龙组灰岩）不整合面之上的一水硬铝石铝土矿矿床，整个矿区为一个主矿体，矿体赋存于二叠系阳新统大竹园组中上部，沿走向长3300m，最大宽度2850m，属大型规模矿床。矿体呈层状产出，产状与围岩一致，东翼倾角较缓（15°～20°左右），延伸较宽；西翼倾角较陡（30°左右），延伸较窄。

3.综合机械化开采工艺的优、缺点及建议

3.1综合机械化开采工艺的应用优势

综合机械化开采是近年来探索使用煤矿开采工艺开采铝土矿所提出的大规模开采方法，沿矿体走向布设采矿工作面（工作面宽度沿倾向100m左右），顶板通过液压支护，采用连续回采的方式，机械落矿，机械运输，自然垮落处理采空区的方式进行开采。在铝土矿山中应用，在全国尚属首次，贵州省务川县瓦厂坪铝土矿矿体厚度较大、连续性好，倾角相对稳定，矿体夹石较少且厚度不大，是引进综合机械化开采工艺的有利条件。根据矿山首采地段开采情况（图2矿区开采示意简图），结合贵州省务川县瓦厂坪铝土矿山地质环境条件，得出综合机械化开采相对于传统采矿方法具有如下优势：

（1）回采工作面连续落矿，连续运输，大大提高了单位时间内开采效率；（2）采矿工作面（沿倾向）宽度达100m以上，井巷工程大幅减少，地表废渣也大大减少，直接减少征地面积的同时还节省了采矿成本及时间。（3）机械化施工后，减少了用工数量，工作面采用液压支架支护，支架紧随回采面推进，及时支护矿体上部的直接顶板，安全保障程度较高。

3.2综合机械化开采工艺在采矿过程中存在的问题

综合机械化开采工艺毕竟是首次在铝土矿山中应用，采矿过程中仍有不少的问题制约着综合机械化开采的连续推进，根据贵州省务川县瓦厂坪铝土矿前期开采情况，主要有断层、岩溶、厚度变化、顶底板岩层起伏、无矿天窗等。

（1）断层。矿区勘探阶段已发现矿层附近有断层存在，这些断层规模小，垂直断距3m～20m，并对断层作了系统记录、描述和成图。断层对矿体的破坏，给采矿带来了极大不便，断距很小的断层（一般认为断距小于3m），使得工作面上坡或下坡，影响工作面“一刀切”采出的矿石质量；对于断距稍微大点的断层（断距3m～10m），使得连续的矿体被切割开来，增加了工作面拆除安装次数，限制了综采工艺连续生产优势的发挥，同时还增加了建设工程量和成本，对于断距更大的断层，对矿区采矿的影响则更甚。

（2）岩溶。矿区勘探阶段施工的钻孔中，共有9个钻孔在矿体附近发现溶洞，分别位于矿体上部0～3.9m范围内，溶洞高度0.5m～5.6m，勘探阶段对钻孔中揭露的岩溶情况亦作了系统记录和描述，但未考虑到对综合机械化开采铝土矿的影响，而且影响很大。岩溶对矿体的破坏，轻则溶蚀矿体，造成矿井涌水，如遇跨度较大溶洞，不但矿石流失，回采难度也会大大增加，地表汇集的水体通过岩溶裂隙持续涌水，增加矿井排水难度和矿体顶板压力，带来的还有增加支护费用。

（3）矿体厚度变化。顶底板岩层起伏、无矿天窗的出现，因综采工艺的原因，“一刀切”的采矿方式直接导致采出的铝土矿石与非矿岩石混杂，导致采出的工业矿石质量不佳，贫化严重，甚至达不到氧化铝原矿标准，给矿石加工和管理带来的极大困難。

3.3对后续生产勘探工作的建议

针对以上问题，究其原因，主要还是开采前对勘探成果资料的综合研究程度不够，未对矿层附近的小断层（断距小于20m）、岩溶以及矿体的厚度变化、顶底板岩层起伏、无矿天窗等进行系统分析，未考虑到前述问题是否会限制综合机械化开采的应用。该工艺在贵州省务川县瓦厂坪铝土矿的首次应用，揭露了前述问题对综合机械化开采的影响，制约了该工艺优势的发挥。矿区后续的生产勘探工作应引起足够的重视。

（1）断层：勘探阶段往往对较大断裂比较重视，忽略了断距较小的断层（一般认为垂直断距小于20m）对矿体的影响，没有考虑到对综合机械化开采铝土矿的影响，而且影响很大。针对断层问题，开采单位首先应加强已有地质资料的综合研究，对地质勘查阶段钻孔揭露的断层情况结合矿体底板等高线急剧变化的区域，推测断层的分布和可能走向；其次，后续的生产勘探，应根据钻孔揭露的断层情况，结合井下揭露的断层（断距、走向、倾向）特征，推测断层的分布和可能走向，系统分析断层对矿体的影响情况，以便指导后续地下井巷布设。

（2）岩溶：针对岩溶问题，后续的生产勘探，应根据钻孔揭露的岩溶，结合地表岩溶情况以及开采过程中揭露的岩溶情况，推测深部岩溶分布和可能走向，是否对矿体有破坏，破坏程度如何，以便指导后续地下井巷布设。

（3）井下开采显示矿体厚度变化：顶底板岩层起伏、无矿天窗的出现：揭示了矿体在深部的赋存形态并非厚度、倾角完全一致，针对前述问题，后续的生产勘探，应根据矿区现有基础数据，结合勘探工程采集的样品数据，加强矿石质量分析，以现行的生产工艺确定的工业指标（Al2O3含量，A/S比，可采厚度）圈定贫、富矿体范围等以及高硫、低硫矿体范围，以便指导矿区后续地下井巷布设。

4.结语

坚持以问题为导向，找到制约综合机械化开采的症结所在，对症下药，最终才能标本兼治。在矿区后续的生产勘探中，应根据矿区勘探成果，结合矿区前期井下开采揭露的地质情况，充分地进行综合整理、研究，对矿层附近的小断层、岩溶以及矿体的厚度变化、顶底板岩层起伏、无矿天窗进行系统分析，大体摸清破坏矿体的小断层、岩溶的分布及延伸情况，同时还要加强矿体厚度变化、顶底板岩层起伏、无矿天窗等地质现象的研究，才能更好地指导综合机械化开采，才能更好地发挥综合机械化开采铝土矿的优势，才能更好地为务正道地区其他铝土矿山开采积累更多宝贵的经验。

参考文献：

[1]金中国，武国辉，赵远由，等.贵州务川瓦厂坪铝土矿床地质特征[J].矿产与地质， 2009. 23（2）： 137～141.

[2]金中国，武国辉，黄智龙，等.贵州务川瓦厂坪铝土矿床地球化学特征[J ].矿物学报， 2009. 29（4）： 458～462.

[3]陈兴龙，龚和强.黔北务正道地区铝土矿的成矿地质条件与开发现状[J].矿产与勘查， 2010，第1卷（4）：86～88.

[4]苏书灿，赵远由.贵州省务川县瓦厂坪铝土矿详查报告[R].遵义：贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队， 2007.

[5]赵远由.渝南-黔北铝土矿矿物特征及沉积环境浅析[J].矿产与勘查， 2012，第3卷（2）：202～206.

[6]俞万松.瓦厂坪铝土矿综采试验区矿体特征分析[J].科技风. 2017， 9月下， 180～95.

[7]李伟铭.贵州大竹园铝土矿地质特征及综采工艺探析[J].有色金属设计. 2015，第42卷，第2期.