孝义铝矿民采空区的调查分析

孙 亮，党建印

（中铝山西分公司孝义铝矿， 山西孝义市 032303）

孝义铝矿民采空区的调查分析

孙 亮，党建印

（中铝山西分公司孝义铝矿， 山西孝义市 032303）

孝义铝矿民采空区调查结果表明：矿山民采主要存在平硐开拓、竖井开拓、斜井开拓、直接盗采、大型设备盗采5种形式；民采空区内部结构主要呈连续空区和不连续空区2种形式，水平投影呈蜂窝状分布；民采破坏程度高，普遍采用采富弃贫的方式进行，部分矿区民采范围约占矿体区域的25%～40%。调查结果对于矿山最大限度回收铝土矿资源，解决高损失率、高贫化难题，实现安全生产具有重要的指导意义。

采空区；残存资源；现场调查；孝义铝矿

过去国内部分大型氧化铝厂主要采用民采矿石来进行生产，导致民采泛滥，严重破坏了铝土矿山矿体的原生结构，严重影响了矿山正常开采，如山西吕梁、河南三门峡等地区均存在大量民采空区。近5年以来，国家加大资源整合力度，民采行为受到遏制，民采矿石来源渠道被截断。大型氧化铝厂不得不利用自备矿山进行开采，以满足自身供矿需要。由于民采遗留的大面积空区存在，导致矿山开采环境恶化，隐患多。

山西沉积型铝土矿体具有埋藏浅、覆盖层薄、围岩赋水量小等特点，给大规模民采创造了有利条件。就孝义铝矿而言，1990年代的大规模民采导致部分矿体区域30%以上的范围遭到不同程度的破坏。近年来，随着矿山生产能力的提高，如何安全高效开采这部分矿体，提高矿石的回收率，降低贫化率已经成为生产过程中亟待解决的难题。

因此，开展民采空区残存资源调查，对矿山安全生产具有重要的意义。

1 开拓方式调查

孝义铝矿是中国铝业股份有限公司山西分公司的主要铝矿石供应基地，也是我国最大的山西式露天铝土矿山，现由克俄、西河底、相王、柴场和后务城5个矿区组成。调查表明，孝义铝矿的5个矿区遭到不同程度的民采破坏，尤其是西河底、克俄和后务城3个矿区。矿区周边的民采主要盗采高A／S品位的铝土矿石和底板山西式铁矿。

孝义铝矿附近的民采开拓方式主要有5种。

（1）平硐。这是矿山周边常见的民采破坏的方式，主要从矿山拐点坐标连线外侧，在矿体的赋存相似标高位置开掘，直接在矿体上开凿巷道进行回采；也有部分是在临近矿界边缘区域开凿平硐，运输设备主要是当地农用推车（见图1）。

图1 民采平硐

（2）竖井。这是矿山周边主要的一种盗采方式，具有点多面广等特点。由于矿体上部覆盖层的平均厚度为60～100m，民采主要利用简易的三角装卷扬、吊桶等设备，向下开凿竖井，接近矿体后再开凿平巷至矿体盗采铝土矿和铁矿体（见图2）。

图2 民采竖井

（3）斜井。如图3所示，主要利用山坡露天矿缓倾斜成矿的特性，临近矿山开采境界线布置硐口，斜巷的坡度一般25°～30°，当接近主矿层后，转为水平或缓倾斜巷道来盗采铝土矿或铁矿，提升设备主要为小马力柴油机，装载设备为农用板车，部分难开采地段直接利用人力背运方式进行。为了确保巷道周边黄土的稳定性，通常采用木材支护。这种盗采方式具有破坏能力大的特点。

图3 民采斜井

（4）大型设备开采。主要用反铲和汽车直接剥离、清顶和采矿，这种盗采方式危害性比较大，生产能力强，在矿区地表留下大量的采坑。

（5）直接盗采。主要是利用矿山生产的间隙，在剥离完成后的矿体上直接盗采，形成凹陷深坑。这种方式破坏性极强，也是孝义铝矿目前最棘手的偷盗方式，主要分布在三期相王和柴场、二期的北采和一期克俄矿区（见图4）。

图4 地表盗坑

2 民采空区结构调查

调查结果表明，孝义铝矿民采空区主要包括连续空区和不连续空区2种。

（1）连续空区。从揭露的情况看，连续空区主要分布在厚大的高A／S品位铝土矿层或铁矿区域，部分分布在围岩稳固的区段，在漏斗状矿段这种情况尤为明显。连续空区又分全连续和部分连续2种。民采过程中，在最低限度保证空区稳定性的情况下，矿房与矿房之间的空区连通，中段与中段之间的空区贯通；上部下部前后左右，空区连片成区，暴露面积大；部分区段与主矿体相交，矿层间的空区相通相连。连续空区大面积的存在适应了沉积型铝土矿床的特点。

（2）不连续空区。矿山民采不连续空区主要包括：完全不连续空区和部分不连续空区2种类型。不连续空区主要分布在顶板围岩稳定性差的区域，在开采过程中主要选择低品位矿岩作为保安矿柱维系空区安全。开采结束后，对房间矿柱和中段矿柱不进行回采。同时，在矿房与矿房之间、中段与中段之间、或者盘区与盘区之间预留大量的保安矿柱，确保开采安全。不连续空区的稳定系数相对较高，在二次回收正规开采过程，矿柱维持相对容易，可以承受小型反铲设备的自重，空区内的泥岩可以清除，二次回采矿石的回收率、贫化率容易控制。

3 民采空区破坏程度调查

为了追求利润最大化和开采效率的高效化，民采普遍采取采富弃贫的方式，资源回收率通常仅有30%～40%，铝土矿石和铁矿石浪费现象十分严重。为了最大限度降低开采成本、加快开采进度，大量粘土、夹石和低A／S品位的铝土矿石被随意丢弃在采空区，给矿山正规开采增加了难度，造成矿石损失率、贫化率和围岩混入率远远高于设计水平。民采大面积掠夺式开采破坏了铝土矿山矿体的既有结构和围岩的稳定性，增加了开采的危险性。同时，民采空区普遍具有暴露面积差异性大、间柱形态复杂、顶柱高程起伏剧烈等特点（见图5），给矿山生产组织带来了难度。

图5 民采空区内部实景

选取西河底矿区进行调查分析。西河底矿区是矿山二期工程，1992年6月正式投产。矿区面积为5.595km2，生产规模165万t／a，设计境界内可开采矿石量3001万t。西河底矿区分为北采区和南采区，以5号勘探线附近的QJ142探井与ZK514钻孔坡，节理裂隙发育，不利的地层岩性及其空间组合、岩体结构和构造、地形地貌、水文地质、溶蚀及风化作用等为边坡的失稳提供了有利的先天条件；

（2）边坡岩体破碎，软弱夹层残余抗剪强度很低，在雨水及人类工程活动的影响下促进了边坡的滑动；

（3）边坡处于滑移－弯曲和滑移－拉裂复合型滑坡初始阶段，变形破坏机理表现为：中上段坡体沿层间软弱夹层滑移，在此推力作用下，坡脚开挖面附近岩体产生弯曲变形，从而在弯曲变形部位发育剪切滑动面，与层间滑移面贯通后，导致边坡整体失稳；

（4）边坡稳定性的数值模拟结果与理论分析基本相符，说明了数值模拟结果的准确性，同时也印证了对顺层岩质边坡的划分和理论分析方法的正确性。

［1］黄润秋，赵建军，等.汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26（2）：239－246.

［2］陈国国，徐名彬，等.龙角镇高边坡稳定性FLAC3D数值分析［J］.路基工程，2009（1）：171－171.

［3］黄润秋，许 强，等.中国典型灾难性滑坡［M］.北京：科学出版社，2008.

［4］张卓元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京：地质出版社，1994.

［5］孙玉科，等.边坡岩体稳定性分析［M］.北京：科学出版社，1988.

［6］孙玉科，古 讯.赤平极投影在岩体工程地质力学中的应用［M］.北京：科学出版社，1980.

2012－01－10）