铝土矿地下开采“两率”指标控制的探讨

简永军

（中铝贵州分公司矿业公司，贵州 贵阳 550014）

金属铝作为我国重要工业原料之一，随着国内对铝资源的需求不断增大，对其合理的开发利用尤为重要。就目前我国铝土矿开采情况来看，地表浅层的铝土矿已经逐步采完闭坑，逐渐转入地下开采，但是地下开采相较于露天开采难度很大，如果生产工艺和开采技术不合理就会造成矿产资源的严重浪费甚至永久损失，故采取怎样的措施和方法降低贫化率和损失率，选择合理的采矿工艺，确保矿产资源合理开发利用保障资源的最大利用化是目前铝土矿地下开采亟需解决的难题。

1 中铝贵州分公司某铝土矿开采现状

在矿体埋藏较浅的条件下，从安全和成本投入的角度考虑，选择露天开采最为合适。中铝贵州分公司范围的铝土矿山多年来主要以露天开采为主，贫化率及损失率对矿石开采质量没有较大的影响，一直控制在5%左右。现如今，露天矿区逐步开采结束进入土地复垦和植被恢复治理阶段，主要以地下开采矿山为主，但顶底板岩层的软弱，遇水易泥化的性质给矿山矿石开采带来了一大难题。公司一直以来秉承科技兴矿的科学发展观，积极研究控制顶板的综合技术，防治地表塌陷技术及嗣后充填采矿技术等科研项目，目前正处于试验和探索阶段，开采技术方法尚未成熟。

2 矿体赋存条件及产状的复杂性

图1 9#勘探线断层倾角示意图

矿区位于扬子准地台黔北台隆的贵阳复杂构造变形区，正处于该变形区内北东向构造与南北向构造的交接复合部位。区域矿产以沉积矿床为主，主要有铝土矿、煤、铁等十多种矿产。该矿为特大型沉积型铝土矿床，含矿岩系为下石炭统大塘组（C1d）。含矿岩系厚度受其下伏地层古喀斯特侵蚀程度制约，凹处厚度大，凸处厚度小。具明显二分性，上段为含铝岩系，下段为含铁岩系。矿体沿走向和倾向上起伏较大，产状及厚度也随之变化，给铝土矿地下开采施工队伍造成较大的困难。如矿区9#勘探线。

从图中可以看出，1200m标高处矿体处于F48断层带，断层倾角72°，断距6m，顶板极易垮塌，造成矿岩混采，贫化较大，致使采出矿石品位达不到氧化铝要求。在钻孔ZK905含矿层出现矿体尖灭和突变，尖灭处矿体厚度为1m～1.5m，若开采矿体，凿岩和出矿作业空间高度达不到设备及人员进出要求，予以舍弃会造成矿石损失增加。

3 铝土矿质量的复杂性

出矿质量一般以AL2O3含量为主，但并非决定因素。SiO2的含量对出矿质量也有决定性作用，《铝土矿、冶镁菱镁矿地质勘查规范》（DZ／T02022002）中将AL2O3及A/S比值作为铝土矿的工业指标，而铝土矿的围岩及直接顶底板中SiO2的含量比矿石中SiO2的含量高，故围岩或直接顶底板废石的混入将大幅度降低A/S值，出矿质量控制难度较大。

以中铝贵州分公司猫场铝矿为例，大塘组（C1d）为矿区含矿层，自上而下分为两个岩性段，上段为铝质岩段，其中上部为铝土矿层直接顶板，下部为紫红色铝土矿夹铝土岩，平均厚度4.82m。下段为铁质岩段，为铝土矿层的直接底板，由暗红色、钢灰色赤铁矿、紫红色铁质粘土岩、绿泥石粘土岩组成，平均厚度3.22m。猫场铝矿矿石与围岩化学成分表。

表1 铝矿矿石与围岩化学成分表

从化验结果分析，顶底板及夹层的SiO2含量向较于矿石SiO2含量较高，假设废石混入按10%计算（其中顶板占4%、底板占5%、夹层占1%），通过采出矿石品位公式：

Ck：采出矿石品位，%。

ρ：废石混入率，%。

C ：采出矿石地质品位，%。

C′：采场围岩品位，%。

计算出 ：Al2O3为69.1%、SiO2为9.35%、Fe2O3为2.07%、S为0.484%、A/S为8.0，经过10%的围岩混入后，Al2O3降低了3.5%，SiO2增大了2.3%，Fe2O3增加了0.82%，S增加了0.21%，A/S降低了2.3，从此可以看出，废石的混入对于A/S及S的影响甚大，当原矿中A/S值越高，S越高，废石混入的影响越大，故在矿石开采过程中，必须严格控制废石混入，提高矿石出矿品位。

4 原因分析

4.1 顶底板起伏变化大

由于地质构造原因，矿体顶底板在倾向与走向上起伏都比较大，现场技术交底不充分，施工人员对地质情况不明及技术能力达不到要求是导致掌子面采幅控制不能适应顶底板起伏变化的主要原因，若不能得到有效控制，将会造成损失、贫化增大。

当矿厚小于人员及设备作业空间基本要求时，会造成低品位围岩混入矿石，从而致使采场贫化增大。当矿体平均厚度1.2m～1.8m，由于采矿设备、人员作业空间至少需要1.8m，虽然采用倾斜分条采矿法，但分条间距在10m左右，作业面在分条中沿走向布置，但10m的推进距离不可避免地要求部分地段采幅大于矿体厚度，因此不可避免混入部分低品位围岩。

4.2 顶板冒落

矿体直接顶板大部为不稳固铝土岩，之上为极不稳固炭质页岩，由于矿体较铝土岩稳固，设计保留30cm～50cm矿层护顶，但铝土岩与致密状铝土矿呈渐变过渡，界线不明显；采场技术交底不够，作业人员对现场情况不清楚，回采时不易控制，因此采矿过程经常出现揭露顶板，导致顶板冒落，采矿作业人员危险性增大，使得采场部分地段不得不停止采矿，以防低品位围岩冒落混入矿石中，造成采场矿石贫化。

4.3 电耙超挖

矿体底板为不稳固粘土岩，矿体底板起伏变化大，电耙出矿时不可避免的将凸起的部分围岩耙入矿石中，造成采场矿石贫化；同时损失掉凹陷部的铝土矿。电耙耙矿不能适应凹凸不平的底板，因此耙矿过程中容易超挖底板，这也是造成采场矿石贫化的主要原因。

4.4 顶底板边缘炮孔布置不合理

由于现场施工人员经验欠缺，炮孔在采幅线附近布置位置不合理、炮孔倾角不适应矿体倾角，爆破过程中就会不可避免的破坏顶底板围岩，将其混入矿石中，造成了矿石的贫化。当炮孔离顶板只有不到20cm，甚至有的炮孔就布置在顶板边缘时，就会造成破顶。根据矿体及围岩的性质，炮孔离顶板距离需要在40cm左右才能有效的保护顶板。

5 降低损失贫化的措施与方法

5.1 建立矿区采场技术档案

采场是矿山生产组织的最小单元，是落实好矿山生产经营的基础，是矿山的生命细胞，管理好每个细胞是矿山完成所有生产经营目标的根本。从地质勘查到生产，随着矿体的揭露程度的增加和对矿体的认识程度的不断提高，矿区的资源储量会越来越接近实际，有时可能发生较大的变化，因此矿区年度储量动态监测工作尤为重要，要做好矿区储量动态监测，必须对每个采场建立技术档案，实时掌握每个采场的储量动态变化情况。建立的采场技术档案中必须包括采场单体设计，采场工程地质编录，二次圈定报告，采场生产统计台账及闭坑报告等。采切工程的地质编录需及时跟进，并与生产勘探和原设计进行对比，发现矿体产状和厚度发生变化时要及时分析原因。当整个采场采切工程施工完毕之后要及时组织进行二次圈定并编制二次圈定报告，重新圈定矿体范围和估算采场保有资源储量，并与生产勘探报告和设计进行对比分析。采场每天的出矿质量和产量需要进行生产台账统计，并放入采场技术档案资料中。当采场回采完毕后，根据二次圈定报告和生产统计台账进行编制闭坑报告，及时计算采场回收率与贫化率，同时与原设计进行对比分析，当与原设计偏差较大时需认真分析原因，提出相应的补救和改进措施。

5.2 加强施工管理，强化施工质量

在进行打眼操作之前必须由技术人员用油漆画出打眼范围和炮孔位置；打眼完成之后，技术人员必须对完成炮孔认真进行检查，对于不符合要求或者距离顶板不足40cm的炮孔不允许装药；进行出矿时，由技术人员在现场对铲运设备进行监督，不能超挖底板和铲装大块废石；对于肉眼无法判断的矿岩，必须进行取样化验，根据化验结果为出矿作业顺序提供相应的指导；单个采场采矿结束后，由测量人员对采空区进行实际测量，进行计算采场的贫损指标，当实际指标与原设计指标偏差较大时必须分析原因，提出改进措施为后期采场施工提供技术指导。

5.3 研究成矿规律

成矿规律是指矿体在空间的分布形态和集中分布规律，是指导矿床勘查，进行成矿预测的基础。地质是采矿的“眼睛”，必须坚持“地质在前，设计施工在后”的原则。只有摸清矿体成矿规律和矿体形态，完善地质工作之后，方能为采矿设计与生产提供可靠的指导作用，同时也能减少矿石损失与贫化。

5.4 加大与高等院校、设计院合作力度，推进科研项目

猫场铝矿目前采用的留矿壁护顶房柱法，此采矿方法在地下铝土矿开采中仍处于起步摸索阶段，矿体顶板边界不清楚时，难以确定留设护顶矿壁的厚度，容易造成超采或欠挖，造成回采贫损指标高，降低了采出矿石品质，同时给回采安全带来严重的威胁。在矿山安全管理要求及氧化铝厂对采出铝土矿品质要求逐渐提高的环境开展科研项目研究是非常必要的。科研项目成功的试验将指导矿山安全高效生产，为类似矿山提供借鉴和参考作用，同时为中铝集团在以技术创新为主体的矿业新形式下提供强劲动力，推动我国地下铝土矿开采技术的发展。

6 结论

铝土矿资源属于不可再生资源，在开采过程中应充分考虑资源的回贫技术指标，确保资源的最大限度的回收与利用。

（1）建立采场技术档案是矿区进行年度储量动态监测的一种方法，同时也是分析贫化率和损失率的依据，对于采场闭坑后核算的回贫指标若与原设计偏差较大，务必认真分析原因，提出改进措施。

（2）现场作业施工质量的优劣取决于施工队伍和技术人员，技术人员应及时进行现场技术指导，确保施工质量。

（3）地质人员应认真研究矿区成矿规律，为采场设计人员提供可靠的地质资料。

（4）秉承科技兴矿原则，加大与高等院校、设计院的合作力度，提高矿石回收率，降低矿石贫化率。