贵州修文某铝土矿开采方式探讨

韦鹏洲，虞思德

(1.中化地质矿山总局贵州勘查院，贵州 贵阳 550005；2.贵州创新矿冶工程开发有限公司，贵州 贵阳 550005)

1 引言

矿山开采过程中，应依据矿体(层)赋存实际，开采技术条件，确定其经济合理的开采方式，以达到资源的最大化利用，以达到“政策上可行、资源上可靠、技术上可行、环境上可控、经济上合理”的资源利用宗旨。

依据贵州省自然资源管理部门的要求，需对矿山开采方式进行相关论证分析，以合理利用矿产资源选择适宜的开采方式是很有意义的。

2 矿体赋存状况

图1 矿体赋存地质剖面图Fig.1 Geological section of orebody occurrence

3 开采方式论证

针对贵州修文县某铝土矿的开采方式主要分为3类，分别为：地下开采、露天开采和露天+地下联合开采。

开采方式取决于许多因素，其中：矿体埋藏深度、规模、产状、矿岩体特性、地形、地貌以及施工技术水平和机械设备等因素极为重要。

根据《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》、《贵州省人民政府关于印发贵州省打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》和“省自然资源厅省生态环境厅关于印发《贵州省露天矿山综合整治两年攻坚行动实施方案》的通知”(黔自然资函【2019】981号)精神，尽量减少破坏或不破坏地表资源环境情况下，在开发资源时尽量采用井工开采，如井工开采同样会破坏地表资源环境，造成安全隐患情况下，优先采用露天开采。依据相关开采设计规范，要确定矿矿体(层)合理可行的开采方式可从露天开采方式和地下开采方式两个方面进行技术论证。经比对修文县洒坪乡土地利用规划图(2006—2020年)，拟论证露采范围不占用基本农田和Ⅰ类工益林地，不属于禁采禁建区。

3.1 露天开采方式论证

3.1.1 经济合理剥采比的确定

采用盈利法计算本矿山经济剥采比

NJh=[nl(Bl-al)- nd(Bd-ad)]/b

=[0.95(350-20)-0.8(350-140)]/14

=10.39(t/t)

式中：NJH—经济合理剥采比，t/t

nl—露天开采回采率，nl取0.95

nd—地下开采回采率，nd取0.8

Bl—露天矿石价格，元/t，Bl=350

Bd—地下矿石价格，元/t，Bd=350

al—露天生产成本，元/t，aL=20

ad—地下开采生产成本，元/t，ad=140

b—露天剥离成本，元/t，b=14(含剥离物处理)

3.1.2 矿块平均剥采比

平均剥采比是露天开采境界内总的岩石量与总的矿石量的比值。

各矿块平均剥采比N按下式计算：

N=剥离围岩岩石量÷矿石量

=(γ1×H1×S1)÷(γ2×H2×S2)

其中：γ1—泥岩体重2.4 t/m3

H1—覆盖层厚度m

S1—覆盖层面积m2

γ2—矿体体重，2.98 /m3

H2——矿体厚度m

S2—矿体面积m2

根据矿山具体实际，经计算本矿经济合理剥采比为：10.39(t/t)即3.5 m3/t。Ⅰ号矿体平均剥采比为：2.2(m3/t)、Ⅱ号矿体平均剥采比为：3.1(m3/t)、Ⅲ号矿体平均剥采比为：1.7(m3/t)；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体平均剥采比均小于经济合理剥采比：<3.5(m3/t)，适宜露天开采。Ⅰ号矿体+1 300 m标高以上采用露采、+1 300 m标高以下采用地下开采，III号矿体平均剥采比小于经济合理剥采比，Ⅲ号矿体采用露天开采；Ⅱ号矿体+1 250 m标高以上采用露采，+1 250 m标高以下采用地下开采，以满足安全生产条件要求。

3.2 地下开采方式论证

图2 2′2′号勘探线剖面

图3 6′6′号勘探线剖面

图4 10′10′号勘探线剖面

3.2.1 开采垮落带影响高度

Ⅰ号矿山为中硬岩层(最大采厚3.17 m)

=(100×3.17)/[(4.7×3.17)+19]±2.2

=11.55 m

Ⅱ号矿山为为中硬岩层(最大采厚3.43 m)：

=(100×3.43)/[(4.7×3.43)+19]±2.2

=11.97 m

Ⅲ号矿山为为中硬岩层(最大采厚6.20 m)：

=(100×6.20)/[(4.7×6.20)+19]±2.2

=15.08 m

表1 开采垮落带影响高度计算结果表

论证表明：Ⅰ号矿体层(最大采厚3.17 m)：地下开采将影响自矿层以上11.55 m地表塌陷垮落；Ⅰ号矿体层矿段区域处地表11.55 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式。

Ⅱ号矿体层(最大采厚3.43 m)：地下开采将影响自矿层以上11.974 m地表塌陷垮落；Ⅱ号矿体层矿段区域处地表11.97 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式。

Ⅲ号矿体层(最大采厚6.20 m)：地下开采将影响自矿层以上15.08 m地表塌陷垮落；Ⅲ号矿体层矿段区域处地表15.08 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式。

3.2.2 导水裂缝带高度影响范围

Ⅰ号矿山为中硬岩层(最大采厚3.17 m)

Ⅱ号矿山为中硬岩层(最大采厚3.43 m)

Ⅲ号矿山为中硬岩层(最大采厚6.20 m)

表2 导水裂缝带高度影响范围计算结果表

论证表明：Ⅰ号矿体层(最大采厚3.17 m)：地下开采将影响自矿层以上45.6 m地表塌陷导通；Ⅰ号矿体层矿段区域处地表45.6 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式；本矿山Ⅰ号矿体层埋藏深度最深仅为58 m，宜+1 300 m以上采用露天开采。

Ⅱ号矿体层(最大采厚3.43 m)：地下开采将影响自矿层以上47.04 m地表塌陷导通；Ⅱ号矿体层矿段区域处地表47.04 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式；本矿山Ⅱ号矿体层埋藏深度最深为80 m，矿层标高+1 250 m宜采用露天开采。

Ⅲ号矿体层(最大采厚6.20 m)：地下开采将影响自矿层以上59.80 m地表塌陷导通；Ⅲ号矿体层矿段区域处地表59.80 m以浅，不能采用井工开采，宜采用露天开采方式；本矿山Ⅲ号矿体层埋藏深度最深为31 m，宜全部采用露天开采。

3.2.3 地表沉降分析

1)地表最大下沉值Wmax(mm)

Wmax=Mqcosα=590 mm

α—矿层倾角(°)，取矿层平均倾角10°。

2)地表倾斜最大值imax(mm/m)

(2-1)

3)地表曲率最大值kmax(mm/m2)

(2-2)

4)地表水平变形最大值εmax(mm/m)

(2-3)

H—采空区底板深度(m)；

β—主要开采影响角(°)，由《采空区公路设计与施工技术细则》表D.0.1-1取β=65°；

b—水平位移系数，由《采空区公路设计与施工技术细则》表D.0.1-1取b=0.25。

表3 勘查区采空区地表位移、变形最大值

表4 铝土矿层采空后地表不同部位砖混建筑物破坏等级表

经以上计算可以看出当矿层采空后，地表最大下沉值>400 mm；地表倾斜最大值>10 mm；地表曲率最大值>0.6 mm/m2；地表水平变形最大值>6.0 mm/m；

矿区范围内地表不同部位地面倾斜变形值、水平变形均较大，其相应的水平变形和倾斜均超过标准要求，地表变形会很强烈，地面塌陷、地裂缝的数量及规模将增多加大，其对地面建筑物破坏等级最大为Ⅳ级。

开采引起的沉降和塌陷将对农业生产及造成较大危害，故矿山宜采用露天方式进行开采，以满足安全生产条件要求。

图5 最终开采境界剖面图

4 结论和建议

(1)论证内容总体符合贵州省自然资源厅相关露采论证编制大纲和有关标准规范要求，体现了“政策上可行、资源上可靠、技术上可行、环境上可控、经济上合理”的资源利用宗旨，经论证确定Ⅰ号矿体+1 300 m标高以上采用露采、+1 300 m标高以下采用地下开采，Ⅱ号矿体+1 250 m标高以上采用露采，+1 250 m标高以下采用地下开采，Ⅲ号矿体采用露天开采的开采方式是合理可行的。

(2)露天开采方式在实际生产中应充分考虑地表破坏后相应的环境综合治理和矿山闭坑后土地复垦的相关费用。

(3)如果矿体区域上方是基本农田或国家Ⅰ类工益林地，在没有调整相应的规划前，是不能进行开采生产的。