可视化指导下的复杂薄矿体开采试验技术研究.pdf

可视化指导下的复杂薄矿体开采试验技术研究 吴安福1， 2，姜立春2， 习 泳2 （1. 中铝山西分公司孝义铝矿， 山西 孝义市 032303； 2. 中南大学， 湖南 长沙 410083） 摘 要 通过分层分级技术研究， 可视化矿体的赋存特征和层面间的品位级差， 实现了复 杂赋存条件下的含夹石层及漏斗岩薄矿脉矿体的分层分级开采， 成功解决了大型设备回 采效率与高损失率、 高贫化率、 高围岩混入率 “三高” 问题之间的矛盾， 提高了矿石的品 位、 回收率， 降低了围岩混入率， 延长了矿山服务年限。 关键词 可视化； 分层分级开采； 复杂薄矿体； 三维空间模型 山西境内沉积型铝土矿的合理开采一直是困扰 采矿界的一大难题。孝义铝矿年设计总生产能力为 380 万 t， 现采用 “松土机 - 铲运机” 露天混采工艺。 由于矿体薄 （0 ～5 m） ， 夹层、 天窗分布频繁， 顶底板 与围岩犬牙交错， 品位分布不均衡， 开采过程中一直 存在着 “三高”（高损失率、 高贫化率、 高围岩混入 率） 问题， 年平均采矿围岩混入率达 7. 92、 贫化率 为 15. 65、 损失率为 20. 77， 造成国家矿产资源 的巨大浪费。随着氧化铝生产对铝土矿石质量提出 的更高技术要求， 常规单一的露天采矿工艺已很难 满足需要， 国内外矿山又没有相关的经验可借鉴， 唯 有加强该类矿床开采技术的自主研究。 可视化技术是目前采矿领域发展应用的一种新 技术， 给矿山技术进步带来新的活力。孝义铝矿主 要利用可视化技术建立矿床地质模型， 为复杂赋存 条件下的含夹石层及漏斗岩薄矿脉矿体的分层分级 开采创造条件。 1 分层分级开采技术试验研究 分层分级开采技术主要针对矿体赋存的复杂条 件和顶底板矿体界线不规则等特点， 根据矿体层面 间品位级差和矿体层面间的厚度， 利用不同的采矿 设备来进行大规模、 高强度回采的采矿技术。该技 术主要通过加密勘探， 有针对性地剔除矿体中的漏 斗岩， 从而获得下游拜尔法、 烧结法氧化铝生产工艺 所需要的不同入炉品位的矿石。 1. 1 试验区选择 通过拟选试验采区与全区、 稳定区、 复杂区在概 况、 矿体形态、 内部结构、 矿体厚度、 顶板起伏、 品位 变化等方面的分析比较， 经过遴选， 最终确定有代表 性的分层分级开采试验采区大致位于西河底南采 场。试验区内部第四系黄土及残坡积物广为分布， 约占全区总面积的 80。出露地层较为简单， 主要 有奥陶系中统石灰岩， 石炭系中、 上统的铁矿、 铝土 矿、 耐火粘土、 粘土岩、 页岩、 砂岩、 煤和石灰石等。 试验区存在一个夹石层和 4 个大小不一的漏斗岩 区， 其加密勘探钻孔分布如图 1 所示。 图 1 加密勘探钻孔分布 1. 2 加密勘探 孝义沉积型铝土矿矿体呈似层状、 连续的透镜 状分布， 生产勘探和采矿揭露表明 矿体的实际形态 是仅为几米、 十几米或三四十米相连或相间的透镜 状和漏斗状矿体， 矿体顶底面凹凸不平， 标高相差悬 殊， 传统的 B 级储量、 A1级储量资料根本无法表征 矿体形状， 用其指导生产难免人为增大矿石的损失、 ISSN 1671 -2900 CN 43 -1347/ TD 采矿技术 第 5 卷 第 4 期 Mining Technology，Vol. 5， No. 4 2005 年 12 月 Dec. 2005 贫化。 矿山的统计表明， A1与 A2级储量资料揭示的 顶底板位移一般在 1 m 以上， 个别可达 14 m， 其中 顶板位移 53. 3 大于 3 m， 底板位移 66. 7 大于 3 m。顶板歪曲面积为 21， 底板歪曲面积 40， 剖 面上的歪曲面积在 35 ～ 150 之间。因此， B 级 储量 （100 m 100 m） 根本无法满足生产的初步需 要， A1级储量报告 （50 m 50 m） 也仅能够用来指导 露天的剥离生产， A2级储量 （25 m 25 m） 才能用于 指导回采作业。为此， 必须在试验区完成剥离后， 将 勘探网密度由 A1级提升到 A2级。试验区加密勘探 工程设计钻孔 16 个， 现场施工钻孔总计 13 个， 工程 量 404. 05 m， 依此建立的矿体三维空间模型如图 2 所示。从图 2 中可以发现该试验区矿体分布相当不 规则， 夹石层的厚度为 0. 91 m。 图 2 沉积型铝土矿分层分级开采方案 （a） 矿体分布 （b） 清顶结束后的矿体 （c） 回采上 部普铝后的矿体 （d） 回采中部高铝后的矿体 1. 3 回采工艺 根据矿体的赋存特征和层面间的品位级差， 在 试验区选用 “松土机 - 铲运机” 工艺进行剥离，“松 土机 - 前装机 - 汽车” 工艺进行清顶，“反铲 - 汽 车” 工艺回采薄矿脉和剔除废石， 实现沉积型铝土 矿的分层分级开采。 试验区沿走向布置， 顺倾斜方向作业。根据矿 体形态、 赋存条件、 主要设备最优工况特征， 确定工 作面宽度为 50 m。为了提高设备的利用率和台班 工作效率， 剔除夹层厚度超过 0. 5 m 的废石层。部 分小于0. 5 m 厚的夹层废石， 大型设备无法剔除， 利 用反铲进行剔除作业， 如图 3 所示。 图 3 反铲处理漏斗岩示意 2 技术经济效果 试验区主要采用分层分级工艺技术进行开采， 其与常规混采工艺的综合经济技术指标比较见表 1， 从表 1 对比分析可以得出 （1）与混采工艺相比， 分层分级开采贫化率、 围 岩混入率、 损失率分别降低了 3. 73， 2. 97， 12. 79 百 分点， A/ S 回采品位提高了 0. 78； （2）多回收铝土矿 13564 t， 避免了铝土矿资源 的无效浪费， 延长了矿山的服务年限； （3）生产成本降低了 3. 86 元/ t， 提高了综合经 济效益； （4）高品位铝土矿石更好地满足了下游氧化铝 工序的入炉要求， 适应了市场需求， 增强了企业的竞 争能力。 表 1 分层分级开采与混采综合经济技术比较 比较项目混采分层分级开采增减 地质矿量 （t）138465138465 采出矿量 （t）12067413423813564 Al2O3含量 （）70. 8870. 88 SiO2含量 （）7. 117. 11 Fe2O3含量 （）3. 063. 06 铝硅比 （A/ S）9. 979. 97 混入率 （）7. 924. 95-2. 97 贫化率 （）15. 6511. 98-3. 73 损失率 （）20. 777. 98-12. 79 剥离量（ m3）623097623374-277 剥采比（ m3/ t）5. 164. 52-0. 64 剥离作业成本 （元/ t）43. 9038. 50-5. 4 采矿作业成本 （元/ t）24. 9726. 511. 54 作业台班效率 （t/ 班）50004500-500 3 结束语 （1）根据山西境内沉积型铝土矿的特点， 首创 了 “松土机 - 前装机 - 汽车” 结合 “反铲 - 汽车” 工 艺， 解决了大型设备高效率开采铝土矿的 “三高” 问 题， 增加了矿石回收量， 提高了回采品位， 降低了采 矿综合成本， 取得了良好的经济效益和社会效益。 （2）利用可视化技术， 实现了复杂矿体赋存特 征和层面间品位级差的可视化， 为矿体的分层分级 开采创造了条件， 从而满足了下游拜尔法、 烧结法氧 化铝生产工艺对矿石入炉品位的要求。 （收稿日期 2005 -09 -30） 作者简介 吴安福 （1968 - ） ， 男， 高级工程师， 在读工程硕 士， 现任中国铝业股份公司山西分公司孝义铝矿副矿长。 61 采矿技术 2005， 5 （4）