南斯拉夫铝土矿的采矿方法.pdf

； 99 1 年 5 轻金属 南斯拉 夫铝土矿 的采矿方法 [ 南斯拉夫]S l a v k o V u j e c等 赵金福译 顾皓 民棱 1 ． 导 喜 南斯拉夫于上个世 纪在伊新 的利亚 首先开 采铝土矿，在世界上或许也是第一个。当时是 用地下开采法开采黄铁矿化的铝土矿作为生产 明攀的原料 。 1 9 1 4 年 ， 作为铝工业原料的铝 土矿 ， 也是从 伊斯的利亚地区首先开采出来的 P A mb r o s i ， 1 9 5 5 。 到第二 次世 界大战时 ，已有许 多地 方小 规模生 产铝 土矿 Ob r o v a c ， Mo s t m- 。 第 二次世 界大战 以后南斯拉夫 确定了发展 铝工业的方 向，进行了大规模勘探，建设了氧 化铝厂 Ki d r i c e v o ， T i c o g r a d ,Z v o mi k ， Mo s t a r 。 开始时铝 土矿大部 分是 地下开 采的， 虽然存在着埋藏较浅的铝土矿。第二次世界大 战 以后 ，许 多矿山开 发了露天 采场。而开 采埋 藏更深 的矿床，使地下开 采产量在 总产量中的 比例再次增加。表 1 列 出南斯拉夫最大的铝土 矿矿山地下开采和露天开采的生产能力 S a k a c , 1 9 8 8 。 裹 1 产 量 担 土矿矿 山 地 下开 总 计， t 采 ，t 亚伊幕 2 3 5 1 2 0 1 6 3 e 6 O 嵬靳| 辱 尔 4 e 4 9 9 0 1 1 0 7 3 0 帚拉喜 尼察 ] d 2 3 S 5 0 盘新 尼 亚 5 6 e 8 0 1 9 0 O 0 阿伯罗 瓦克 0BR0VAC 2 g 2 5 l O 5 3 7 0 0 堆 尼 1 1 1 9 0 0 陂姆格 拉穗 POMGRAD -- S PLI T 3 , 6 5 0 尼克希哥 7 8 0 9 8 O 3 1 0 0 2 0 薛佐 夫 I ∞ H0 计 3 5 1 1 8 5 0 e 6 6 3 1 0 地下开采量 占总产量的1 9 ，但是根 据铝 土矿 的储 量情 况看，其所 占的 比重今后将会 增 大。1 9 8 6 年世界铝土矿产量为8 9 ． 3 Mt , 这就是 说南斯拉夫的铝 土矿产量 占 世 界 总 产 量的 3 ． 9 ％，在 铝土矿生产国中占第七位。 南斯 拉夫从开始开采铝 土矿 到1 9 8 7 年末 总 共 开采 Ts a ． 7 Mr 。 2 ．矿床 的地 质和地质 技术特性 对南斯拉夫的铝士矿矿床地质已有大量的 著作作了探讨，在此，我们只阐明与开采利用 有关的问题 以使本文的论述完整。按照现时的 立论有据的分类法 ，南斯拉夫的铝 土矿属 于岩 溶型铝土矿的地中海成矿带。具有经济价值的 铝土矿产于不同年代的七个 主要的地居中。各 个地层中的矿床依其矿物化学 成 分，规 模 和 顶、底板的岩相特性面各不相同 含有铝土矿的地层 为上 三叠纪 T O， 麻姆 世 Ts ， 下 白垩纪 K ， 上 白垩纪 K ，老第三 纪 口 ， 较 新的老第三 纪 和 新第 三纪 N 图 1 。 。 固 1南斯 拉夫 铝土 矿含 矿层 分 布 据S a k e s 南斯拉夫最大的矿床是在门第内哥罗 麻 姆 纪，J | 和弗拉塞尼察 Vl a s e n i c a 下 自垩 纪 ，K 按照矿物成分来说，南斯拉击的船士矿主 维普资讯 ＼ 8 轻金属 1 9 9 1 鼙 5 要 是一水软铝 石铝 土矿 。 ． 矿体 的形 状是不规 则的 ，它取 决 于 古 地 理和进一步的构造运动。单个矿床的规模由几 万吨到几百万吨 。 铝土矿的底 板不 平整， 呈明显 的石灰岩角锥 ，而顶 板则相 对较 为平整。 图 2 和 3为这些矿床特性的剖面 。 ● 图 2 亚伊 采铝土 矿矿 床 地 质剖 面 图 3 特罗布克瓦铝土矿矿床地质剖面 对这样不 规则的矿床，勘探和评价是一件 复杂 的工作。过去 ，大 多数是在开采矿体露天 的同时继续进行勘探。现在，除了对铝土矿的 成璃和生成年代有了进一步的认识外，勘探的 主要 方法是 钻探 。依 矿床的种 类和储量的级别 A B 、 C 不 周，钻探 同的 同度 为1 2 0 I 2 0 m到 1 0 x 1 O m 。 法 ，勘探 已变得较 为成功。 与地质 统计 学结台 的地貌学研究 ，船减 少大 量钻孔工 程。勘探 深 度 是经济范畴的 问题 ，南斯拉夫 当前 的钻探深 度 为3 0 0 m。 铝土矿和围岩的岩石力学数据变化范围很 大。铝土矿由土状到各种不同的硬度，但任何 情况下都分成若干不连续族 矿床的顶板 由名 符其实 的厚 层获岩到软弱的混灰 质 粘 土沉积 物。铝土矿的底板基本是坚硬的石灰岩。 5 ．露夭 开采 露天开采适用于深度较小铝土矿床，其开 采深度符合只复盖层极限系数信舟所限定的标 准 。 露天开 采系统和露天开采设备及机械化装 备的选择，都是依据有关的矿床自然特征，开 采条件和使用机械化装备可能性等标准来确定 的， B 口 依 据矿床规模和 埋藏 深度 ，开 采期限、 采矿和剥离的生产能力、铝土矿和围岩的地质 力学性质 露天采场参数、设备和机械化旋备 的技术特征和使用经验等因素来确定。如前所 述，由于铝土矿矿床的特性复杂，各个铝土矿 区可能差别相 当大， 因此 ，由矿床 的开 拓方式 表现 出来的露天开采方法 ，覆 盖 层 的 极 限系 数，开采技术工艺构思、工作边坡角和最终边 坡角、机械化装备类型和生 产能 力也都不 同。 表 2列 出现在进行 露天开 采 的各 主要 铝土矿区 矿床的主要地 质特征。 地质一 采矿 条件 和经济准则决定 了要 使 用 间断式 的剥离 和采矿工艺。 由于矿床 自然 特性 的差别，铝土矿质量的差别，以及采用机械装 备生产能力的差别，各个铝土矿区的工艺参数 差别 很大 。表 3所 示为各铝 土矿区代表性矿床 的露天开 采 主要 数 据。 4 ． 地 下 开 采 方 法 由于要适应矿床的自然特性，各矿山和矿 床地下开采 的采矿 方法特别是矿床的开 拓方法 和采准方式 以及矿 山的机械化装备 和使用 程度 差别很大 。 近 来， 由于应 用 了地球物理和地球化学方 状 、 矿 山的开 拓方法取决 于矿 床的 规 模 和形 埋藏深度、所处地表的地形、铝土矿运输 维普资讯 1 9 9 1 年 5 轻金属 9 裹 2 矿床 规模 矿床 镡 5 度 岩 石 组 成 铝 土 矿 区 上夏 岩 层 底 扳 沉积钓 5 O O O O O ‘ 5 1 3 O 石 灰岩， 白云岩 ，有 些 地方有 诛 石灰岩 ， 白云质 灰 尼克 希奇 5 5 0 0 O 0 O 河 球渍糖 1OO OOOO 2 聪 l石 灰 岩 弗 拉 塞 尼 察 I50O0a0a 5 0 0 o rJ l 6 1 3 0 石 灰岩． 耗 文岩 、 砂岩 角砾岩 石瓤岩 和始 新 世获差 莫 斯塔尔 3 0 O 0 O 0 氍岩 和牯土 2 0 0 0 O 5 O 一1 1 5 l扼捉岩 石灰岩 角砾岩 砾岩 古厚壳蛤粪和有孔韭 阿伯 瓦 克 3 O 0 O 0 O 的石灰岩 1 0 O O 1 0 -- 5 5 牯 土，掘 获岩， 耗 灰质灰岩 古 厚壳 蛤 曩 曲石灰苦 维 屉 3 O 0 0 0 裹 5 担 土矿 区， 露 王栗墙 _ 目 弗拉 塞尼 莫斯塔 阿诅 罗面 尼克 希奇 寮 尔 克 吐据和设 备 Da r a k一 P o d br ． S t a r i L 一 2 4 l Ga i 土矿 总量，t l 5 I 0 O 0 1 5 0 0 O O O 0 2 5 2 0 O 0 2 6 0 O O I 鞘商 总量， m ， 9 1 6 5 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 O 1 9 0 6 0 0 0 1 1 8 9 0 0 I 科商也， m ／ } 6 ． 0 4 5 ． 3 3 7 ． 5 6 4 ． 5 0 采辅最 终边被 角， 度 5 3 4 6 3 6 4 B 3 5 -- 4 8 拳墒深度 ， m 1 5 0 2 S 0 1 3 0 l 1 5 生产能力，t ／ a 2 0 0 0 0 口 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 O O O r石 晶位 Al | Os ， ％ 5 B ． 5 6 5 2 ． 8 0 5 2 ． 91 5 0． 1 5 ； i Ot ． I． 6 9 B ． 4 1 1 ． 5 S 2． 8 8 丧高度， m 1 5 1 0 l 口 l 5 睦备 机的生产能力， m／ h 2 5 a 5 l 5 l 5 和3 0 蠢撼机铲 斗规格． fi ll s 5 ． 5 l O ． 3 6 和6 , 4 3 ． 1 1 ． O 和3 ． j 丰 的载 重量， t 4 5 5 O 和7 7 l 7 种3 2 2 2 粕2 8 睦土帆． mS ／ h 4 5 0 m | 5 O 4 5 0 床 的 回栗 率． 9 0 9 0 0 5 9 5 工艺、生产能力和其它技经因素。以下是通常 使用的开 拓系统 t 用机车和皮带运输机运输的平峒} 用皮带运输机运矿的倾角达 1 7 。 的斜 坡道 I 用柴油 白卸汽 车运矿的倾角达 9 的 斜坡 逋’ 用箕斗运输的倾角为4 0 6 0 。 的斜井。 垂直竖井多数是用作矿 山 的第 二或第三出 口和通风。 对于开 拓，用 一套开 拓系 统服 务于较多 的矿床是最理 想 的，所 以要根 据技术经济观 点 束确定最 优的矿 田尺寸 |确定 开 拓运输巷 道最适宜的位置 。 这些巷道主要布置在矿床 底板 岩石中，因为与顶板岩l石和 铝 土矿相 比，底板岩石 的地质 力 学特性较为有利。 采准巷道大部分布置在必 需支 护的铝 土矿 内，少数 布置 在基本不 需支护 的坚 硬石 获岩 内。 图 4为亚 伊采铝矿一组 矿 床的开 拓系统 和采准方式 。 图 4 亚伊采 铝 土矿 MH 一主遣 糖平婀 ， 标高8 6 0 1 AA一嚣吼越 ，标高 9 0 0 ； l ～2 0 帚 士矿床 尼克希奇、奠斯塔尔和阿伯罗瓦克铝土矿 的开采和运输工 艺型式，还有大 多数矿 山的 外 部运输都采用柴油驱动的机械装备，而亚伊采 和波新尼亚铝土矿则只采用压缩空气驱动的机 械，运输是用皮带运输机，电机车和箕斗来完 成。所有这些矿山基本都是采用分段崩落法， 但根据每个矿床的自然特性和工艺过程中机械 化装备程度的不 同，而应用各不相同的类似变 型方案。就是说，这些矿山顶板岩石和铝土矿 的 物理力 学性质 不适宜采用房柱法 。铝矿 咔 维普资讯 1 0 轻金属 1 9 9 1 年 5 的采准巷 道没 有支护就不能 掘进。 用崩落顶板 的回采 工艺 ，要 求回采矿石 后 严 格 地将顶板切实崩 落，以减小采场工作面 的 压力和刨造安全的作业条件。这样的崩落工序 只有在顶板易 于崩落 的情况下 ，例如 ，尼克希 奇的矿层顶板 、奠 斯塔尔、亚伊 采和阿伯罗瓦 克矿区的部 分矿层 顶板才能 成功 的实现崩落。 这些矿区 中有 些矿床 的顶板是 比较坚 硬的石灰 岩，不易直接崩落 ，因此形成 了未 曾预料到的 一 些空场 ，有 时暴露 面积达 几千平方米 ，跨度 可 达6 0 m，这就不适应 于分段 崩落 法的工 艺要 求。因为在这种情况下，回采是在采场稳固性 不明确的条件下进行，时常由于突然的和不受 控 制的 崩落而危及工作面作业 的安 全性。 在崩落直接顶板的条件下，开采的特点是 产 量和 工人生 产率较 低 ，而且 回采率也低 ，甚 至低到只 回采 出5 0 。矿石损 失，会造 成储量 减 少，矿床 的开 采期限缩短 ，使矿 山的生产能 力减 少，并 增加投资费用和每 吨 矿 石 的总成 本。这样高 的开 采损失，原 因是铝 土矿不 进行 选矿。 现代 的铝 土矿开 采如 同其它矿物原料一 样 ，为 了达 到必要 的经济 效果 ，都 向太规模开 采发展 ，在 各个 工艺过程 中应用机 械化装备， 几乎完全排除了工作面选别装载 图 5 。 有地下开采 的各个铝矿对减少 回采 损失都 进行 了深入 细致的调查研究 ，按下 列步骤寻求 图 5 特 罗布克 瓦 矿的分 段崩 落法 圈 6 带临时小矿房的分段崩落法 尼克希奇矿 采矿 工艺的更为 适 宜 的 答 案 寻求采矿 方法的最 优参数 } 引用分段崩落法的 所谓 瑞典 式变型方案 ， 使 用所 谓顶板崩落 前的 临时小矿房法 } 用 其它更台适 的采 矿方 法部分或全郝取代分段 崩 落法。 近来，一在分段采矿法中已经常应用形成临 时小矿房方式 进行 圄采 图 6 。 小矿房是在顶板上和在靠近已崩落的采空 区一侧 留下1 m厚不爆破 的铝 土矿 保 护层 而形 成的 ，以便尚未从所形 成的矿房 中用遥控装载 机将爆破下来 的矿 石装载 并运出之前，暂缓 新 的崩落。此法 防 止了 回采过程中铝土矿 的贫 化 同时使矿 床的 回采率增加 到7 0 。 顶板岩石允许时，在作为非正规崩落的结 果所 形成 的空场条件下开 采铝 土矿 床或矿床 的 一 部分，能获得 非常好 的生产 效果 ，矿 山生产 率和劳动生 产率 高，而 回采损 失率最低 。 在亚伊采铝 土矿 波察 尼采区测到的分段崩 落法的主要 技术招 标为， 当分段高 7 m 时 ，在 崩落直接顶板和存在着 因非正规崩落而形成的 空场的条件下，回采率提高剜9 0 ％，工作面的 维普资讯 I 9 9 1 卑N} 5 轻金属 1 1 生产能 力 由9 0 “ U班提 高到 5 0 t ／ 班 ，劳 动生产率 由1 3 t ／ 工班提 高到2 I t ／ 工班。 在采 空医非正规崩落 的条 件下应用分段崩 落法，不能达到强制性的顶板控制，突然的和 来加控 制的崩落将会危 及工 作面操作人 员 和机 械设备的安全。 5 ．开采方法的今后发展 方向 铝 土矿和其它原料 的现代开 采方法 ，都需 要运 用各种科 学技术成就和运 用地质 勘探，岩 石力学、采矿机械和设备优化等等各方面的改 进措施对矿床进行综合研究。除调查工作外， 已有 的经验 、试验室 和现场 测试工作也都是必 要的先 决条件 ，这 样才能 为某 些具体问题找到 解答并 找到继续改进 的可能 性，即整个开采 工 艺过程的 优化。 在开采工艺的进展当中，对大规模开采的 要求 现 已表现为矿床 的产量大 ，应用具有较高 生产能力的现代机械装备，工艺过程 自动化， 提高劳动生产率，降低生产成本、改善工作条 件和安全条件以及其他生产参数，以达到较高 的工作效率 ，并 使开采 较贫 的矿 床成 为可能 。 按照这样 的过程，露天开采将进一 步增 大剥离 比，使露天开采范围包括更深的矿床，比用地 下开 采达 到更 大的产量 地下开采 的发展基础 也是 各个 工艺过程引 用生产能力较大的机械装 备。 改进 回采 工艺的研究主要有两个方 向其 一 为提高分段崩落法的回采率 ，其二为确定适 应各种采矿方法稳定条件的，顶板岩石符合要 求的矿床的稳定条件。 采空区的稳定性用就地观测和数学摸拟两 种 方法进行研究。 由于 数学模拟不能 包括诸如 不连 续性和矿岩 非均质性 等铝士矿矿床 的复杂 自然特 性，所 以要甩矿床特性的知识 和 已有的 铝 士矿地 下开 采经验对数 学模拟的评估结果进 行 对 比分析 pe r l e ， 1 9 8 8 以往的 研究表 明，开 采铝土 矿实 际上不 可 能只 用一种采 矿方法 ，因为不存 盘这 样一 种通 用而 且灵活的采矿方法能 够适应这些铝 土矿矿 床如此不同的 自然特性。 分段 崩落 法仅限于用在 除了技术经济优势 之外还能符台作业安垒标准的矿床，这就是这 种方法在我们的铝土矿矿床中应用得不成功的 原 因。 选择采 矿方法的主要 原则如下 1 ．在顶板岩石不稳定，易于直接崩落的 铝土 矿矿床 中应用崩落 工艺，并选用分段法 中 较 为适宜 的变型方案。 2 ．对顶板符合要求的铝士矿床，在顶板 有或没有锚柱支护的条件下应 用 空 场法 图 7，要 有 由稳定性 限定 的空场跨 度的限制， 而应用 房柱 法，则要 规定矿房和矿柱 的最 优尺 寸。 I 图 7 空场法 3 。废弃大面积采空区并在铝土矿保护层 的 保护下用分段崩落法开采 铝土 矿 图 8。 图 带铝土矿保护层的分段崩落法 4 ．铝土矿坚硬致密厚 度很大 ，而且 围岩 稳 固的采空区要 充填。 下转第 5 2 页 维普资讯 3 2 轻金属 1 9 9 ] 年 5 奎 H g 互 ■ 蕞 莲 氧化 铝 覆 盖 层厚 度 ， c r r L 图 1 氧 化 铝覆 盖层 的厚度 与散热 量 的关 系曲线 图 z 氧化铝浓度对槽 电阻的定性关系曲线 一 盟 3 自适应控铺系统结柯框 图 所示，图中所述的关系并非固定的。它取决于 电解质的化 学成 分，温度 和极 距。 自适应控制器 由参数的计算和控制器的计 算两部分组成 ，如 图 3所 示 。 综上所述，电解槽系列最佳电流强度的选 择，阳极效应系数的控制，为建立电解槽的最 隹能量平衡状态，提供了可靠保证，进而建立 起 规整 的槽 膛， 以达 高效、优质、低耗、 长寿 之 目的 。 参考 文献 C 1 千釜人 - 参加第 九届国 际锻工韭论 情 汇报 1 9 9 0 年 ， 9月 ． C 2]耳竹 赞， 啦 疆焙 槽蠊 韫 ， 冶金 工业 } I l 版社 ， 1 9 8 9 年 ， 3 5 5 ～ 3 6 6 ． 上 接 第 6页 和B I -I 特留金等人推荐的公式 ，结合宜阳矿 【 2 ]芏卫 星 等， 爆 破 ，1 9 9 6 ， 4 ， 2 2 ． 矿体裂 隙特征 ，经过反复计算、试验 和选取爆 。 程康等， 中 国力学学会第四屠工程爆破学木台议论 破 参 数 ， 改 进 了 爆 破 效 果 。 船 术 4 ．实践证 明，应 用对角线起爆的微 差挤 议论文{ [ 犏 ，5 3 ． 压爆破方法 ，有 利降低隙裂性矿体 的大块 率。 c 5 ] 川术耗研究 所， 镦差挤压爆醯 ，中国建筑工业 参 考文献 出 J 匮 社’ 。 。 。 。 。 ’ r1]盘 聪 j阿． 爆 辩舟 ， l 9 8 9 ， 2 ， 2 6 ． 5 I ． 上接 第1 1 页 上述有些方法 早 已在亚 伊采和阿伯罗瓦克 的矿床 中试用，其设计参数是由详细的就地观 测和监控计算机分析加以控制。 参考文献 略 译 自 1 4 t h Wo r l d Mi n i n g g r e 嚣 Pr o c e e di ng s ，Vo l u me 1 1 9 9 0 ， P ． 1 1 5 ～ 1 7 8 英文 维普资讯