劉道旭　賀林波

【摘 要】近些年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，大量的工業(yè)原材料被消耗。其中鋁鋅等材料作為重要的工業(yè)材料，在我國(guó)的礦產(chǎn)材料中占據(jù)了重要的地位。特別是鋁作為重要的戰(zhàn)略性資源，其中鋁土礦的開采與勘探直接決定了我國(guó)的資源戰(zhàn)略的安全。由于近些年來，我國(guó)可供直接開采的堆積型礦產(chǎn)的大范圍減小，關(guān)于鋁土礦產(chǎn)在礦產(chǎn)勘探中的具體開采方法以及技術(shù)成為了現(xiàn)在礦產(chǎn)開采技術(shù)研究方面的重點(diǎn)課題。根據(jù)對(duì)鋁土礦在礦產(chǎn)勘查方面的理論研究并結(jié)合具體的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于現(xiàn)在我國(guó)在鋁土礦產(chǎn)方面的開采技術(shù)進(jìn)行了以下幾點(diǎn)研究：（1）根據(jù)我國(guó)現(xiàn)今的礦產(chǎn)回采形式，對(duì)于現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源開采方式方法進(jìn)行了相關(guān)的理論研究；（2）針對(duì)現(xiàn)今較為流行的具體實(shí)際開采進(jìn)行了相關(guān)的研究，并根據(jù)具體實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)在鋁土礦方面礦產(chǎn)開采技術(shù)的使用總結(jié)了相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；（3）根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的鋁土礦產(chǎn)的地質(zhì)形態(tài)，對(duì)于回采在鋁土礦的勘查方面提出了相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】鋁土礦；地下開采；頂板支撐；電吸附；功率充電；液壓設(shè)備

0 概述

鋁土礦產(chǎn)作為世界上工業(yè)生產(chǎn)的重要金屬材料，鋁土礦產(chǎn)的開采直接決定了國(guó)家的戰(zhàn)略安全與工業(yè)產(chǎn)值。近些年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，導(dǎo)致了我國(guó)對(duì)鋁土礦產(chǎn)的大量需求?；诖?，關(guān)于我國(guó)在鋁土礦產(chǎn)方面的礦產(chǎn)勘探的技術(shù)以及方法的研究起到了關(guān)鍵的作用。

根據(jù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的鋁土礦的開采現(xiàn)狀進(jìn)行相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)的開采方式主要采用普通全面采礦方法進(jìn)行鋁土礦的開采[1]。采用全面采礦方法進(jìn)行開采的鋁土礦在進(jìn)行回采時(shí)會(huì)產(chǎn)生交大的工程困難[2]。主要會(huì)導(dǎo)致回采成本過大與通風(fēng)差[3]幾個(gè)問題。對(duì)于這種問題，我國(guó)的相關(guān)學(xué)者提出了使用液壓桿進(jìn)行支撐的辦法予以解決[4]，這種方法在具體的鋁土礦開采過程中起到了極大的促進(jìn)作用[5]。

1 鋁土礦產(chǎn)開采技術(shù)條件研究

由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，我國(guó)大量的現(xiàn)有的堆積型的鋁土礦產(chǎn)瀕臨枯竭，現(xiàn)有的大量鋁礦，大多數(shù)情況下為地質(zhì)條件較為苛刻的礦產(chǎn)。所以關(guān)于鋁土礦的開采條件特別是鋁土礦頂板圍巖性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)的研究是關(guān)于鋁土礦開采技術(shù)研究重要部分。

1.1 現(xiàn)有鋁土礦地質(zhì)條件研究

根據(jù)長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的鋁土礦進(jìn)行相關(guān)的地質(zhì)條件調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)有的大量的鋁土礦存在著以下幾點(diǎn)問題：

（1）頂板巖層條件差：經(jīng)過多年工作總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)在我國(guó)現(xiàn)存的鋁土礦中，均存在著巖層強(qiáng)度較低，軟化系數(shù)大的問題；這樣的巖層會(huì)導(dǎo)致頂板易損毀等問題的產(chǎn)生。這樣的頂板會(huì)直接導(dǎo)致在進(jìn)行鋁土礦開挖時(shí)易產(chǎn)生較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。

（2）礦層頂板塌方冒頂風(fēng)險(xiǎn)大：根據(jù)實(shí)地地質(zhì)條件調(diào)查，我們得到了我國(guó)大部分的鋁土礦在開采過程中頂板的巖石壓力會(huì)隨著開挖的深度逐步增加而迅速的增大。這樣的應(yīng)力分布方式會(huì)使得在開采過程中頂板的塌方冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)大大增加。從而導(dǎo)致開挖技術(shù)的復(fù)雜與風(fēng)險(xiǎn)增加。

（3）水文地質(zhì)條件復(fù)雜，危巖數(shù)量較大：由于我國(guó)現(xiàn)有的鋁土礦開采技術(shù)的限制，直接導(dǎo)致了在進(jìn)行開采過程中會(huì)導(dǎo)致礦山中產(chǎn)生大量的危石。大量的危石會(huì)直接導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)加大的問題，甚至?xí)苯訉?dǎo)致工人出現(xiàn)傷亡。

1.2 鋁土礦巖層性質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試研究

根據(jù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的結(jié)果，針對(duì)某鋁土礦產(chǎn)進(jìn)行相關(guān)的巖石物理性質(zhì)研究，對(duì)于現(xiàn)有的鋁土礦的巖層性質(zhì)進(jìn)行總結(jié)與判定，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）巖石力學(xué)性能試驗(yàn)：根據(jù)對(duì)鋁土礦現(xiàn)場(chǎng)巖石進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試，我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁土礦對(duì)于含水率的敏感性較低，但是在雨水作用下，由于微風(fēng)化巖的大量存在會(huì)使強(qiáng)度產(chǎn)生一定的衰減；隨著開挖深度的增加，巖層中含泥量逐漸增加。巖層自身強(qiáng)度較高，所以在受到圍巖壓力作用下，巖層受到軸向壓力破壞的可能性較小。

（2）圍巖地質(zhì)構(gòu)造試驗(yàn)調(diào)查：根據(jù)具體實(shí)際施工條件，采用鉆芯取樣、攝影測(cè)量以及露面調(diào)查的方法對(duì)鋁土礦圍巖進(jìn)行綜合的圍巖地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查。對(duì)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)以及結(jié)果進(jìn)行數(shù)理分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合最終得到了圍巖的大致構(gòu)造。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)依次為炭質(zhì)巖、黏土巖等。這些部分主要以傾斜結(jié)構(gòu)面為主，整個(gè)礦體的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育較為完整，圍巖完整度較好。

（3）礦區(qū)圍巖質(zhì)量調(diào)查分析：為了在開采鋁土礦時(shí)保證開采安全與施工質(zhì)量，在進(jìn)行礦體開采之前，先對(duì)礦區(qū)圍巖質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)的調(diào)查分析。針對(duì)調(diào)查分析結(jié)果對(duì)圍巖進(jìn)行相應(yīng)的分級(jí)與判斷，并根據(jù)圍巖等級(jí)制定相應(yīng)的施工方法與方式。針對(duì)圍巖的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)主要依靠巖石的堅(jiān)硬程度與圍巖完整程度兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行判定。根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以判定圍巖的完整系數(shù)較為優(yōu)秀，圍巖完整程度較為良好。但是由于圍巖由于節(jié)理影響，導(dǎo)致了圍巖初始應(yīng)力較大，結(jié)合圍巖整體結(jié)構(gòu)我們可以斷定圍巖等級(jí)為V級(jí)。

2 鋁土礦開采技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

通過對(duì)鋁土礦現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的調(diào)查與試驗(yàn)，得到了現(xiàn)今我國(guó)鋁土礦實(shí)際的地質(zhì)條件。通過對(duì)現(xiàn)有地質(zhì)條件的仔細(xì)分析與研究，我們可以對(duì)原有的開采技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)與創(chuàng)新。對(duì)于現(xiàn)有的礦產(chǎn)開采技術(shù)引進(jìn)相應(yīng)的液壓技術(shù)。一方面保證開采的安全性，另一方面保證再次開挖的可實(shí)現(xiàn)性。

針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的鋁土礦開采方式以及方法，結(jié)合試驗(yàn)中關(guān)于圍巖等級(jí)的評(píng)定，針對(duì)性的采用兩種支護(hù)方式：液壓支護(hù)以及保留礦柱。為了保證鋁礦的開采以及后期二次開采的順利進(jìn)行，一定保證支護(hù)的剛性以及有效的伸縮性。根據(jù)常年施工經(jīng)驗(yàn)以及有限元的模擬結(jié)果，可以采用液壓支護(hù)的方式對(duì)鋁土礦開采過程中的頂板進(jìn)行支護(hù)。具體支護(hù)方式采用單液壓桿支護(hù)。根據(jù)支護(hù)方式對(duì)以下幾點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與測(cè)量：

（1）支護(hù)系統(tǒng)的剛度系數(shù)：由于支護(hù)的下降程度決定了頂板的沉降系數(shù)。所以支護(hù)的剛度直接決定了支護(hù)是否可以有效的保證頂板穩(wěn)定性。

（2）支護(hù)支撐力：?jiǎn)我簤簵U的支護(hù)支撐力等同于支撐桿的工作阻力。工作阻力直接決定了在進(jìn)行開采過程中一旦出現(xiàn)塌方冒頂?shù)染o急事故時(shí)，能否產(chǎn)生足夠的阻力保證頂板的安全。

（3）支護(hù)數(shù)量以及支護(hù)密度：在保證支護(hù)的支撐力以及支撐系數(shù)的最低限值后，足夠的支護(hù)數(shù)量以及合理的支護(hù)密度決定了支護(hù)效果。

為了保證對(duì)支護(hù)的有效管理與礦產(chǎn)開采過程中的有效的質(zhì)量管理，對(duì)支護(hù)進(jìn)行監(jiān)控與量測(cè)。主要測(cè)量數(shù)據(jù)及指標(biāo)為：初撐力的大小、工作阻力大小以及頂板應(yīng)力與應(yīng)變。

通過試驗(yàn)對(duì)提出的單液壓支護(hù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行支護(hù)的鋁土礦在開采過程中的頂板變形以及沉降明顯小于傳統(tǒng)方法；

（2）采用單液壓支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)支護(hù)后，在進(jìn)行后期二次開采時(shí)不但有效的保證了有效工作面的空間并且降低了二次沉降的速率；

（3）進(jìn)行單液壓支護(hù)的技術(shù)采用可以有效的降低支護(hù)造價(jià)，大量的降低了工程造價(jià)。

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，并針對(duì)我國(guó)相應(yīng)的鋁土礦的地質(zhì)條件提出了采用單液壓支護(hù)技術(shù)對(duì)鋁土礦頂板進(jìn)行支撐的技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)的手段得到了單液壓支護(hù)技術(shù)在開采技術(shù)中的積極作用。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]