董自祥

(中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司,北京市西城區(qū),100082)

煤鋁共生井田煤鋁聯(lián)合開(kāi)采的可行性分析

董自祥

(中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司,北京市西城區(qū),100082)

對(duì)興縣井田采用煤鋁聯(lián)合開(kāi)采方式獲得煤炭和鋁土礦進(jìn)行了可行性分析。煤鋁聯(lián)合開(kāi)采一是能夠充分利用一個(gè)工業(yè)場(chǎng)地、一套生產(chǎn)系統(tǒng)和一套管理人員,可減少建設(shè)投資,節(jié)省了管理和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,降低了綜合生產(chǎn)成本;二是減少了因分開(kāi)布置場(chǎng)地而造成的壓覆資源量,增加了資源回收率;三是利用煤炭開(kāi)采過(guò)程中獲得的地質(zhì)資料和通過(guò)布置在煤層內(nèi)的巷道對(duì)鋁土礦進(jìn)行勘探,節(jié)省了勘探投資。研究認(rèn)為,在興縣煤鋁共生井田推廣應(yīng)用煤鋁聯(lián)合開(kāi)采工藝安全上是可靠的、技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上能夠取得效益最大化。

煤鋁共生礦區(qū) 煤鋁聯(lián)合開(kāi)采 開(kāi)拓方式 開(kāi)采方式 可行性分析 興縣井田

近年來(lái),我國(guó)鋁行業(yè)的迅猛發(fā)展極大地促進(jìn)了對(duì)鋁土礦的需求,雖然我國(guó)鋁土礦資源較為豐富,但適合露天開(kāi)采的不到總量的40%,隨著近年來(lái)大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和無(wú)序開(kāi)采造成的破壞,淺層鋁土礦資源已經(jīng)日漸匱乏,為滿足氧化鋁企業(yè)對(duì)鋁土礦的需求,大部分礦山企業(yè)從露天開(kāi)采轉(zhuǎn)入井工開(kāi)采,特別是將煤系地層覆蓋下的高質(zhì)量鋁土礦資源作為獲取鋁土礦的新途徑。2014年初,河南能源化工集團(tuán)義煤公司曹躍礦業(yè)獲得國(guó)內(nèi)首個(gè)煤鋁聯(lián)采采礦許可證,證載鋁土礦生產(chǎn)規(guī)模36萬(wàn)t/a、煤炭生產(chǎn)規(guī)模30萬(wàn)t/a,開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外井工煤礦煤鋁聯(lián)合開(kāi)采的先河。

本文分析和探討山西興縣煤鋁共生礦區(qū)采用煤鋁聯(lián)合開(kāi)采方式的可行性進(jìn)行。

1 興縣井田煤鋁資源概況

山西興縣井田位于山西省西北部呂梁山區(qū)、黃河中游東岸,河?xùn)|煤田河保偏礦區(qū)中部,南部毗鄰斜溝井田,北部毗鄰肖家洼井田,東部外圍有興縣關(guān)家崖煤礦、車(chē)家莊煤礦、峁底煤礦。

礦區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)主要以鋁土礦和煤為主,有可采煤層6層,自上而下依次為山西組的4＃、6＃、8＃煤層和太原組的13＃、14＃、15＃煤層,煤層平均可采厚度分別為1.85 m、1.07 m、2.47 m、9.47 m、1.14 m和0.87 m;鋁土礦賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組一段中下部,上距15＃煤層約44 m,礦體呈層狀、似層狀,基本為單層,礦體厚度0.8～10.11 m,平均2.40 m,礦石中Al2O3含量為40.13%～79.20%,含量較高且穩(wěn)定。興縣井田范圍內(nèi)可采煤層和鋁土礦特征見(jiàn)表1。

表1 興縣井田范圍內(nèi)可采煤層和鋁土礦特征表

礦區(qū)地層總體為一走向南北、向西傾斜的單斜構(gòu)造,傾角5°～20°,一般小于15°,大部分區(qū)域傾角為5°～14°之間,未發(fā)現(xiàn)斷層及陷落柱等構(gòu)造,局部有極寬緩的波狀起伏。淺部煤層瓦斯含量較低,煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性,可采煤層一般具有自燃傾向性,奧灰水水位標(biāo)高在855～890 m之間,承壓水以上開(kāi)采條件較為簡(jiǎn)單,承壓水以下開(kāi)采過(guò)程中需要采取特殊的開(kāi)采措施。

目前,中鋁山西華興公司正在礦區(qū)淺部無(wú)煤區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)3個(gè)井工開(kāi)采的鋁土礦,規(guī)模較小,服務(wù)年限均較短,如延長(zhǎng)礦區(qū)服務(wù)年限,必須向深部煤層底部延伸開(kāi)采。按照山西省政府和中國(guó)鋁業(yè)公司簽署的《建設(shè)中鋁山西鋁循環(huán)產(chǎn)業(yè)基地戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,山西省人民政府制定了《中鋁山西鋁循環(huán)產(chǎn)業(yè)基地改革重組調(diào)整升級(jí)推進(jìn)方案》,明確支持將興縣井田煤炭資源配置給中鋁公司,這給中鋁公司在興縣井田推廣應(yīng)用煤鋁聯(lián)采工藝提供了契機(jī)。

2 煤鋁聯(lián)合開(kāi)采可行性分析

2.1 煤礦和鋁土礦井工開(kāi)采的共同點(diǎn)及不同點(diǎn)

(1)作為井工開(kāi)采礦井,煤礦和鋁土礦具有共同特點(diǎn):必須具有一定規(guī)模的地面工業(yè)場(chǎng)地,用于保證礦井生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)男枰?必須具備完善的通風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng);必須具有井下供電系統(tǒng)和照明系統(tǒng);必須具有完善的井下行人及輔助運(yùn)輸系統(tǒng);必須具備完善的安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和安全避災(zāi)系統(tǒng)。

(2)由于煤礦和鋁土礦開(kāi)采礦種和賦存條件具有差異性:勘探要求的精度不同,煤礦開(kāi)采由于煤層賦存條件相對(duì)穩(wěn)定,厚度變化不大,勘探精度要求較低,勘探工程基本線距500 m×500 m即可達(dá)到探明儲(chǔ)量(331)要求,而要達(dá)到同樣儲(chǔ)量級(jí)別,鋁土礦勘探線距為70 m×70 m;開(kāi)采順序不同,由于煤層位于鋁土礦上方,必須在煤層開(kāi)采完畢后方可進(jìn)行鋁土礦開(kāi)采;地面產(chǎn)品儲(chǔ)存場(chǎng)地要求不同,由于煤礦產(chǎn)量較大,易產(chǎn)生煤塵和瓦斯等有害氣體、易自燃等因素,對(duì)儲(chǔ)存條件要求較為嚴(yán)格,鋁土礦則較為簡(jiǎn)單。

2.2 煤鋁聯(lián)合開(kāi)采方式的可行性分析

基于煤礦和鋁土礦井聯(lián)合開(kāi)采的共性分析,如在煤鋁共生礦區(qū)采用聯(lián)合開(kāi)采方法進(jìn)行煤鋁共采,則具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)通過(guò)共用一處工業(yè)場(chǎng)地、一套管理人員和一套地面生產(chǎn)輔助系統(tǒng),大大降低了管理和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,同時(shí)也減少了因單獨(dú)布置場(chǎng)地而造成的壓礦量,增加了資源回收率。

(2)通過(guò)共用礦井通風(fēng)、井下供電、排水、井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、安全檢測(cè)監(jiān)控及安全避災(zāi)等系統(tǒng),節(jié)省了礦井建設(shè)投資,降低了綜合生產(chǎn)成本。

(3)在煤炭開(kāi)采過(guò)程中可以提前探明采區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、水文情況,為鋁土礦開(kāi)采提供詳實(shí)的地質(zhì)資料。

(4)可以利用煤層和鋁土礦層之間較小的層間距(約44 m),在煤炭開(kāi)采過(guò)程中利用采掘空間對(duì)其下方鋁土礦進(jìn)行井下勘探,以探明鋁土礦分布情況、礦層厚度等,大大降低了鋁土礦的勘探費(fèi)用。

煤鋁共采缺點(diǎn)是如果在一個(gè)采區(qū)內(nèi)同時(shí)布置采煤和鋁土礦生產(chǎn)系統(tǒng),容易造成生產(chǎn)工序交叉、重疊,不利于現(xiàn)場(chǎng)安全管理。

綜合分析以上因素認(rèn)為在興縣煤鋁共生礦區(qū)采用煤鋁聯(lián)合開(kāi)采方式獲得煤炭和鋁土礦資源從安全上是可靠的、技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上能夠取得綜合效益最大化。

3 礦井開(kāi)拓布置和開(kāi)采工藝

3.1 礦井開(kāi)拓布局

影響礦井開(kāi)拓布局和開(kāi)采工藝的因素主要有礦區(qū)地形、煤層(鋁土礦)賦存條件、施工難度、工程進(jìn)度、日常生產(chǎn)管理及后期生產(chǎn)能力提升等,隨著我國(guó)煤礦機(jī)械化開(kāi)采水平和集約化管理手段的不斷提高,現(xiàn)代化礦井開(kāi)拓布局和開(kāi)采設(shè)計(jì)的總體要求是資源回收率高、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)安全可靠、自動(dòng)化程度高,能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高效。通過(guò)對(duì)影響興縣井田地質(zhì)、地形條件和開(kāi)拓方式的諸因素分析,認(rèn)為興縣井田煤與鋁土礦聯(lián)合開(kāi)采礦井適宜采用斜立井綜合開(kāi)拓方式,這既有利于初期開(kāi)采,又能兼顧后期深部井筒延伸的要求。具體布置方式為:

主斜井可布置2條運(yùn)輸系統(tǒng),1條用于運(yùn)煤、1條用于運(yùn)輸鋁土礦,帶式輸送機(jī)運(yùn)輸,實(shí)現(xiàn)自井下至地面的連續(xù)運(yùn)輸。

副斜井設(shè)置1條運(yùn)輸系統(tǒng),煤、鋁開(kāi)采共用,采用小傾角斜井,裝備無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸,可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、材料、人員自地面至井下采場(chǎng)的連續(xù)運(yùn)輸。

回風(fēng)井筒采用立井布置方式,煤、鋁開(kāi)采共用,通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)通風(fēng)線路短,通風(fēng)阻力小,有利于改善礦井通風(fēng)環(huán)境,降低礦井通風(fēng)費(fèi)用。礦井生產(chǎn)后期設(shè)置進(jìn)回風(fēng)立井,形成礦井混合通風(fēng)系統(tǒng),使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)更為合理。

主、副井與各水平大巷要合理銜接,以求達(dá)到環(huán)節(jié)少,效率高,運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低,且有利于實(shí)現(xiàn)礦井自動(dòng)化管理。

3.2 開(kāi)采方法和工藝分析

3.2.1 煤炭開(kāi)采

長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法具有能力大、成本低、安全性好、技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。本井田煤層為緩傾斜煤層,煤層頂、底板較穩(wěn)定,適合采用長(zhǎng)壁開(kāi)采。可采煤層有薄煤層、中厚煤層和厚及巨厚煤層,由于煤層厚度變化較大,宜分別采用綜采和放頂煤綜采等工藝進(jìn)行采煤作業(yè)。

3.2.2 鋁土礦開(kāi)采

井田范圍內(nèi)鋁土礦體基本為單層,由于奧陶系古侵蝕面凹凸不平,造成礦體厚度在局部地段有較大的變化,在奧陶侵蝕面凹陷地段礦體變厚,在凸起部位礦體變薄,而鋁土礦開(kāi)采要求一是要降低成本,二是要嚴(yán)格控制圍巖混入,盡量降低貧化率,適宜礦體的采礦方法為空?qǐng)霾傻V方法,即:厚度小于3 m的礦段推薦采用錨桿護(hù)頂電耙、鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)合出礦房柱法(簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅰ類(lèi)法)進(jìn)行開(kāi)采;厚度大于或等于3 m的礦段采用錨桿護(hù)頂鏟運(yùn)機(jī)出礦房柱法(簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅱ類(lèi)法)進(jìn)行開(kāi)采。

4 需要解決的問(wèn)題和對(duì)策

根據(jù)井田范圍內(nèi)煤、鋁賦存壓茬關(guān)系,在同一采區(qū)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)必須先開(kāi)采上部煤炭資源,再開(kāi)采下部鋁土礦資源,在采煤期間利用采掘空間對(duì)下方鋁土礦進(jìn)行補(bǔ)充勘探作業(yè),為避免交叉作業(yè)帶來(lái)的影響,可以采取以下措施:

(1)鋁土礦的井下補(bǔ)充勘探作業(yè)可以在煤炭開(kāi)采期間,充分利用工作面檢修時(shí)間,沿工作面走向每70 m布置一排鉆孔,按照工作面長(zhǎng)200 m計(jì)算,每排4個(gè),即上下工作面平巷各1個(gè),工作面內(nèi)2個(gè)。

(2)在上一個(gè)采區(qū)煤炭回采結(jié)束后,保留采區(qū)主要生產(chǎn)、輔助系統(tǒng),為單獨(dú)開(kāi)采鋁土礦服務(wù)。

5 結(jié)論

(1)在興縣煤鋁共生井田推廣應(yīng)用煤鋁聯(lián)合開(kāi)采工藝安全上是可靠的、技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上能夠取得效益最大化。

(2)在同一井田內(nèi)共用一套生產(chǎn)輔助系統(tǒng)和一套管理人員進(jìn)行煤鋁聯(lián)合開(kāi)采,減少了礦井建設(shè)投資、節(jié)省了管理和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,降低了綜合生產(chǎn)成本。

(3)減少了因分開(kāi)布置工業(yè)場(chǎng)地而造成的壓覆資源量,增加了資源回收率。

(4)利用煤炭開(kāi)采過(guò)程中獲得的地質(zhì)資料和通過(guò)采掘空間對(duì)鋁土礦進(jìn)行勘探,節(jié)省了勘探投資,為鋁土礦開(kāi)采提供詳實(shí)的地質(zhì)資料,達(dá)到事半功倍的效果。

參孝文獻(xiàn):

[1] 呂大煒,劉海燕等.華北板塊晚古生代海侵事件沉積類(lèi)型及分布[J].中國(guó)煤炭,2014(8)

[2] 王方田,陳芳等.淺埋房式采空區(qū)下煤層長(zhǎng)壁綜采礦壓規(guī)律研究[J].中國(guó)煤炭,2012(5)

[3] 唐永志,葛沐曦等.近距離煤層聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)與實(shí)踐[J].煤礦開(kāi)采,2002(2)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

Feasibility analysis of coal-aluminum combined mining method in symbiotic field of coal and aluminum

Dong Zixiang
(Aluminum Corporation of China,Xicheng,Beijing 100082,China)

This anthor discussed the feasibility of coal-aluminum combined mining method which was able to mine both coal and bauxite in Xing country field.The miming method took full advantage of one and the same industrial site,production system and administrative staff,which reduced construction investments and the comprehensive costs of management,operation and production;reduced the quantity of covered resources caused by separate layout of the industrial site,and lifted the resource recovery;the geological data obtained in the process of coal mining and the roadways lay in coal seam were utilized to bauxite exploration,which could save the exploration investments.The results show that,it was reliable in safety and technically feasible for popularization and application of coal-aluminum combined mining in symbiotic field of coal and aluminum in Xing country,and it could achieve economically benefit maximization.

symbiotic field of coal and aluminum,coal-aluminum combined mining,development form,exploitation mode,feasibility analysis,Xing country field

TD 82

A

董自祥(1969－),男,漢族,采煤工程師,中國(guó)鋁業(yè)公司能源管理部從事礦山安全技術(shù)管理工作。