平果铝土矿为岩溶堆积型铝土矿，矿床类型独特，采用露天平面推进型开采，占地速率高，平均采坑在5m左右，到2007年止，矿山已有近267hm2采空区，而平果县当地土资源贫缺，根据平果铝土矿采矿用地所具有的临时性和可恢复性的特点，为弥补采矿活动对土地资源造成的破坏，通过采矿－复垦联合工艺的应用与研究，采取高效、有力的手段，用尽可能少的投入，快速、有效的恢复土地生产力，保持耕地的动态平衡，对平果铝矿山的生存和发展有着重大意义。
一、矿山开采特点
（一）矿山地质特点
矿层覆盖层：矿体埋藏浅，覆盖层厚度一般为0～3m，最厚为11.2m，平均为0.8m，其中矿层直接裸露于地表的矿体占26.53%。
矿体构成：主要由粒度≥1mm的矿石和粒度＜1mm的粘土组成，含矿层具有典型的三元结构特征（即：上部为粘土层，中间为堆积铝土矿层，下层为紫红色胶泥或灰岩）。
1、矿体分布。分布在地表中岩溶洼地、谷地和坡地上，具有点多面广的特点。
2、矿体形态。矿体形态受地形控制明显，矿体底板起伏不平。
3、矿体底板。矿体直接底板为粘土或灰岩底板，两种类型约各占50%。
4、矿体厚度。矿体厚度一般中厚边薄，变化较大，首采那豆矿区由0.53～10.59m不等，平均厚度为4.48m。
（二）采矿特点
由于平果铝土矿类型独特，在采矿组织、管理方面与国内其它铝矿相比具有以下特点。
1、采用无爆破、机械直接铲装矿石的采矿新工艺，在国内首次将大型铲运机直接用于回采矿石，并在国内首次采用电动平车定点卸矿的新技术。
2、根据岩溶堆积型铝土矿床矿体分布特点和埋藏条件，采用平面拓展型露天机械开采的开采方式，公路－汽车开拓，推进速度快，占地速率高，矿山目前一、二期开采那豆矿区，平均每年用地40～53hm2，三期投产后，矿山的总用地量将达到80～100hm2/a。
3、矿山生产任务繁重，每年需保证195万t的铝土矿生产量，为适应矿体多变的赋存条件，在地质品位变化不一的情况下达到产量、品位的均衡稳定，实行定点定量按计划开采，采用多种机型、多工作面、多种采矿工艺和采矿方法联合回采。
4、矿山生产的客观要求是，年开采占地面给与年复垦面积要基本平衡，意味着复垦形成较大规模的同时，还必须在时间上跟上开采占地的速率，基本上要求当年完成当年形成的采空区复垦，复垦施工采用与采矿相同的采运设备，复垦时间短，采空区底板起伏不平，石牙交错出露，复垦工程量大。
二、采矿－复垦联合工艺的应用与实施
根据矿床的赋存条件和生产作业特点，采矿－复垦联合工艺系统主要步骤为：开拓→采准→回采→复垦。在实施过程中，贯彻“占一、垦一，当年形成采空区当年完成复垦”的工作指导思想，实现联合工艺每个步骤周期最短，成本最低，效果最好，最终达到整体效果最好的目的，具体组织方式为：
（一）开拓过程
开拓工作包括修筑通往各采场的固定公路和彩霞的剥离，固定公路在采场剥离前已经完成，开拓阶段工作主要为采场剥离，采场剥离则是揭露矿体，把矿体表面的剥离土及杂物清除并按规定的地点堆置的过程。
1、剥离方式
根据剥离技术条件和设备剥离效率，矿山目前主要采用铲运机剥离（B－1）和推土机剥离（B－3）两种剥离方式；
（1）推土机剥离作业采场，采取推土机－反铲－汽车作业流程。剥离土推运距离≤70m时，剥离土进行集中堆置，推运距离＞70m，地形不适合铲运机剥离作业时，采用分堆堆置，堆置的位置要结合地形及后续回采的要求确定。剥离完成后，由反铲装车运至采空区进行铺垫，使剥离、复垦形成一体化流程。
（2）推运距离＞70m，当剥离土赋存连续，地形平整时，采用铲运机剥离，松土机助推铲运机铲装表土，由铲运机将剥离土运输至采空区进行“铺洒式”卸载，使表土剥离和复垦垫土同时完成。
2、一体化作业
采用剥离土作为复垦地的再造耕层，可以以较少的投入迅速达到培肥目的，较好地节约复垦成本，但由于各采场剥离土厚薄不一，特别在矿山二期，采空区工程复垦的地基层、耕作层以及嵌缝补平用土量平均厚度达到0.7m。矿体平均覆盖土层厚度仅为0.35m，为满足采空区工程复垦用土需求，在剥离过程中加强了对现有的采场剥离土保护和充分利用，并且统计各采场剥离土方量，统一调配各个采场剥离土，补充剥离土欠缺采场，达到经济、均衡向各复垦区域分配复垦用土目的，真正达到一体化作业的要求。
（二）采准、回采过程
采准、回采作为一体化流程中的重要一环，在该阶段要求修筑采场临时公路以及准备出各采矿工艺的作业平台，采用多机型、多工作面、多种采矿工艺联合回采，合理快速、经济有效地完成采矿工序，缩短采矿占地周期，从而缩短整个用地周期。
1、以采场五年规划为依据编制采剥年计划，并逐月分解到月度计划，确定每月产量和配矿铝硅比目标，综合考虑采场含矿率、铝硅比和采矿技术条件等因素，安排符合生产条件采场投入生产，在一段时间内固定2～3个采场定点定量按计划强化回采，以有效缩短采空区形成时间。
2、平果铝矿体在垂直方向上具有含矿率和铝硅比中上部高、下部低的特点，采至矿体底板矿时洗矿、配矿难度加大，因此做好底板矿的回收，是强化回采，缩短采场结束时间的有效手段。采场底板矿回收关键是控制好采场最后一层回采厚度，目的是为了回采时能较好地处理底板起伏变化，降低矿石的贫化程度。
由于矿体底板起伏变化大，在底板矿回采过程中，需加强现场控制，依据采场现状图和采场每天现状，预判随采场回采进度矿体厚度和底板的变化，及时调整挖掘深度及范围，并依照底板矿胶结程度调整洗矿流程参数，提高采场产出效率。
底板起伏不大并且是粘土底板的采场采用铲运机工艺回采，最后一层矿体厚度留取≥2.5m，选取适当的部位采空（称为拉槽），以该槽作为铲运机回采作业进行变坡运行及转弯的平台，将中上部矿石和底板难洗矿石一次性地混合采装，使采场产量、铝硅比均衡、稳定，确保采场生产处于高效、可近代状态下进行。
采用反铲回采工艺采场，当矿体厚度小于2m时，反铲容易超挖，胶泥混入，降低洗矿效率。当回采深度大于4.5m时，反铲回采效率明显下降。所以采掘带高度应满足2～4.5m，以便于反铲控制采掘深度，适应底板起伏变化。当矿体厚度大于4.5m时，应分层回采，每层回采厚度保证大于2m。
（三）复垦过程
平果铝土矿采用干式复垦技术，分工程复垦和生物复垦两部分，其中工程复垦又根据粘土和灰岩两种底板类型，在实施的具体环节而有所不同。最终按土地复垦技术标准的要求，形成每年复垦20ha土地的能力，实现“占一、垦一”的良性循环，矿山复垦率在80%以上，达到世界先进国家指标。
1、粘土底板采空区的工程复垦技术
采用大型松土机依据缜密设计的工程复垦施工图对底板进行平整，再用松土犁进行钩板，钩深在0.5～1m左右，然后采用汽车或铲运机铺设30cm以上剥离土作耕作层，用平地机进行平整，最后进行路、排水沟、边坡及耕作层大块清理的综合整治，平地坡度在3%～5%，坡地坡度在25%以下，该类型底板复垦工艺流程如图1所示。
图1 粘土底板采空区的复垦工艺流程
2、灰岩底板采空区的工程复垦技术
灰岩底板采空区石牙深度多在0～2m之间，工程复垦实施时需先对石牙进行处理，对不是连体的孤石牙或风化石牙采用松土机松动并推平，否则采用常规爆破方法进行处理。石牙处理完后按设计要求对场地进行平整，由于石牙底板无法保存水份，平整后底板需覆盖一层1m以上垫层，起保水作用，垫层采用尾矿干法处理后的滤饼。垫层覆盖完后再铺设耕作层。其复垦工艺流程如图2所示。
图2 灰岩底板采空区的复垦工艺流程
3、生物复垦技术
在生物复垦过程中，实现平台耕地改变耕作层的土壤结构，培肥熟化土壤，增强蓄水、保水、保肥、供肥的能力，创造适合农作物正常生长发育的适宜土壤环境，为复垦迅速形成生产能力创造条件。
（1）复垦地缓坡地种植经科学试验筛选出的适宜其立地条件、具有固土封坡和水土保持能力的优良先锋植被品种，同时采用小台阶植被工艺，快速实现立体郁闭。
（2）平台耕地通过采用添加粉煤灰、压青培肥、增加有机肥料等手段，配合真菌菌根技术进行强化培肥，加速生土熟化，缩短复垦周期。
（3）选用优良的抗逆作物品位，并采用先进的栽培技术，提高复垦地的单产水平，满足复垦地的主导利用方向－农业用地的要求。
（4）采用生态学、农学、林学、工程学多学科综合技术，快速重建矿区生态系统。
三、采矿－复垦联合工艺实施效果评价
2002～2007年，平果铝土矿经采矿－复垦联合工艺的应用与实施，已相继完成近90个采场采空区的土地复垦，复垦总面积累计已达223.9839hm2，耕地面积169.371hm2，详见表1。
表1 平果铝土矿历年复垦验收合格土地情况 hm2
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年度
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征地面积
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复垦面积
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原有耕地
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复垦后耕地
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复垦率/%
|
复地率/%
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2002
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38.5540
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36.1747
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26.9167
|
35.7313
|
93.83
|
132.75
|
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2003
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38.8498
|
36.5785
|
36.5785
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27.3950
|
94.15
|
74.89
|
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2004
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33.3597
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33.0226
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22.0047
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23.9090
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98.99
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108.65
|
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2005
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58.1414
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47.8285
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47.6759
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28.7772
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82.26
|
60.36
|
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2006
|
36.5290
|
36.5287
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28.7001
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29.7461
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99
|
103.64
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合计
|
205.4339
|
190.133
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161.8759
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145.5586
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92.55
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89.92
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其中2007年用地面积35.0667hm2，完成复垦面积33.8509hm2，耙地面积23.8124hm2，未进行验收，不列入表1。
（一）从上表可见，验收合格土地中年复垦率（对应采场完成复垦面积与采矿占地面积之比）最低82.26%，最高99%，平均92.55%；其中复垦成本7.86万元/hm2，复垦周期1.5～3a，达到了“占一、垦一，当年形成采空区当年完成复垦”，成本低、效率好的复垦要求。
（二）从复垦地试验情况看，平台耕地经过1～2a土壤培肥，复垦地耕层土壤迅速熟化，土壤肥力已达到或超过当地同类农田地力水平，复垦地种植的农作物产量也达到当地同类型耙地的产单产水平。
（三）坡地一年生与多年生作物混播，其重建的人工植被群落，植被覆盖度达95%以上，实现了坡地立体郁闭，覆盖度超过采矿前的植被覆盖度水平，有效控制了水土流失。
四、结论
（一）根据采场生产周期的特点，在采矿前出台开拓、采准方案，将剥离土的剥离、堆放以及倒运和采场回采顺序、采矿工艺的选取等作业内容结合起来，避免剥离土的多次倒运，减少剥离土的浪费，达到充分利用剥离土和使采矿周期最短的目的。
（二）开展工程复垦施工设计，根据采空区实际情况，按照复垦地利用方向的总体要求，平衡土石方挖填工程量，布置平台地或缓坡地及必要的防洪、拓涝工程，确定各地段的最终标高与坡度，有效指导工程复垦施工。
（三）在平果铝多年的复垦实践中，形成以复垦为最终目的，整体统筹安排、合理规划的采矿－复垦联合生产组织方式，采矿各个环节高效完成，并且每个环节注重为其它环节创造有利条件，整个作业流程融为一体，确保了4a内完成采矿－复垦周期，实现“采矿占地、洗矿还泥、复垦还田”的良性循环，为平果铝矿山用地方式由征地向临时用地方式的转变创造了可能性，对矿山的可持续发展有重要意义。
