充填采礦法的采礦和地質(zhì)

■薛文海

（華北有色工程勘察院有限公司河北石家莊050000）

充填采礦法的采礦和地質(zhì)

■薛文海

（華北有色工程勘察院有限公司河北石家莊050000）

介紹了充填采礦法的分類特點(diǎn)，進(jìn)行干式充填和水砂充填對(duì)比，提出了充填采礦法應(yīng)該向高濃度管道自流膠結(jié)充填發(fā)展，并介紹充填采礦法在實(shí)際采礦中的應(yīng)用，總結(jié)了充填采礦法的地質(zhì)適用條件。

充填采礦分類應(yīng)用地質(zhì)

1　背景

近年來我國(guó)地質(zhì)采礦業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)日漸火爆，與地質(zhì)采礦開發(fā)配套的專業(yè)技術(shù)與體制也隨之發(fā)展與進(jìn)步，其中充填采礦法便是地質(zhì)采礦工程中最重要的一部分。與其他采礦方法相比，充填采礦法有提高礦石回采率、減少礦石貧化率、充分利用現(xiàn)有資源、有效地控制地壓和地表塌陷、優(yōu)化礦區(qū)周圍環(huán)境、防止內(nèi)因火災(zāi)和“三下開采”等顯著特點(diǎn)。而且充填采礦在改進(jìn)和完善現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，又有新的進(jìn)步，在充填料制備、輸送技術(shù)、充填材料開發(fā)和充填回采工藝技術(shù)等方面均有了長(zhǎng)足的發(fā)展，加之井下無軌自行設(shè)備的廣泛應(yīng)用，充填采礦目前已成為一種高效的開采方法。

2　充填采礦法的分類

充填采礦法依據(jù)充填材料的不同可分為:干式充填法；水砂充填法；膠結(jié)充填法。下面簡(jiǎn)單的介紹幾種充填采礦法

2.1干式充填法

干式充填采礦法用礦車、風(fēng)力或其它機(jī)械輸送干充填料充填采空區(qū)，也是充填采礦技術(shù)最早采用的方法。20世紀(jì)50年代，我國(guó)有色金屬礦山50%以上使用干式充填采礦法，用此法采出的礦石占總礦石量的1/3之多。隨著充填技術(shù)的發(fā)展，干式充填法因工藝繁雜，勞動(dòng)力需求大，作業(yè)成本高，采場(chǎng)充填時(shí)間長(zhǎng)，礦石貧化率高，生產(chǎn)率低，采場(chǎng)充填時(shí)不能進(jìn)行回采等缺點(diǎn)，已不能滿足“三強(qiáng)”（強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充）采礦生產(chǎn)的需要。因而，國(guó)內(nèi)干式充填法所占比重逐年下降。但能適應(yīng)礦體產(chǎn)狀復(fù)雜變化礦區(qū)，因此至今仍有礦山使用此法。

2.2水砂充填法

利用砂漿泵或自流方式，將選廠尾砂、冶煉場(chǎng)爐渣、碎石砂石等固液兩相漿體輸送到井下，作為充填料來充填采空區(qū)。我國(guó)的水砂充填工藝從20世紀(jì)60年代開始采用，1965年首次采用了尾砂水力充填采空區(qū)工藝，有效地減緩了地表下沉，取得了較好的效果；70年代一些礦山都先后成功應(yīng)用了尾砂水力充填工藝；進(jìn)入80年代后，分級(jí)尾砂充填工藝與技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。

水砂充填一般要求構(gòu)筑專門的護(hù)壁和隔墻，但是我國(guó)水砂充填多數(shù)采用敞開式混料溝方式混料，造成水砂比過大，混料不勻，質(zhì)量難以控制。加上水砂充填工藝較為復(fù)雜，從采場(chǎng)滲出的泥水污染巷道、水溝和水倉(cāng)，清理工作量大、排水費(fèi)用高、充填量小，對(duì)回采的安全問題和充填體壓縮沉降均未很好解決。因此，充填體強(qiáng)度一般不高，不能從根本上阻止巖石移動(dòng)，使其應(yīng)用范圍受到很大限制，發(fā)展膠結(jié)充填已成為當(dāng)今的必然趨勢(shì)。

2.3膠結(jié)充填法

膠結(jié)充填法一般采用以碎石、河砂或尾砂或戈壁集料為骨料（間或摻入塊石），與水泥或石灰類膠結(jié)材料經(jīng)拌合形成漿體或膏體，以管道泵送或重力自流方式輸送到充填區(qū)的充填。與水砂充填相比，膠結(jié)充填的充填料強(qiáng)度大，充填速度快，充填量大，工藝簡(jiǎn)單。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，目前膠結(jié)材料類型、品種多樣，加上摻合料的多樣化，使膠體、漿體或膏體的成份愈加復(fù)雜和多樣，再加上漿體泵送工藝的發(fā)展，使膠結(jié)充填出現(xiàn)了空前的繁榮局面。

3　充填采礦法在工作中的具體應(yīng)用

3.1根據(jù)充填采礦法能夠進(jìn)行采礦工程的布置

在地質(zhì)開礦的工程開啟前夕，要對(duì)開采礦區(qū)所在地點(diǎn)的地形及地貌進(jìn)行勘探，對(duì)當(dāng)?shù)氐膸r層及水文情況也要做到了解與把握，對(duì)地質(zhì)的特殊問題要進(jìn)行避免與修正，還要對(duì)開礦的圖紙規(guī)劃及進(jìn)程進(jìn)行規(guī)劃與管理，保證充填采礦法在地質(zhì)開礦中應(yīng)用的有條不紊，為地質(zhì)開礦的順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于地質(zhì)采礦業(yè)來說，一份好的開礦規(guī)劃是完美采礦的基礎(chǔ)，在進(jìn)行開采前的規(guī)劃有利于地質(zhì)開礦的順利進(jìn)行，對(duì)充填采礦法的投入生產(chǎn)也有著一定的幫助。

3.2充填采礦法的應(yīng)用有利于規(guī)劃礦區(qū)的不同礦產(chǎn)

對(duì)于我國(guó)的開采礦區(qū)，同樣的一個(gè)礦區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)好幾種礦床及礦產(chǎn)，這樣的礦產(chǎn)規(guī)律使得采礦人員在找礦的過程中對(duì)礦區(qū)的開發(fā)更加深入，而充填采礦法的應(yīng)用能夠?qū)Σ煌V產(chǎn)進(jìn)行最大程度的規(guī)劃，對(duì)不同礦產(chǎn)的礦床開發(fā)讓地質(zhì)采礦充滿了未知性，通過充填采礦法中的分層采礦法能夠?qū)Σ煌V產(chǎn)的不同層次進(jìn)行了解。

3.3充填采礦法對(duì)于礦區(qū)的運(yùn)輸?shù)缆酚兄喈?dāng)?shù)淖饔?/p>

在礦區(qū)開采中，需要開辟運(yùn)輸?shù)缆?，為礦區(qū)的開采提供方便，而通過充填采礦法，能夠?qū)ΦV區(qū)的上下布置進(jìn)行切割，提高整個(gè)礦區(qū)的運(yùn)輸水平，根據(jù)礦區(qū)的地形能夠開辟出最優(yōu)化的礦區(qū)運(yùn)輸?shù)缆?，?duì)我國(guó)的礦區(qū)開采有著至關(guān)重要的作用。

4　適用的地質(zhì)礦體

4.1地表不允許塌陷

例如在建筑物或者構(gòu)筑物下采礦或者水體下采礦。充填采礦法在采礦作業(yè)完成后，將采空區(qū)用廢石或者混合料膠結(jié)填充，有效地控制了地壓，防止了地表塌陷。成功的案例有1864年在美國(guó)賓夕法尼亞的一個(gè)煤礦對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了第一次水砂充填試驗(yàn)，以保護(hù)一座教堂的基礎(chǔ)安全。

4.2礦產(chǎn)價(jià)值較高的礦體

充填采礦法回收率較高，因此適合開采如金礦、銅礦、鎳礦等價(jià)值較高的礦體。例如我國(guó)金川集團(tuán)的鎳礦，招遠(yuǎn)金礦等就采用了膠結(jié)充填采礦。

4.3巖石比較破碎的礦體

近些年發(fā)展起來的膠結(jié)充填采礦是用廢石或者河沙、尾砂等與膠結(jié)劑混合，制成類似于膏體的充填漿體，充填到采空區(qū)，人可以在充填體下作業(yè)，提高了作業(yè)的安全性。如陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司就采用了高濃度膠結(jié)充填，人在充填體下部作業(yè)，有效地提高了作業(yè)的安全性。

4.4埋藏較深，變化大的礦體

埋藏較深的礦體，在開挖后會(huì)出現(xiàn)局部巖爆現(xiàn)象，用充填漿體及時(shí)充填到采空區(qū)，能有效地控制原巖應(yīng)力，防止巖爆現(xiàn)象。一些貴金屬礦床，其走向和傾向變化大，礦脈時(shí)寬時(shí)窄，充填采礦法的采場(chǎng)可大可小，同時(shí)能提供作業(yè)平臺(tái)或者安全頂?shù)装澹苓m合這樣的礦體。當(dāng)?shù)V體埋藏較深，地應(yīng)力較大時(shí)，充填采礦法就能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

5　總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，充填法采礦已成為高效采礦方法之一，加上充填采礦法的許多復(fù)雜的工藝實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，運(yùn)用起來變得日益簡(jiǎn)單。隨著今后開采深度的日益加大，充填法在一些尚未開發(fā)的難采礦體將得以采用。因此，充填采礦法必將成為地下礦床開采中一種最主要的采礦方法。

［1］周愛民.有色礦山采礦技術(shù)新進(jìn)展［J］.采礦技術(shù)，20036（3）：1-7.

［2］萬海濤，方勇，肖廣哲，等.充填采礦法的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.世界有色金屬，2009（8）：26-28.〔4〕丁德強(qiáng)，王新民.

F416.1［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-45-1