充填采礦技術(shù)在金屬非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用

燕全寧

（河北省國(guó)控礦業(yè)開(kāi)發(fā)投資有限公司，河北 石家莊 050000）

金屬非金屬礦類型的礦山，主要是指除開(kāi)煤礦、煤系硫鐵礦為主，也包括部分與煤礦應(yīng)運(yùn)而生的伴生礦山以及石油礦山之外的所有類型的礦山。金屬礦主要包括黑色金屬、有色金屬、稀有金屬、貴金屬、輕金屬，此類礦產(chǎn)在特點(diǎn)上具有質(zhì)地堅(jiān)硬、光澤度較高的特征。非金屬礦當(dāng)前共發(fā)現(xiàn)90余種，包括、云母、砂巖、高嶺土、金剛石、水晶、石墨等。目前階段，在我國(guó)境內(nèi)，金屬非金屬礦山的開(kāi)采數(shù)量已經(jīng)超出了10萬(wàn)座，在此數(shù)量中，超出60%的礦山規(guī)模以小型礦山為主。在此類礦山的開(kāi)采工作執(zhí)行過(guò)程中，對(duì)于開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用要求十分嚴(yán)格，在這一基礎(chǔ)上，針對(duì)更為實(shí)用的充填采礦技術(shù)在金屬非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用這一課題進(jìn)行深入研究十分有必要。

1 充填采礦法在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

充填采礦法在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。與國(guó)外相比較，國(guó)內(nèi)在近代開(kāi)展礦山開(kāi)采工作時(shí)，主要采用的是干式充填采礦法，填充材料主要以礦山周邊的廢石或是礦井下挖掘的廢料為主，人工成本高的同時(shí)，作業(yè)效率也一度十分低下[1]。發(fā)展至21世紀(jì)初期，各類鏟運(yùn)機(jī)等類型的無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備投入礦采工作中，進(jìn)一步提升了充填施工效率，但與國(guó)外相比較，仍舊很大的改進(jìn)空間。充填采礦法在國(guó)外的應(yīng)用。最初階段，充填采礦法主要應(yīng)用于加拿大、澳大利亞等國(guó)家的礦山開(kāi)采工程中，該項(xiàng)采礦方案的應(yīng)用，在很大程度上幫助所在國(guó)家節(jié)省了大量的礦產(chǎn)能源，能源利用率得到了極大的提升，同時(shí)，對(duì)于開(kāi)采礦山周邊的資源環(huán)境保護(hù)起到了十分顯著的促進(jìn)作用，諸多優(yōu)勢(shì)加持下，使得充填采礦法在國(guó)外推廣開(kāi)來(lái)。

2 充填采礦法在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的推廣狀況

2.1 河北省金屬非金屬礦山概述

截止2018年底，河北省已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)種類達(dá)到了130中，其中，金屬礦占比少于非金屬礦，已經(jīng)統(tǒng)計(jì)出具體資源儲(chǔ)量的礦產(chǎn)種類為104種，列入《2018年河北省礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量表》礦產(chǎn)所在地?cái)?shù)量達(dá)到了1503處，金屬礦產(chǎn)數(shù)量為876處，非金屬礦產(chǎn)數(shù)量為461處。

2.2 充填采礦法的分類及優(yōu)越性

充填采礦法主要分為以下幾類：上向水平分層充填法、下向分層充填法與嗣后充填法[2]。不同的充填采礦方法，應(yīng)用于不同的金屬非金屬礦中，按照充填材料的不同，主要分為干式、水砂、尾砂、膠結(jié)充填法；按照回采工作面形式區(qū)別，主要分為進(jìn)路、分層、階段以及分段充填回采方案。

應(yīng)用充填采礦法進(jìn)行采礦施工，優(yōu)越性主要集中于以下兩點(diǎn)：其一，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較低。方案執(zhí)行后，施工作業(yè)隊(duì)就地取材自制的充填材料能夠?qū)ｉT(mén)針對(duì)采空區(qū)進(jìn)行計(jì)劃性的填充，最大程度上降低了施工作業(yè)隊(duì)由于開(kāi)采工作執(zhí)行出現(xiàn)的坍塌安全問(wèn)題出現(xiàn)幾率[3]。其二，有效降低開(kāi)采工作推進(jìn)對(duì)礦山周邊自然環(huán)境的不利影響。方案執(zhí)行后，填采礦方案能夠有效避免采空區(qū)塌陷對(duì)地表建筑造成破壞，同時(shí)也能夠進(jìn)一步降低對(duì)于開(kāi)采區(qū)地下土層的破壞。

2.3 充填采礦法在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的推廣

2019年6月，河北省自然資源廳印發(fā)《加強(qiáng)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)管控》通知，在文件內(nèi)容中，充分針對(duì)金屬非金屬礦山開(kāi)采的工作進(jìn)行了管理調(diào)整，要求當(dāng)前新建、改建以及整合的各類礦山開(kāi)采場(chǎng)進(jìn)行全方位施工安全、施工設(shè)計(jì)調(diào)整，加快推擠綠色礦山建設(shè)工作，建立完善的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)綜合評(píng)估論證制度[4]。在這一制度背景下，全省進(jìn)行了礦山開(kāi)采調(diào)查工作，得出充填開(kāi)采法是目前最佳礦山開(kāi)采方案，尤其針對(duì)省內(nèi)小型礦山占比較多特點(diǎn)而言，充填采礦法的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)省內(nèi)采礦資源利用率的優(yōu)化，同時(shí)進(jìn)一步推進(jìn)綠色礦山建設(shè)步伐邁進(jìn)。

3 充填采礦技術(shù)在某金屬非金屬礦山采礦工程中的具體應(yīng)用

3.1 上向分層進(jìn)路充填采礦方案應(yīng)用

在河北省某金屬非金屬礦的開(kāi)采過(guò)程中，按照當(dāng)?shù)氐V山的采礦現(xiàn)有結(jié)構(gòu)以及回采工藝種類應(yīng)用的區(qū)別，先行應(yīng)用了上向分層進(jìn)路充填采礦方案。方案執(zhí)行過(guò)程中，需要把礦房、礦塊進(jìn)行分層處理，分層處理方案包括兩種：垂直高度水平分層以及傾斜度劃分分層，均由下向上進(jìn)行分層逐步推進(jìn)礦山開(kāi)采工作。再此期間，在巷道掘進(jìn)的施工推進(jìn)上，于每一層礦體上布置出相應(yīng)數(shù)量的進(jìn)路，當(dāng)一條進(jìn)路開(kāi)采工作結(jié)束后，立即推進(jìn)充填工作，必須確保充填體滿足下一路礦山開(kāi)采強(qiáng)度，才能展開(kāi)下一進(jìn)路的開(kāi)采工作，在整個(gè)開(kāi)采工程中，不斷重復(fù)這一礦山施工開(kāi)采流程，直到該礦層中所有礦產(chǎn)全部開(kāi)采并充填完畢，方能夠進(jìn)行上一分層的開(kāi)采流程。

在采場(chǎng)布置過(guò)程中，需要將所在礦體本身的厚度因素考量其中。本次研究中涉及的某金屬非金屬礦包括厚體和中厚體兩種情況，前者的采場(chǎng)布置形式主要按照礦區(qū)的巖石力學(xué)分布情況展開(kāi)施工，后者布置形式主要沿著礦體走向展開(kāi)施工，如此進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)采工作的安全性和進(jìn)路通暢性。當(dāng)進(jìn)路施工作業(yè)完成后，需要做好充填采礦技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)備工作：①與進(jìn)路口位置設(shè)置充填擋墻，此間必須確保擋墻的牢固和嚴(yán)密性，提前預(yù)留出放水口。②通過(guò)進(jìn)路回風(fēng)天井將充填管放置在開(kāi)采進(jìn)路中部位置。上述所有準(zhǔn)備工作執(zhí)行完畢后，啟動(dòng)充填工序，需要注意，整體進(jìn)路的充填施工必須保障嚴(yán)密接頂。

3.2 分段棱形礦房充填采礦方案應(yīng)用

應(yīng)用此方法進(jìn)行金屬非金屬礦的采礦施工時(shí)，采場(chǎng)布置主要沿礦體走向?yàn)橹?，采區(qū)與采區(qū)之間需要確保提前預(yù)留出10m的支撐框柱。另外，在采區(qū)施工區(qū)域內(nèi)，需要嚴(yán)格按照自下而上的礦體走向進(jìn)行菱形礦房的布置工作。采場(chǎng)的底部結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在菱形礦房的底部區(qū)域，在這一過(guò)程中，由于受到河北省某金屬非金屬礦開(kāi)采施工作業(yè)隊(duì)現(xiàn)有開(kāi)采鑿巖、裝藥設(shè)備施工條件因素的影響，進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，決定采用分段鑿巖開(kāi)采方案，方案的推進(jìn)，會(huì)在鑿巖巷底部區(qū)域進(jìn)行拉底巷切割V形狀的塹溝施工，將此塹溝作為開(kāi)采受礦巷，將其與出口進(jìn)路進(jìn)行聯(lián)合，提升開(kāi)采效率。另一方面，進(jìn)行礦區(qū)回采時(shí)，需要按照由一端面向另一端推進(jìn)的方式展開(kāi)，中段下部礦房作為首要開(kāi)采目標(biāo)，回采完成后馬上推進(jìn)充填工作，期間確保嚴(yán)格接頂。需要注意，兩個(gè)開(kāi)采流程銜接期間，需要確定充填體完全凝固后方能啟動(dòng)上分段礦房回采工作。

受到礦塊已經(jīng)完成充填回風(fēng)井施工，此時(shí)為了進(jìn)一步提升施工完成的充填井利用價(jià)值，可以在采區(qū)兩端的礦柱內(nèi)留設(shè)充填回風(fēng)井，同時(shí)進(jìn)行上盤(pán)充填聯(lián)絡(luò)道施工，使其與另一端采場(chǎng)的充填回風(fēng)井聯(lián)通。在充填料的采用上，可以按照充填回風(fēng)井→充填聯(lián)絡(luò)道→采場(chǎng)這一流程進(jìn)行充填料的運(yùn)輸，期間同樣需要在回采分段施工區(qū)域進(jìn)行充填擋墻的施工，施工點(diǎn)定位在回采分段下部出礦進(jìn)路中。

3.3 二步驟分段空?qǐng)龌夭伤煤蟪涮畈傻V方案應(yīng)用

在河北省金屬非金屬礦的開(kāi)采過(guò)程中，東坪礦的開(kāi)采期間主要采用二步驟分段空?qǐng)龌夭伤煤蟪涮畈傻V方案，在采礦走向布置上，主要以垂直走向?yàn)橹?，形成二步驟回采。在一步驟回采中，分段空?qǐng)龌夭墒┕ね戤叧龅V之后，需要先進(jìn)行充填擋墻的施工，施工點(diǎn)設(shè)定在采場(chǎng)空區(qū)入口位置，確保擋墻的嚴(yán)密性，提前預(yù)留好相應(yīng)的采礦出水口。隨后，在充填料的選用上，主要以全尾砂膠結(jié)為主。在二步驟回采中，分段空?qǐng)龌夭赏瓿珊?，充填料采用全尾進(jìn)行充填，充填區(qū)域底部結(jié)構(gòu)設(shè)置上主要以塹溝底部結(jié)構(gòu)形式為主。在整體的金屬非金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中，進(jìn)行了回采分段劃分，主要分為2個(gè)～3個(gè)分段，進(jìn)行回采盤(pán)區(qū)布置時(shí)，依照礦體具體走向，間隔固定距離進(jìn)行回采盤(pán)區(qū)位置設(shè)定?；夭芍卸卧O(shè)置上，會(huì)設(shè)定一條分段平巷，礦山回采的底部結(jié)構(gòu)受礦溝以一步驟采場(chǎng)下為主，裝礦進(jìn)路則以二步驟采場(chǎng)下為主。除此之外需要注意，進(jìn)行礦體回采時(shí)，還需要制定“先一步驟、后二步驟”回采原則，即必須一步驟回采工作完畢，并且確保充填施工無(wú)誤后，方能繼續(xù)推進(jìn)二步驟回采工作。

4 充填采礦技術(shù)在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用預(yù)測(cè)

河北省作為我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富的大省，采礦工程效益成為省經(jīng)濟(jì)水平構(gòu)成的關(guān)鍵內(nèi)容，在這一基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)采礦工程經(jīng)濟(jì)效益最大化就成為各采礦企業(yè)急需考量的問(wèn)題。當(dāng)前階段，金屬非金屬礦開(kāi)采的技術(shù)運(yùn)用上，空?qǐng)龇ㄊ┕し桨甘亲顬槌Ｒ?jiàn)的一種施工手段，由于施工管理效率嚴(yán)重不足，導(dǎo)致省內(nèi)出現(xiàn)大量的濫挖濫采現(xiàn)象猖獗，再加上過(guò)往開(kāi)采工作的規(guī)范性不高，導(dǎo)致現(xiàn)有的采礦區(qū)出現(xiàn)數(shù)量十分巨大的采空區(qū)，在很大程度上增加了施工安全性，幾乎每年都會(huì)出現(xiàn)礦山開(kāi)采坍塌事故，對(duì)采礦施工人員的生命安全造成威脅。采礦作業(yè)后的工程施工廢料也對(duì)當(dāng)?shù)厣罹用竦纳畎踩斐闪藰O大的威脅。隨著河北省可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，充填采礦施工法就成為省內(nèi)礦山開(kāi)采的重要施工方式，對(duì)于資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)具有極大的促進(jìn)作用，所以十分值得在金屬非金屬礦中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

5 總結(jié)

在河北省范圍內(nèi)，由于大部分的金屬非金屬礦山所屬區(qū)域的特殊性，所以超出75%的礦山開(kāi)采工作均會(huì)采用充填采礦技術(shù)推進(jìn)相應(yīng)的采礦工作，在充填材料的選用上，為了進(jìn)一步提升采礦現(xiàn)場(chǎng)材料的利用率，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)隊(duì)的施工效率優(yōu)化，會(huì)將金屬非金屬礦開(kāi)采過(guò)后的尾礦選定為充填材料加以處理。此充填采礦方案的推進(jìn)，降低環(huán)境污染率的同時(shí)，對(duì)于整個(gè)采礦作業(yè)隊(duì)的施工作業(yè)安全也起到了一定的保障作用。另一方面，金屬非金屬礦采礦完成后采用充填采礦技術(shù)，能夠有效防止出現(xiàn)施工地面出現(xiàn)地表塌陷的安全問(wèn)題，促進(jìn)能源資源利用率優(yōu)化的同時(shí)，也能最大程度提升施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。