我國礦產(chǎn)資源充填技術(shù)及綠色開采方式研究

李 雷

（冀中能源股份有限公司邢臺礦，河北 邢臺 054000）

礦產(chǎn)資源作為工業(yè)化發(fā)展過程中必不可少的能源之一，在給社會發(fā)展提供助力的同時，其開采過程也給環(huán)境造成了較為嚴重的損害。在過去對礦產(chǎn)進行開采過程中，由于環(huán)保理念的缺乏，導(dǎo)致施工工程所在區(qū)域周邊都產(chǎn)生了較大的污染。而且不合理開采技術(shù)的使用還會致使地面塌陷、地表裂縫等情況，不僅影響周邊地表建筑的安全，還極易引起水土流失等問題，嚴重影響了人們的生存環(huán)境?；诖耍仨氁獙ΦV產(chǎn)資源開采技術(shù)進行改進，堅持綠色開采理念，創(chuàng)新開采技術(shù)，保證可持續(xù)發(fā)展。而充填開采技術(shù)就是在這一背景下應(yīng)運而生的，且經(jīng)由此技術(shù)的應(yīng)用，不僅極大地提升了對礦井廢料的利用效率，減少了對環(huán)境的污染，還在一定程度上減少了對環(huán)境的破壞。

1 礦產(chǎn)充填開采技術(shù)類別

在對礦產(chǎn)資源進行開采過程中，首當其中要面臨的就是污水的排放問題，若未能做好對這些污水的有效凈化，污水在排放出來后必然會對地表以及地下水源造成污染。再加上過去在對礦產(chǎn)資源進行開采時所應(yīng)用的機械也較為落后，因此伴隨著開采的不斷深入，其所排放出的污染氣體也逐漸增多，給工程周邊的居民造成了諸多困擾?；诖?，對于開采企業(yè)而言，必須應(yīng)當在開采方式上有所改進，通過開采技術(shù)的不斷提升以及結(jié)合先進開采設(shè)備的使用，來保障周邊的生態(tài)環(huán)境，推進人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

充填開采其實就是指通過才礦產(chǎn)采空區(qū)填入粉塵、河砂以及矸石等，來減少地面因采出而導(dǎo)致的變形，避免地面下沉的一種技術(shù)措施。這一技術(shù)的優(yōu)點在于可以有效減少工作面的壓力，對資源的回收率較高，且對于開采所產(chǎn)生的廢料，在礦井內(nèi)即可實現(xiàn)處理，因此可極大地減少對環(huán)境的污染[1]。

1.1 采礦充填開采技術(shù)分類

當前現(xiàn)有的采礦充填開采技術(shù)主要有如下三類，第一類的主要依據(jù)充填材料進行劃分，如可分為矸石充填、高水充填以及廢棄物充填等。其中矸石充填主要是指將矸石破碎后直接填充入采空區(qū)；而高水充填則主要是通過將石灰及石膏等進行混合制成高水后進行充填的方式，最后廢棄物充填，顧名思義就是指采用廢棄的石料或建筑廢料等作為采空區(qū)的填充料。第二類則主要依據(jù)填充材料的含水量來進行劃分，如可分為固體填充、膏體填充以及漿料填充等。這三種填料的含水量依次遞增，其中填充物為漿料時其填充物的含水量均超過50%。最后則是根據(jù)充填工作開展過程中所需要的動力源來進行劃分，具體可分為自流充填、機械充填以及泵送充填等。其中，自流充填就是指依照填充物的自身重量來實現(xiàn)對填充物的運輸及充填；而機械充填則指需要借助于傳送帶等機械來實現(xiàn)填充物料的傳輸及充填。最后則是泵送充填，也即通過將物料制作成為漿料，之后采用特定的傳送泵來完成運輸及充填。

1.2 常見的采礦充填開采技術(shù)

當前較為常用且常見的采礦充填開采技術(shù)主要有如下四中，分別為礦矸石充填開采、膏體充填開采、超高水充填開采以及高濃度膠結(jié)充填開采等。其中對于前三種充填開采技術(shù)，均是依據(jù)其充填物料的成分來進行命名的，其所運用的原理也較為簡單。最后則是一種較為新穎的采礦充填開采技術(shù)，其優(yōu)勢在于不僅穩(wěn)定性較高，其抗壓能力也較大[2]。

1.2.1 超高水充填開采技術(shù)和高水充填開采技術(shù)

超高水充填開采技術(shù)中使用的填充材料主要為燒制礦物質(zhì)以及復(fù)合速凝劑與礦物質(zhì)組成的混合物。在填充過程中，首先將兩種填充料各自加水分別制成漿液，之后將兩種漿液混合后通過管路對工作面采空區(qū)進行填充。填充后經(jīng)過一段時間，混合后的漿液就會發(fā)生凝聚及膠結(jié)，并最終形成具備一定強度的填充料。這一方式可以結(jié)合頂?shù)装宓默F(xiàn)狀對初凝時間進行初步判斷，同時還能結(jié)合礦層角度的賦存狀況對工作面進行不同方式的布置，其中當前較為理想的布置為仰斜開采充填。

圖1 超高水充填開采

在進行高水充填開采時主要使用的材料以沙、赤坭以及尾礦等為基料組合而成的硅質(zhì)材料，以及膨脹劑和石灰等輔料。將輔料與基料加水進行混合后制作出含水量在50%以上的充填料漿。此料漿的特點在于其具備較高的流動性以及較強的抗壓性，而且還具備較為適宜的膨脹性。而在對其工作面進行布置時，其布置方式與超高水充填開采較為相似。

綜合相關(guān)實踐發(fā)現(xiàn)，采用如上兩種充填開采技術(shù)，不僅經(jīng)濟效益高，節(jié)省開采成本，而且作業(yè)方式還具備較高的自動化水平，發(fā)生故障的概率較低。然而其不足之處在于由于填充漿液含水量均較高，因此較之于傳統(tǒng)的充填方式，其所需要的凝固時間較長，因此在生產(chǎn)效率上有所下降。此外，采用此充填方式還對作業(yè)區(qū)域的充填空間具有較高的要求，尤其是對近水平礦層，其適應(yīng)性較弱，施工后需要長期進行跟蹤監(jiān)測。

1.2.2 膏體充填開采

在進行膏體充填開采時，所采用的充填材料主要為礦井內(nèi)的水、粉塵、矸石粉以及一些膠固材料等。在充填是需要首先在地面指定位置處布置充填站，之后需要將充填物料進行破碎及攪拌使之成為膏狀；其次則需要在礦井設(shè)置相應(yīng)的充填管路，并在地面進行鉆孔的方式實現(xiàn)對采空區(qū)的充填。在膏體充填開采中，還有一種技術(shù)為似膏體充填開采，這一技術(shù)所使用的充填物主要為礦井水、添加劑以及破碎后的矸石。在充填時需要在礦井內(nèi)首先將原生矸石進行破碎，之后再與水及添加劑進行混合攪拌，最后通過泵送劑管道加壓的方式實現(xiàn)充填。而通過在似膏體中加入適量膨脹劑還能使得充填物凝固之后產(chǎn)生一定的膨脹效果。

兩種充填開采技術(shù)對比而言，其優(yōu)勢在于可以在很大程度上實現(xiàn)對采礦中的粉塵以及矸石等物料的回收利用，充填成本也較低，且在充填物料凝固后期強度也較高，便于控制。但其缺點在于所消耗的時間較長，制約了采礦生產(chǎn)效率的提升。其次則是在物料的管理上也存在較大的難度，應(yīng)當時刻避免物料在運輸過程中發(fā)生凝固[3]。

1.2.3 礦產(chǎn)中矸石充填開采技術(shù)

礦產(chǎn)中矸石充填開采技術(shù)主要有如下三種技術(shù)形式，首先是原生矸石普采技術(shù)，這一技術(shù)在操作上較為簡便，且對于裝置的數(shù)量要求較少，較多用于高檔普采及炮采中。充填所用的原生矸石通過皮帶實現(xiàn)自動化充填；而與矸石普采充填不同，綜采充填主要采用綜采支架后懸掛底槽可抽拉的刮板輸送機以及壓實設(shè)備來實現(xiàn)對矸石的充填，其工作效率更高。最后是矸石低壓風(fēng)力充填技術(shù)，這一技術(shù)與泵送充填較為相似，都是借助管道來實現(xiàn)對充填物料的輸送，最長可輸送距離為1400m。

圖2 矸石充填開采示意圖

1.2.4 高濃度膠結(jié)充填開采技術(shù)

在這一充填開采技術(shù)中，充填物料主要為膠結(jié)填充材料，其來源較為廣泛，并且較之于傳統(tǒng)的活性凝膠材料，其物理性能更加優(yōu)越，并能實現(xiàn)對開采環(huán)境的進一步保護。其中當前較為常見的膠結(jié)充填材料主要為礦渣膠結(jié)料、高水固化材料以及赤泥膠結(jié)材料等。

2 綠色開采技術(shù)的運用

2.1 綠色開采技術(shù)的重要性

由于在礦產(chǎn)開采過程中必然會伴隨著土壤及矸石的產(chǎn)生，而通過綠色開采可成功實現(xiàn)對礦產(chǎn)中廢土的回收，降低礦產(chǎn)開采對當?shù)赝恋刭Y源的破壞；其次是綠色開采可實現(xiàn)對地表水資源的保護；最后則是在開采過程中通過綠色開采技術(shù)可以成功將混合氣體進行分離，并實現(xiàn)對有害氣體的回收及分類，且可對其排放進行控制以減少對大氣的污染，并減少周邊酸雨的形成?？偠灾ㄟ^綠色開采的使用可以從源頭上減少有害氣體的排放，保護大氣環(huán)境。

2.2 采礦過程綠色開采技術(shù)及應(yīng)用

2.2.1 分層注漿開采技術(shù)及應(yīng)用

通過分層注漿機充填可以有效避免礦場以及周邊土地資源的破壞，通過配合適宜的礦路支護技術(shù)，可以保護礦層，凈化空氣以及減少矸石排放的目的。而且通過將礦產(chǎn)周邊進行注漿機離層充填后，還能避免礦山地面塌陷情況的發(fā)生。

2.2.2 礦產(chǎn)資源與有害氣體共采技術(shù)

這一技術(shù)主要是指在開采時，通過采取相應(yīng)措施來對抽采技術(shù)進行優(yōu)化。具體措施主要有，首先是通過采用高分辨率地震勘探技術(shù)，將開采區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況以及礦層分布情況進行呈現(xiàn)后，對礦層厚度進行預(yù)測，之后再結(jié)合勘探結(jié)果對開采區(qū)內(nèi)有害氣體的分布情況及含量進行預(yù)測，指導(dǎo)后期的共采實施；其次是通過設(shè)置分區(qū)，開提升井下工作的安全性，減少開采工程量及成本，縮短工期。最后未在最大程度上減少工作面的搬家情況，可以在對采取進行劃分時擴大采取面積，此外還可以在礦層的頂?shù)装逯胁贾孟锏酪灾τ泻怏w的抽采。

2.2.3 支護技術(shù)減少矸石排放

由于矸石的排放會對周邊環(huán)境造成影響，因此可在礦層之中設(shè)置相應(yīng)的巷道以減少矸石的排放，然而由于巷道周邊圍巖經(jīng)常會出現(xiàn)較大程度的變形，因此在進行充填是可結(jié)合使用可縮性支架以及在巷道旁進行充填的方式。但這一技術(shù)的應(yīng)用難度較大，且尚不成熟。

2.2.4 礦產(chǎn)資源地下氣化技術(shù)

這一技術(shù)主要通過熱化學(xué)反應(yīng)將礦產(chǎn)資源轉(zhuǎn)化為可燃氣體，如此一來不僅可以有效改善采礦的作業(yè)環(huán)境，還能在一定程度上減少礦產(chǎn)資源對外界環(huán)境的影響[4]。

3 結(jié)語

伴隨著礦產(chǎn)開采過程中各種問題的發(fā)生，充填開采以及綠色開采必然會成為開采的主流趨勢。然而針對不同的礦體而言，在開采過程中應(yīng)當因地制宜采取適宜的開采技術(shù)。因此，開采企業(yè)也應(yīng)當重視對開采技術(shù)的創(chuàng)新及改進，從而在提升自身競爭力的同時也能提升開采工作的安全性及高效性。經(jīng)由開采實踐及相關(guān)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，充填開采技術(shù)的使用不僅可以有效節(jié)約開采成本，還能進一步提升礦產(chǎn)開采企業(yè)的生產(chǎn)及管理水平，提升礦產(chǎn)開采效益，并助力企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟效益及社會效益的雙豐收。