采礦中充填采礦技術(shù)的應(yīng)用及存在的問(wèn)題研究

陳 明

（湖南漣邵建設(shè)工程（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

當(dāng)前，在開(kāi)采礦產(chǎn)資源時(shí)，為將可持續(xù)發(fā)展思想落到實(shí)處，確立了綠色開(kāi)采思想。這種思想有利于礦產(chǎn)資產(chǎn)開(kāi)發(fā)行業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。為達(dá)成綠色開(kāi)采目標(biāo)，需對(duì)資產(chǎn)開(kāi)展深層次的剖析，科學(xué)的開(kāi)發(fā)與使用資源，進(jìn)而減小給自然環(huán)境造成的毀壞程度。因此，深入探究綠色開(kāi)采技術(shù)，對(duì)于礦產(chǎn)資源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重大價(jià)值。在礦山的采礦工藝中，充填采礦回采率高、貧化率低，已廣泛地應(yīng)用到了采礦作業(yè)中，因?yàn)槌涮罘绞蕉鄻印⒚鎸?duì)的應(yīng)用條件多變，為此在開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生部分問(wèn)題，為了讓充填采礦技術(shù)在開(kāi)采過(guò)程中更高效的被運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)生的問(wèn)題實(shí)施深層次的剖析探究。這樣不但能夠減小礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)所導(dǎo)致的不良問(wèn)題發(fā)生概率，有助于保護(hù)自然環(huán)境，還能夠創(chuàng)造更可觀的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益[1，2]。

1 充填采礦技術(shù)

從二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始運(yùn)用充填采礦技術(shù)，雖然這種技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較短，然而伴隨科學(xué)技術(shù)水平的提高，充填的成分在不斷發(fā)生變化。這種技術(shù)指的是在礦體回采時(shí)，將一些適宜充填的物質(zhì)填充到采空區(qū)，以提升礦區(qū)支撐水平的一種先進(jìn)技術(shù)。

當(dāng)前充填采礦技術(shù)已和當(dāng)今的礦產(chǎn)資源活動(dòng)深入融合。在使用充填采礦技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)了解各種技術(shù)的充填方式，這樣才能夠提升充填采礦技術(shù)的運(yùn)用成效，如圖1所示，為充填開(kāi)采方法分類。

圖1 充填開(kāi)采方法分類

其中，矸石充填法就是采用廢石作為充填料，主要用礦車、電耙、鏟運(yùn)機(jī)等搬運(yùn)至充填區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)，該法主要適用于小型礦山以及處理采空區(qū)。水力充填就是選用選礦尾砂、碎石、砂石等作為充填材料，以水力為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)管道運(yùn)送至充填區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)。膏體充填法就是將尾砂、矸石等按一定的比例與水、膠結(jié)物充分混合濃縮，然后借重力或充填泵通過(guò)管道輸送至充填區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)。每種充填方法適用的環(huán)境不一樣，因此，在選擇充填方法時(shí)需要綜合考慮礦山地質(zhì)條件、開(kāi)采工藝等。

2 充填采礦技術(shù)特點(diǎn)

在礦山開(kāi)采中尾礦庫(kù)、塌陷區(qū)存在安全隱患也破壞生態(tài)環(huán)境。充填采礦把開(kāi)采工作和生態(tài)平衡相結(jié)，在一定程度上降低了生態(tài)環(huán)境的破壞。同時(shí)充填采礦降低了開(kāi)采貧化率、改善了采礦條件，對(duì)礦山開(kāi)采中時(shí)常遇到的應(yīng)力集中、高地壓有非常大的改善，其特點(diǎn)主要有：第一，填充材料能夠?qū)鷰r支撐位置產(chǎn)生作用，確保圍巖的穩(wěn)固，避免圍巖產(chǎn)生幅度較大的位移。而且填充材料具有較好的抗壓性能，可以避免采礦區(qū)產(chǎn)生塌落問(wèn)題。第二，充填采礦技術(shù)可以提升礦床的穩(wěn)固水平，降低礦床風(fēng)化發(fā)生起火風(fēng)險(xiǎn)的概率。而且礦石損失較小，能夠提升回采的效率，提升采礦質(zhì)效，創(chuàng)造比較豐厚的物質(zhì)利潤(rùn)。第三，充填采礦技術(shù)能夠依托機(jī)器實(shí)施作業(yè)，這樣便減少了施工人員參與數(shù)量。并且可以降低作業(yè)過(guò)程中的工作強(qiáng)度，降低開(kāi)采成本，保證作業(yè)區(qū)安全。第四，充填采礦技術(shù)能夠有效保證礦區(qū)的均衡，推動(dòng)礦區(qū)朝著深部開(kāi)采的方向邁進(jìn)，從而提升采礦質(zhì)量與效率。另外，這種技術(shù)的使用可以讓采礦地區(qū)的地質(zhì)狀況得以顯著改善，抑制深部開(kāi)采作業(yè)中巖爆的發(fā)生。第五，充填采礦技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)ΦV石廢料高效運(yùn)用，有助于資源的節(jié)省，另外對(duì)地表環(huán)境進(jìn)行全面的保護(hù)?？梢员M可能的減小采礦活動(dòng)給自然環(huán)境造成的破壞程度。

3 充填采礦法關(guān)鍵性技術(shù)

3.1 控制充填成本

較高的充填成本是充填采礦工藝推廣和應(yīng)用遇到存在的主要問(wèn)題，在充填采中，根據(jù)充填方式的不同，充填成本約占采礦總成本的40%~70%。而在充填作業(yè)中材料成本約占60%~90%,其中水泥成本又占據(jù)充填材料成本的70%左右，所以控制充填成本的關(guān)鍵就是解決水泥用量的成本控制或者發(fā)現(xiàn)更為有效地代替材料。在這種情況下，我們可以從兩個(gè)方面出發(fā)，考慮降低成本的途徑：一方面，考慮經(jīng)濟(jì)合理的充填材料配比，另一方面降低充填作業(yè)過(guò)程充填體的強(qiáng)度損失。根據(jù)開(kāi)采工藝的不同，選擇合理的充填體強(qiáng)度，選擇有效的水泥添加劑，以減少水泥用量；合理安排縮短充填材料從充填站到達(dá)充填區(qū)的時(shí)間，合理的水灰比以及減少其余用水，避免多余水對(duì)充填體的沖洗，減少充填體在作業(yè)中的強(qiáng)度損失。

3.2 充填料漿

當(dāng)今階段的采礦活動(dòng)正向著現(xiàn)代化、智能化方向邁進(jìn)，其中管道運(yùn)輸讓不間斷的、標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械化作業(yè)成為了現(xiàn)實(shí)。由于目前礦產(chǎn)資源需求的大幅增多，同時(shí)為了達(dá)成提升采礦水平的目的，需要使用管道運(yùn)輸?shù)姆绞綄⒊涮钗镔|(zhì)運(yùn)送至采礦區(qū)，保證采礦活動(dòng)的順利開(kāi)展，當(dāng)前廣泛運(yùn)用的充填漿體管道運(yùn)輸有下述兩方面的特征：

（1）運(yùn)輸?shù)臐{體比較繁雜。因?yàn)楦鞯V山的地質(zhì)水文與開(kāi)采條件都有一定的差別，為此所使用的充填材料也有較大差異。目前所選擇的填充材料通常是采礦活動(dòng)中產(chǎn)生的水泥、河砂、粉煤灰、廢石等等。在礦山填充材料中，即便是添加劑也有多種類型，為此在建造運(yùn)輸管道的時(shí)候不但要保證能夠運(yùn)輸單一成分的材料，還要保證能夠運(yùn)輸多種成分混雜的材料。

（2）礦山運(yùn)輸線路比較復(fù)雜。在采礦活動(dòng)中運(yùn)用充填技術(shù)的過(guò)程中，先要在地面上裝設(shè)恰當(dāng)?shù)奶畛湔荆笤谔畛湔局苽渫瓿商畛淞蠞{之后，利用管道把填充材料運(yùn)輸至各個(gè)礦山開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)。受地理因素的影響需應(yīng)對(duì)多種類型的問(wèn)題，為此在管道運(yùn)送過(guò)程中會(huì)有傾斜段、水平段，還會(huì)有垂直段，在運(yùn)輸充填材料的時(shí)候若壓力過(guò)大，則較易產(chǎn)生爆管問(wèn)題，為此必須要配備減壓段，這多種要素一同造成了目前管道運(yùn)送的繁雜性。

4 充填采礦技術(shù)應(yīng)用存在問(wèn)題

（1）采礦技術(shù)與實(shí)際情況不符。在礦山開(kāi)采中要確保充填方式與礦山開(kāi)采實(shí)際情況相吻合，此外，有必要考慮在滿足礦床開(kāi)發(fā)的條件下，結(jié)合多種環(huán)境因素來(lái)開(kāi)發(fā)出一種適應(yīng)不同采礦條件的新的充填采礦方法。但是實(shí)際情況是充填采礦對(duì)極薄礦脈和穩(wěn)定礦體的開(kāi)采應(yīng)用研究相對(duì)較少。

（2）充填材料使用不合理。不同的充填采礦方式對(duì)充填體的抗壓、抗剪強(qiáng)度要求不同，合格的充填材料要有較好的容重性能、較強(qiáng)的抗剪力學(xué)強(qiáng)度和較好的壓縮性等，并且這些因素嚴(yán)重影響著充填采礦技術(shù)所擁有的物理學(xué)性能。然而在礦產(chǎn)充填技術(shù)運(yùn)用實(shí)踐中，常常產(chǎn)生填充材料使用不恰當(dāng)?shù)那闆r，致使充填質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

（3）自動(dòng)化水平不高。充填施工系統(tǒng)所具有的自動(dòng)化水平直接決定了充填開(kāi)采效果。例如，自動(dòng)增稠設(shè)備的性能對(duì)充填機(jī)械設(shè)備的工作產(chǎn)生一定的影響，如果增稠設(shè)備具有更高的性能，則可以在一定程度上減少腐蝕或磨損，并縮短準(zhǔn)備時(shí)間。就目前技術(shù)而言，我國(guó)在此方面的技術(shù)水平還有待提高，導(dǎo)致礦山自動(dòng)化充填設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展較慢，也嚴(yán)重降低了充填采礦工藝的經(jīng)濟(jì)效益。

5 采礦中充填采礦技術(shù)應(yīng)用

（1）削壁充填采礦技術(shù)。削壁充填采礦技術(shù)一般在薄礦層中的應(yīng)用比較普遍。在該充填采礦技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，能夠降低礦層貧化率。在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)上盤圍巖以及下盤圍巖進(jìn)行崩落作業(yè)，這樣能夠確保礦層回采作業(yè)可以順利進(jìn)行，可以顯著提升礦產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)的安全水平。一般狀況下，在圍巖崩塌和分層礦石的時(shí)候，可將崩落的圍巖當(dāng)做填充物質(zhì)進(jìn)行采礦區(qū)填充，讓崩落的圍巖得到高效運(yùn)用，減小充填采礦技術(shù)的費(fèi)用，進(jìn)而提升礦產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)的利潤(rùn)水平。

（2）上向分層充填采礦技術(shù)。上向分層充填技術(shù)時(shí)，需要嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際作業(yè)的垂直高度對(duì)礦塊進(jìn)行科學(xué)劃分，通常把礦塊分成水平、傾斜等多種類型。然而無(wú)論哪種類型，回采都按照自下到上的次序。每個(gè)分層采出礦石后，根據(jù)采礦工藝要求留出后一分層采礦所需作業(yè)空間，對(duì)剩余采空區(qū)進(jìn)行充填。上向分層技術(shù)更適合應(yīng)用在礦石堅(jiān)固、圍巖穩(wěn)定性差的礦體中。在礦石穩(wěn)定性一般的礦體中，可以使用玻璃鋼錨桿臨時(shí)加固頂板礦石，確保開(kāi)采活動(dòng)的安全。對(duì)礦石、圍巖穩(wěn)定性都比較差的礦體，可以利用傾斜進(jìn)入的回采手段完成采礦過(guò)程。一般要將傾斜度控制在7°到10°的范圍內(nèi)，并且要保證膠結(jié)充填材料與水力充填材料能夠順利自流接頂。

（3）下向分層充填采礦技術(shù)。當(dāng)開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、不穩(wěn)固的礦體時(shí)，采用上向分層充填采礦法，作業(yè)工人暴露在不穩(wěn)定的頂板下，很難保障作業(yè)安全，下向分層充填采礦應(yīng)運(yùn)而生。下向分層充填采礦回采順序由上至下逐層回采、逐層充填，不留頂、底柱，上一分層的充填體底部作為下一分層采礦過(guò)程中的人工頂板。因?yàn)橄孪蚍謱映涮畈傻V技術(shù)解決了破碎圍巖頂板安全問(wèn)題，所以在圍巖以及礦石穩(wěn)定性均比較差的礦體中非常適用，同時(shí)也是礦柱回采中的一種非常有效的方法。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可以在礦體中構(gòu)筑礦石溜井、充填和行人天井，隨分層的回采、充填，在充填體中布置充填、行人天井。為了保證礦區(qū)回采作業(yè)的安全，每一分層的充填體下方必須構(gòu)筑高強(qiáng)度膠結(jié)頂，以保障回采安全。

（4）分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V技術(shù)。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V技術(shù)主要應(yīng)用在不規(guī)則的礦體中。在應(yīng)用中，首先將較大的礦體按設(shè)計(jì)進(jìn)行分區(qū)，將較大礦體劃分成若干較小礦體，從而形成規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)體。其次，以分段的方式實(shí)施采礦作業(yè)和充填作業(yè)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，一定要確保上個(gè)單元回采之后，再實(shí)施采空區(qū)的填充工序。再次，應(yīng)當(dāng)格外關(guān)注充填施工準(zhǔn)備活動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中使用的填充物料大多是全尾砂和固化劑的融合物。需要指出的是，無(wú)論是充填、還是鑿巖等均需在巷道內(nèi)進(jìn)行。如此能夠讓各種工序同步開(kāi)展，可以在一定程度上提升開(kāi)采效率。在作業(yè)中，充填頂做為上一分層采場(chǎng)的采礦底板，必需保證良好的接頂及接頂強(qiáng)度。如果充填采空區(qū)底部存在尚未開(kāi)采的礦體，需要在充填體底部澆筑較高強(qiáng)度混凝土，這樣能夠?yàn)橄虏坎蓤?chǎng)開(kāi)采提供安全的人造頂[3]。

6 充填采礦技術(shù)研究方向

礦山固體廢料填充是環(huán)保型礦產(chǎn)開(kāi)采技術(shù)的重要支撐，為我國(guó)采礦活動(dòng)提供了更成熟的技術(shù)，與此同時(shí)也讓采礦活動(dòng)中形成的廢棄物給環(huán)境造成的不良影響得以減小。在采礦活動(dòng)中，應(yīng)當(dāng)不斷增大充填采礦技術(shù)的實(shí)施力度，著重確?；靥顓^(qū)的高效使用。充填采礦技術(shù)的發(fā)展，將改善傳統(tǒng)采礦模式的不足，逐步構(gòu)成與當(dāng)今階段社會(huì)發(fā)展需求相一致的作業(yè)方式，降低廢料的排放數(shù)量，減小給自然環(huán)境造成的不良影響，在確保經(jīng)濟(jì)建設(shè)穩(wěn)健發(fā)展的同時(shí)為人們打造良好的生活環(huán)境[4]。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上，充填采礦技術(shù)在使用方面有較高的安全系數(shù)，可以提升采礦效率，確保采礦質(zhì)量。為此，在當(dāng)前的采礦活動(dòng)中，這種技術(shù)應(yīng)用的特別廣泛。然而在開(kāi)采實(shí)踐中，該技術(shù)的運(yùn)用依舊存有一些弊端和缺陷，會(huì)對(duì)開(kāi)采的物質(zhì)利潤(rùn)有一定的不良影響。這便需要依據(jù)采礦活動(dòng)所面臨的問(wèn)題，歸納梳理充填開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用方法，從而提高采礦活動(dòng)的質(zhì)效和安全水平，減小采礦活動(dòng)給自然環(huán)境造成的不良影響程度。如此才能夠提升采礦活動(dòng)的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。