地下金屬礦山的充填采礦技術(shù)研究

王冠男，袁 野，姚景亮，李佳峰，趙東升

（赤峰山金紅嶺有色礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025450）

地下金屬礦山具有帶動工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用，并且對于礦產(chǎn)資源的需求量越來越多，開采金屬礦山成為了必然。目前在可持續(xù)發(fā)展理念的引導(dǎo)下，采礦行業(yè)也逐漸呈現(xiàn)了綠色發(fā)展，積極采取環(huán)保的采礦技術(shù)，充分開發(fā)和利用充填采礦技術(shù)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)采礦技術(shù)的不足，提高采礦的安全性，同時(shí)還能緩解采礦過程中出現(xiàn)的環(huán)境污染問題，維護(hù)生態(tài)平衡，從而促進(jìn)采礦業(yè)的全面發(fā)展。

1 充填采礦技術(shù)

傳統(tǒng)金屬采礦技術(shù)在應(yīng)用過程中，由于技術(shù)的原因?qū)χ苓叺沫h(huán)保帶來了嚴(yán)重的污染，破壞了生態(tài)平衡，從而容易引發(fā)一系列的生態(tài)問題[1]。因此，需要采礦企業(yè)對周圍環(huán)境進(jìn)行治理，這樣對采礦的效率帶來了一定的影響，并且還在無形中增加了采礦的投入成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。想要對礦產(chǎn)資源進(jìn)行合理的開發(fā)，可以采取先進(jìn)的采礦的技術(shù)，并結(jié)合金屬礦山的實(shí)際情況，順應(yīng)礦山的規(guī)劃和治理，實(shí)現(xiàn)采礦效率和環(huán)境保護(hù)的共同進(jìn)步。充填采礦技術(shù)的出現(xiàn)，能夠很好地滿足保護(hù)環(huán)境的需求，并且在采礦過程中還可以有效地避免地表下陷。隨著采礦行業(yè)的不斷發(fā)展，社會對于礦產(chǎn)資源的需求越來越高，保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源成為了采礦的主要內(nèi)容。充填采礦技術(shù)作為高效的采礦方法，具有安全環(huán)保、靈活等優(yōu)點(diǎn)，能最大的限度地減少礦石資源的損失量。

2 地下金屬礦山采取充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 避免出現(xiàn)地表變形和下沉

在地下金屬礦山開采過程中，利用充填采礦技術(shù)，可以對礦區(qū)中的空區(qū)進(jìn)行有效的填充，從而支撐采空區(qū)的巖石層，避免其出現(xiàn)變形和下沉的情況，并且能防止采空區(qū)出現(xiàn)大幅度的錯位[2]。合理地利用采空區(qū)的空間，能幫助采礦企業(yè)建立相應(yīng)的工作空間，從而為后續(xù)的采礦工作奠定良好的基礎(chǔ)。這樣可以實(shí)現(xiàn)開采交替循環(huán)，縮短采礦的周期，減少采礦的成本投入，從而提升企業(yè)開采的綜合能力。另外，合理地利用充填技術(shù)，能保護(hù)地表結(jié)構(gòu)的生態(tài)平衡，避免采礦區(qū)的環(huán)境受到破壞。

2.2 保護(hù)遠(yuǎn)景資源并降低貧損

目前充填采礦技術(shù)在我國采礦過程中，得到了廣泛的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)在金屬礦體中，還能夠在傾斜或地下礦體中進(jìn)行應(yīng)用。對于厚度較大的礦體在進(jìn)行開發(fā)時(shí)，使用充填技術(shù)，不僅能提高礦柱的利用效率，還能優(yōu)化金屬礦的品質(zhì)，降低礦山貧損。另外，還能對礦物質(zhì)具有保護(hù)功能，能對尚未開啟的礦物資源進(jìn)行合理的保護(hù)，維護(hù)采礦區(qū)的生態(tài)平衡。

2.3 高效減排污染物

在礦山開采過程中會采取相應(yīng)的開采技術(shù)，完成開采工作后，必然會出現(xiàn)部分開采的廢料。因?yàn)槭菑U料所以施工人員認(rèn)為沒有運(yùn)送出去的必要，會將其隨意地丟棄在廢棄的礦山中，久而久之就形成了嚴(yán)重的廢物污染。但是采用充填采礦技術(shù)，能將廢棄物進(jìn)行有效的回填，開采出來的許多廢棄物重新回填到地表下。這樣可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的二次利用，將污染物進(jìn)行有效的減排，從而很好地解決采礦過程中造成環(huán)境污染的問題。

2.4 降低采礦作業(yè)成本

采礦工作進(jìn)行時(shí)，需要根據(jù)礦洞的深度進(jìn)行開采。在開采過程中要對其進(jìn)行綜合分析，考慮地應(yīng)力、地形等不同問題，如果出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致開采效率下降，增加開采成本。充填采礦技術(shù)可以有效的保證礦體的穩(wěn)定性，減少廢石運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，從而降低作業(yè)的成本。

3 充填采礦技術(shù)在采礦過程中存在的問題

3.1 施工難度比較大

充填采礦技術(shù)的施工環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中的施工難度較大。例如，運(yùn)用分層填充采礦技術(shù)時(shí)，操作環(huán)節(jié)涉及到鑿巖爆破、充填、出礦等工序，這些施工環(huán)節(jié)之間有著密切的聯(lián)系，環(huán)環(huán)相扣，只有完成一個(gè)施工環(huán)節(jié)后，才能進(jìn)行下一層施工作業(yè)，無形中會增加施工的時(shí)間，并且施工成本也有一定程度的提升，從而降低了施工的效率[3]。另外，我國采礦企業(yè)普遍使用的是傳統(tǒng)的分層填充技術(shù)，在采礦過程中為了保證礦體的穩(wěn)定性需要預(yù)留礦柱，但在后續(xù)的回采施工作業(yè)時(shí)，由于施工對低壓的破壞，礦柱的安全性能會降低，并且回收也存在一定的問題，具有一些安全隱患，嚴(yán)重的會發(fā)生安全事故。

3.2 采場頂板管理難度大

采礦區(qū)域內(nèi)周圍巖石具有不穩(wěn)定性能，這是采礦過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，會對礦區(qū)頂板管理工作帶來影響，增加管理的難度。圍巖的不穩(wěn)定就導(dǎo)致礦區(qū)的工作面頂面長期暴露，隨著施工時(shí)間的加長，安全性能會逐漸降低，發(fā)生時(shí)事故的概率也隨之提升。因此，在采礦過程中迫切需要解決的問題就是，合理地安排安全施工作業(yè)時(shí)間，減少頂板暴露的時(shí)長，提高采礦作業(yè)的安全性。

3.3 需要大量的新型充填材料

在實(shí)際充填采礦過程中，由于礦山自身結(jié)構(gòu)的因素，使得其采礦生產(chǎn)量具有較大的差異，需要填充大量的新型材料，才能保證施工正常進(jìn)行，這就導(dǎo)致充填采礦及時(shí)無法形成固定的標(biāo)準(zhǔn)化施工方式。礦石開采過程中，只有結(jié)合實(shí)際需求，重視新型高強(qiáng)度充填材料的研究，才能更好地符合實(shí)際施工需求，優(yōu)化施工技術(shù)的綜合性能，從而更好地促進(jìn)采礦行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

4 地下金屬礦山采取充填采礦技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 創(chuàng)新采礦工藝

充填采礦技術(shù)的全面應(yīng)用，需要結(jié)合礦山的條件和特點(diǎn)，對其采礦工藝進(jìn)行創(chuàng)新，才能增加采礦的效益。對于傾斜礦脈的開采，需要通過廢石投擲或者是礦巖分掘的方式將采空區(qū)進(jìn)行充填；對于厚大的礦石，可以采取尾砂膠結(jié)進(jìn)行充填，這樣不僅能提高采礦的效率，還能降低采礦的成本投入[4]。另外，現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展比較快速，并且在不同行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，因此采礦技術(shù)可以融合信息技術(shù)，逐漸朝著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展，這樣能拓展采礦行業(yè)的發(fā)展前景。將新進(jìn)的信息技術(shù)與采礦及時(shí)進(jìn)行有效地結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)地下金屬礦山采礦技術(shù)的升級。例如，數(shù)字化礦山的出現(xiàn)，不僅實(shí)現(xiàn)了礦山的信息化，還可以建立礦山信息體系，這樣可以將礦山的信息進(jìn)行數(shù)字化的整理，促進(jìn)礦山資源的合理利用和開發(fā)。另外，合理地利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能及時(shí)地獲取充填技術(shù)所需要的數(shù)據(jù)要求，促進(jìn)采礦智能化水平的提升。

4.2 開發(fā)新型填充材料

充填采礦技術(shù)的涉及范圍比較廣，并且施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，采礦的結(jié)構(gòu)類型不統(tǒng)一，使得其采礦方式?jīng)]有確定。因此，采礦企業(yè)需要重視新型填充材料的研究，確保與時(shí)俱進(jìn)，滿足不同時(shí)期采礦作業(yè)的需求。填充材料主要是由膠結(jié)劑和骨料混合而成的，除了常規(guī)的砂石、水泥等，還出現(xiàn)了外加劑，如速凝劑、減水劑等。高水材料是填充過程中，普遍應(yīng)用的材料之一，其優(yōu)勢就是固結(jié)速度比較快，并且能減少污染，節(jié)約填充費(fèi)用。但也存在一定的不足，材料的強(qiáng)度較低，還存在風(fēng)化的現(xiàn)象，抗震動性比佳差。因此，采礦企業(yè)需要重視新型填充材料的研發(fā)，降低成本投入，提高填充性能，從而促進(jìn)采礦作業(yè)效率的提升。

4.3 創(chuàng)新填充設(shè)備

充填采礦技術(shù)在應(yīng)用過程中，主要是以人工形式為主，自動化和機(jī)械化程度低，導(dǎo)致礦效率不理想。采礦企業(yè)需要具有創(chuàng)新意識，積極主動的研發(fā)自動化的填充設(shè)備，例如盤式過濾機(jī)、高效濃密機(jī)等，通過機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新，可以提高井下作業(yè)的效率，更好地滿足金屬采礦施工的需求[5]。充填采礦技術(shù)的設(shè)備性能直接決定了其發(fā)展的方向，重視高效設(shè)備的研制，建立完善的自動控制系統(tǒng)。另外，加大智能化填充技術(shù)的研究工作，為礦山建立信息處理系統(tǒng)，方便進(jìn)行管理和經(jīng)營。地下金屬礦山在開采過程中，采礦設(shè)備自動化和高效化是為了的趨勢，從而降低采礦人工的勞動強(qiáng)度，促進(jìn)采礦效率的提升。

4.4 加強(qiáng)安全程度

在充填技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，需要加強(qiáng)監(jiān)督管理力度，重視對管路的檢驗(yàn)，增加檢驗(yàn)的頻率和強(qiáng)度，避免出現(xiàn)下部薄層掉落的現(xiàn)象。并且要保證充填體和頂眼之間的距離，過遠(yuǎn)或者過近都會降低填充的有效性。同時(shí)，根據(jù)充填體的強(qiáng)度和礦體的實(shí)際情況，選擇合適強(qiáng)度的鋼絲網(wǎng)將充填體和底部薄層進(jìn)行有效的連接，這樣能減少底部薄層的掉落情況，確保其完整性。對于充填材料的選擇，要盡可能地減少成本投入，又要確保強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。在正式進(jìn)行充填之前，對施工材料進(jìn)行合理的規(guī)劃，能減少施工中出現(xiàn)問題，提高充填的效率。

4.5 完善充填技術(shù)管理體系

企業(yè)在發(fā)展過程中，需要建立合理的管理體系，對于礦山企業(yè)來說也不例外，如果缺乏完善的管理體系，將會在施工過程中出現(xiàn)管理效率的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致采礦率下降。并且管理不到位，會增加采礦過程中的危險(xiǎn)性。根據(jù)當(dāng)前的采礦技術(shù)來說，需要建立充填站，并在此基礎(chǔ)上，全部采礦過程中充填材料運(yùn)輸?shù)挠行浴５趯?shí)際運(yùn)輸過程中，由于管理體系的欠缺使得其材料運(yùn)輸量控制不到位，并且充填設(shè)備管理也有一定的問題，因此要重視運(yùn)輸材料使用量的規(guī)定，保證運(yùn)輸?shù)挠行?。另外，還要對制定質(zhì)量管理體系，確保充填材料的質(zhì)量。管理體系的建立，能夠保證運(yùn)輸材料的合理性，減少充填材料浪費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低充填成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.6 建立健全充填站管理制度

當(dāng)前我國許多礦山的開采活動需要在充填站的配合下完成，并且對機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備有著較大的需求，這樣能提高充填材料的便利性。大部分充填站購買了比較新型的機(jī)械設(shè)備，但是管理制度并不健全，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障、開采混亂等問題。為了更好地解決問題，所以有必要建立健全管理機(jī)制。制定填充料制備檢查制度，并更具機(jī)械設(shè)備的功能，規(guī)定維修和保養(yǎng)的間隔時(shí)間，使其能有效地降低機(jī)械故障發(fā)生的概率，為采礦工作提供良好的機(jī)械支持。對設(shè)備進(jìn)行有效的管理，還能預(yù)防機(jī)械設(shè)備老化，延長設(shè)備使用時(shí)間。另外，管理制度的建立，還能對充填作業(yè)進(jìn)行有效的規(guī)范，確保施工作業(yè)材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格落實(shí)制度內(nèi)容，從而提高充填采礦技術(shù)的效率。

4.7 提高采礦質(zhì)量

采礦技術(shù)的出現(xiàn)是為了提高采礦質(zhì)量，采礦質(zhì)量是礦石開采過程中廣泛存在的問題。有些采礦企業(yè)認(rèn)為，采礦技術(shù)的關(guān)鍵是提高采礦的數(shù)量，忽視了采礦質(zhì)量，為了減少成本投入，采取傳統(tǒng)的采礦技術(shù)，不僅對礦產(chǎn)資源造成了極大的浪費(fèi)，還對礦長周圍的環(huán)境帶來了影響。對于這一問題，相關(guān)部門需要進(jìn)行綜合分析，合理的干預(yù)采礦進(jìn)度，并做好監(jiān)督工作，在保證采礦安全的前提下，維護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)采礦質(zhì)量的提升，從而滿足企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，我國地下金屬采礦行業(yè)的發(fā)展比較快速，采礦技術(shù)也不斷地進(jìn)行更新，合理地使用充填采礦技術(shù)，可以減少對礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，提高采礦的效率，并在一定程度上可以達(dá)到保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境的目的，符合綠色發(fā)展理念。同時(shí)，還要做好采礦工藝、設(shè)備、材料的創(chuàng)新工作，完善管理體系，促進(jìn)采礦企業(yè)更好更快的發(fā)展。