有關(guān)充填采礦技術(shù)用于采礦的問題探討

龍奇軍

摘 要：文章就有關(guān)充填采礦技術(shù)用于采礦的問題進(jìn)行探討，希望對(duì)充填采礦技術(shù)在采礦作業(yè)的應(yīng)用方面有一定的工程指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：充填采礦；技術(shù)優(yōu)勢；工藝流程；實(shí)際應(yīng)用

引言

我國擁有豐富的礦產(chǎn)資源，但人均礦產(chǎn)資源量卻遠(yuǎn)低于世界水平，而且我國礦產(chǎn)資源分布不平均，探測和開采更為復(fù)雜。隨著能源危機(jī)的不斷蔓延，我國的礦產(chǎn)開采技術(shù)受到了多方的重視。近年來，雖然礦產(chǎn)開采技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，但是采礦效率和環(huán)境保護(hù)仍不能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，這就為充填采礦技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

1 充填采礦的定義及特點(diǎn)

在實(shí)際作業(yè)中，礦產(chǎn)資源在被采掘之后會(huì)留有深深的空洞，在采礦專業(yè)中稱為采空區(qū)。這種空洞若不能及時(shí)補(bǔ)救就會(huì)給礦區(qū)的整體穩(wěn)定性帶來危害，影響整個(gè)礦區(qū)的安全，這也是為何我國采礦行業(yè)事故頻發(fā)的原因。而使用充填采礦法可以在采掘過程中彌補(bǔ)空洞，將充填材料直接運(yùn)送到采掘空洞，對(duì)采空區(qū)起到良好的充填、保護(hù)的作用，以此減少采空區(qū)對(duì)礦區(qū)結(jié)構(gòu)的危害。

充填采礦法是人們不斷探索得到的、較為環(huán)保科學(xué)的方法。筆者認(rèn)為，根據(jù)充填采礦法的特點(diǎn)，其更適于礦井結(jié)構(gòu)大而深的礦山。膠結(jié)充填適用于品位較高，礦石賦存形態(tài)復(fù)雜多樣的礦山。依據(jù)近些年的實(shí)際操作，充填采礦法不僅能夠起到保護(hù)礦井整體結(jié)構(gòu)的作用，保證員工的生產(chǎn)安全，同時(shí)還能降低貧化率和損失率。但是，充填采礦還存在一定的缺點(diǎn)：充填采礦在實(shí)際操作中需要較為復(fù)雜的操作流程；使用充填采礦會(huì)加大初期的投入成本，同時(shí)還需要大量的物力支持。

2 充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢

充填采礦法的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其實(shí)際意義，這種先進(jìn)的采礦方法能夠減少環(huán)境污染，起到保護(hù)環(huán)境的作用。目前，全球利用充填采礦法施工的礦山，已經(jīng)出現(xiàn)了無廢料排放的礦山。例如，德國的格隆德鉛鋅礦山利用全尾砂和重選碎石制備膏體作為充填材料，采用這種方法之后，就再無尾礦亂排放的現(xiàn)象。

采用充填采礦法能夠迅速地填補(bǔ)采空區(qū)，這樣就能及時(shí)防止采空區(qū)出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，從而為采空區(qū)的巖石提供強(qiáng)有力的支持和保護(hù)的作用，防止巖石出現(xiàn)較大的位移。該方法能夠從根本上保護(hù)地下和地表結(jié)構(gòu)不被破壞，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡有著積極的作用。

充填采礦法與傳統(tǒng)的采礦方法相比，其最大的優(yōu)勢是低貧損的開采功能和對(duì)資源的保護(hù)功能。充填采礦法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低平滑率和損失率，充分利用礦產(chǎn)資源，以達(dá)到對(duì)資源的保護(hù)功能。

3 有關(guān)充填采礦技術(shù)的工藝流程與實(shí)際應(yīng)用

3.1 工藝流程

康家灣礦區(qū)使用的充填采礦原料主要包含：水泥、尾砂、粉煤灰和水四種物質(zhì)。尾砂倉為半塹溝式臥式砂倉，容積200m3，水泥倉則是圓柱圓錐型立式倉，可容納48t的水泥，充填的主要工藝流程（見圖1）：臥式砂倉內(nèi)的尾砂通過電耙和G×φ400mm螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至直徑2000mm的攪拌桶中；粉煤灰及爐渣經(jīng)處理后通過電耙絞車進(jìn)入緩沖漏斗，再由螺旋輸送機(jī)送入攪拌桶內(nèi)；水泥則由水泥倉下口通過螺旋機(jī)輸送至攪拌桶，按照灰沙比1：5、1：10或1：15的比例制成砂漿，粉煤灰的添加比例為12%，最后通過聚丙烯塑料軟管運(yùn)送至采空區(qū)進(jìn)行充填工作。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

充填采礦法在實(shí)際應(yīng)用中依據(jù)不同的充填材料可以分為以下三種方法：干式充填法、水砂充填法和膠結(jié)充填法。傳統(tǒng)的干式充填法利用不含膠結(jié)劑的碎石進(jìn)行充填，再進(jìn)化到利用水淬渣進(jìn)行充填，再到膠結(jié)劑充填。通過實(shí)際充填過程不難發(fā)現(xiàn)，隨著充填材料的膠結(jié)性不斷增強(qiáng)，采空區(qū)的支撐結(jié)構(gòu)也就越強(qiáng)。作者認(rèn)為，采空區(qū)往往是龐大的結(jié)構(gòu)，在充填材料中加入膠結(jié)劑，能夠讓充填材料和地下結(jié)構(gòu)快速融合，形成一個(gè)牢固的新結(jié)構(gòu)。

3.2.1 干式充填法

干式充填法是將井下其他工作面的廢石作為充填材料通過充填天井輸送到采空區(qū)，但這種方法最致命的缺點(diǎn)是需要消耗過多的人力和物力、作業(yè)的時(shí)間較長、充填的速率較低。且當(dāng)充填區(qū)域周圍有礦時(shí)，必須留永久保護(hù)礦柱。隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的企業(yè)拋棄了這種傳統(tǒng)的作業(yè)方法。

3.2.2 水砂充填法

水砂充填法主要使用碎石渣、尾砂和爐渣作為充填的主料，利用機(jī)械設(shè)備將這些主料運(yùn)送到采空區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)充填工序。這種方法相對(duì)干式充填法來說較為快捷、完善，但是水砂充填法的施工工序較為復(fù)雜，需要技術(shù)性人員進(jìn)行操作；同時(shí)，水砂充填法的排水量較高，過大的用水量是對(duì)水資源的浪費(fèi)，不利于環(huán)保。由于充填體強(qiáng)度低，當(dāng)充填區(qū)域周邊有礦時(shí)，也必須留永久保護(hù)礦柱。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，水砂充填法也逐漸被企業(yè)所摒棄。

3.2.3 膠結(jié)充填法

膠結(jié)充填法是以塊石、碎石、河砂和尾砂作為主料，將主料、水泥、水及活性添加劑進(jìn)行混合形成膠結(jié)性較高的膏體，再使用機(jī)械設(shè)備或者重力運(yùn)送到采空區(qū)。該方法中的膏體填料具有更強(qiáng)的粘結(jié)性，能和巖石結(jié)構(gòu)快速膠結(jié)，形成堅(jiān)固的整體。該方法充填速率快，充填體強(qiáng)度高，在目前國家安全環(huán)保要求逐步提高，尾礦壩建設(shè)審批日趨嚴(yán)格的是形勢下，具有良好的發(fā)展前景。

在20世紀(jì)六、七十年代，分級(jí)尾砂作為膠結(jié)充填骨料充填采空區(qū)的技術(shù)國內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，管道水力輸送技術(shù)的快速發(fā)展又進(jìn)一步推動(dòng)了這一進(jìn)程，但實(shí)踐表明，尾砂分級(jí)脫泥的全尾砂利用率比較低（僅有50%），且不能合理有效處理細(xì)粒級(jí)尾砂。

康家灣礦采用的是全尾砂充填，添加粉煤灰、水淬碴活性物質(zhì)，有效地解決了尾砂地表堆積可能引發(fā)的事故、降低充填成本，提高充填體強(qiáng)度等問題。粉煤灰、水淬爐渣全尾砂膠結(jié)充填的混合料制備工藝，如圖1所示，初期投資比較低，考慮到能高效率（100%）的利用尾砂，可節(jié)省掉尾礦庫筑壩費(fèi)，很大程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 對(duì)充填采礦技術(shù)用于采礦的問題的幾點(diǎn)思考

4.1 填充材料相對(duì)落后

新技術(shù)的不斷提高，采礦業(yè)取得了迅速發(fā)展。人們對(duì)該行業(yè)的要求也不斷增多，以往的填充材料無法滿足現(xiàn)代采礦業(yè)的需求，同時(shí)，為了使現(xiàn)代采礦新技術(shù)得到高效率深層次的運(yùn)用，在進(jìn)行深部采礦作業(yè)時(shí)，必須對(duì)填充材料進(jìn)行更新?lián)Q代。

4.2 充填設(shè)備技術(shù)具有滯后性

與現(xiàn)代采礦充填技術(shù)相比，充填設(shè)備卻具有相對(duì)滯后性，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，其用于充填的設(shè)備已不能滿足開采需求。目前，很多礦山采用的充填設(shè)備穩(wěn)定性較差，自動(dòng)化控制水平難以達(dá)到填充要求，充填設(shè)備與充填技術(shù)的不協(xié)調(diào)將直接影響礦山的未來發(fā)展，這在一定程度上對(duì)采礦企業(yè)的生產(chǎn)總值產(chǎn)生不利影響。充填不當(dāng)也會(huì)對(duì)資源的合理利用造成很大傷害，將不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。

4.3 開采方法有待規(guī)范

目前對(duì)資源開發(fā)的過程中，充填技術(shù)并未得到全部應(yīng)用。有些礦區(qū)濫采濫挖，有充填設(shè)計(jì)，但不充填，或充填欠賬太多，只重視經(jīng)濟(jì)利益，不重視生態(tài)平衡，這對(duì)礦區(qū)、自然環(huán)境都造成了及其嚴(yán)重的威脅。采礦行業(yè)要取得長遠(yuǎn)發(fā)展，上述問題必須得到有效解決。要使保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的概念深入人心，政府應(yīng)積極采取有效措施，對(duì)綠色開采企業(yè)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)政策。企業(yè)應(yīng)從長遠(yuǎn)角度考慮，加大對(duì)技術(shù)研究的投資，及時(shí)更新設(shè)備，改進(jìn)技術(shù)，提高開采技術(shù)水平，減少安全事故，同時(shí)為環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

4.4 采場頂板管理存在較大難度

在開采地段不穩(wěn)定的情況下，其地質(zhì)條件就會(huì)相對(duì)復(fù)雜，不利于工作面頂板的管理。在巖石構(gòu)造和結(jié)構(gòu)條件相同的情況下，工作面頂板的暴露時(shí)間越長，出現(xiàn)冒落事故的概率就會(huì)越大。因此，為防止冒落事故的發(fā)生，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，就要盡量縮小工作面頂板的暴露時(shí)間，也就意味著減少采場作業(yè)的循環(huán)周期，及時(shí)充填，這樣也有利于頂板圍巖的穩(wěn)固。另外，在進(jìn)行填充作業(yè)前，增加2-3個(gè)點(diǎn)柱也可起到加固作用。

4.5 膠結(jié)面強(qiáng)度的控制

上向膠結(jié)充填時(shí)，最上面膠結(jié)面的強(qiáng)度必須要高一些，以縮短凝結(jié)時(shí)間，提高采礦效率，同時(shí)可以避免將膠結(jié)面的尾砂作為礦石出窿，降低貧化率。可通過提高充填料的水泥含量來控制。

4.6 膠結(jié)充填接頂

當(dāng)有特殊要求時(shí)，需要充填接頂，考慮到膠結(jié)充填接頂情況與充填體的質(zhì)量以及井下作業(yè)人員的人身安全息息相關(guān)，倘若不能有效接頂，將會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故，然而在實(shí)際工程中，充填接頂仍有許多亟待解決的問題，筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)該從充填料漿濃度、下料充填方式等角度入手，并開展有效的充填接頂監(jiān)測工作，規(guī)范充填管理制度，搞好充填接頂工作。

5 充填采礦法的未來發(fā)展

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，采礦行業(yè)也迅速興起了綠色采礦高潮，提倡在對(duì)資源開采的同時(shí)，注意環(huán)境保護(hù)和資源的利用率。綠色開采對(duì)開采技術(shù)提出了更高層次的要求，開采技術(shù)不僅要擴(kuò)大開采量，還要注意對(duì)環(huán)境的傷害降到最低。總的來講，礦山應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持綠色開采的理念，加大對(duì)充填采礦法的技術(shù)升級(jí)，提高充填采礦法的技術(shù)含量。

6 結(jié)束語

文章針對(duì)目前采礦行業(yè)的充填技術(shù)中存在的問題，從資源保護(hù)和礦區(qū)長遠(yuǎn)發(fā)展的角度，進(jìn)行了六個(gè)方面的探討：填充材料相對(duì)落后、充填設(shè)備技術(shù)具有滯后性、開采方法有待規(guī)范等。從而得出以下結(jié)論：

（1）充填采礦技術(shù)與傳統(tǒng)的采礦方法相比有著自身獨(dú)特的優(yōu)勢，符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的要求，有利于環(huán)境保護(hù)型、資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)。

（2）但礦區(qū)在采用充填采礦法時(shí)不能盲目選擇。首先充填采礦技術(shù)的選擇要根據(jù)各個(gè)礦區(qū)自身的特點(diǎn)，因地制宜、實(shí)事求是；其次充填技術(shù)要考慮到經(jīng)濟(jì)成本和可持續(xù)發(fā)展，礦區(qū)應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持以綠色開采為理念，從長遠(yuǎn)利益考慮，提高充填的技術(shù)含量；最后，加強(qiáng)對(duì)充填采礦技術(shù)的研發(fā)，爭取在現(xiàn)有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低采礦對(duì)環(huán)境造成的污染，減少開采成本。

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