袋裝充填技術在礦山中的應用

朱天平 , 甯瑜琳 , 歐任澤, 詹 進

(1.西部銅業有限公司, 內蒙古 巴彥淖爾市 015000；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南，長沙 410012)

袋裝充填技術在礦山中的應用

朱天平1, 甯瑜琳2,3, 歐任澤2,3, 詹 進2,3

(1.西部銅業有限公司, 內蒙古 巴彥淖爾市 015000；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南，長沙 410012)

結合礦山生產過程中出現的采空區控制充填、維護開挖空間的穩定、采空區和巷道的支護與密封、預留巷道、形成人工礦柱等問題，提出了采用袋裝充填技術解決上述問題的方法。結果表明：袋裝充填技術作為一種新型的充填技術能很好的解決上述問題，該技術具有工藝簡單，成本低的特點，在輔助采礦和充填作業中具有廣泛的應用前景。

袋裝充填;預留巷道;充填隔墻;人工礦柱

0 引 言

固體礦物資源開采后形成采空區，為控制圍巖崩落和地表下沉，同時為后續回采工作提供安全保障，采用尾砂對采空區進行充填是礦山常采用且行之有效的措施之一[1]。傳統的尾砂充填，充填料漿依靠自身的自重和流動性進入采空區，會在其塌落度范圍內流淌，最終形成以充填擋墻和采場四周巖壁為擋體的近水平充填體，這種充填方式難以形成特殊形狀的充填體[2]。

袋裝充填技術是將充填料直接充填至充填袋內，將充填袋作為約束充填料漿流動的擋體，充填料漿通過泌水、凝固后形成穩固、特殊形狀的充填體，以支撐采場頂板、維護采場作業安全。袋裝充填技術作為一種新的礦山充填技術，已開始在國內外的多個礦山開展理論、工藝參數等相關研究[2]。

1 袋裝充填技術在礦山中的應用

袋裝充填技術作為一種新的礦山充填技術，可用于采空區控制充填、維護開挖空間的穩定、采空區和巷道的支護與密封、預留巷道等。

1.1 采空區充填

采用袋裝充填技術，可改進上向水平分層進路充填采礦法的采場充填。

上向水平分層進路充填采礦法是一種自下而上，以巷道掘進的方式回采礦體、在進路掘至設計位置后進行充填的采礦方法。它是在每一水平分層布置若干條進路，按間隔或逐條進路的順序回采，整個分層各條進路回采充填后，再回采上分層進路。該方法采用間隔或逐條的順序回采時，均是以掘進巷道的方式回采，爆破自由面少，鑿巖爆破效率低、成本高。采用袋裝充填技術對采空區進行充填，見圖1，進路回采結束后，在進路空區內鋪設充填袋，充填袋采用液壓支柱或木立柱固定。充填袋的長為進路長度、高為進路高度、寬比進路寬小1～1.5 m，使充填后袋裝充填體與待采礦體之間留有1～1.5 m的空間。通過袋裝充填技術，使上向水平分層進路充填采礦法的進路充填后留有1～1.5 m的自由空間，作為后續側向崩礦的補償空間，降低了進路鑿巖、爆破的難度和成本，提高了效率。

圖1 上向進路袋裝充填采礦法

獲各琦銅礦的礦體上盤圍巖為二云母石英片巖和黑云母石英片巖，硅化地段，比較穩固；沒有硅化或硅化弱的巖體，有很多斷裂或破碎帶，極不穩固[3]。為保障采場生產作業的安全，在礦巖不穩固地段及頂板回采時采用上向進路袋裝充填采礦法回采，回采順序采用單側推進的方式，自礦體一側逐漸推進至另一側。先垂直礦體走向回采1條寬4 m、高3 m的進路，之后充填寬3 m、高3 m的袋裝充填體，留下寬度1 m的空間作為后續側向崩礦的補償空間，之后再逐條回采、逐步充填，每次回采3 m、充填3 m、留1 m的作業空間，即要求充填距3 m，控頂距1 m，懸頂距4 m。

1.2 預留巷道

礦山生產過程中，由于生產需要可能要在充填體中布置巷道，此時可采用先將預留巷道充填之后再開挖巷道，或采用金屬或木質支架、木板、鋼筋、水泥等材料搭建支撐棚之后再充填。預留巷道先充填后開挖時，后續開挖對充填體強度要求高，且在采用爆破的方式開挖，容易引起充填體的垮塌；當先采用金屬或木質支架搭建支撐棚后充填時，需消耗大量的鋼材和水泥，成本高，工藝復雜。

采用袋裝充填技術形成預留巷道，在工藝及成本消耗上均比以上兩種方法好。袋裝充填技術形成預留巷道的具體工藝為：先在預留巷道的位置鋪設特定尺寸的充填袋，之后在充填袋內充填尾砂非膠結充填料，待充填體濾水后，再在充填袋的周邊進行膠結充填，當膠結充填體強度達到要求時，由于充填袋內充填料漿沒有添加水泥，料漿泌水后可直接用鏟運機或其它設備將充填袋挖開，將充填料挖出后形成預留巷道。

1.3 充填隔墻

充填隔墻是指充填采礦法回采過程中，待充填區域與其他區域之間的隔離擋墻，常用的充填隔墻主要有木質擋墻、磚砌擋墻、鋼筋水泥擋墻[4]。采用袋裝充填技術砌筑充填隔墻，可采用以下兩種方式：當隔墻寬度、高度較小，采空區內尾砂膠結時，可用充填袋直接填裝充填到采空區的料漿，之后將充填袋堆積在隔墻位置；當隔墻寬度、高度稍大時，可采用木立柱或鋼管等在隔墻位置先搭建支架，將充填袋固定在木立柱或鋼管上，之后在充填袋內充填料漿，待充填料泌水凝固后，便形成充填隔墻。由此可見，與傳統的木質擋墻、磚砌擋墻、鋼筋水泥擋墻相比，采用袋裝充填技術形成充填隔墻，其充填料可以是混凝土，也可以是采空區內的充填料漿，工藝簡單，成本低。

獲各琦銅礦目前主要采用兩步驟上向水平分層充填采礦法回采銅礦體，分層采場回采結束后，需在采場入口砌筑充填隔墻以便進行采場充填，為降低充填隔墻成本，經試驗礦山目前已成功應用袋裝充填技術砌筑隔墻，具體為直接將充填至采場的半干充填料或噴漿料裝入充填袋，堆砌在充填隔墻位置，充填袋之間及其與巖壁之間的縫隙用編織袋堵縫，袋裝尾砂充填袋隨分層采空區充填高度的上升而逐漸堆砌。

江西某鎢礦由于開采后形成大量相互貫穿的采空區，空區內留有大量價值高的礦柱。為了回收礦產資源，礦山擬采用分區隔離充填的方法對采空區進行充填，之后回收礦柱。由于采空區高度較大，采用傳統的充填隔墻成本極高且隔墻自身穩定性難以保障，通過生產實踐，采用鋼管桿件搭建固定支架，之后采用袋裝充填技術形成隔離墻并對采空區進行充填的方式，成功實現了高大采空區的分區隔離充填，為礦柱的回收創造了良好的安全條件。

1.4 形成人工礦柱

采用房柱法、全面法回采礦體時，為維護頂板巖層穩定，需要在采場內留設連續的或間斷的礦柱，當所留礦柱價值較高時，往往用人工礦柱代替原生礦柱以提高礦產資源的回收率。傳統的人工礦柱砌筑方法主要有：鋼筋混凝土人工礦柱、混凝土人工礦柱、毛石砌體人工礦柱、毛石混凝土人工礦柱等[5]。常用的鋼筋混凝土人工礦柱及混凝土人工礦柱承載能力強，安全性高，但砌筑工藝復雜且成本較高；毛石砌體人工礦柱、毛石混凝土人工礦柱承載能力相對較差，雖然成本較低但由于安全性較差而較少采用。

采用袋裝充填技術構筑人工礦柱，必須選擇強度較高的充填材料，以使充填料凝固后具有一定的承壓能力，當選擇的充填材料強度較高時，砌筑小范圍的人工礦柱；當選擇的充填材料強度一般時，需砌筑范圍較大的人工礦柱替代原生礦柱。在采空區高度較大時，充填袋必須固定在木立柱或鋼管等搭建的支架上，同時在充填袋與支架之間插入竹笆板或木板，保障充填袋的牢固性，同時防止充填袋充填時外鼓。

2 結 論

(1) 袋裝充填技術作為一種新型的充填技術，具有工藝簡單，成本低的優點，可用于充填采礦法中采空區的控制充填、維護開挖空間的穩定、采空區和巷道的支護與密封、預留巷道、形成人工礦柱等。

(2) 袋裝充填技術在獲各琦銅礦等礦山的成功應用，表明該技術在輔助采礦和充填作業中具有廣泛的應用前景。

[1]周愛民.礦山廢料膠結充填[M].北京:冶金工業出版社,2007.

[2]XS Liu. Upward entrance filling with hydraulic fills inside geotextile bags [C]//proceedings of the 11thInternational Symposium on Mining with Backfill,2014:467-472.

[3]王訓青,朱天平.充填采礦法在獲各琦銅礦的應用[J].有色金屬(礦山部分),2012,64(1):7-9,16.

[4]王麗紅,李夕兵,趙國彥,等.永平銅礦充填擋墻安全設計及工程應用[J].礦冶工程,2013,33(6):6-9,12.

[5]張電吉,周 麟,陳清運,等.人工礦柱在緩傾斜地下礦開采中的應用研究[C]//第八屆全國采礦學術會議論文集.2009:223-226,229.

2014-06-16)

朱天平(1962- )，男，總工程師，主要從事采礦技術與管理工作，Email:ningyulin0712@163.com。