廢石充填在膠結充填中的應用

王大為

（山東黃金礦業（萊州）有限公司焦家金礦，山東 萊州 261441）

充填采礦快速發展的最關鍵因素是不會對生態環境造成嚴重破壞，以及相對較高的回采率。因此筆者以焦家金礦為例分析了充填采礦技術在望兒山礦區開采中的具體應用，以及廢石充填技術的應用和發展。

礦區地貌屬低山丘陵區，東高西低。東部為以剝蝕作用為主的丘陵區，標高一般為+40m～+60m，最高點為礦山東依望兒山，海拔標高+177.39m；西部為山前沖洪積平原，地面標高+22m～+35m，地勢平緩。

區內氣候溫和，年平均氣溫12℃，屬大陸季風性氣候，年平均降雨量650mm。區內無大水系，下切沖溝較發育，雨季呈徑流，旱季常干涸。

1 采礦充填技術概述

充填采礦技術是指在采礦過程中在某些采空區中使用一些采礦廢料（例如廢石，工業廢料、選礦尾砂等）來充填。這樣可以有效防止采礦過程中的機械振動導致的巖石掉落以及地表沉陷等問題，確保了礦產資源的充分利用，也確保了施工人員的生命和財產安全，保證了采礦業的可持續發展[1]。

2 廢石充填技術在膠結充填的應用

以廢石充填為基礎的膠結充填法在礦區回采中的應用可以有效地支撐圍巖，控制低壓，防止或減少采空區圍巖的位移[2]。應用時，可以通過應用充填采礦技術來轉移和調整不平衡應力，從而使整個應力場平衡，消除了潛在的風險，并提高了回采操作的安全性。在社會經濟發展過程中，采礦業發展迅速。在這一階段，許多采礦公司已將充填采礦技術有效地應用于特定的采礦項目，這有助于提高礦產資源的開發速度。

2.1 礦區基本資料

（1）礦區自然環境。望兒山礦區地貌屬低山丘陵區，東高西低。東部為以剝蝕作用為主的丘陵區，標高一般為+40m～+60m，最高點為礦山東依望兒山，海拔標高+177.39m；西部為山前沖洪積平原，地面標高+22m～+35m，地勢平緩。區內氣候溫和，年平均氣溫12℃，屬大陸季風性氣候，年平均降雨量650mm。區內無大水系，下切沖溝較發育，雨季呈徑流，旱季常干涸。

（2）礦塊結構。采場沿走向布置，盤區長120m，分成兩個各60m的采場，盤區寬為礦體的厚度，回采時原則上不留盤區間柱和頂柱，留設底柱4m。礦塊高40m，標準礦塊布3條進路，一步采中間進路，二步采兩側進路，分段高為10m。

（3）礦產回采工作流程。當采場僅能布置兩條進路時，先采下盤進路，后采上盤進路；當采場僅能布置三條進路時，先采中間進路，后采兩側進路。鑿巖采用YT-27型鑿巖機落礦，炮孔沿礦體傾向“之”字形布置，孔深度2m，炮孔直徑38mm～40mm，孔距1.0m，排距0.8m，邊孔距圍巖0.3m，每條進路配2臺鑿巖機同時工作。

（4）充填工藝。進路回采完畢后即進行充填準備工作。第一步進行廢石的回填工作。將預存的廢石，由無軌鏟運設備，鏟運至采場進路內進行回填工序，由里向外后退式回填。回填廢石的規格根據回采進路的規格而定。在回填高度上，受鏟運設備的限制，預留1.0m～1.5m的空間。在回填廢石寬度上，在最初是進行了全寬度回填，但在相鄰進路揭露后，容易出現回填的廢石夾裹著膠結體脫落的現象，造成了二次貧化。所以在后期，在廢石回填工藝上進行了優化，在回填寬度上，沿著未回采的相鄰進路一側，預留1.0m的空間，并在相鄰進路的側幫上，通過敷設充填勾花網等措施，增強充填體側幫的充填強度。

回填結束后，進行第二步架設充填管路。充填管由充填回風天井下放到采場，將塑料充填管架在進路頂板中央最高點處，并在進路口上用木板打好隔墻（也可采用混凝土預制磚砌墻），隔墻上留有泄水檢查孔。

為減少充填成本，依據每分層進路個數，采用間隔膠結充填。采用膠結充填時，用灰砂比1：10的充填料充填；采用尾砂充填時，先將進路用粗尾砂充填3.5m高，剩下的0.5m用灰砂比1：10的膠結尾砂進行膠面充填，以利于回采上一分層時鏟運機鏟裝和行走。每一條進路充填應密實接頂。

（5）充填體強度要求。按照所選采礦方法要求，為滿足下中段最上面分層回采的安全，在每個采場的底部第一個分層需要膠結充填，充填體強度要求較高，采用灰砂比（水泥：尾砂）為1：4、濃度為70%的充填料漿，充填體強度3Mpa～4MPa；其余分層的膠面充填和上向水平分層進路式充填采礦法的間隔膠結進路采用灰砂比（水泥：尾砂）為1：10、濃度為70%的充填料漿，充填體強度1Mpa～2Mpa。

表1 全尾砂膠結充填體單軸抗壓強度

1：10 3 0.15 0.20 0.26 0.37 0.38 7 0.24 0.36 0.44 0.58 0.63 28 0.61 0.79 1.14 1.43 1.81

2.2 應用分析

（1）應用效果。回填的廢石沒有經過再次破碎，廢石的塊度大小不一，在實際應用中，主要解決了井下廢石大塊的處理問題，在一定程度上降低了二次爆破的作業量，提高了作業效率。同時，對于采礦過程中的其他廢料包括充填泄露的充填體的再次處理方面，也發揮了積極的作用。通過實踐證明，在井下進行廢石充填膠結充填工藝時，只要嚴格控制回填規格及采取相應的優化措施，充填體強度完全可以滿足設計要求。

（2）完善充填采礦技術。在焦家金礦的開采中，就采用了機械化上向進路式充填采礦法。隨著采礦業的不斷擴大，采空區范圍擴大了，而地面上的壓力也同步增加，特別是在高壓采礦區。不僅空間的突然變化會導致不穩定性風險，還增加了潛在的災害風險。因此，在礦區的開采中采用充填采礦法可以解決不平衡應力的傳遞和調節。使原始的巖石張力場再次達到平衡。

3 結語

綜上所述，在礦區的充填開采中，需要注重廢石充填技術基礎上的膠結充填技術的應用。根據礦區的基本情況選擇合理的充填料和技術，保證礦區的安全生產。