淺議充填采礦技術的應用

闞寶華

（黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱150000）

隨著經濟社會發展，我國煤炭需求量持續增長，淺部的煤炭資源所剩不多，在開采深部資源的過程中遇到了比淺部更多的礦山壓力事件、片幫、巷道難于支護等問題。其中，采空區的處理是一大難題，傳統的自然垮落法對采空區上部巖層和土地造成較大的破壞不太適用于深部開采。充填技術的應用對于處理這個難題無疑是一劑良藥。

1 充填采礦技術的功能

1.1 降排功能。礦山企業生產過程中產生大量的礦渣和矸石，大多數礦渣和矸石都堆存于尾礦庫。但是礦渣的堆放不僅占壓大量的土地，破壞礦區周圍生態環境，影響居民生活環境，還極易引發地質災害。充填技術正是將礦山廢渣和矸石再加上其他的原材料進行配比進行混合攪拌以后再運到采空區進行充填，即能減少礦山廢料的排放，防止廢料、廢渣污染到礦山周圍生態環境，又能將大量的廢料充填到采空區解決地表沉降問題。充填技術使得綠色礦山大計向前邁出了關鍵的一步，使得污染較大的礦山開采逐步向低廢料、低排氣的礦山開采轉變。

1.2 減弱巖層變形和下沉作用。我國處理采空區的傳統辦法一般以自然垮落法和留設煤柱法為主，采空區采用自然垮落法會引起地表變形和下沉等問題，采空區采用留設煤柱法會在采空區留下許多煤柱浪費了大量的煤炭資源且降低了回采率。假如采空區回采完成以后，及時用充填技術將采空區進行充填，在這道工序完成以后為變形的巖層和下沉的土地提供了有力的支撐點。這樣既能大大阻礙圍巖的變形又能釋放部分積攢的應力，使得重新分布的應力達到新的平衡狀態。這樣可以永久的解決完采空區的支護問題，將省下的人員、支護設備和精力投入到回采工序上，將極大的提高回采速度和礦山開采的綜合能力。充填的物體不僅能夠消除地表變形和下沉作用還能作為支撐點阻礙周圍巖層的變形和維持二次應力分布的平衡狀態。

2 充填采礦的優點

2.1 綠色開采。近年來充填開采技術推廣的十分迅速，一是十分切合可持續發展和保護環境的觀念；二是它能減少礦山處理廢渣的成本和提高噸煤利潤的經濟優勢。與其它處理采空區的方法相比充填技術的優點顯著突出，礦山排放廢料極少。充填技術的綠色意義遠不止這些，它是以保護環境和開采礦山并重的開采方法，采空區進行充填之后煤礦上部的土地仍能正常使用。這樣一來，既保護環境不會被破壞響應了國家可持續發展的政策又能降低企業在支出上的成本。

2.2 降低井下風險。充填以后，充填體會作為支撐點減少上部巖層的下沉量和采空區圍巖的變形量。采空區經過充填以后周期來壓穩定，來壓步距減小，讓圍巖應力重新分布之后達到新的平衡，減小礦山壓力，降低危險事故的風險。例如，沖擊地壓、局部冒頂、頂板大面積垮落等。

2.3 三下開采。鐵路、公路、建筑物下進行開采有著相當嚴格的規定尤其是采區上部為名勝古跡時，土地表層不能塌陷和下沉。就目前而言，維持巖層和土表效果最好的采空區處理辦法就是充填技術。充填不僅能將巖層的移動和變形控制在相當小的范圍內還能確保采區上部土表在以后進行重大活動時不會發生地質災害是長期的有利的保護。簡單說就是確保了開采安全、開采效率、開采質量，避免對礦井上部的、建筑物、鐵路、公路、名跡造成不良影響，消除地表的移動和下沉。

2.4 經濟效益。采用充填技術在前期準備時花費較多，要采購較多的機械設備，還要在井上和井下安裝額外的管道或軌道將配比好的充填體運到井下采空區，除此之外還要有額外的人員進行管理和購買其他原材料的成本。但是后期能夠省下很多采空區支護的預算，還能極大地提高噸煤利潤和日產量足以抵消前期大量的花費。隨著科技的進一步發展化學材料的進一步突破成本還將繼續降低，充填技術的潛力是巨大的。除此之外還有內循環經濟，礦井開采通常會產生大量的矸石，如果不能進行很好的處理還會自燃。如果將矸石作為充填材料的主要成分，這樣可以同時減少處理廢棄物和充填材料的成本。如果用碎石做主要成分那么還將減少廢料的運輸成本，可直接在井下進行充填材料的制作并能邊采邊充。可以防止圍巖塌陷，減少支護成本，提高資源回收率。

3 充填技術選擇的基本原則

（1）安全性原則。選擇充填技術前，必須提前控制好礦山壓力，預防開采過程中沖擊地壓等事故的發生。在這個前提之下，要對回采工作面圍巖的構造應力和支護手段進行分析對比，最后判斷，是否選擇充填技術。（2）實用性原則。開始回采之前，應該將礦山儲量與填充量大小進行比較，再根據比較結果，判斷選擇填充技術是否合適。雖然填充技術目前是處理采空區最好的辦法，但是并不能保證不發生危險事故，還要提前做好支護以防萬一。（3）便捷性原則。在選擇填充技術前，考慮好人員和物料的管理，研究好最為簡便的物料比，設計最優運輸通道，使得填充材料可以迅速便捷的到達采空區進行及時填充。（4）經濟性原則。在正式投入之前，要確定好最經濟的控制系統和性價比最高的充填材料，其次最好有備用方案以預防緊急情況發生后不能及時進行充填導致停工。（5）穩定性原則。在方案確定之后，選擇長期工作的員工且將人員分成兩批進行培訓，固定個人工作量和工作場所，以避免因為員工的個人原因拖延工程進度。在挑選充填機器時，盡量選擇信譽好、質量好并能適應已有的方案的廠家。還要派遣專門人員去學習緊急情況的處理如何維修等。（6）保護環境原則。在選擇充填材料時，盡量以矸石、固體工業廢料等為主要成分。避免占用土地浪費資源破壞已有的生態平衡。盡最大化保護環境，實現綠色開采。

4 在實際應用中的不足和解決方法

4.1 優化工藝。相對于露天開采，井工開采的回采率較低，為了響應國家的政策充分的利用自然資源這就要求我們必須想方設法提高回采率。這意味著煤柱留設法處理采空區是堅決不可取的，這樣充填技術的選用機會就更大了。但是由于要把矸石礦渣先從井下運到地面，然后進行材料配比混合攪拌等工序完成后再運到井下采空區。但是工藝十分繁瑣，運輸成本較大。但是假如能在井下完成材料的配比，這樣可以在采區采完之后馬上進行充填，可以省略臨時支護的工序和能夠大大的提高回采速度和降低開采成本。

4.2 研發新型充填材料。近幾年來，隨著充填技術發展十分迅速，越來越多的礦山開始嘗試充填開采。充填技術的很多問題開始暴露出來，這其實是一件好事，任何新興的產物在迅速發展時會暴露出許多不足，如果能加以改良將會普及，反之則只能在歷史的長河中掀起一片小浪隨及湮滅。現有的充填材料有許多的問題如充填原料配比之后凝結的時間太長，這很大程度取決于固化劑、穩定劑等化學合成品。配比之后的充填材料充填之后有的強度遠遠達不到要求，不持久后期會破裂，這有可能是凝結劑和配比的比例有所欠缺。繼續研發新的固化劑、穩定劑、凝結劑、強化劑等才能使充填技術普及。

4.3 主動引進新的設備。礦山井下條件十分有限，無法精準的測量采空區所需要充填的不規則空間。地面一次配比耗費時間較長，如果與井下所需相差太大會浪費大量的人力物力。有一種CMS 探測系統能夠很好地解決這個難題，它是采用最新的3D 激光技術來進行探測。該系統探測完成，能夠在計算機上獲得具體的三維數據。這樣一來可以利用相關軟件建立3D 立體模型進行空間大小的計算。隨后按需進行配比，可以極大的提高效率。

5 結論

隨著經濟的高速發展，國家領導人的重視以及相關環境保護法的發布，綠色開采將會成為主流。充填技術更夠減少礦渣與矸石的排放更是能夠防止周圍環境的空氣被污染。現在的充填技術還不太成熟許多材料的成本太高，但是在未來它的前景是十分美好的隨著科技水平的發展成本的降低接受它的礦山企業會越來越多的。我相信它憑著能提高回采率，保證采空區的穩定，提高開采速度和減排等功能會逐漸普及開來的。