充填采礦技術在金屬非金屬礦山采礦工程中的應用

燕全寧

（河北省國控礦業開發投資有限公司，河北 石家莊 050000）

金屬非金屬礦類型的礦山，主要是指除開煤礦、煤系硫鐵礦為主，也包括部分與煤礦應運而生的伴生礦山以及石油礦山之外的所有類型的礦山。金屬礦主要包括黑色金屬、有色金屬、稀有金屬、貴金屬、輕金屬，此類礦產在特點上具有質地堅硬、光澤度較高的特征。非金屬礦當前共發現90余種，包括、云母、砂巖、高嶺土、金剛石、水晶、石墨等。目前階段，在我國境內，金屬非金屬礦山的開采數量已經超出了10萬座，在此數量中，超出60%的礦山規模以小型礦山為主。在此類礦山的開采工作執行過程中，對于開采技術的應用要求十分嚴格，在這一基礎上，針對更為實用的充填采礦技術在金屬非金屬礦山采礦工程中的應用這一課題進行深入研究十分有必要。

1 充填采礦法在國內外的應用

充填采礦法在國內的應用。與國外相比較，國內在近代開展礦山開采工作時，主要采用的是干式充填采礦法，填充材料主要以礦山周邊的廢石或是礦井下挖掘的廢料為主，人工成本高的同時，作業效率也一度十分低下[1]。發展至21世紀初期，各類鏟運機等類型的無軌運輸設備投入礦采工作中，進一步提升了充填施工效率，但與國外相比較，仍舊很大的改進空間。充填采礦法在國外的應用。最初階段，充填采礦法主要應用于加拿大、澳大利亞等國家的礦山開采工程中，該項采礦方案的應用，在很大程度上幫助所在國家節省了大量的礦產能源，能源利用率得到了極大的提升，同時，對于開采礦山周邊的資源環境保護起到了十分顯著的促進作用，諸多優勢加持下，使得充填采礦法在國外推廣開來。

2 充填采礦法在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的推廣狀況

2.1 河北省金屬非金屬礦山概述

截止2018年底，河北省已經發現的礦產種類達到了130中，其中，金屬礦占比少于非金屬礦，已經統計出具體資源儲量的礦產種類為104種，列入《2018年河北省礦產資源儲量表》礦產所在地數量達到了1503處，金屬礦產數量為876處，非金屬礦產數量為461處。

2.2 充填采礦法的分類及優越性

充填采礦法主要分為以下幾類：上向水平分層充填法、下向分層充填法與嗣后充填法[2]。不同的充填采礦方法，應用于不同的金屬非金屬礦中，按照充填材料的不同，主要分為干式、水砂、尾砂、膠結充填法；按照回采工作面形式區別，主要分為進路、分層、階段以及分段充填回采方案。

應用充填采礦法進行采礦施工，優越性主要集中于以下兩點：其一，施工安全風險較低。方案執行后，施工作業隊就地取材自制的充填材料能夠專門針對采空區進行計劃性的填充，最大程度上降低了施工作業隊由于開采工作執行出現的坍塌安全問題出現幾率[3]。其二，有效降低開采工作推進對礦山周邊自然環境的不利影響。方案執行后，填采礦方案能夠有效避免采空區塌陷對地表建筑造成破壞，同時也能夠進一步降低對于開采區地下土層的破壞。

2.3 充填采礦法在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的推廣

2019年6月，河北省自然資源廳印發《加強礦產資源開發管控》通知，在文件內容中，充分針對金屬非金屬礦山開采的工作進行了管理調整，要求當前新建、改建以及整合的各類礦山開采場進行全方位施工安全、施工設計調整，加快推擠綠色礦山建設工作，建立完善的礦產開發綜合評估論證制度[4]。在這一制度背景下，全省進行了礦山開采調查工作，得出充填開采法是目前最佳礦山開采方案，尤其針對省內小型礦山占比較多特點而言，充填采礦法的應用，能夠有效促進省內采礦資源利用率的優化，同時進一步推進綠色礦山建設步伐邁進。

3 充填采礦技術在某金屬非金屬礦山采礦工程中的具體應用

3.1 上向分層進路充填采礦方案應用

在河北省某金屬非金屬礦的開采過程中，按照當地礦山的采礦現有結構以及回采工藝種類應用的區別，先行應用了上向分層進路充填采礦方案。方案執行過程中，需要把礦房、礦塊進行分層處理，分層處理方案包括兩種：垂直高度水平分層以及傾斜度劃分分層，均由下向上進行分層逐步推進礦山開采工作。再此期間，在巷道掘進的施工推進上，于每一層礦體上布置出相應數量的進路，當一條進路開采工作結束后，立即推進充填工作，必須確保充填體滿足下一路礦山開采強度，才能展開下一進路的開采工作，在整個開采工程中，不斷重復這一礦山施工開采流程，直到該礦層中所有礦產全部開采并充填完畢，方能夠進行上一分層的開采流程。

在采場布置過程中，需要將所在礦體本身的厚度因素考量其中。本次研究中涉及的某金屬非金屬礦包括厚體和中厚體兩種情況，前者的采場布置形式主要按照礦區的巖石力學分布情況展開施工，后者布置形式主要沿著礦體走向展開施工，如此進一步優化開采工作的安全性和進路通暢性。當進路施工作業完成后，需要做好充填采礦技術應用的準備工作：①與進路口位置設置充填擋墻，此間必須確保擋墻的牢固和嚴密性，提前預留出放水口。②通過進路回風天井將充填管放置在開采進路中部位置。上述所有準備工作執行完畢后，啟動充填工序，需要注意，整體進路的充填施工必須保障嚴密接頂。

3.2 分段棱形礦房充填采礦方案應用

應用此方法進行金屬非金屬礦的采礦施工時，采場布置主要沿礦體走向為主，采區與采區之間需要確保提前預留出10m的支撐框柱。另外，在采區施工區域內，需要嚴格按照自下而上的礦體走向進行菱形礦房的布置工作。采場的底部結構可以設置在菱形礦房的底部區域，在這一過程中，由于受到河北省某金屬非金屬礦開采施工作業隊現有開采鑿巖、裝藥設備施工條件因素的影響，進行開采時，決定采用分段鑿巖開采方案，方案的推進，會在鑿巖巷底部區域進行拉底巷切割V形狀的塹溝施工，將此塹溝作為開采受礦巷，將其與出口進路進行聯合，提升開采效率。另一方面，進行礦區回采時，需要按照由一端面向另一端推進的方式展開，中段下部礦房作為首要開采目標，回采完成后馬上推進充填工作，期間確保嚴格接頂。需要注意，兩個開采流程銜接期間，需要確定充填體完全凝固后方能啟動上分段礦房回采工作。

受到礦塊已經完成充填回風井施工，此時為了進一步提升施工完成的充填井利用價值，可以在采區兩端的礦柱內留設充填回風井，同時進行上盤充填聯絡道施工，使其與另一端采場的充填回風井聯通。在充填料的采用上，可以按照充填回風井→充填聯絡道→采場這一流程進行充填料的運輸，期間同樣需要在回采分段施工區域進行充填擋墻的施工，施工點定位在回采分段下部出礦進路中。

3.3 二步驟分段空場回采嗣后充填采礦方案應用

在河北省金屬非金屬礦的開采過程中，東坪礦的開采期間主要采用二步驟分段空場回采嗣后充填采礦方案，在采礦走向布置上，主要以垂直走向為主，形成二步驟回采。在一步驟回采中，分段空場回采施工完畢出礦之后，需要先進行充填擋墻的施工，施工點設定在采場空區入口位置，確保擋墻的嚴密性，提前預留好相應的采礦出水口。隨后，在充填料的選用上，主要以全尾砂膠結為主。在二步驟回采中，分段空場回采完成后，充填料采用全尾進行充填，充填區域底部結構設置上主要以塹溝底部結構形式為主。在整體的金屬非金屬礦山開采過程中，進行了回采分段劃分，主要分為2個～3個分段，進行回采盤區布置時，依照礦體具體走向，間隔固定距離進行回采盤區位置設定。回采中段設置上，會設定一條分段平巷，礦山回采的底部結構受礦溝以一步驟采場下為主，裝礦進路則以二步驟采場下為主。除此之外需要注意，進行礦體回采時，還需要制定“先一步驟、后二步驟”回采原則，即必須一步驟回采工作完畢，并且確保充填施工無誤后，方能繼續推進二步驟回采工作。

4 充填采礦技術在河北省金屬非金屬礦山采礦工程中的應用預測

河北省作為我國礦產資源豐富的大省，采礦工程效益成為省經濟水平構成的關鍵內容，在這一基礎上，如何實現采礦工程經濟效益最大化就成為各采礦企業急需考量的問題。當前階段，金屬非金屬礦開采的技術運用上，空場法施工方案是最為常見的一種施工手段，由于施工管理效率嚴重不足，導致省內出現大量的濫挖濫采現象猖獗，再加上過往開采工作的規范性不高，導致現有的采礦區出現數量十分巨大的采空區，在很大程度上增加了施工安全性，幾乎每年都會出現礦山開采坍塌事故，對采礦施工人員的生命安全造成威脅。采礦作業后的工程施工廢料也對當地生活居民的生活安全造成了極大的威脅。隨著河北省可持續發展戰略的提出，充填采礦施工法就成為省內礦山開采的重要施工方式，對于資源節約和環境友好型社會的建設具有極大的促進作用，所以十分值得在金屬非金屬礦中進行推廣應用。

5 總結

在河北省范圍內，由于大部分的金屬非金屬礦山所屬區域的特殊性，所以超出75%的礦山開采工作均會采用充填采礦技術推進相應的采礦工作，在充填材料的選用上，為了進一步提升采礦現場材料的利用率，同時也是實現施工作業隊的施工效率優化，會將金屬非金屬礦開采過后的尾礦選定為充填材料加以處理。此充填采礦方案的推進，降低環境污染率的同時，對于整個采礦作業隊的施工作業安全也起到了一定的保障作用。另一方面，金屬非金屬礦采礦完成后采用充填采礦技術，能夠有效防止出現施工地面出現地表塌陷的安全問題，促進能源資源利用率優化的同時，也能最大程度提升施工企業的經濟效益。