充填采礦技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用研究

（山西神州煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 033000）

前言

隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的日益提升，采礦行業(yè)的發(fā)展也隨之加快，且在長(zhǎng)期高強(qiáng)度開(kāi)采狀態(tài)下，地表淺層部位易于開(kāi)采礦產(chǎn)資源正在減少，開(kāi)采條件更具復(fù)雜化，不僅開(kāi)采的深度加大，同時(shí)在開(kāi)采的難度上也開(kāi)始提升。此時(shí)，為了提升礦產(chǎn)開(kāi)采效率，有效將充填采礦技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)采作業(yè)中，對(duì)于采礦壓力降低以及采礦工程質(zhì)量提升均具有助推成效。鑒于此，針對(duì)充填采礦技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用這一內(nèi)容展開(kāi)深入分析具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.充填采礦技術(shù)概念

充填采礦法是指伴隨落礦、運(yùn)搬及其他作業(yè)的同時(shí)，用充填料充填采空區(qū)的采礦方法。充填的目的是支護(hù)采空區(qū)兩幫巖石，并為繼續(xù)進(jìn)行上面分層回采造成立足的底板。它適用于礦石和圍巖不穩(wěn)固，不允許有較大暴露面的礦床；地表需要保護(hù)的礦床；稀有貴金屬或高品位的礦床；有自燃性的硫化礦床；賦存條件復(fù)雜的礦床等。由于充填采礦法能夠最大限度地回收礦產(chǎn)資源，保護(hù)地下、地表環(huán)境，特別是近些年來(lái)，隨著充填材料、充填工藝、管道輸送裝備和技術(shù)的不斷進(jìn)步，充填采礦法在有色金屬礦山和貴重金屬礦山得到了廣泛應(yīng)用。隨著充填成本的不斷降低和礦產(chǎn)品價(jià)格的持續(xù)走高，充填法因其無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，在煤礦、鐵礦等傳統(tǒng)上不宜采用充填法的礦山，應(yīng)用比重也越來(lái)越大。

2.充填采礦技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用分析

(1)削壁充填采礦技術(shù)的應(yīng)用

采礦工程作業(yè)中，應(yīng)用削壁充填采礦技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，比較適用于礦體本身比較薄的礦山，此類工程作業(yè)中，往往無(wú)法設(shè)置預(yù)留間柱，所以需要通過(guò)人工設(shè)置混凝土構(gòu)筑底柱。在回采作業(yè)時(shí)，需要先行完成礦石開(kāi)采，隨后才能展開(kāi)巖石開(kāi)采工作，在落礦之前，還需在礦下填充物之上做好墊層鋪設(shè)工作，墊層的材料可選用膠皮帶或是草袋。進(jìn)行爆破采礦時(shí)，應(yīng)該設(shè)置深度為1m的炮眼，借助電耙完成出礦，隨后進(jìn)行圍巖爆破，充填采空區(qū)，并將基本的工作空間預(yù)留出來(lái)。后續(xù)的采礦施工中，可循環(huán)上述作業(yè)過(guò)程，直至完成礦塊的開(kāi)采。在應(yīng)用削壁充填技術(shù)進(jìn)行采礦爆破時(shí)，應(yīng)該做好如下爆破處理：

①先爆破礦體情況。在爆破點(diǎn)進(jìn)行爆破孔鉆點(diǎn)，工具可采用小直徑釬頭，爆破孔需控制在1-1.5m之間，且孔間間隔控制在0.4-0.6m之間，裝藥時(shí)需遵守隔孔裝藥原則。

②先爆破圍巖情況。提前確認(rèn)回采空間，確保回采空間處于最小狀態(tài)。期間，如礦體的傾斜度相對(duì)較大時(shí)，采場(chǎng)的最小空間應(yīng)該控制在0.8m以上。

③爆破后，進(jìn)行崩落的礦石處理時(shí)，可以從人工運(yùn)輸或是電耙運(yùn)輸兩種方案中選擇一種。期間，當(dāng)采場(chǎng)的空間預(yù)留超出1.2m，可以直接將電動(dòng)鏟運(yùn)設(shè)備開(kāi)到采礦現(xiàn)場(chǎng)完成運(yùn)輸。

④為提升礦石的質(zhì)量及純度，還需在充填材料的表層鋪設(shè)層墊層，常見(jiàn)的墊層主要以混凝土為例，厚度需控制在0.1-0.15m之間，且強(qiáng)度需超出3MPa，目的在于能夠支撐礦石崩落的重力。

(2)分段充填采礦技術(shù)的應(yīng)用

采礦工程作業(yè)過(guò)程中，分段充填采礦技術(shù)的應(yīng)用操作關(guān)鍵點(diǎn)在于“分段”處理，此項(xiàng)技術(shù)操作中，需要針對(duì)礦下暴露面積較大的部位展開(kāi)分割處理，促使采礦面能夠規(guī)劃成為具有若干個(gè)矩形斷面結(jié)構(gòu)的礦面分布形式，借此將暴露面縮小，同時(shí)也可進(jìn)一步促進(jìn)礦區(qū)中不穩(wěn)定位置的充填工作及回采工作質(zhì)量提升。

例如，某礦區(qū)在應(yīng)用分段充填采礦技術(shù)作業(yè)時(shí)，充分將采礦中段進(jìn)行了劃分，劃分后需確保每一個(gè)“小中段”之間的高度差相近，例如某礦區(qū)在進(jìn)行采礦中段劃分時(shí)，每一“小中段”之間的差距不超出10m。隨后針對(duì)各個(gè)劃分完成的中段執(zhí)行開(kāi)采工作，并按照采場(chǎng)所規(guī)定的采礦工作推進(jìn)流程及深度標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行相關(guān)采礦施工，期間，為了確保充填及回采兩項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)交叉運(yùn)輸作業(yè)目標(biāo)，需要在礦下巷道內(nèi)做好出礦及鑿巖施工，隨后將礦石及填充物從礦下運(yùn)輸出去。某采礦工程在作業(yè)中，選用的是CT-500HE型號(hào)的電動(dòng)鏟運(yùn)設(shè)備，該設(shè)備的使用，能夠大幅度降低礦下作業(yè)人員的工作量，從而提升采礦工作效率。當(dāng)?shù)V下的采礦作業(yè)環(huán)節(jié)基本結(jié)束后，需要立即開(kāi)展采礦充填工作，某礦區(qū)作業(yè)時(shí)選用的充填材料為膠結(jié)物，在進(jìn)行礦內(nèi)頂板的充填時(shí)，充填設(shè)備選用了推卸式鏟運(yùn)機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)采礦過(guò)程的機(jī)械化作業(yè)目標(biāo)，最終提升采礦工程生產(chǎn)效益。

(3)上向分層充填采礦技術(shù)的應(yīng)用

上向分層充填采礦技術(shù)也被稱之為干式充填采礦技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用時(shí)，主要操作特征在于按照自下而上的開(kāi)采原則完成礦產(chǎn)開(kāi)采工作，即每次完成一層的開(kāi)采工作，直接推進(jìn)該開(kāi)采層的充填作業(yè)流程。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用后，會(huì)在充填施工的同時(shí)，在礦下配置相匹配的行人井、排水井及放礦井。一般而言，采礦工程施工中應(yīng)用上向分層充填技術(shù)，在進(jìn)行礦塊布置形式的選擇時(shí)，主要以兩種為主，一種以沿著走向進(jìn)行礦塊布設(shè)施工，此種布設(shè)方式，比較適用于礦內(nèi)本身的礦石及相連接的圍巖穩(wěn)定性較佳的采礦環(huán)境中，期間，此種方法比較適用于礦體厚度不超出15m的礦下作業(yè)條件。另一種是沿著礦塊切走向進(jìn)行布設(shè)，其比較適用于礦石及相關(guān)聯(lián)圍巖本身的穩(wěn)定性能較差的礦山中，此種方法比較適用于礦體厚度超出50m的礦下作業(yè)條件，在具體的布設(shè)工作開(kāi)展中，需在礦內(nèi)設(shè)置兩排礦房，且要求礦房與礦體保持垂直方向關(guān)系，最后在礦房之內(nèi)，按照礦體的走向預(yù)留出相應(yīng)的縱向礦柱，促進(jìn)上向分層充填施工技術(shù)應(yīng)用。

(4)下向分層充填采礦技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用下向分層充填采礦技術(shù)進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，需針對(duì)礦體本身的穩(wěn)定性及圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)研，此項(xiàng)技術(shù)更加適用于穩(wěn)定性極差的采礦現(xiàn)場(chǎng)，借助下向分層填充的方式完成采礦作業(yè)流程。在具體的礦體回采施工中，需要在礦體工作面之上建筑三種礦井，分別是運(yùn)輸井、人天井及礦石溜井，其中，礦石溜井主要被應(yīng)用在于實(shí)現(xiàn)礦石從上部運(yùn)輸?shù)较虏康牡V內(nèi)巷道中，而運(yùn)輸井則主要被應(yīng)用在將充填物質(zhì)運(yùn)輸至礦下采空區(qū)的過(guò)程中。例如，某采礦工程在采礦期間，利用下向分層充填采礦技術(shù)作業(yè)時(shí)，依照從下往上的采礦順序完成回采了充填兩項(xiàng)作業(yè)流程，期間，進(jìn)行分層時(shí)，采用了傾斜10-15°分層方式，并在回采前，將礦石溜井、巷道及人天井之間做好連通施工，且回采起始點(diǎn)設(shè)置在切割巷道位置。

3.充填采礦技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用前景探討

經(jīng)過(guò)幾十余年的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)階段充填采礦技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)采礦工作開(kāi)展過(guò)程中的核心技術(shù)種類，不僅為礦山開(kāi)采企業(yè)的生產(chǎn)提供技術(shù)保障，同時(shí)對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)也起到了顯著的促進(jìn)作用。隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，充填采礦技術(shù)也需同步做好相應(yīng)的技術(shù)更新工作，將實(shí)際采礦工作推進(jìn)中所呈現(xiàn)出的問(wèn)題一一提煉出并解決后，還需就出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行綜合性整理和規(guī)劃，促使其形成礦產(chǎn)開(kāi)采工程質(zhì)量提升可借鑒的典型性資料。未來(lái)的充填采礦技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)該充分就現(xiàn)有的采礦運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行研制，同時(shí)還應(yīng)積極引進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化的充填設(shè)備以及智能化的采礦調(diào)度運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)，最終提升采礦智能水平。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)采礦行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，充填采礦技術(shù)屬于采礦工程作業(yè)中的主力技術(shù)模式內(nèi)容，該項(xiàng)技術(shù)的使用，不僅有利于礦石貧化率的降低，同時(shí)在采礦期間對(duì)于礦產(chǎn)周邊的圍巖穩(wěn)固性提升也能夠發(fā)揮重要助推效果。此外，由于礦山開(kāi)采工作屬于一項(xiàng)長(zhǎng)期性作業(yè)項(xiàng)目，整體作業(yè)周期相對(duì)較長(zhǎng)，且隨著開(kāi)采的推進(jìn)，礦床的深度也會(huì)隨之增加，此時(shí)對(duì)于充填采礦技術(shù)的運(yùn)用要求及標(biāo)準(zhǔn)也必然會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)此，除開(kāi)現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用以外，還需不斷做好新技術(shù)的研發(fā)工作，充分與國(guó)家倡導(dǎo)的生態(tài)生產(chǎn)理念相融合，最終在保障礦山工程效益的同時(shí)，也能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)奠定基礎(chǔ)。