采礦中充填采礦技術的應用及存在的問題研究

陳 明

（湖南漣邵建設工程（集團）有限責任公司，湖南 長沙 410000）

當前，在開采礦產資源時，為將可持續發展思想落到實處，確立了綠色開采思想。這種思想有利于礦產資產開發行業的長效發展。為達成綠色開采目標，需對資產開展深層次的剖析，科學的開發與使用資源，進而減小給自然環境造成的毀壞程度。因此，深入探究綠色開采技術，對于礦產資源行業的可持續發展有重大價值。在礦山的采礦工藝中，充填采礦回采率高、貧化率低，已廣泛地應用到了采礦作業中，因為充填方式多樣、面對的應用條件多變，為此在開采過程中經常產生部分問題，為了讓充填采礦技術在開采過程中更高效的被運用，應當對產生的問題實施深層次的剖析探究。這樣不但能夠減小礦產資源開發所導致的不良問題發生概率，有助于保護自然環境，還能夠創造更可觀的社會效益與經濟效益[1，2]。

1 充填采礦技術

從二十世紀五十年代開始，我國開始運用充填采礦技術，雖然這種技術的應用時間較短，然而伴隨科學技術水平的提高，充填的成分在不斷發生變化。這種技術指的是在礦體回采時，將一些適宜充填的物質填充到采空區，以提升礦區支撐水平的一種先進技術。

當前充填采礦技術已和當今的礦產資源活動深入融合。在使用充填采礦技術的過程中，應了解各種技術的充填方式，這樣才能夠提升充填采礦技術的運用成效，如圖1所示，為充填開采方法分類。

圖1 充填開采方法分類

其中，矸石充填法就是采用廢石作為充填料，主要用礦車、電耙、鏟運機等搬運至充填區進行充填作業，該法主要適用于小型礦山以及處理采空區。水力充填就是選用選礦尾砂、碎石、砂石等作為充填材料，以水力為驅動，通過管道運送至充填區進行充填作業。膏體充填法就是將尾砂、矸石等按一定的比例與水、膠結物充分混合濃縮，然后借重力或充填泵通過管道輸送至充填區進行充填作業。每種充填方法適用的環境不一樣，因此，在選擇充填方法時需要綜合考慮礦山地質條件、開采工藝等。

2 充填采礦技術特點

在礦山開采中尾礦庫、塌陷區存在安全隱患也破壞生態環境。充填采礦把開采工作和生態平衡相結，在一定程度上降低了生態環境的破壞。同時充填采礦降低了開采貧化率、改善了采礦條件，對礦山開采中時常遇到的應力集中、高地壓有非常大的改善，其特點主要有：第一，填充材料能夠對圍巖支撐位置產生作用，確保圍巖的穩固，避免圍巖產生幅度較大的位移。而且填充材料具有較好的抗壓性能，可以避免采礦區產生塌落問題。第二，充填采礦技術可以提升礦床的穩固水平，降低礦床風化發生起火風險的概率。而且礦石損失較小，能夠提升回采的效率，提升采礦質效，創造比較豐厚的物質利潤。第三，充填采礦技術能夠依托機器實施作業，這樣便減少了施工人員參與數量。并且可以降低作業過程中的工作強度，降低開采成本，保證作業區安全。第四，充填采礦技術能夠有效保證礦區的均衡，推動礦區朝著深部開采的方向邁進，從而提升采礦質量與效率。另外，這種技術的使用可以讓采礦地區的地質狀況得以顯著改善，抑制深部開采作業中巖爆的發生。第五，充填采礦技術的運用，能夠對礦石廢料高效運用，有助于資源的節省，另外對地表環境進行全面的保護。可以盡可能的減小采礦活動給自然環境造成的破壞程度。

3 充填采礦法關鍵性技術

3.1 控制充填成本

較高的充填成本是充填采礦工藝推廣和應用遇到存在的主要問題，在充填采中，根據充填方式的不同，充填成本約占采礦總成本的40%~70%。而在充填作業中材料成本約占60%~90%,其中水泥成本又占據充填材料成本的70%左右，所以控制充填成本的關鍵就是解決水泥用量的成本控制或者發現更為有效地代替材料。在這種情況下，我們可以從兩個方面出發，考慮降低成本的途徑：一方面，考慮經濟合理的充填材料配比，另一方面降低充填作業過程充填體的強度損失。根據開采工藝的不同，選擇合理的充填體強度，選擇有效的水泥添加劑，以減少水泥用量；合理安排縮短充填材料從充填站到達充填區的時間，合理的水灰比以及減少其余用水，避免多余水對充填體的沖洗，減少充填體在作業中的強度損失。

3.2 充填料漿

當今階段的采礦活動正向著現代化、智能化方向邁進，其中管道運輸讓不間斷的、標準化的機械化作業成為了現實。由于目前礦產資源需求的大幅增多，同時為了達成提升采礦水平的目的，需要使用管道運輸的方式將充填物質運送至采礦區，保證采礦活動的順利開展，當前廣泛運用的充填漿體管道運輸有下述兩方面的特征：

（1）運輸的漿體比較繁雜。因為各礦山的地質水文與開采條件都有一定的差別，為此所使用的充填材料也有較大差異。目前所選擇的填充材料通常是采礦活動中產生的水泥、河砂、粉煤灰、廢石等等。在礦山填充材料中，即便是添加劑也有多種類型，為此在建造運輸管道的時候不但要保證能夠運輸單一成分的材料，還要保證能夠運輸多種成分混雜的材料。

（2）礦山運輸線路比較復雜。在采礦活動中運用充填技術的過程中，先要在地面上裝設恰當的填充站，之后在填充站制備完成填充料漿之后，利用管道把填充材料運輸至各個礦山開采現場。受地理因素的影響需應對多種類型的問題，為此在管道運送過程中會有傾斜段、水平段，還會有垂直段，在運輸充填材料的時候若壓力過大，則較易產生爆管問題，為此必須要配備減壓段，這多種要素一同造成了目前管道運送的繁雜性。

4 充填采礦技術應用存在問題

（1）采礦技術與實際情況不符。在礦山開采中要確保充填方式與礦山開采實際情況相吻合，此外，有必要考慮在滿足礦床開發的條件下，結合多種環境因素來開發出一種適應不同采礦條件的新的充填采礦方法。但是實際情況是充填采礦對極薄礦脈和穩定礦體的開采應用研究相對較少。

（2）充填材料使用不合理。不同的充填采礦方式對充填體的抗壓、抗剪強度要求不同，合格的充填材料要有較好的容重性能、較強的抗剪力學強度和較好的壓縮性等，并且這些因素嚴重影響著充填采礦技術所擁有的物理學性能。然而在礦產充填技術運用實踐中，常常產生填充材料使用不恰當的情況，致使充填質量不達標。

（3）自動化水平不高。充填施工系統所具有的自動化水平直接決定了充填開采效果。例如，自動增稠設備的性能對充填機械設備的工作產生一定的影響，如果增稠設備具有更高的性能，則可以在一定程度上減少腐蝕或磨損，并縮短準備時間。就目前技術而言，我國在此方面的技術水平還有待提高，導致礦山自動化充填設備及技術的發展較慢，也嚴重降低了充填采礦工藝的經濟效益。

5 采礦中充填采礦技術應用

（1）削壁充填采礦技術。削壁充填采礦技術一般在薄礦層中的應用比較普遍。在該充填采礦技術應用過程中，能夠降低礦層貧化率。在實際應用中需要對上盤圍巖以及下盤圍巖進行崩落作業，這樣能夠確保礦層回采作業可以順利進行，可以顯著提升礦產開采活動的安全水平。一般狀況下，在圍巖崩塌和分層礦石的時候，可將崩落的圍巖當做填充物質進行采礦區填充，讓崩落的圍巖得到高效運用，減小充填采礦技術的費用，進而提升礦產開采活動的利潤水平。

（2）上向分層充填采礦技術。上向分層充填技術時，需要嚴格根據實際作業的垂直高度對礦塊進行科學劃分，通常把礦塊分成水平、傾斜等多種類型。然而無論哪種類型，回采都按照自下到上的次序。每個分層采出礦石后，根據采礦工藝要求留出后一分層采礦所需作業空間，對剩余采空區進行充填。上向分層技術更適合應用在礦石堅固、圍巖穩定性差的礦體中。在礦石穩定性一般的礦體中，可以使用玻璃鋼錨桿臨時加固頂板礦石，確保開采活動的安全。對礦石、圍巖穩定性都比較差的礦體，可以利用傾斜進入的回采手段完成采礦過程。一般要將傾斜度控制在7°到10°的范圍內，并且要保證膠結充填材料與水力充填材料能夠順利自流接頂。

（3）下向分層充填采礦技術。當開采經濟價值高、不穩固的礦體時，采用上向分層充填采礦法，作業工人暴露在不穩定的頂板下，很難保障作業安全，下向分層充填采礦應運而生。下向分層充填采礦回采順序由上至下逐層回采、逐層充填，不留頂、底柱，上一分層的充填體底部作為下一分層采礦過程中的人工頂板。因為下向分層充填采礦技術解決了破碎圍巖頂板安全問題，所以在圍巖以及礦石穩定性均比較差的礦體中非常適用，同時也是礦柱回采中的一種非常有效的方法。該技術在實際應用中，可以在礦體中構筑礦石溜井、充填和行人天井，隨分層的回采、充填，在充填體中布置充填、行人天井。為了保證礦區回采作業的安全，每一分層的充填體下方必須構筑高強度膠結頂，以保障回采安全。

（4）分段空場嗣后充填采礦技術。分段空場嗣后充填采礦技術主要應用在不規則的礦體中。在應用中，首先將較大的礦體按設計進行分區，將較大礦體劃分成若干較小礦體，從而形成規則形狀結構體。其次，以分段的方式實施采礦作業和充填作業。在這個環節，一定要確保上個單元回采之后，再實施采空區的填充工序。再次，應當格外關注充填施工準備活動。這項技術在實踐運用過程中使用的填充物料大多是全尾砂和固化劑的融合物。需要指出的是，無論是充填、還是鑿巖等均需在巷道內進行。如此能夠讓各種工序同步開展，可以在一定程度上提升開采效率。在作業中，充填頂做為上一分層采場的采礦底板，必需保證良好的接頂及接頂強度。如果充填采空區底部存在尚未開采的礦體，需要在充填體底部澆筑較高強度混凝土，這樣能夠為下部采場開采提供安全的人造頂[3]。

6 充填采礦技術研究方向

礦山固體廢料填充是環保型礦產開采技術的重要支撐，為我國采礦活動提供了更成熟的技術，與此同時也讓采礦活動中形成的廢棄物給環境造成的不良影響得以減小。在采礦活動中，應當不斷增大充填采礦技術的實施力度，著重確保回填區的高效使用。充填采礦技術的發展，將改善傳統采礦模式的不足，逐步構成與當今階段社會發展需求相一致的作業方式，降低廢料的排放數量，減小給自然環境造成的不良影響，在確保經濟建設穩健發展的同時為人們打造良好的生活環境[4]。

7 結束語

綜上，充填采礦技術在使用方面有較高的安全系數，可以提升采礦效率，確保采礦質量。為此，在當前的采礦活動中，這種技術應用的特別廣泛。然而在開采實踐中，該技術的運用依舊存有一些弊端和缺陷，會對開采的物質利潤有一定的不良影響。這便需要依據采礦活動所面臨的問題，歸納梳理充填開采技術的運用方法，從而提高采礦活動的質效和安全水平，減小采礦活動給自然環境造成的不良影響程度。如此才能夠提升采礦活動的環境效益、經濟效益、社會效益。