地下礦山充填采礦若干技術問題的思考

崔哲森

遼寧科技大學礦業工程學院 遼寧 鞍山 114000

引言

充填采礦的方法屬于人工支護采礦的方式，在圍堰穩定性較差、貴重金屬等礦石開采中更加適用，在實際開采過程中可避免地表出現塌落。充填法施工條件比較繁雜，能在深部開采中對地壓進行有效的控制。因此，在進行礦山開采工作時，經常會應用充填采礦法。然而，目前還存在許多問題，需要不斷地創新。

1 地下礦山充填采礦技術的優勢

1.1 提高礦山開采的安全保障

目前，地下礦山開采安全問題成為阻礙煤礦企業發展的主要問題，為了使上述問題得到有效解決，則需要注重技術創新。在地下礦山開采階段，充填采礦技術是亟待突破的主要內容，其一般涉及到充填體結構作用機理、充填體力學作用機理、充填體讓壓作用機理等。通常情況下，將充填體充入采場，可以使采場巖壁維持良好的應力狀態，并且從單軸或雙軸開始慢慢地過渡為雙軸或三軸，以此來使圍巖的強度得到提升，確保壁巖更加安全、可靠。在地下開采過程中，如果使原來的地質機理結構遭受破壞，將會導致承受載荷的幾何不變體系和本來的平衡發生變化，進而誘發周圍巖石出現連鎖破壞，在一定程度上削弱了巖層結構的維護和支撐，使圍巖結構系統失穩。通常情況下，與原巖體相比，填充體的體積相對比較大，這樣一來充填體就可以使周圍巖石地壓得到有效釋放[1]。實際上，充填體將會與缺失支撐的巖石壁融合后得到新巖層結構，從而將缺失巖石的能量擴散至充填體中，由此確保了采場的穩定，使采場內部易發生坍塌現象得到解決，進而保證礦山開采的安全性和有效性。

1.2 降低了礦石采礦的損失率，保證了礦山資源的利用率

在創新礦山充填采礦技術過程中，將會促進地下礦山開采事業的發展，其不僅可以確保礦山開采的安全進行，而且還可以使礦石的采礦損失率降低，進而提高礦山資源利用率。在充填采礦過程中，要結合巖石開采的差異性來合理選擇充填方式，如窄分段分采空場法、階段充填采礦法、進路充填采礦法等。同時，根據巖石層的不同特征，來對充填開采方法進行選擇，也可以使整個礦業的開采效率得到保障，進而在降低能源浪費的同時，提高地下礦業開采技術水平。實際上，階段充填采礦法具有開采效率高，回采工藝比較簡單，方法比較靈活，地下巖石層開采的整體穩定性較好，能夠在大規模礦業開采中充分發揮作用。

1.3 降低對環境的污染

在地下礦山充填過程中，選擇選礦尾礦和礦山廢石可以有效降低選礦尾礦和礦產開采廢石的排出。由于傳統礦山開采，會對周圍環境產生不同程度的破壞，而且巖石坍塌也會增加泥石流的發生，進而對周圍地表植物的生長產生不利影響[2]。在進行充填采礦時，可以對礦區中的空礦實施充填，這樣既可以避免地表出現變形和下沉現象，還可以維持地表的原來地貌。通常情況下，每一個開采環節結束后，往往會有大量的廢料產生，此時如果未對這些廢棄物進行有效處理，并將其擱置在廢棄的礦山中，將會對周圍的土地造成破壞。此時，可以借助充填采礦技術，將開采出的廢料按照一定的方式重新擱置在地下，既能夠緩解對環境的污染，而且還可以降低各類安全事故的發生率，在提高企業經濟效益的同時，也實現了保護環境的目的。

1.4 減少了尾礦庫容

利用充填開采技術能夠在一定程度上減少資金的投入，充填開采技術應用范圍比較廣泛，其中包括緩傾斜礦體、水平礦體、分支符合礦等多種礦體，其可以應對各種開采條件，進而達到節省成本的效果。

2 充填采礦發展存在的問題

2.1 創新采礦工藝，提高充填質量

在采用充填采礦技術過程中，最好結合礦山的實際特征來給予合理應用，以此來達到預期的應用效果。在開采緩傾斜極薄礦脈時，一般會選擇礦巖分掘方式，并直接將廢石拋擲充填空區。在開采比較厚大礦巖時，可以選擇中深孔和淺孔空場采礦法，隨后借助塊石膠結、尾砂膠結等材料來填充采后空區，從而有效控制成本，提高開采效率，對采空區進行很好的處理。除此之外，采場設計會對充填效果產生直接影響，此時就需要結合礦山的實際生產需求來設計采場幾何形狀，以此來提高充填料的充填水平[3]。當充填料輸送至車輛鏟斗或機卸料端時，礦山工作人員無法對充填料的質量給予有效控制，這樣一來充放點的位置將會直接影響充填料的分凝度，進而影響充填效果。實際上，在開始沉淀前，需要適當地增加充填料移動距離，這樣一來將會在充放點下部形成充填角，并且隨著與充放點距離的不斷擴大，將會導致端壁逐漸松弱，一旦采場尺寸超出一定范圍時，則需要選擇另外的充放點給予合理放置，這樣不僅可以減少充填料移動距離，而且還可以確保充填質量。充填采礦技術要以礦山的地貌特征為基礎，準備好礦床開采技術工作，重視采礦技術的相互結合，進而研發出新型工藝，例如，對于厚度和面積較大的礦巖可以采用深孔空場法來進行操作，開采后的空區可以使用塊石膠結以及高水原材料填充，通過使用快捷的回填技術，能夠有效降低成本，保證開采的效率，合理處置采空區域。針對傾斜性比較薄的礦脈，可以采用廢石拋擲填充區，使得高強度運礦和削壁充填進行充分的結合。

2.2 開發研制低成本、高強度的新型充填固化材料

充填料的物理性質有孔隙率、濕度、滲水度和粒度等。充填體所具有的物理力學特征一般與骨料的結構和成分保持緊密聯系，同時膠結材料的組成方式和成分也會影響采場穩定性和充填體強度。例如，高水材料可以選擇全尾砂，這就使得充填體具有比較快的固結速度，并保證充填料可以實現無重力水排出，避免誘發井下環境污染，在降低排水費用的同時，也可以實現對充填料的遠距離輸送。但是，如果充填體具有比較弱的強度時，在實際應用過程中固結材料極易被風化，并且在脫水后將會導致強度降低。

2.3 研發高效礦山充填設備和提高礦山充填自動化水平

礦山充填系統自動化水平的高低對礦山的實際發展有著直接的影響作用，然而由于國產相關技術和設備在實際使用階段存在比較差的穩定性，在一定程度上使礦山充填技術的發展受阻。此時，要注重對高效農牧設備的研發，這樣既可以達到制備高濃度全尾礦漿的目的，而且還可以有效降低對充填設備造成的磨損。同時，注重研發高濃度運輸設備，借助壓排設備運輸的方式來調節各段的輸送壓力，以此來避免輸送管被堵塞。此外，加強對充填系統物料流量和卸料濃度自動控制技術的研發，注重對礦山自動化設備的應用，以此來構建自動化控制系統，以達到自動調節充填固化材料濃度和充填系統全尾礦卸料的效果。

2.4 嚴格按照充填站管理制度執行，保證充填質量

如今，大多數充填站配備了多種機械設備和電子設備，以確保充填材料生產工作的順利進行，上述充填站基本上為地表設施，一般會選擇設置在礦山選礦廠內，以確保為地下礦山充填提供所需要的充填料。通常情況下，各種充填站的設計存在比較明顯的相似性，其所選擇的設備和制備流程等均能夠實現電子控制。混合漿體和膠結劑材料濃度計量的控制可以確保充填材料的整體質量，此時為了確保劑量的精確度，一般需要做好流量監測裝置和稱重裝置的精確校準工作。同時為了確保松散充填材料具備合理的流動速度，在制備充填材料過程中，還需要對設備進行系統檢查，對存在的問題及時采取有效措施給予處理。實際上，很多充填站在設備出現故障后，才會選擇對其進行檢查。為了避免類似問題的發生，則需要構建系統、完善的檢查制度，以確保充填料制備設備的安全、高效運行。

2.5 及時更新合理的采礦方式

因為地下采礦工程會受到空間的限制，很多礦山企業采礦效率普遍不高，礦山企業在作業前要全面了解礦山的基本情況，同時采用合理的方式來對其進行研究和分析。在實際分析的過程中要有針對性地進行制定設計方案，從而選擇合適的科學充填技術。例如，當穩定性巖體厚度較大時，一般會選擇深孔空場采礦方式，而對于充填法不管是選擇尾砂膠結材料，還是塊石膠結，最好針對礦巖進行分別挖掘，這樣既可以確保緩傾斜擠爆礦脈開采的有序進行，而且還可以提高采礦質量，有效控制了成本。

3 充填采礦技術發展

3.1 干式填充法

結合礦山基本特征來對充填采礦技術進行合理選擇，并注重對新型采礦方式的研發。干式填充法屬于傳統的方法技術，需要人力和機器設備的共同作用，方法比較落后，具有明顯的不足，工藝比較復雜，使用成本較高，采礦時間長，生產率低，從而不適應于現代生產技術的需求，干式填充法無法滿足高效的工作需求。

3.2 水砂充填法

通常情況下，水砂充填法技術選擇了尾砂、碎石渣和爐渣進行充填，以自流形式或借助砂漿泵來使充填物質往地下運輸。與干式充填法相比，該方法更加完善，然而工藝流程相對比較復雜，且排水成本高，此時就需要適當地提高充填速度。然而，該方法所得到的充填強度不能達到標準，無法很好地滿足企業運行的需求。

3.3 膠結充填法

由于礦山的礦巖很多都處于破碎的狀況，同時礦體的品位比較高，經過對礦山實際狀況分析后，采用下向膠結充填采礦法，主要是第一分層回采和開層支護結構問題，通過使用下向膠結的充填采礦的方式很好地解決了存在的物理問題，包括力學結構問題、緩沖擠壓等。在運用該技術的過程中能夠提高混凝土填充技術，保證一定的強度。人工假頂充填強度和標準要求存在較大的差距，該種充填采礦工藝比較簡便，填充量和強度較大，從而保證了井下的安全性，提高了生產效率，在很多礦山企業中被廣泛應用。

4 充填采礦技術的應用現狀

目前我國充填采礦技術得到了一定的發展，其經歷了廢石干式充填、分級尾砂水利充填以及碎石水利充填等，由于我國礦山數量較多，所應用的充填技術工藝類型有多種多樣，針對近幾年來在新填充技術研制方面獲得了明顯的進步。充填采礦技術在我國經歷了如下幾個發展階段：①廢石干式充填工藝，其主要是以廢棄物處理為主要目標，同時也會選擇尾礦砂水利充填采空區，其不僅可以降低地表下沉量，而且還可以避免礦坑火災的發生；②尾砂膠結充填技術的應用，然而該階段的非膠結充填體無法實現自立，無法更好地滿足采礦工業高回采率要求；③隨著科學技術的發展，傳統充填工藝已經無法更好地滿足企業發展需求，此時就需要注重對其進行研發，進而得到了廢石膠結充填、高濃度充填等技術，其既可以實現對自然環境的有效保護，而且還可以降低采礦成本。

5 結束語

簡而言之，當前建設綠色礦山和提高資源的利用率成為礦山企業發展的主要趨勢，因此要對保護環境和節能減排給予高度重視。在地下礦山開采階段，要結合實際情況合理選擇采礦方式，同時礦山企業要想實現可持續發展，就要進一步完善和創新采礦技術，及時總結采礦階段存在的問題，對這些問題進行歸納和總結，給予更正和修改，提高采礦的工作效率，滿足新時代發展對充填采礦技術的需求，促進礦山企業的持續發展，保證開礦工作的安全性。