有关充填采矿技术用于采矿的问题探讨

龙奇军

摘 要：文章就有关充填采矿技术用于采矿的问题进行探讨，希望对充填采矿技术在采矿作业的应用方面有一定的工程指导作用。

关键词：充填采矿；技术优势；工艺流程；实际应用

引言

我国拥有丰富的矿产资源，但人均矿产资源量却远低于世界水平，而且我国矿产资源分布不平均，探测和开采更为复杂。随着能源危机的不断蔓延，我国的矿产开采技术受到了多方的重视。近年来，虽然矿产开采技术已有了很大的进步，但是采矿效率和环境保护仍不能达到国际标准，这就为充填采矿技术的发展打下了基础。

1 充填采矿的定义及特点

在实际作业中，矿产资源在被采掘之后会留有深深的空洞，在采矿专业中称为采空区。这种空洞若不能及时补救就会给矿区的整体稳定性带来危害，影响整个矿区的安全，这也是为何我国采矿行业事故频发的原因。而使用充填采矿法可以在采掘过程中弥补空洞，将充填材料直接运送到采掘空洞，对采空区起到良好的充填、保护的作用，以此减少采空区对矿区结构的危害。

充填采矿法是人们不断探索得到的、较为环保科学的方法。笔者认为，根据充填采矿法的特点，其更适于矿井结构大而深的矿山。胶结充填适用于品位较高，矿石赋存形态复杂多样的矿山。依据近些年的实际操作，充填采矿法不仅能够起到保护矿井整体结构的作用，保证员工的生产安全，同时还能降低贫化率和损失率。但是，充填采矿还存在一定的缺点：充填采矿在实际操作中需要较为复杂的操作流程；使用充填采矿会加大初期的投入成本，同时还需要大量的物力支持。

2 充填采矿技术的优势

充填采矿法的应用已经远远超过了其实际意义，这种先进的采矿方法能够减少环境污染，起到保护环境的作用。目前，全球利用充填采矿法施工的矿山，已经出现了无废料排放的矿山。例如，德国的格隆德铅锌矿山利用全尾砂和重选碎石制备膏体作为充填材料，采用这种方法之后，就再无尾矿乱排放的现象。

采用充填采矿法能够迅速地填补采空区，这样就能及时防止采空区出现塌方的现象，从而为采空区的岩石提供强有力的支持和保护的作用，防止岩石出现较大的位移。该方法能够从根本上保护地下和地表结构不被破坏，对当地的生态平衡有着积极的作用。

充填采矿法与传统的采矿方法相比，其最大的优势是低贫损的开采功能和对资源的保护功能。充填采矿法能够适应各种复杂的地质结构，降低平滑率和损失率，充分利用矿产资源，以达到对资源的保护功能。

3 有关充填采矿技术的工艺流程与实际应用

3.1 工艺流程

康家湾矿区使用的充填采矿原料主要包含：水泥、尾砂、粉煤灰和水四种物质。尾砂仓为半堑沟式卧式砂仓，容积200m3，水泥仓则是圆柱圆锥型立式仓，可容纳48t的水泥，充填的主要工艺流程（见图1）：卧式砂仓内的尾砂通过电耙和G×φ400mm螺旋输送机转运至直径2000mm的搅拌桶中；粉煤灰及炉渣经处理后通过电耙绞车进入缓冲漏斗，再由螺旋输送机送入搅拌桶内；水泥则由水泥仓下口通过螺旋机输送至搅拌桶，按照灰沙比1：5、1：10或1：15的比例制成砂浆，粉煤灰的添加比例为12%，最后通过聚丙烯塑料软管运送至采空区进行充填工作。

3.2 实际应用

充填采矿法在实际应用中依据不同的充填材料可以分为以下三种方法：干式充填法、水砂充填法和胶结充填法。传统的干式充填法利用不含胶结剂的碎石进行充填，再进化到利用水淬渣进行充填，再到胶结剂充填。通过实际充填过程不难发现，随着充填材料的胶结性不断增强，采空区的支撑结构也就越强。作者认为，采空区往往是庞大的结构，在充填材料中加入胶结剂，能够让充填材料和地下结构快速融合，形成一个牢固的新结构。

3.2.1 干式充填法

干式充填法是将井下其他工作面的废石作为充填材料通过充填天井输送到采空区，但这种方法最致命的缺点是需要消耗过多的人力和物力、作业的时间较长、充填的速率较低。且当充填区域周围有矿时，必须留永久保护矿柱。随着我国工业技术的不断发展，越来越多的企业抛弃了这种传统的作业方法。

3.2.2 水砂充填法

水砂充填法主要使用碎石渣、尾砂和炉渣作为充填的主料，利用机械设备将这些主料运送到采空区，即可实现充填工序。这种方法相对干式充填法来说较为快捷、完善，但是水砂充填法的施工工序较为复杂，需要技术性人员进行操作；同时，水砂充填法的排水量较高，过大的用水量是对水资源的浪费，不利于环保。由于充填体强度低，当充填区域周边有矿时，也必须留永久保护矿柱。随着技术的不断改进，水砂充填法也逐渐被企业所摒弃。

3.2.3 胶结充填法

胶结充填法是以块石、碎石、河砂和尾砂作为主料，将主料、水泥、水及活性添加剂进行混合形成胶结性较高的膏体，再使用机械设备或者重力运送到采空区。该方法中的膏体填料具有更强的粘结性，能和岩石结构快速胶结，形成坚固的整体。该方法充填速率快，充填体强度高，在目前国家安全环保要求逐步提高，尾矿坝建设审批日趋严格的是形势下，具有良好的发展前景。

在20世纪六、七十年代，分级尾砂作为胶结充填骨料充填采空区的技术国内得到广泛运用，管道水力输送技术的快速发展又进一步推动了这一进程，但实践表明，尾砂分级脱泥的全尾砂利用率比较低（仅有50%），且不能合理有效处理细粒级尾砂。

康家湾矿采用的是全尾砂充填，添加粉煤灰、水淬碴活性物质，有效地解决了尾砂地表堆积可能引发的事故、降低充填成本，提高充填体强度等问题。粉煤灰、水淬炉渣全尾砂胶结充填的混合料制备工艺，如图1所示，初期投资比较低，考虑到能高效率（100%）的利用尾砂，可节省掉尾矿库筑坝费，很大程度上提高了经济效益。

4 对充填采矿技术用于采矿的问题的几点思考

4.1 填充材料相对落后

新技术的不断提高，采矿业取得了迅速发展。人们对该行业的要求也不断增多，以往的填充材料无法满足现代采矿业的需求，同时，为了使现代采矿新技术得到高效率深层次的运用，在进行深部采矿作业时，必须对填充材料进行更新换代。

4.2 充填设备技术具有滞后性

与现代采矿充填技术相比，充填设备却具有相对滞后性，随着新技术的不断应用，其用于充填的设备已不能满足开采需求。目前，很多矿山采用的充填设备稳定性较差，自动化控制水平难以达到填充要求，充填设备与充填技术的不协调将直接影响矿山的未来发展，这在一定程度上对采矿企业的生产总值产生不利影响。充填不当也会对资源的合理利用造成很大伤害，将不利于可持续发展战略和环境友好型社会的建设。

4.3 开采方法有待规范

目前对资源开发的过程中，充填技术并未得到全部应用。有些矿区滥采滥挖，有充填设计，但不充填，或充填欠账太多，只重视经济利益，不重视生态平衡，这对矿区、自然环境都造成了及其严重的威胁。采矿行业要取得长远发展，上述问题必须得到有效解决。要使保护环境、节约资源的概念深入人心，政府应积极采取有效措施，对绿色开采企业进行奖励政策。企业应从长远角度考虑，加大对技术研究的投资，及时更新设备，改进技术，提高开采技术水平，减少安全事故，同时为环境友好型社会的建设贡献力量。

4.4 采场顶板管理存在较大难度

在开采地段不稳定的情况下，其地质条件就会相对复杂，不利于工作面顶板的管理。在岩石构造和结构条件相同的情况下，工作面顶板的暴露时间越长，出现冒落事故的概率就会越大。因此，为防止冒落事故的发生，降低安全风险，就要尽量缩小工作面顶板的暴露时间，也就意味着减少采场作业的循环周期，及时充填，这样也有利于顶板围岩的稳固。另外，在进行填充作业前，增加2-3个点柱也可起到加固作用。

4.5 胶结面强度的控制

上向胶结充填时，最上面胶结面的强度必须要高一些，以缩短凝结时间，提高采矿效率，同时可以避免将胶结面的尾砂作为矿石出窿，降低贫化率。可通过提高充填料的水泥含量来控制。

4.6 胶结充填接顶

当有特殊要求时，需要充填接顶，考虑到胶结充填接顶情况与充填体的质量以及井下作业人员的人身安全息息相关，倘若不能有效接顶，将会造成严重的安全事故，然而在实际工程中，充填接顶仍有许多亟待解决的问题，笔者结合自己的工作经验，认为应该从充填料浆浓度、下料充填方式等角度入手，并开展有效的充填接顶监测工作，规范充填管理制度，搞好充填接顶工作。

5 充填采矿法的未来发展

随着我国可持续发展战略的提出和环境友好型社会的建设，采矿行业也迅速兴起了绿色采矿高潮，提倡在对资源开采的同时，注意环境保护和资源的利用率。绿色开采对开采技术提出了更高层次的要求，开采技术不仅要扩大开采量，还要注意对环境的伤害降到最低。总的来讲，矿山应继续坚持绿色开采的理念，加大对充填采矿法的技术升级，提高充填采矿法的技术含量。

6 结束语

文章针对目前采矿行业的充填技术中存在的问题，从资源保护和矿区长远发展的角度，进行了六个方面的探讨：填充材料相对落后、充填设备技术具有滞后性、开采方法有待规范等。从而得出以下结论：

（1）充填采矿技术与传统的采矿方法相比有着自身独特的优势，符合当下可持续发展的要求，有利于环境保护型、资源节约型社会的建设。

（2）但矿区在采用充填采矿法时不能盲目选择。首先充填采矿技术的选择要根据各个矿区自身的特点，因地制宜、实事求是；其次充填技术要考虑到经济成本和可持续发展，矿区应继续坚持以绿色开采为理念，从长远利益考虑，提高充填的技术含量；最后，加强对充填采矿技术的研发，争取在现有优势的基础上，继续降低采矿对环境造成的污染，减少开采成本。

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