废石充填空区在小型矿山应用的可行性

2016-11-30韩建科

山东工业技术 2016年22期

关键词：尾砂采空区矿山

韩建科

（河北宏达绿洲工程设计有限公司,石家庄 050081）

废石充填空区在小型矿山应用的可行性

韩建科

（河北宏达绿洲工程设计有限公司,石家庄 050081）

本文比较了不同采空区处理方法在小型矿山中的应用，并提出废石充填方式，研究其应用于小型矿山的可行性，详细分析该方法实施所需要的条件及效果。

废石充填;小型矿山;可行性

0 引言

矿山的开采必然产生大量的废石，这些废石不仅占用了巨大的空间，而且带来了安全及环保隐患，危及到工作人员的人身安全和矿山的生态环境。因此，如何有效使用这些废石变得十分关键。而矿山在开采过程中会留下大量的采空区，不及时处理的话，可能引发大规模冒落、片帮等地压灾害，带来安全隐患。因而利用废石来充填采空区就成为了可能。废石充填采空区的优势就在于能够有效处理废石，保证矿山开采的安全与高效，节约成本的同时，实现矿山开采的可持续发展。

1 小型矿山空区处理方式

1.1 崩落

崩落是处理矿山采空区的重要方法，主要是在回采单元中，与崩落矿石的同时或稍后，强制或者是自然崩落围岩，用以填充采空区，来控制和管理地压。其基本步骤是：沿着矿体的边界挖掘运输巷道；在矿体的上盘或者下盘，平行运输巷道，并距其6米处挖掘切割巷道；在堑沟中向上凿钻扇形炮孔进行爆破，后退回采。该方法的前提是地表允许陷落，并且具有一个明显的缺点，就是其处理过程具有很大的局限性。

1.2 充填

干式充填是我国最早应用于矿山的充填技术，发展于20世纪50年代。但是到了60年代，由于设备和技术的限制，逐渐式微。干式充填是按规定的块度组成对所提供的物料即矿山的废石进行破碎、筛分、混合，再充填的方法。该方法的关键是需要一层特殊隔离材料隔离充填材料和矿石，以减少采矿损失和贫化。干式充填的缺点明显：充填能力低、粉尘大、充填体不够致密，但是成本低，目前主要用于处理小型矿山采空区。

尾砂胶结充填方式主要是利用特殊的充填材料使得全尾砂或者是分级尾砂发生凝固，实现充填效果。如中国矿业大学所推出的高水速凝材料，利用高水基材料与水反应，凝结硬化形成高水型水化硫酸钙。这种方法的充填效果受到胶结剂种类及其掺入量、充填料浆浓度、尾砂级配组成、搅拌时间、养护龄期、养护环境及尾砂化学成分等因素的影响。尤其是尾砂级配组成，空隙率小、密实性大的尾砂，其胶结充填体强度更高。当然，不同的处理方法所需要的条件和达到的效果不同。对于小型矿山来说，哪种采空区处理方法更加适合要根据实际情况而定。而废石充填作为矿山采空区处理的常用方法，具有一定的代表性，下面将详细的分析废石充填在小型矿山中应用的可行性。

2 废石充填

2.1 理论基础

矿山空区之所以要处理，主要是因为空区由于复杂的地形地貌和岩石构造，发生变形岩移时会对井下产生影响，也容易使地面发生塌陷、下沉、开裂等问题。而三带理论正是指导矿山采空区处理的主要理论。三带理论认为岩移可以分为三个带，即冒落带、裂隙带、弯曲带。而利用三个带的高度之和，可以计算出安全开采深度，确定地表禁区。因此进行废石充填的时候就可以科学的控制高度，确保其始终在安全开采深度以内，以避免对地下的井巷、地上的建筑物等产生影响。

2.2 使用条件

废石充填除了处理采空区还能解决废石问题，因此，在进行时要结合矿山开采状况和采空区技术条件。而且废石的产量和用于充填采空区的需量之间并不能始终做到百分百平衡。因而废石充填需要在一定的条件下进行。首先是充填部位，要求是采空区密集、地质构造弱面等岩体应力集中的关键部位。其次是充填率，要求一般的采空区充填率必须达到50%，重点采空区的充填率必须达到70%。因此废石的量必须在满足以上需要情况下才能进行充填。最后是充填时机，单一采场充填，应在采空区围岩未发生大的变形之前进行，最好是采场出完矿后马上进行。

2.3 充填通道的留设

充填通道的设计至关重要，必须以多种参数为基础，科学的进行设置。首先是通道的尺寸大小，必须和井下运输设备的大小相匹配，能够满足其正常的运输。其次是通道的线路设计，尽量以直线为主，简短，便捷，确保设备运输能力实现最大化。充填溜井多为矩形，大小可根据充填废石的量来确定，基本以倾斜布置和垂直布置为主。设置的地段要求稳固、不易受干扰。

2.4 充填效果的分析

完成废石充填的采空区周边的巷道、采场地压活动得到明显的控制，尤其是上中段采空区。改善了采矿、放矿难的问题。废石充填能够有效的利用矿山本身的废弃物，实现采充的平衡，保证矿山能够持续的生产。废石充填较为简单，便于操作，能够及时填平采空区，保证了相邻盘区矿柱和顶板的稳定，为矿山的作业和生产提供一个安全的环境。废石充填能够最大化的实现废石不出坑，延长了矿石提升的时间，解放了矿石提升的能力，保证生产任务能够如期完成。矿山的废石大量的用于充填采空区，减少了工业固体废弃物，改善了矿山的生态与环境。废石充填系统基建时间短，设备简单，需要投入的成本低，而见效快，效率高，具有巨大的经济效益。尤其是在充填材料和运输费用上，所需要的成本大大减少。

2.5 需要的其他技术手段

单纯的废石充填方法还需要其他的技术手段的辅助才能取得更好的效果。第一，利用尾砂或者是河砂来制备充填料。单纯的使用井下刚生产出来的废石作为充填料，其沉降率较高，可超过20%。而适当的搭配初碎剔除的废石、尾砂或者是河砂，可以降低沉降率，提高充填效果。第二，利用地压检测系统及相关技术来监控采空区。废石充填的效果到底怎么样，采空区是否处于稳定状态，这些都需要地压系统来进行监测和验证。完整的地压系统一般包含了应力传感器、位移传感器、微震传感器、数据采集基站及监测管理中心等，能够及时采集采空区及周围的各项数据、信息。