浅议充填采矿技术的应用

阚宝华

（黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨150000）

随着经济社会发展，我国煤炭需求量持续增长，浅部的煤炭资源所剩不多，在开采深部资源的过程中遇到了比浅部更多的矿山压力事件、片帮、巷道难于支护等问题。其中，采空区的处理是一大难题，传统的自然垮落法对采空区上部岩层和土地造成较大的破坏不太适用于深部开采。充填技术的应用对于处理这个难题无疑是一剂良药。

1 充填采矿技术的功能

1.1 降排功能。矿山企业生产过程中产生大量的矿渣和矸石，大多数矿渣和矸石都堆存于尾矿库。但是矿渣的堆放不仅占压大量的土地，破坏矿区周围生态环境，影响居民生活环境，还极易引发地质灾害。充填技术正是将矿山废渣和矸石再加上其他的原材料进行配比进行混合搅拌以后再运到采空区进行充填，即能减少矿山废料的排放，防止废料、废渣污染到矿山周围生态环境，又能将大量的废料充填到采空区解决地表沉降问题。充填技术使得绿色矿山大计向前迈出了关键的一步，使得污染较大的矿山开采逐步向低废料、低排气的矿山开采转变。

1.2 减弱岩层变形和下沉作用。我国处理采空区的传统办法一般以自然垮落法和留设煤柱法为主，采空区采用自然垮落法会引起地表变形和下沉等问题，采空区采用留设煤柱法会在采空区留下许多煤柱浪费了大量的煤炭资源且降低了回采率。假如采空区回采完成以后，及时用充填技术将采空区进行充填，在这道工序完成以后为变形的岩层和下沉的土地提供了有力的支撑点。这样既能大大阻碍围岩的变形又能释放部分积攒的应力，使得重新分布的应力达到新的平衡状态。这样可以永久的解决完采空区的支护问题，将省下的人员、支护设备和精力投入到回采工序上，将极大的提高回采速度和矿山开采的综合能力。充填的物体不仅能够消除地表变形和下沉作用还能作为支撑点阻碍周围岩层的变形和维持二次应力分布的平衡状态。

2 充填采矿的优点

2.1 绿色开采。近年来充填开采技术推广的十分迅速，一是十分切合可持续发展和保护环境的观念；二是它能减少矿山处理废渣的成本和提高吨煤利润的经济优势。与其它处理采空区的方法相比充填技术的优点显著突出，矿山排放废料极少。充填技术的绿色意义远不止这些，它是以保护环境和开采矿山并重的开采方法，采空区进行充填之后煤矿上部的土地仍能正常使用。这样一来，既保护环境不会被破坏响应了国家可持续发展的政策又能降低企业在支出上的成本。

2.2 降低井下风险。充填以后，充填体会作为支撑点减少上部岩层的下沉量和采空区围岩的变形量。采空区经过充填以后周期来压稳定，来压步距减小，让围岩应力重新分布之后达到新的平衡，减小矿山压力，降低危险事故的风险。例如，冲击地压、局部冒顶、顶板大面积垮落等。

2.3 三下开采。铁路、公路、建筑物下进行开采有着相当严格的规定尤其是采区上部为名胜古迹时，土地表层不能塌陷和下沉。就目前而言，维持岩层和土表效果最好的采空区处理办法就是充填技术。充填不仅能将岩层的移动和变形控制在相当小的范围内还能确保采区上部土表在以后进行重大活动时不会发生地质灾害是长期的有利的保护。简单说就是确保了开采安全、开采效率、开采质量，避免对矿井上部的、建筑物、铁路、公路、名迹造成不良影响，消除地表的移动和下沉。

2.4 经济效益。采用充填技术在前期准备时花费较多，要采购较多的机械设备，还要在井上和井下安装额外的管道或轨道将配比好的充填体运到井下采空区，除此之外还要有额外的人员进行管理和购买其他原材料的成本。但是后期能够省下很多采空区支护的预算，还能极大地提高吨煤利润和日产量足以抵消前期大量的花费。随着科技的进一步发展化学材料的进一步突破成本还将继续降低，充填技术的潜力是巨大的。除此之外还有内循环经济，矿井开采通常会产生大量的矸石，如果不能进行很好的处理还会自燃。如果将矸石作为充填材料的主要成分，这样可以同时减少处理废弃物和充填材料的成本。如果用碎石做主要成分那么还将减少废料的运输成本，可直接在井下进行充填材料的制作并能边采边充。可以防止围岩塌陷，减少支护成本，提高资源回收率。

3 充填技术选择的基本原则

（1）安全性原则。选择充填技术前，必须提前控制好矿山压力，预防开采过程中冲击地压等事故的发生。在这个前提之下，要对回采工作面围岩的构造应力和支护手段进行分析对比，最后判断，是否选择充填技术。（2）实用性原则。开始回采之前，应该将矿山储量与填充量大小进行比较，再根据比较结果，判断选择填充技术是否合适。虽然填充技术目前是处理采空区最好的办法，但是并不能保证不发生危险事故，还要提前做好支护以防万一。（3）便捷性原则。在选择填充技术前，考虑好人员和物料的管理，研究好最为简便的物料比，设计最优运输通道，使得填充材料可以迅速便捷的到达采空区进行及时填充。（4）经济性原则。在正式投入之前，要确定好最经济的控制系统和性价比最高的充填材料，其次最好有备用方案以预防紧急情况发生后不能及时进行充填导致停工。（5）稳定性原则。在方案确定之后，选择长期工作的员工且将人员分成两批进行培训，固定个人工作量和工作场所，以避免因为员工的个人原因拖延工程进度。在挑选充填机器时，尽量选择信誉好、质量好并能适应已有的方案的厂家。还要派遣专门人员去学习紧急情况的处理如何维修等。（6）保护环境原则。在选择充填材料时，尽量以矸石、固体工业废料等为主要成分。避免占用土地浪费资源破坏已有的生态平衡。尽最大化保护环境，实现绿色开采。

4 在实际应用中的不足和解决方法

4.1 优化工艺。相对于露天开采，井工开采的回采率较低，为了响应国家的政策充分的利用自然资源这就要求我们必须想方设法提高回采率。这意味着煤柱留设法处理采空区是坚决不可取的，这样充填技术的选用机会就更大了。但是由于要把矸石矿渣先从井下运到地面，然后进行材料配比混合搅拌等工序完成后再运到井下采空区。但是工艺十分繁琐，运输成本较大。但是假如能在井下完成材料的配比，这样可以在采区采完之后马上进行充填，可以省略临时支护的工序和能够大大的提高回采速度和降低开采成本。

4.2 研发新型充填材料。近几年来，随着充填技术发展十分迅速，越来越多的矿山开始尝试充填开采。充填技术的很多问题开始暴露出来，这其实是一件好事，任何新兴的产物在迅速发展时会暴露出许多不足，如果能加以改良将会普及，反之则只能在历史的长河中掀起一片小浪随及湮灭。现有的充填材料有许多的问题如充填原料配比之后凝结的时间太长，这很大程度取决于固化剂、稳定剂等化学合成品。配比之后的充填材料充填之后有的强度远远达不到要求，不持久后期会破裂，这有可能是凝结剂和配比的比例有所欠缺。继续研发新的固化剂、稳定剂、凝结剂、强化剂等才能使充填技术普及。

4.3 主动引进新的设备。矿山井下条件十分有限，无法精准的测量采空区所需要充填的不规则空间。地面一次配比耗费时间较长，如果与井下所需相差太大会浪费大量的人力物力。有一种CMS 探测系统能够很好地解决这个难题，它是采用最新的3D 激光技术来进行探测。该系统探测完成，能够在计算机上获得具体的三维数据。这样一来可以利用相关软件建立3D 立体模型进行空间大小的计算。随后按需进行配比，可以极大的提高效率。

5 结论

随着经济的高速发展，国家领导人的重视以及相关环境保护法的发布，绿色开采将会成为主流。充填技术更够减少矿渣与矸石的排放更是能够防止周围环境的空气被污染。现在的充填技术还不太成熟许多材料的成本太高，但是在未来它的前景是十分美好的随着科技水平的发展成本的降低接受它的矿山企业会越来越多的。我相信它凭着能提高回采率，保证采空区的稳定，提高开采速度和减排等功能会逐渐普及开来的。