采矿中充填采矿技术的应用及存在的问题研究

陈 明

（湖南涟邵建设工程（集团）有限责任公司，湖南 长沙 410000）

当前，在开采矿产资源时，为将可持续发展思想落到实处，确立了绿色开采思想。这种思想有利于矿产资产开发行业的长效发展。为达成绿色开采目标，需对资产开展深层次的剖析，科学的开发与使用资源，进而减小给自然环境造成的毁坏程度。因此，深入探究绿色开采技术，对于矿产资源行业的可持续发展有重大价值。在矿山的采矿工艺中，充填采矿回采率高、贫化率低，已广泛地应用到了采矿作业中，因为充填方式多样、面对的应用条件多变，为此在开采过程中经常产生部分问题，为了让充填采矿技术在开采过程中更高效的被运用，应当对产生的问题实施深层次的剖析探究。这样不但能够减小矿产资源开发所导致的不良问题发生概率，有助于保护自然环境，还能够创造更可观的社会效益与经济效益[1，2]。

1 充填采矿技术

从二十世纪五十年代开始，我国开始运用充填采矿技术，虽然这种技术的应用时间较短，然而伴随科学技术水平的提高，充填的成分在不断发生变化。这种技术指的是在矿体回采时，将一些适宜充填的物质填充到采空区，以提升矿区支撑水平的一种先进技术。

当前充填采矿技术已和当今的矿产资源活动深入融合。在使用充填采矿技术的过程中，应了解各种技术的充填方式，这样才能够提升充填采矿技术的运用成效，如图1所示，为充填开采方法分类。

图1 充填开采方法分类

其中，矸石充填法就是采用废石作为充填料，主要用矿车、电耙、铲运机等搬运至充填区进行充填作业，该法主要适用于小型矿山以及处理采空区。水力充填就是选用选矿尾砂、碎石、砂石等作为充填材料，以水力为驱动，通过管道运送至充填区进行充填作业。膏体充填法就是将尾砂、矸石等按一定的比例与水、胶结物充分混合浓缩，然后借重力或充填泵通过管道输送至充填区进行充填作业。每种充填方法适用的环境不一样，因此，在选择充填方法时需要综合考虑矿山地质条件、开采工艺等。

2 充填采矿技术特点

在矿山开采中尾矿库、塌陷区存在安全隐患也破坏生态环境。充填采矿把开采工作和生态平衡相结，在一定程度上降低了生态环境的破坏。同时充填采矿降低了开采贫化率、改善了采矿条件，对矿山开采中时常遇到的应力集中、高地压有非常大的改善，其特点主要有：第一，填充材料能够对围岩支撑位置产生作用，确保围岩的稳固，避免围岩产生幅度较大的位移。而且填充材料具有较好的抗压性能，可以避免采矿区产生塌落问题。第二，充填采矿技术可以提升矿床的稳固水平，降低矿床风化发生起火风险的概率。而且矿石损失较小，能够提升回采的效率，提升采矿质效，创造比较丰厚的物质利润。第三，充填采矿技术能够依托机器实施作业，这样便减少了施工人员参与数量。并且可以降低作业过程中的工作强度，降低开采成本，保证作业区安全。第四，充填采矿技术能够有效保证矿区的均衡，推动矿区朝着深部开采的方向迈进，从而提升采矿质量与效率。另外，这种技术的使用可以让采矿地区的地质状况得以显著改善，抑制深部开采作业中岩爆的发生。第五，充填采矿技术的运用，能够对矿石废料高效运用，有助于资源的节省，另外对地表环境进行全面的保护。可以尽可能的减小采矿活动给自然环境造成的破坏程度。

3 充填采矿法关键性技术

3.1 控制充填成本

较高的充填成本是充填采矿工艺推广和应用遇到存在的主要问题，在充填采中，根据充填方式的不同，充填成本约占采矿总成本的40%~70%。而在充填作业中材料成本约占60%~90%,其中水泥成本又占据充填材料成本的70%左右，所以控制充填成本的关键就是解决水泥用量的成本控制或者发现更为有效地代替材料。在这种情况下，我们可以从两个方面出发，考虑降低成本的途径：一方面，考虑经济合理的充填材料配比，另一方面降低充填作业过程充填体的强度损失。根据开采工艺的不同，选择合理的充填体强度，选择有效的水泥添加剂，以减少水泥用量；合理安排缩短充填材料从充填站到达充填区的时间，合理的水灰比以及减少其余用水，避免多余水对充填体的冲洗，减少充填体在作业中的强度损失。

3.2 充填料浆

当今阶段的采矿活动正向着现代化、智能化方向迈进，其中管道运输让不间断的、标准化的机械化作业成为了现实。由于目前矿产资源需求的大幅增多，同时为了达成提升采矿水平的目的，需要使用管道运输的方式将充填物质运送至采矿区，保证采矿活动的顺利开展，当前广泛运用的充填浆体管道运输有下述两方面的特征：

（1）运输的浆体比较繁杂。因为各矿山的地质水文与开采条件都有一定的差别，为此所使用的充填材料也有较大差异。目前所选择的填充材料通常是采矿活动中产生的水泥、河砂、粉煤灰、废石等等。在矿山填充材料中，即便是添加剂也有多种类型，为此在建造运输管道的时候不但要保证能够运输单一成分的材料，还要保证能够运输多种成分混杂的材料。

（2）矿山运输线路比较复杂。在采矿活动中运用充填技术的过程中，先要在地面上装设恰当的填充站，之后在填充站制备完成填充料浆之后，利用管道把填充材料运输至各个矿山开采现场。受地理因素的影响需应对多种类型的问题，为此在管道运送过程中会有倾斜段、水平段，还会有垂直段，在运输充填材料的时候若压力过大，则较易产生爆管问题，为此必须要配备减压段，这多种要素一同造成了目前管道运送的繁杂性。

4 充填采矿技术应用存在问题

（1）采矿技术与实际情况不符。在矿山开采中要确保充填方式与矿山开采实际情况相吻合，此外，有必要考虑在满足矿床开发的条件下，结合多种环境因素来开发出一种适应不同采矿条件的新的充填采矿方法。但是实际情况是充填采矿对极薄矿脉和稳定矿体的开采应用研究相对较少。

（2）充填材料使用不合理。不同的充填采矿方式对充填体的抗压、抗剪强度要求不同，合格的充填材料要有较好的容重性能、较强的抗剪力学强度和较好的压缩性等，并且这些因素严重影响着充填采矿技术所拥有的物理学性能。然而在矿产充填技术运用实践中，常常产生填充材料使用不恰当的情况，致使充填质量不达标。

（3）自动化水平不高。充填施工系统所具有的自动化水平直接决定了充填开采效果。例如，自动增稠设备的性能对充填机械设备的工作产生一定的影响，如果增稠设备具有更高的性能，则可以在一定程度上减少腐蚀或磨损，并缩短准备时间。就目前技术而言，我国在此方面的技术水平还有待提高，导致矿山自动化充填设备及技术的发展较慢，也严重降低了充填采矿工艺的经济效益。

5 采矿中充填采矿技术应用

（1）削壁充填采矿技术。削壁充填采矿技术一般在薄矿层中的应用比较普遍。在该充填采矿技术应用过程中，能够降低矿层贫化率。在实际应用中需要对上盘围岩以及下盘围岩进行崩落作业，这样能够确保矿层回采作业可以顺利进行，可以显著提升矿产开采活动的安全水平。一般状况下，在围岩崩塌和分层矿石的时候，可将崩落的围岩当做填充物质进行采矿区填充，让崩落的围岩得到高效运用，减小充填采矿技术的费用，进而提升矿产开采活动的利润水平。

（2）上向分层充填采矿技术。上向分层充填技术时，需要严格根据实际作业的垂直高度对矿块进行科学划分，通常把矿块分成水平、倾斜等多种类型。然而无论哪种类型，回采都按照自下到上的次序。每个分层采出矿石后，根据采矿工艺要求留出后一分层采矿所需作业空间，对剩余采空区进行充填。上向分层技术更适合应用在矿石坚固、围岩稳定性差的矿体中。在矿石稳定性一般的矿体中，可以使用玻璃钢锚杆临时加固顶板矿石，确保开采活动的安全。对矿石、围岩稳定性都比较差的矿体，可以利用倾斜进入的回采手段完成采矿过程。一般要将倾斜度控制在7°到10°的范围内，并且要保证胶结充填材料与水力充填材料能够顺利自流接顶。

（3）下向分层充填采矿技术。当开采经济价值高、不稳固的矿体时，采用上向分层充填采矿法，作业工人暴露在不稳定的顶板下，很难保障作业安全，下向分层充填采矿应运而生。下向分层充填采矿回采顺序由上至下逐层回采、逐层充填，不留顶、底柱，上一分层的充填体底部作为下一分层采矿过程中的人工顶板。因为下向分层充填采矿技术解决了破碎围岩顶板安全问题，所以在围岩以及矿石稳定性均比较差的矿体中非常适用，同时也是矿柱回采中的一种非常有效的方法。该技术在实际应用中，可以在矿体中构筑矿石溜井、充填和行人天井，随分层的回采、充填，在充填体中布置充填、行人天井。为了保证矿区回采作业的安全，每一分层的充填体下方必须构筑高强度胶结顶，以保障回采安全。

（4）分段空场嗣后充填采矿技术。分段空场嗣后充填采矿技术主要应用在不规则的矿体中。在应用中，首先将较大的矿体按设计进行分区，将较大矿体划分成若干较小矿体，从而形成规则形状结构体。其次，以分段的方式实施采矿作业和充填作业。在这个环节，一定要确保上个单元回采之后，再实施采空区的填充工序。再次，应当格外关注充填施工准备活动。这项技术在实践运用过程中使用的填充物料大多是全尾砂和固化剂的融合物。需要指出的是，无论是充填、还是凿岩等均需在巷道内进行。如此能够让各种工序同步开展，可以在一定程度上提升开采效率。在作业中，充填顶做为上一分层采场的采矿底板，必需保证良好的接顶及接顶强度。如果充填采空区底部存在尚未开采的矿体，需要在充填体底部浇筑较高强度混凝土，这样能够为下部采场开采提供安全的人造顶[3]。

6 充填采矿技术研究方向

矿山固体废料填充是环保型矿产开采技术的重要支撑，为我国采矿活动提供了更成熟的技术，与此同时也让采矿活动中形成的废弃物给环境造成的不良影响得以减小。在采矿活动中，应当不断增大充填采矿技术的实施力度，着重确保回填区的高效使用。充填采矿技术的发展，将改善传统采矿模式的不足，逐步构成与当今阶段社会发展需求相一致的作业方式，降低废料的排放数量，减小给自然环境造成的不良影响，在确保经济建设稳健发展的同时为人们打造良好的生活环境[4]。

7 结束语

综上，充填采矿技术在使用方面有较高的安全系数，可以提升采矿效率，确保采矿质量。为此，在当前的采矿活动中，这种技术应用的特别广泛。然而在开采实践中，该技术的运用依旧存有一些弊端和缺陷，会对开采的物质利润有一定的不良影响。这便需要依据采矿活动所面临的问题，归纳梳理充填开采技术的运用方法，从而提高采矿活动的质效和安全水平，减小采矿活动给自然环境造成的不良影响程度。如此才能够提升采矿活动的环境效益、经济效益、社会效益。