研究矿山充填采矿法充填配套设施的应用

唐 硕，王玉珏，宾 峰

（飞翼股份有限公司，湖南 宁乡 410600）

现阶段，随着我国矿山开采工作的快速开展，矿产资源的开发总量以及开发效率都在快速提升，在矿山开采工作过程中对更多先进的采矿工作方法进行合理应用，不但可以提高采矿工作的安全性，同时在整个采矿工作效率方面表现非常明显。矿山充填采矿法在矿山开采工作当中应用非常普遍。充填采矿法主要指的是使用各种材料，比如碎石、砂石、炉渣等，对采矿区域空间进行回填处理，通过充填采矿法的使用具有很多方面的优势，比如可以有效避免因为采矿活动所造成的岩层受力不稳定出现大幅度的位移现象，防止地表产生严重的下沉，同时还可以对矿产资源进行回收利用，延长矿山的服务年限[1-3]。

1 充填采矿法的适用条件分析

当前随着我国社会经济的不断向前发展，人们的生活品质也在不断提高，因此对于各种矿产资源的需求量也在逐渐上升。当前我国现有的矿产资源储备量有所不足，长期处于一种大量消耗和开发的状态，因此采矿工作的难度也在不断加大。通过传统的采矿工的方法，在矿产资源的开采过程中，经常会面临大面积的采空区域，如果没有进行针对性处理很容易造成矿产采矿区域地表产生严重的塌陷，并且山体结构出现严重的崩塌[4-8]。在实际应用过程中充填采矿法适用于以下几种条件的矿体结构：

第一，不能产生坍塌事故的地表结构，比如在一些有建筑物的分布或者是不提供给人们日常居住的场地实施采矿工作等。充填采矿作业方法需要在采矿工作完成之后，通过使用各种废石和工业残渣等材料对采矿区域进行充分填充，有效防止采空区域产生整体塌陷情况。

第二，矿产资源自身的应用价值相对较高。为了进一步提高矿产资源的开采工作效率和开采总量，通过使用充填采矿法，可以进一步提高矿产资源的开采回收工作效率，有效避免矿柱无法实现开采和利用等情况，在一些贵重的矿产资源开采工作中应用效果非常明显。

第三，破碎程度比较严重的矿体结构。在近几年的采矿工作过程中，所使用的填充物大部分都是以废石材料或者是河沙材料与胶结剂材料之间进行充分融合，形成一种类似于膏状物质的填充体，对采空区域进行充分填补。井下作业人员可以在高强度的充填体下有效完成各种采矿工作作业，有效保证采矿工作的安全性和稳定性。

第四，在一些环境变化比较明显的矿体结构当中进行应用。由于某些矿产资源在地下环境当中埋藏深度相对较大，在进行深度开发工作之后经常会造成岩爆现象，如图1，通过使用充填采矿工作方法，将填充材料对采矿区域进行全面填充，可以有效避免岩爆问题所产生的影响。

图1 岩爆事故

2 矿山充填采矿法充填配套设施的具体应用

2.1 全尾砂胶结填充施工工艺

全尾砂胶结填充施工工艺，主要是以没有进行分级脱泥处理的全粒及尾砂来作为填充骨料和特定比例的胶结材料以及水进行充分混合，搅拌均匀之后直接冲入到井下采空区域。该填充工艺方法充分利用尾矿资源，实现矿山无废开采工作模式，同时也是将尾砂作为一种远景资源直接储存于井体以下，在未来的科技技术发展成熟之后再对井下的资源进行二次开发和使用，属于一项有利于矿产资源可持续性发展的新型技术。在矿山充填采矿工作过程中，所使用的主要原材料包含采矿工作过程中所产生的废石材料，根据不同矿山开采地的位置，所使用的材料也会有着一定的差异性，因此需要重点围绕填充骨料的级配情况展开分析和研究。

图2 全尾砂胶结填充施工工艺

2.2 充填料浆管运输工作分析

当前我国矿山开采行业，正在不断朝着连续化机械化和智能化的作业方向上发展，整个矿山的生产工作层次正在不断提升，对整个矿山充填工作提出了更高的要求和标准。因此，在管道的输送工作过程中，必须要保证连续性和稳定性，需要保证材料充填工作效率更高，可以充分满足矿山的实际开发生产工作能力。但是从现阶段的相关研究文献方面进行分析，针对现有的矿山开采工作，主要是使用L型管道或者环型管道方式为主，通过这种实施方法可以对填充的料浆进行相关力学性能分析和判断，以此来有效得出材料在填充过程中所产生的阻力值损失情况。随着计算机技术的不断向前发展，通过更加先进的计算机软件，在管道输送实验模拟分析工作中发挥出的作用越来越明显，在具体的材料充填工作过程中，管道输送设备的主要工作特点包含以下几个方面：

第一，管道输送的材料在主份构成上多样化，因此在材料的制备过程中由于不同矿山开采工作规模和地质条件所产生的差异性造成，所使用的填充材料也各有不同。通常情况下，充填材料主要包含矿山开采过程中所收集到的废石，各种工业生产的水泥残渣材料等，同时在材料总量相对较大的情况下，加入的比例也相对较大。因此，在进行管道输送工作中输送的材料组分并不是完全相同，其中很有可能会是多种材料混合形式进行输送，如图3。

图3 材料输送

第二，充填材料的骨料粒径变化相对较大。由于所填充的浆体材料当中包含水泥材料以及相关的胶凝材料等，除此之外其中还包含一些粗骨料以及颗粒直径相对较大的石块。

第三，浆液材料的浓度变化比较明显，水砂充填浆体材料的质量浓度通常情况下保持在30%~50%之间，尾砂的填充浆体材料质量浓度通常控制在70%~80%之间，而对于废石块填充浆体材料质量浓度，通常情况下保证在80%~85%之间。

第四，由于矿山开采工作过程中输送管道线路相对比较复杂，如果在矿山开采工作中使用填充采矿的工作方法需要对充填站进行有效组建，然后对充填浆体材料进行有效制备，然后通过使用管道将制备完成之后的浆液材料，直接输送到采空区域范围内。因此，在矿山的开采位置、地势条件、管道以及倾斜段之间存在的差异性比较明显，外加上材料输送过程中如果压力过高很有可能会出现爆管现象，因此需要针对管道的减压设计工作加以充分重视。

第五，管道的管径变化相对较大，通常情况下管道的直径大小保证在100~150mm之间，同时在管道的浆液填充工作过程中，很有可能会出现管道直径变化以及管道压力过大或过低等情况。在管道材料充填工作当中经常会存在大量的空气，会造成浆体材料流动性产生不稳定性问题，因此很难做到满管材料传输。如果是使用泵压或者是自流输送填充系统，在实际使用过程中设备方面也会产生一定的问题，比如外部的空气很容易混入到管道内部，进而浆液的流动性会变成一种相对比较复杂的多项流动状态。通过实际检测工作分析可以看出，垂直管道段通常情况下不会进行满管输送垂直段的1/3处正常处于空管状态。

3 结语

综上所述，矿山填充采矿法在矿山开采工作当中应用效果非常明显[9,10]，通过填充采矿法的使用有效配合相关的配套设施，可以进一步提高矿山填充工作效率和稳定性，并且可以保证矿山采空区域可以得到有效填充和保护，避免出现矿山大面积坍塌造成严重的安全事故，保证地质条件的结构稳定性，推动我国矿山开采行业不断朝着更高目标和方向上发展。