充填采矿技术在矿山开采中的应用研究

孔 凯，周 明

（1.山东能源集团淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿，山东 济宁 272000；2.山东康格能源科技有限公司，山东 济宁 272000）

作为人口众多的国家，对能源的消耗在逐渐增多，随着各种社会需求的增多，对资源消耗进入了高峰阶段，矿山开采过程中遇到的各种问题都会对周围环境造成严重的影响，这就要求企业在追求经济效益的同时加强对充填技术的应用，充填采矿技术是减少资源浪费和增加开采安全指数的重要技术手段，被广泛应用于现代开采技术中。现在开采技术引用多种科学技术，推动企业逐步发展，充填技术在科技力量的推动下，成为安全开采的基础技术，将先进技术与工作经验相结合，是提高企业开采工作效率和经济效益的重要手段。

1 矿山开采中充填技术的现状及主要问题分析

1.1 充填不及时导致周围植被破坏

矿山开采后矿层上层发生围岩的移动，围岩原有的平衡因此发生变化，当围岩长期处于不稳定状态时会对周围的围岩发生移动危害，矿山开采过程中发生的三带，会发生垮落或断裂，严重破坏围岩的密封性，若此时含水层发生断裂会导致岩层含水层别破坏，导致矿区地下水断流，矿区地下水的断流会造成地表植被生态环境破坏等问题，严重影响一系列的周边用水问题。

1.2 沉降造成的地表破坏严重

围岩移动发生的地表沉降，是严重威胁矿区安全生产的地质灾害，矿山在开采后在采空区上方形成大型的下沉空地，地表下沉越厉害，采空区及周边的危害越大，地表下沉的不均匀导致地表周围的建筑物发生变形和破坏；但开采过程中最大的问题时矸石山的问题，矿层中富含的矸石，长期累计形成矸石山，矸石山的利用成本较低，长期堆积造成土地资源的浪费和周围环境的恶化，且矸石山成分中含量大量的粉尘，对周边住户的正常生活造成严重影响。

1.3 充填技术的发展

不同的填充物产生的充填效果不同，充填采矿技术主要分为水砂充填、矸石充填和胶体充填等类型，经过反复试验水砂充填技术取得的效果最佳，水砂充填是将砂和水按照一定的比例注浇到采空区，水砂在控水后对围岩起到支撑作用，但该技术成本高，对河沙的要求量较大，无法满足多数企业的实际要求，因此使用较少。充填采矿技术目前处于发展阶段，充填技术的成本较高，部分企业无法负担，充填物严重超过矿产资源自身的加之，充填技术受充填效率的限制，影响开采的进度。

1.4 充填技术的优势

由于过度开采导致的环境问题中主要的开采后围岩的移动，解决问题的关键是控制围岩的运动，目前开采中使用最多的技术就是将矸石山充填到采空区中，该技术是问题的解决围岩运动和矸石山的有效方式。传统的充填技术采用砂石作为充填物，但我国对环境有较高的要求，砂石充填技术不能引起足够的效果，矸石山充填技术被广泛应用，开采矿区在开采后及时用充填物充填矿区，是有效控制围岩运动的主要技术手段。充填后的采空区有效控制围岩的运动和减轻地表的下沉，利用水砂充填技术后地表下沉降低70%左右，该技术既可以改变围岩的运动，又可以将导水的缝隙减少到最低，有助于保护周边生态环境和减少对周围环境的污染，满足环保绿色采矿的基础要求。

2 充填采矿技术的分类

矿区充填技术是一项人工成本较高的采矿技术，随着开采深度的增加对矿区采空区的防护要求也越来越高，根据实际作业情况进行采空区充填物的充填，达到控制围岩和固定围岩的目的，目前常用的充填材料分为干式充填法、砂石充填法和胶体充填法三种。不同矿区选择不同的充填技术，在充填物的选择方面要根据湿度、抗压能力和压缩性能等方面决定，开采过程中充填物的物力性质直接影响采空区地表的稳定性，充填物既要具有高强度的作用又要环保和节省成本，因此对充填物的选择也各不相同。

2.1 干式充填技术

干式充填技术利用固体物质直接充填到采矿区，无需处理充填材料，采用矸石等物质，但该固体物质强度低，难以满足充填要求，干式充填技术可以运用到垃圾物质的处理中，干式充填技术还可以利用采石场或河沙提供的碎石或废石料作为采空区的充填材料，采用机械将碎石运至采空区，充填过程中利用回采推进效果，需要停止上采先进行回采，因此该技术适合运用于经济价值较高的开采中。

2.2 砂石充填技术

该技术是最早出现的充填技术，利用碎石和炉渣等材料作为充填物，利用输水管道运输到采空区实现材料的运输，将水和充填物混合味砂浆，利用水压从钻孔中运输到测采空区，同时进行脱水处理，该技术适合防止围岩移动的有效手段，回收率较高，还有效防止火灾的发生，实现环保开采。

2.3 胶体充填技术

胶结充填技术将尾砂或滤渣等材料配置而成的胶结物，在凝固后利用机械运输至采空区，胶结充填会发生轻微膨胀，但结晶水量的强度高于正常标准，其抗压能力也随之提高，该技术操作简单，多数企业都可以实现胶结物充填技术，成本低效果更佳。水溶性较好的胶结物充填到采空区，在凝固后可以对采空区进行有效的支撑，胶体充填灵活度高，可以满足不同矿区的回采要求，且运输方便，被广泛应用于回采充填中。

3 充填采矿技术在矿山开采中的应用

充填采矿技术对提升矿石回采率和有效控制地表塌陷问题有重要的改变作用，充填技术在减少资源浪费的同时增加了矿山开采的安全系数。常见的充填采矿技术分为削壁充填技术、上向分层充填技术和下向分层充填技术。

3.1 分段充填技术

分段充填技术是针对裸露面积较大的矿山进行分割操作，缩小裸露面积，从而保障采空区的回采和充填，将较大的矿区分成小段，再分别对每个断的采空区进行回填，等出矿工序完成后利用填充物进行机械运输充填，减少人力资源的浪费。分段式充填技术可以实现采矿的高效处理率。

3.2 上下向分层充填技术

上向分层充填技术是干式充填的一种，通过对矿体的分层操作实现逐层充填的目标，上向充填技术沿着矿体设计走向；下向分层充填技术应用于围岩与矿石不稳定的矿体，对框柱进行回采，需要采用预先设计的运输经等，利用井下的运输，充填上部巷道的采空区。每一层都需要进行胶结物充填，保障矿井安全操作。

图1 上向分层充填技术示意图

图2 是下向分层充填技术示意图

4 结语

充填技术是我国采矿的主要技术，是提高围岩稳定和预防围岩移动，提高回采率的主要手段，充填采矿技术根据不同矿山需求不同，为满足生产需求，充填技术是直接影响整个工程质量的关键技术，根据不同矿山的不同需求合理选择充填工艺，控制充填材料质量，控制充填材料的成本，提高采矿工作的质量和工作效率。