充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的应用

2021-11-30林橙光

中国金属通报 2021年16期

林橙光

（广西中科地质勘查有限责任公司，广西南宁 530002）

矿山的开采本身具备一定的危险性，但是对于国家的发展以及各科技研究的发展来说，各类矿物不可或缺。通过对填充采矿技术的有效应用，不仅能够进一步提升金属非金属矿山开采的安全性，还能够有效提高开采质量，为各行业的发展提供保障与支持。

1 充填采矿技术的概念

所谓的充填采矿技术，就是在矿山开采的过程中，伴随着落矿、搬运以及其他作业实施的同时，使用相关材料，对采空区进行填充的采矿方法[1]。在矿山开采的过程中，通过充填相应的材料，为采空区两帮的岩石提供支护效果，并且作为回采的底板。对于部分稀有金属或者高品位的矿床，也可采用该种开采方式，保障开采质量，并且该种开采方式，还能够有效提高自燃性硫化矿床开采作业的安全性。通过对充填采矿技术的有效应用，能够进一步提升矿山的开采率，最大限度地回收矿产资源，并尽可能的保护矿山的地下土质以及地表环境。并且其环保性能也随着近些年我国相关科研技术的发展，得到了一定的提升，在充填材料以及充填工艺方面都得到了创新与发展，呈现出了多方面的优势。

2 充填采矿法在国内外的应用

相较于国外，我国在近代展开的矿山开采活动，大多使用的充填采矿方法为干式充填采矿法，在开采活动的实施过程中，填充使用的主要材料为矿山周边原有的废石或者在矿井挖掘过程中产出的废料为主，在开采的过程中，需要耗费大量的人工成本，并且开采效率也不理想，难以满足矿山开采企业的发展与经济需求[2]。直至二十一世纪初期，在矿山开采活动中逐渐加入了大量机械设备以及无轨运输设备，在开采活动中，有效提高了矿井开采的效率以及矿山企业的经济利益，并进一步提高了整个填充采矿法的充填施工效率，但是相较于西方国家，该类技术的应用仍然尚未成熟，存在着较大的改进空间。目前，我国的矿山开采活动在对充填采矿技术的应用方面也逐渐成熟，并且在多元化的机械设备以及智能化、信息化设备的支持下，进一步提高了开采效率。

3 充填采矿法在金属非金属矿山采矿工程中的分类与优势

3.1 充填采矿法的分类

目前，我国主要应用的充填采矿法主要可以分为以下几类，分别为削壁充填采矿法、分段充填采矿法、上向分层充填采矿法以及下向分层充填采矿法[3]。在实际的矿山开采活动当中，需要根据矿山的地质情况以及矿山开采的内容物，合理选择充填采矿方法。在实际的作业过程中，还需要根据填充材料的区别，将各类充填采矿法分为干式、水砂、尾砂等填充方法。如若按照回采工作面的形式来区分各种矿山填充开采方法还可分为进路、分层、阶段以及分段充填回采法。

3.2 充填采矿法的优势

充填采矿法在应用的过程中，相较于其他开采方法主要呈现出以下两点优势：

第一，在进行开采的过程中，开采现场以及井下作业具备较高的安全性[4]。在实施开采活动的过程中，相关的工作人员以及开采团队能够通过就地取材的方式，制备相应的充填材料，并且在开采活动中，针对采空区进行有计划的填充活动，最大化的降低在开采过程中，矿井两侧以及顶面出现坍塌等事故。

第二，在进行开采的过程中，该种方法的有效应用，能够有效控制矿山开采可能带来的环境污染，降低开采工作对周边环境造成的恶行影响。在实施相应的开采活动后，充填采矿作业能够有效避免在煤矿开采过程中产生的采空区对原有的山体地质造成破坏，同时也能够避免坍塌与沉陷问题的发生，对周遭的建筑以及土体造成影响，让整个矿山开采活动更具独立性。

4 充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的具体应用

4.1 削壁充填采矿技术

该种采矿技术被主要应用于矿体自身矿体较薄的矿区，在矿山开采的过程中，矿井空间较小，无法在矿井中设置专门的预留间柱，为巷道提供支护[5]。因此，在正式开工时，需要专门的工作人员对矿井内部设置混凝土构筑的底柱。在进行回采作业之前，需要矿山开采企业率先完成矿石的开采活动，而后方能展开后续的岩石开采作业。在落矿之前，还需要工作人员在矿下的填充物上铺设一定厚度的垫层。在进行爆破采矿活动时，需要提前在相应的位置设置1m深的炮眼，并且利用电耙的辅助，完成出矿作业。随后对矿井的围岩展开爆破作业，而后便可以开始充填采空区，并在这一过程中，将基本的工作空间预留出来。在后续的采矿作业过程中，便可循环上述作业流程，直至整个矿区开采完毕。在应用该种技术进行矿山的开采活动时，需要开采单位以及现场的工作人员做好爆破处理工作，规避一切可能发生的安全事故以及灾害风险。

首先，在进行爆破之前，需要对矿体进行勘测，确认该区域适合通过爆破的方式展开作业。在确认爆破点之后，便需要相关的工作人员在爆破点钻孔，使用专门的小直径钻头进行钻进。一般来说，爆破孔的深度需要控制在1～1.5m之间，以保障爆破深度与爆破面积，并且爆破孔之间的间隔应当控制在0.4～0.6m左右，在对爆破孔装药的过程中，需要严格遵守隔孔装药原则。

其次，在对围岩进行处理时，需要现场的工作人员提前对回采的空间进行勘查，确认回踩空间大小处于最小状态。在这一过程中，如若矿体自身呈现出了较大的倾斜度，则需要将采场的空间控制在0.8m以上。

再次，在完成了爆破作业之后，需要组织工作人员对爆破情况进行检查，确认无哑弹或延迟爆炸的火药后，便可对崩落的矿石进行处理，通过人工运输或者电耙运输的方式，将崩落的矿石运输至开采现场外进行集中处理。在这一过程中，如若采场的空间预留在1.2m以上，则可以使用电动铲运设备将采矿现场崩落的岩石运输至场外。

最后，为了进一步提升矿山开采生产的质量与效率，需要在充填材料的表面铺设垫层，一般来说，铺设垫层的主要材料为混凝土，保障填充物能够形成良好的支护，支撑矿石崩落的重力。

4.2 分段充填采矿技术

在矿山开采活动的实施过程中，在利用分段充填采矿技术时候，应当将作业的重点放在分段的处理方面。该项技术的实际应用需要针对矿山开采过程中，暴露面积较大地区域进行分割分段，将整个采矿面进行合理规划，划分为多个面积相同的矩形断面结构，以便于后续开采作业的顺利实施。通过该种方式，进一步缩小整个矿山的暴露面。同时在开采的过程中，也可以有效提升部分不稳定区域的填充工作以及回采工作质量，减少在煤矿开采过程中可能出现的安全事故以及整个煤矿开采活动的安全隐患。

在实际的作业过程中，需要将采矿中的某一段大面积开采区域进行划分，在划分的过程中，需要保障每个小段或者每个中段之间的高度差较小。在完成划分作业后，便可以针对各中段以及小段展开相应的开采作业，按照规定的开采流程以及深度标准，展开相应的矿山开采作业。在这一过程中，进而保障充填以及回采两项作业的顺利实施，并保障两者能够满足较差运输的需求，还需要在矿下的巷道内做好相应的出矿以及凿岩施工，将采集到的各类矿石运输出去，并将相应的填充物从矿下运输至指定位置。另外，在该项技术的应用过程中，还需要合理选择开采设备以及开采方案，进而有效提高整个开采效率以及开采质量。在矿下开采作业基本完成之后，还需要开采单位立刻展开相应的矿山充填工作。在选择充填材料时，应当根据矿山自身的土质情况以及开采的实际情况合理选择，并在填充材料中加入一定的辅助材料。在填充的过程中，也要积极选用各类铲运机等设备，提高填充作业的效率，进一步提升整个矿山开采的效率，并通过就地取材等方式，来控制填充作业所耗费的成本等，最终提升整个矿山开采企业的经济效益以及生产效益。

4.3 上向分层充填采矿技术

所谓的上向分层充填采矿技术，也被称之为干式充填采矿技术，在进行充填作业的过程中，需要现场的工作人员自下而上展开矿山的开采，每完成一层矿产开采活动，便可直接进行该开采层的填充作业，而后进行更上一层的矿物开采活动。在该项技术的应用过程中，会在矿下配置专门的行人井，为现场的工作人员提供通行需求。除此以外，考虑到矿井内部的给水问题，还需要布置专门的排水井，并在相应的位置设置放矿井，保障矿产开采的过程中，矿物能够集中堆放并进行运输。一般来说，在该项技术的应用的过程中进行矿块布置形式时，可以考虑两种不同的矿快布置形式。其一可以在煤矿开采的过程中沿着开采的走向进行矿块的布设，该种不舍方案，能够有效适用于矿井内部本身矿石以及岩土稳定的矿井中。并且该种不舍方法能够有效应用于矿体自身的厚度在15m以下的矿山中。其二是矿井内部围岩以及矿石构成稳定性较差的矿井中，沿着矿块且走向进行布设，该种布设方法更适用于矿体厚度在50m以上的矿下作业环境当中。在进行矿块的布设活动时，需要提前在矿井航道的两侧设置两排矿房，在开采的过程中，按照相关要求，让矿房与矿体之间呈现垂直状态，最后在矿房的内部，按照矿体的走向，提前预留出相应的纵向框柱，以此来保障整个上向分层填充施工技术的有效应用。

4.4 下向分层充填采矿技术

在该项技术的应用过程中，需要矿山开采单位委派专门的工作人员以及相应的地质勘测部门对矿山的土质情况进行勘测，了解矿山土体的稳定性，确认开采区域的围岩强度，在得到相应的参数支持后，确认该项技术的适用性。一般来说，下向分层充填采矿技术更为适用于稳定性较差的采矿环境，该种填充采矿技术能够基本保障整个矿山开采活动的安全性，提高支护强度，避免在开采过程中，发生坍塌等灾害，引发安全事故、造成人员伤亡。在具体的矿体回采施工过程中，需要工作人员在矿体的工作面上分别布置运输井、人天井以及矿石溜井。其中，矿石溜井将主要被应用在矿石从上至下的运输活动当中，通过矿石溜井的帮助，让上部区域的矿石运输至矿山的下层巷道；运输井主要应用于填充物的运输，将填充物从上部区域运输至下层采空区。利用下向分层充填采矿技术的过程中，需要按照由上而下的顺序进行矿产的开采作业。在工作人员完成分层作业后，便可设定一定的倾斜角进行向下开采，在回采之前，需要做好矿石溜井、巷道以及人天井之间的流通，并且将回采的起始点设置于切割巷道的位置，通过该种方式，保障该种开采技术的顺利实施，进一步提高开采质量以及开采效率，降低在不稳定围岩开采环境中突发安全事故的概率，保障井下工作人员的人身安全。