地下矿山充填采矿若干技术问题的思考

崔哲森

辽宁科技大学矿业工程学院 辽宁 鞍山 114000

引言

充填采矿的方法属于人工支护采矿的方式，在围堰稳定性较差、贵重金属等矿石开采中更加适用，在实际开采过程中可避免地表出现塌落。充填法施工条件比较繁杂，能在深部开采中对地压进行有效的控制。因此，在进行矿山开采工作时，经常会应用充填采矿法。然而，目前还存在许多问题，需要不断地创新。

1 地下矿山充填采矿技术的优势

1.1 提高矿山开采的安全保障

目前，地下矿山开采安全问题成为阻碍煤矿企业发展的主要问题，为了使上述问题得到有效解决，则需要注重技术创新。在地下矿山开采阶段，充填采矿技术是亟待突破的主要内容，其一般涉及到充填体结构作用机理、充填体力学作用机理、充填体让压作用机理等。通常情况下，将充填体充入采场，可以使采场岩壁维持良好的应力状态，并且从单轴或双轴开始慢慢地过渡为双轴或三轴，以此来使围岩的强度得到提升，确保壁岩更加安全、可靠。在地下开采过程中，如果使原来的地质机理结构遭受破坏，将会导致承受载荷的几何不变体系和本来的平衡发生变化，进而诱发周围岩石出现连锁破坏，在一定程度上削弱了岩层结构的维护和支撑，使围岩结构系统失稳。通常情况下，与原岩体相比，填充体的体积相对比较大，这样一来充填体就可以使周围岩石地压得到有效释放[1]。实际上，充填体将会与缺失支撑的岩石壁融合后得到新岩层结构，从而将缺失岩石的能量扩散至充填体中，由此确保了采场的稳定，使采场内部易发生坍塌现象得到解决，进而保证矿山开采的安全性和有效性。

1.2 降低了矿石采矿的损失率，保证了矿山资源的利用率

在创新矿山充填采矿技术过程中，将会促进地下矿山开采事业的发展，其不仅可以确保矿山开采的安全进行，而且还可以使矿石的采矿损失率降低，进而提高矿山资源利用率。在充填采矿过程中，要结合岩石开采的差异性来合理选择充填方式，如窄分段分采空场法、阶段充填采矿法、进路充填采矿法等。同时，根据岩石层的不同特征，来对充填开采方法进行选择，也可以使整个矿业的开采效率得到保障，进而在降低能源浪费的同时，提高地下矿业开采技术水平。实际上，阶段充填采矿法具有开采效率高，回采工艺比较简单，方法比较灵活，地下岩石层开采的整体稳定性较好，能够在大规模矿业开采中充分发挥作用。

1.3 降低对环境的污染

在地下矿山充填过程中，选择选矿尾矿和矿山废石可以有效降低选矿尾矿和矿产开采废石的排出。由于传统矿山开采，会对周围环境产生不同程度的破坏，而且岩石坍塌也会增加泥石流的发生，进而对周围地表植物的生长产生不利影响[2]。在进行充填采矿时，可以对矿区中的空矿实施充填，这样既可以避免地表出现变形和下沉现象，还可以维持地表的原来地貌。通常情况下，每一个开采环节结束后，往往会有大量的废料产生，此时如果未对这些废弃物进行有效处理，并将其搁置在废弃的矿山中，将会对周围的土地造成破坏。此时，可以借助充填采矿技术，将开采出的废料按照一定的方式重新搁置在地下，既能够缓解对环境的污染，而且还可以降低各类安全事故的发生率，在提高企业经济效益的同时，也实现了保护环境的目的。

1.4 减少了尾矿库容

利用充填开采技术能够在一定程度上减少资金的投入，充填开采技术应用范围比较广泛，其中包括缓倾斜矿体、水平矿体、分支符合矿等多种矿体，其可以应对各种开采条件，进而达到节省成本的效果。

2 充填采矿发展存在的问题

2.1 创新采矿工艺，提高充填质量

在采用充填采矿技术过程中，最好结合矿山的实际特征来给予合理应用，以此来达到预期的应用效果。在开采缓倾斜极薄矿脉时，一般会选择矿岩分掘方式，并直接将废石抛掷充填空区。在开采比较厚大矿岩时，可以选择中深孔和浅孔空场采矿法，随后借助块石胶结、尾砂胶结等材料来填充采后空区，从而有效控制成本，提高开采效率，对采空区进行很好的处理。除此之外，采场设计会对充填效果产生直接影响，此时就需要结合矿山的实际生产需求来设计采场几何形状，以此来提高充填料的充填水平[3]。当充填料输送至车辆铲斗或机卸料端时，矿山工作人员无法对充填料的质量给予有效控制，这样一来充放点的位置将会直接影响充填料的分凝度，进而影响充填效果。实际上，在开始沉淀前，需要适当地增加充填料移动距离，这样一来将会在充放点下部形成充填角，并且随着与充放点距离的不断扩大，将会导致端壁逐渐松弱，一旦采场尺寸超出一定范围时，则需要选择另外的充放点给予合理放置，这样不仅可以减少充填料移动距离，而且还可以确保充填质量。充填采矿技术要以矿山的地貌特征为基础，准备好矿床开采技术工作，重视采矿技术的相互结合，进而研发出新型工艺，例如，对于厚度和面积较大的矿岩可以采用深孔空场法来进行操作，开采后的空区可以使用块石胶结以及高水原材料填充，通过使用快捷的回填技术，能够有效降低成本，保证开采的效率，合理处置采空区域。针对倾斜性比较薄的矿脉，可以采用废石抛掷填充区，使得高强度运矿和削壁充填进行充分的结合。

2.2 开发研制低成本、高强度的新型充填固化材料

充填料的物理性质有孔隙率、湿度、渗水度和粒度等。充填体所具有的物理力学特征一般与骨料的结构和成分保持紧密联系，同时胶结材料的组成方式和成分也会影响采场稳定性和充填体强度。例如，高水材料可以选择全尾砂，这就使得充填体具有比较快的固结速度，并保证充填料可以实现无重力水排出，避免诱发井下环境污染，在降低排水费用的同时，也可以实现对充填料的远距离输送。但是，如果充填体具有比较弱的强度时，在实际应用过程中固结材料极易被风化，并且在脱水后将会导致强度降低。

2.3 研发高效矿山充填设备和提高矿山充填自动化水平

矿山充填系统自动化水平的高低对矿山的实际发展有着直接的影响作用，然而由于国产相关技术和设备在实际使用阶段存在比较差的稳定性，在一定程度上使矿山充填技术的发展受阻。此时，要注重对高效农牧设备的研发，这样既可以达到制备高浓度全尾矿浆的目的，而且还可以有效降低对充填设备造成的磨损。同时，注重研发高浓度运输设备，借助压排设备运输的方式来调节各段的输送压力，以此来避免输送管被堵塞。此外，加强对充填系统物料流量和卸料浓度自动控制技术的研发，注重对矿山自动化设备的应用，以此来构建自动化控制系统，以达到自动调节充填固化材料浓度和充填系统全尾矿卸料的效果。

2.4 严格按照充填站管理制度执行，保证充填质量

如今，大多数充填站配备了多种机械设备和电子设备，以确保充填材料生产工作的顺利进行，上述充填站基本上为地表设施，一般会选择设置在矿山选矿厂内，以确保为地下矿山充填提供所需要的充填料。通常情况下，各种充填站的设计存在比较明显的相似性，其所选择的设备和制备流程等均能够实现电子控制。混合浆体和胶结剂材料浓度计量的控制可以确保充填材料的整体质量，此时为了确保剂量的精确度，一般需要做好流量监测装置和称重装置的精确校准工作。同时为了确保松散充填材料具备合理的流动速度，在制备充填材料过程中，还需要对设备进行系统检查，对存在的问题及时采取有效措施给予处理。实际上，很多充填站在设备出现故障后，才会选择对其进行检查。为了避免类似问题的发生，则需要构建系统、完善的检查制度，以确保充填料制备设备的安全、高效运行。

2.5 及时更新合理的采矿方式

因为地下采矿工程会受到空间的限制，很多矿山企业采矿效率普遍不高，矿山企业在作业前要全面了解矿山的基本情况，同时采用合理的方式来对其进行研究和分析。在实际分析的过程中要有针对性地进行制定设计方案，从而选择合适的科学充填技术。例如，当稳定性岩体厚度较大时，一般会选择深孔空场采矿方式，而对于充填法不管是选择尾砂胶结材料，还是块石胶结，最好针对矿岩进行分别挖掘，这样既可以确保缓倾斜挤爆矿脉开采的有序进行，而且还可以提高采矿质量，有效控制了成本。

3 充填采矿技术发展

3.1 干式填充法

结合矿山基本特征来对充填采矿技术进行合理选择，并注重对新型采矿方式的研发。干式填充法属于传统的方法技术，需要人力和机器设备的共同作用，方法比较落后，具有明显的不足，工艺比较复杂，使用成本较高，采矿时间长，生产率低，从而不适应于现代生产技术的需求，干式填充法无法满足高效的工作需求。

3.2 水砂充填法

通常情况下，水砂充填法技术选择了尾砂、碎石渣和炉渣进行充填，以自流形式或借助砂浆泵来使充填物质往地下运输。与干式充填法相比，该方法更加完善，然而工艺流程相对比较复杂，且排水成本高，此时就需要适当地提高充填速度。然而，该方法所得到的充填强度不能达到标准，无法很好地满足企业运行的需求。

3.3 胶结充填法

由于矿山的矿岩很多都处于破碎的状况，同时矿体的品位比较高，经过对矿山实际状况分析后，采用下向胶结充填采矿法，主要是第一分层回采和开层支护结构问题，通过使用下向胶结的充填采矿的方式很好地解决了存在的物理问题，包括力学结构问题、缓冲挤压等。在运用该技术的过程中能够提高混凝土填充技术，保证一定的强度。人工假顶充填强度和标准要求存在较大的差距，该种充填采矿工艺比较简便，填充量和强度较大，从而保证了井下的安全性，提高了生产效率，在很多矿山企业中被广泛应用。

4 充填采矿技术的应用现状

目前我国充填采矿技术得到了一定的发展，其经历了废石干式充填、分级尾砂水利充填以及碎石水利充填等，由于我国矿山数量较多，所应用的充填技术工艺类型有多种多样，针对近几年来在新填充技术研制方面获得了明显的进步。充填采矿技术在我国经历了如下几个发展阶段：①废石干式充填工艺，其主要是以废弃物处理为主要目标，同时也会选择尾矿砂水利充填采空区，其不仅可以降低地表下沉量，而且还可以避免矿坑火灾的发生；②尾砂胶结充填技术的应用，然而该阶段的非胶结充填体无法实现自立，无法更好地满足采矿工业高回采率要求；③随着科学技术的发展，传统充填工艺已经无法更好地满足企业发展需求，此时就需要注重对其进行研发，进而得到了废石胶结充填、高浓度充填等技术，其既可以实现对自然环境的有效保护，而且还可以降低采矿成本。

5 结束语

简而言之，当前建设绿色矿山和提高资源的利用率成为矿山企业发展的主要趋势，因此要对保护环境和节能减排给予高度重视。在地下矿山开采阶段，要结合实际情况合理选择采矿方式，同时矿山企业要想实现可持续发展，就要进一步完善和创新采矿技术，及时总结采矿阶段存在的问题，对这些问题进行归纳和总结，给予更正和修改，提高采矿的工作效率，满足新时代发展对充填采矿技术的需求，促进矿山企业的持续发展，保证开矿工作的安全性。