龍奇軍

摘 要：文章就有關充填采礦技術用于采礦的問題進行探討，希望對充填采礦技術在采礦作業(yè)的應用方面有一定的工程指導作用。

關鍵詞：充填采礦；技術優(yōu)勢；工藝流程；實際應用

引言

我國擁有豐富的礦產資源，但人均礦產資源量卻遠低于世界水平，而且我國礦產資源分布不平均，探測和開采更為復雜。隨著能源危機的不斷蔓延，我國的礦產開采技術受到了多方的重視。近年來，雖然礦產開采技術已有了很大的進步，但是采礦效率和環(huán)境保護仍不能達到國際標準，這就為充填采礦技術的發(fā)展打下了基礎。

1 充填采礦的定義及特點

在實際作業(yè)中，礦產資源在被采掘之后會留有深深的空洞，在采礦專業(yè)中稱為采空區(qū)。這種空洞若不能及時補救就會給礦區(qū)的整體穩(wěn)定性帶來危害，影響整個礦區(qū)的安全，這也是為何我國采礦行業(yè)事故頻發(fā)的原因。而使用充填采礦法可以在采掘過程中彌補空洞，將充填材料直接運送到采掘空洞，對采空區(qū)起到良好的充填、保護的作用，以此減少采空區(qū)對礦區(qū)結構的危害。

充填采礦法是人們不斷探索得到的、較為環(huán)?？茖W的方法。筆者認為，根據充填采礦法的特點，其更適于礦井結構大而深的礦山。膠結充填適用于品位較高，礦石賦存形態(tài)復雜多樣的礦山。依據近些年的實際操作，充填采礦法不僅能夠起到保護礦井整體結構的作用，保證員工的生產安全，同時還能降低貧化率和損失率。但是，充填采礦還存在一定的缺點：充填采礦在實際操作中需要較為復雜的操作流程；使用充填采礦會加大初期的投入成本，同時還需要大量的物力支持。

2 充填采礦技術的優(yōu)勢

充填采礦法的應用已經遠遠超過了其實際意義，這種先進的采礦方法能夠減少環(huán)境污染，起到保護環(huán)境的作用。目前，全球利用充填采礦法施工的礦山，已經出現了無廢料排放的礦山。例如，德國的格隆德鉛鋅礦山利用全尾砂和重選碎石制備膏體作為充填材料，采用這種方法之后，就再無尾礦亂排放的現象。

采用充填采礦法能夠迅速地填補采空區(qū)，這樣就能及時防止采空區(qū)出現塌方的現象，從而為采空區(qū)的巖石提供強有力的支持和保護的作用，防止巖石出現較大的位移。該方法能夠從根本上保護地下和地表結構不被破壞，對當地的生態(tài)平衡有著積極的作用。

充填采礦法與傳統(tǒng)的采礦方法相比，其最大的優(yōu)勢是低貧損的開采功能和對資源的保護功能。充填采礦法能夠適應各種復雜的地質結構，降低平滑率和損失率，充分利用礦產資源，以達到對資源的保護功能。

3 有關充填采礦技術的工藝流程與實際應用

3.1 工藝流程

康家灣礦區(qū)使用的充填采礦原料主要包含：水泥、尾砂、粉煤灰和水四種物質。尾砂倉為半塹溝式臥式砂倉，容積200m3，水泥倉則是圓柱圓錐型立式倉，可容納48t的水泥，充填的主要工藝流程（見圖1）：臥式砂倉內的尾砂通過電耙和G×φ400mm螺旋輸送機轉運至直徑2000mm的攪拌桶中；粉煤灰及爐渣經處理后通過電耙絞車進入緩沖漏斗，再由螺旋輸送機送入攪拌桶內；水泥則由水泥倉下口通過螺旋機輸送至攪拌桶，按照灰沙比1：5、1：10或1：15的比例制成砂漿，粉煤灰的添加比例為12%，最后通過聚丙烯塑料軟管運送至采空區(qū)進行充填工作。

3.2 實際應用

充填采礦法在實際應用中依據不同的充填材料可以分為以下三種方法：干式充填法、水砂充填法和膠結充填法。傳統(tǒng)的干式充填法利用不含膠結劑的碎石進行充填，再進化到利用水淬渣進行充填，再到膠結劑充填。通過實際充填過程不難發(fā)現，隨著充填材料的膠結性不斷增強，采空區(qū)的支撐結構也就越強。作者認為，采空區(qū)往往是龐大的結構，在充填材料中加入膠結劑，能夠讓充填材料和地下結構快速融合，形成一個牢固的新結構。

3.2.1 干式充填法

干式充填法是將井下其他工作面的廢石作為充填材料通過充填天井輸送到采空區(qū)，但這種方法最致命的缺點是需要消耗過多的人力和物力、作業(yè)的時間較長、充填的速率較低。且當充填區(qū)域周圍有礦時，必須留永久保護礦柱。隨著我國工業(yè)技術的不斷發(fā)展，越來越多的企業(yè)拋棄了這種傳統(tǒng)的作業(yè)方法。

3.2.2 水砂充填法

水砂充填法主要使用碎石渣、尾砂和爐渣作為充填的主料，利用機械設備將這些主料運送到采空區(qū)，即可實現充填工序。這種方法相對干式充填法來說較為快捷、完善，但是水砂充填法的施工工序較為復雜，需要技術性人員進行操作；同時，水砂充填法的排水量較高，過大的用水量是對水資源的浪費，不利于環(huán)保。由于充填體強度低，當充填區(qū)域周邊有礦時，也必須留永久保護礦柱。隨著技術的不斷改進，水砂充填法也逐漸被企業(yè)所摒棄。

3.2.3 膠結充填法

膠結充填法是以塊石、碎石、河砂和尾砂作為主料，將主料、水泥、水及活性添加劑進行混合形成膠結性較高的膏體，再使用機械設備或者重力運送到采空區(qū)。該方法中的膏體填料具有更強的粘結性，能和巖石結構快速膠結，形成堅固的整體。該方法充填速率快，充填體強度高，在目前國家安全環(huán)保要求逐步提高，尾礦壩建設審批日趨嚴格的是形勢下，具有良好的發(fā)展前景。

在20世紀六、七十年代，分級尾砂作為膠結充填骨料充填采空區(qū)的技術國內得到廣泛運用，管道水力輸送技術的快速發(fā)展又進一步推動了這一進程，但實踐表明，尾砂分級脫泥的全尾砂利用率比較低（僅有50%），且不能合理有效處理細粒級尾砂。

康家灣礦采用的是全尾砂充填，添加粉煤灰、水淬碴活性物質，有效地解決了尾砂地表堆積可能引發(fā)的事故、降低充填成本，提高充填體強度等問題。粉煤灰、水淬爐渣全尾砂膠結充填的混合料制備工藝，如圖1所示，初期投資比較低，考慮到能高效率（100%）的利用尾砂，可節(jié)省掉尾礦庫筑壩費，很大程度上提高了經濟效益。

4 對充填采礦技術用于采礦的問題的幾點思考

4.1 填充材料相對落后

新技術的不斷提高，采礦業(yè)取得了迅速發(fā)展。人們對該行業(yè)的要求也不斷增多，以往的填充材料無法滿足現代采礦業(yè)的需求，同時，為了使現代采礦新技術得到高效率深層次的運用，在進行深部采礦作業(yè)時，必須對填充材料進行更新?lián)Q代。

4.2 充填設備技術具有滯后性

與現代采礦充填技術相比，充填設備卻具有相對滯后性，隨著新技術的不斷應用，其用于充填的設備已不能滿足開采需求。目前，很多礦山采用的充填設備穩(wěn)定性較差，自動化控制水平難以達到填充要求，充填設備與充填技術的不協(xié)調將直接影響礦山的未來發(fā)展，這在一定程度上對采礦企業(yè)的生產總值產生不利影響。充填不當也會對資源的合理利用造成很大傷害，將不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境友好型社會的建設。

4.3 開采方法有待規(guī)范

目前對資源開發(fā)的過程中，充填技術并未得到全部應用。有些礦區(qū)濫采濫挖，有充填設計，但不充填，或充填欠賬太多，只重視經濟利益，不重視生態(tài)平衡，這對礦區(qū)、自然環(huán)境都造成了及其嚴重的威脅。采礦行業(yè)要取得長遠發(fā)展，上述問題必須得到有效解決。要使保護環(huán)境、節(jié)約資源的概念深入人心，政府應積極采取有效措施，對綠色開采企業(yè)進行獎勵政策。企業(yè)應從長遠角度考慮，加大對技術研究的投資，及時更新設備，改進技術，提高開采技術水平，減少安全事故，同時為環(huán)境友好型社會的建設貢獻力量。

4.4 采場頂板管理存在較大難度

在開采地段不穩(wěn)定的情況下，其地質條件就會相對復雜，不利于工作面頂板的管理。在巖石構造和結構條件相同的情況下，工作面頂板的暴露時間越長，出現冒落事故的概率就會越大。因此，為防止冒落事故的發(fā)生，降低安全風險，就要盡量縮小工作面頂板的暴露時間，也就意味著減少采場作業(yè)的循環(huán)周期，及時充填，這樣也有利于頂板圍巖的穩(wěn)固。另外，在進行填充作業(yè)前，增加2-3個點柱也可起到加固作用。

4.5 膠結面強度的控制

上向膠結充填時，最上面膠結面的強度必須要高一些，以縮短凝結時間，提高采礦效率，同時可以避免將膠結面的尾砂作為礦石出窿，降低貧化率?？赏ㄟ^提高充填料的水泥含量來控制。

4.6 膠結充填接頂

當有特殊要求時，需要充填接頂，考慮到膠結充填接頂情況與充填體的質量以及井下作業(yè)人員的人身安全息息相關，倘若不能有效接頂，將會造成嚴重的安全事故，然而在實際工程中，充填接頂仍有許多亟待解決的問題，筆者結合自己的工作經驗，認為應該從充填料漿濃度、下料充填方式等角度入手，并開展有效的充填接頂監(jiān)測工作，規(guī)范充填管理制度，搞好充填接頂工作。

5 充填采礦法的未來發(fā)展

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出和環(huán)境友好型社會的建設，采礦行業(yè)也迅速興起了綠色采礦高潮，提倡在對資源開采的同時，注意環(huán)境保護和資源的利用率。綠色開采對開采技術提出了更高層次的要求，開采技術不僅要擴大開采量，還要注意對環(huán)境的傷害降到最低?？偟膩碇v，礦山應繼續(xù)堅持綠色開采的理念，加大對充填采礦法的技術升級，提高充填采礦法的技術含量。

6 結束語

文章針對目前采礦行業(yè)的充填技術中存在的問題，從資源保護和礦區(qū)長遠發(fā)展的角度，進行了六個方面的探討：填充材料相對落后、充填設備技術具有滯后性、開采方法有待規(guī)范等。從而得出以下結論：

（1）充填采礦技術與傳統(tǒng)的采礦方法相比有著自身獨特的優(yōu)勢，符合當下可持續(xù)發(fā)展的要求，有利于環(huán)境保護型、資源節(jié)約型社會的建設。

（2）但礦區(qū)在采用充填采礦法時不能盲目選擇。首先充填采礦技術的選擇要根據各個礦區(qū)自身的特點，因地制宜、實事求是；其次充填技術要考慮到經濟成本和可持續(xù)發(fā)展，礦區(qū)應繼續(xù)堅持以綠色開采為理念，從長遠利益考慮，提高充填的技術含量；最后，加強對充填采礦技術的研發(fā)，爭取在現有優(yōu)勢的基礎上，繼續(xù)降低采礦對環(huán)境造成的污染，減少開采成本。

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