龍奇軍

摘 要：文章就有關(guān)充填采礦技術(shù)用于采礦的問(wèn)題進(jìn)行探討，希望對(duì)充填采礦技術(shù)在采礦作業(yè)的應(yīng)用方面有一定的工程指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：充填采礦；技術(shù)優(yōu)勢(shì)；工藝流程；實(shí)際應(yīng)用

引言

我國(guó)擁有豐富的礦產(chǎn)資源，但人均礦產(chǎn)資源量卻遠(yuǎn)低于世界水平，而且我國(guó)礦產(chǎn)資源分布不平均，探測(cè)和開采更為復(fù)雜。隨著能源危機(jī)的不斷蔓延，我國(guó)的礦產(chǎn)開采技術(shù)受到了多方的重視。近年來(lái)，雖然礦產(chǎn)開采技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，但是采礦效率和環(huán)境保護(hù)仍不能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這就為充填采礦技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

1 充填采礦的定義及特點(diǎn)

在實(shí)際作業(yè)中，礦產(chǎn)資源在被采掘之后會(huì)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(shí)補(bǔ)救就會(huì)給礦區(qū)的整體穩(wěn)定性帶來(lái)危害，影響整個(gè)礦區(qū)的安全，這也是為何我國(guó)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(guò)程中彌補(bǔ)空洞，將充填材料直接運(yùn)送到采掘空洞，對(duì)采空區(qū)起到良好的充填、保護(hù)的作用，以此減少采空區(qū)對(duì)礦區(qū)結(jié)構(gòu)的危害。

充填采礦法是人們不斷探索得到的、較為環(huán)保科學(xué)的方法。筆者認(rèn)為，根據(jù)充填采礦法的特點(diǎn)，其更適于礦井結(jié)構(gòu)大而深的礦山。膠結(jié)充填適用于品位較高，礦石賦存形態(tài)復(fù)雜多樣的礦山。依據(jù)近些年的實(shí)際操作，充填采礦法不僅能夠起到保護(hù)礦井整體結(jié)構(gòu)的作用，保證員工的生產(chǎn)安全，同時(shí)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(diǎn)：充填采礦在實(shí)際操作中需要較為復(fù)雜的操作流程；使用充填采礦會(huì)加大初期的投入成本，同時(shí)還需要大量的物力支持。

2 充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

充填采礦法的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其實(shí)際意義，這種先進(jìn)的采礦方法能夠減少環(huán)境污染，起到保護(hù)環(huán)境的作用。目前，全球利用充填采礦法施工的礦山，已經(jīng)出現(xiàn)了無(wú)廢料排放的礦山。例如，德國(guó)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(wú)尾礦亂排放的現(xiàn)象。

采用充填采礦法能夠迅速地填補(bǔ)采空區(qū)，這樣就能及時(shí)防止采空區(qū)出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，從而為采空區(qū)的巖石提供強(qiáng)有力的支持和保護(hù)的作用，防止巖石出現(xiàn)較大的位移。該方法能夠從根本上保護(hù)地下和地表結(jié)構(gòu)不被破壞，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(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(shì)是低貧損的開采功能和對(duì)資源的保護(hù)功能。充填采礦法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低平滑率和損失率，充分利用礦產(chǎn)資源，以達(dá)到對(duì)資源的保護(hù)功能。

3 有關(guān)充填采礦技術(shù)的工藝流程與實(shí)際應(yīng)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(zhì)。尾砂倉(cāng)為半塹溝式臥式砂倉(cāng)，容積200m3，水泥倉(cāng)則是圓柱圓錐型立式倉(cāng)，可容納48t的水泥，充填的主要工藝流程（見(jiàn)圖1）：臥式砂倉(cāng)內(nèi)的尾砂通過(guò)電耙和G×φ400mm螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至直徑2000mm的攪拌桶中；粉煤灰及爐渣經(jīng)處理后通過(guò)電耙絞車進(jìn)入緩沖漏斗，再由螺旋輸送機(jī)送入攪拌桶內(nèi)；水泥則由水泥倉(cāng)下口通過(guò)螺旋機(jī)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(guò)聚丙烯塑料軟管運(yùn)送至采空區(qū)進(jìn)行充填工作。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

充填采礦法在實(shí)際應(yīng)用中依據(jù)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(jié)充填法。傳統(tǒng)的干式充填法利用不含膠結(jié)劑的碎石進(jìn)行充填，再進(jìn)化到利用水淬渣進(jìn)行充填，再到膠結(jié)劑充填。通過(guò)實(shí)際充填過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，隨著充填材料的膠結(jié)性不斷增強(qiáng)，采空區(qū)的支撐結(jié)構(gòu)也就越強(qiáng)。作者認(rèn)為，采空區(qū)往往是龐大的結(jié)構(gòu)，在充填材料中加入膠結(jié)劑，能夠讓充填材料和地下結(jié)構(gòu)快速融合，形成一個(gè)牢固的新結(jié)構(gòu)。

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(guò)充填天井輸送到采空區(qū)，但這種方法最致命的缺點(diǎn)是需要消耗過(guò)多的人力和物力、作業(yè)的時(shí)間較長(zhǎng)、充填的速率較低。且當(dāng)充填區(qū)域周圍有礦時(shí)，必須留永久保護(hù)礦柱。隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)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(jī)械設(shè)備將這些主料運(yùn)送到采空區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)充填工序。這種方法相對(duì)干式充填法來(lái)說(shuō)較為快捷、完善，但是水砂充填法的施工工序較為復(fù)雜，需要技術(shù)性人員進(jìn)行操作；同時(shí)，水砂充填法的排水量較高，過(guò)大的用水量是對(duì)水資源的浪費(fèi)，不利于環(huán)保。由于充填體強(qiáng)度低，當(dāng)充填區(qū)域周邊有礦時(shí)，也必須留永久保護(hù)礦柱。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，水砂充填法也逐漸被企業(yè)所摒棄。

3.2.3 膠結(jié)充填法

膠結(jié)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(jìn)行混合形成膠結(jié)性較高的膏體，再使用機(jī)械設(shè)備或者重力運(yùn)送到采空區(qū)。該方法中的膏體填料具有更強(qiáng)的粘結(jié)性，能和巖石結(jié)構(gòu)快速膠結(jié)，形成堅(jiān)固的整體。該方法充填速率快，充填體強(qiáng)度高，在目前國(guó)家安全環(huán)保要求逐步提高，尾礦壩建設(shè)審批日趨嚴(yán)格的是形勢(shì)下，具有良好的發(fā)展前景。

在20世紀(jì)六、七十年代，分級(jí)尾砂作為膠結(jié)充填骨料充填采空區(qū)的技術(shù)國(guó)內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，管道水力輸送技術(shù)的快速發(fā)展又進(jìn)一步推動(dòng)了這一進(jìn)程，但實(shí)踐表明，尾砂分級(jí)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(xì)粒級(jí)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(zhì)，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(qiáng)度等問(wèn)題。粉煤灰、水淬爐渣全尾砂膠結(jié)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(kù)筑壩費(fèi)，很大程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 對(duì)充填采礦技術(shù)用于采礦的問(wèn)題的幾點(diǎn)思考

4.1 填充材料相對(duì)落后

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

4.2 充填設(shè)備技術(shù)具有滯后性

與現(xiàn)代采礦充填技術(shù)相比，充填設(shè)備卻具有相對(duì)滯后性，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，其用于充填的設(shè)備已不能滿足開采需求。目前，很多礦山采用的充填設(shè)備穩(wěn)定性較差，自動(dòng)化控制水平難以達(dá)到填充要求，充填設(shè)備與充填技術(shù)的不協(xié)調(diào)將直接影響礦山的未來(lái)發(fā)展，這在一定程度上對(duì)采礦企業(yè)的生產(chǎn)總值產(chǎn)生不利影響。充填不當(dāng)也會(huì)對(duì)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(huì)的建設(shè)。

4.3 開采方法有待規(guī)范

目前對(duì)資源開發(fā)的過(guò)程中，充填技術(shù)并未得到全部應(yīng)用。有些礦區(qū)濫采濫挖，有充填設(shè)計(jì)，但不充填，或充填欠賬太多，只重視經(jīng)濟(jì)利益，不重視生態(tài)平衡，這對(duì)礦區(qū)、自然環(huán)境都造成了及其嚴(yán)重的威脅。采礦行業(yè)要取得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，上述問(wèn)題必須得到有效解決。要使保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的概念深入人心，政府應(yīng)積極采取有效措施，對(duì)綠色開采企業(yè)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)政策。企業(yè)應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，加大對(duì)技術(shù)研究的投資，及時(shí)更新設(shè)備，改進(jìn)技術(shù)，提高開采技術(shù)水平，減少安全事故，同時(shí)為環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

4.4 采場(chǎng)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(zhì)條件就會(huì)相對(duì)復(fù)雜，不利于工作面頂板的管理。在巖石構(gòu)造和結(jié)構(gòu)條件相同的情況下，工作面頂板的暴露時(shí)間越長(zhǎng)，出現(xiàn)冒落事故的概率就會(huì)越大。因此，為防止冒落事故的發(fā)生，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，就要盡量縮小工作面頂板的暴露時(shí)間，也就意味著減少采場(chǎng)作業(yè)的循環(huán)周期，及時(shí)充填，這樣也有利于頂板圍巖的穩(wěn)固。另外，在進(jìn)行填充作業(yè)前，增加2-3個(gè)點(diǎn)柱也可起到加固作用。

4.5 膠結(jié)面強(qiáng)度的控制

上向膠結(jié)充填時(shí)，最上面膠結(jié)面的強(qiáng)度必須要高一些，以縮短凝結(jié)時(shí)間，提高采礦效率，同時(shí)可以避免將膠結(jié)面的尾砂作為礦石出窿，降低貧化率。可通過(guò)提高充填料的水泥含量來(lái)控制。

4.6 膠結(jié)充填接頂

當(dāng)有特殊要求時(shí)，需要充填接頂，考慮到膠結(jié)充填接頂情況與充填體的質(zhì)量以及井下作業(yè)人員的人身安全息息相關(guān)，倘若不能有效接頂，將會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故，然而在實(shí)際工程中，充填接頂仍有許多亟待解決的問(wèn)題，筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)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(cè)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(lái)發(fā)展

隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，采礦行業(yè)也迅速興起了綠色采礦高潮，提倡在對(duì)資源開采的同時(shí)，注意環(huán)境保護(hù)和資源的利用率。綠色開采對(duì)開采技術(shù)提出了更高層次的要求，開采技術(shù)不僅要擴(kuò)大開采量，還要注意對(duì)環(huán)境的傷害降到最低?？偟膩?lái)講，礦山應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持綠色開采的理念，加大對(duì)充填采礦法的技術(shù)升級(jí)，提高充填采礦法的技術(shù)含量。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)目前采礦行業(yè)的充填技術(shù)中存在的問(wèn)題，從資源保護(hù)和礦區(qū)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度，進(jìn)行了六個(gè)方面的探討：填充材料相對(duì)落后、充填設(shè)備技術(shù)具有滯后性、開采方法有待規(guī)范等。從而得出以下結(jié)論：

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

（2）但礦區(qū)在采用充填采礦法時(shí)不能盲目選擇。首先充填采礦技術(shù)的選擇要根據(jù)各個(gè)礦區(qū)自身的特點(diǎn)，因地制宜、實(shí)事求是；其次充填技術(shù)要考慮到經(jīng)濟(jì)成本和可持續(xù)發(fā)展，礦區(qū)應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持以綠色開采為理念，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，提高充填的技術(shù)含量；最后，加強(qiáng)對(duì)充填采礦技術(shù)的研發(fā)，爭(zhēng)取在現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低采礦對(duì)環(huán)境造成的污染，減少開采成本。

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