原虎軍，鐘 超

（云南安益安全評價有限公司，云南 昆明 650200）

1 非煤礦山及充填采礦法

1.1 非煤礦山概述

從當(dāng)前我國資源開發(fā)的角度來看，非煤礦山重點包含了金屬礦石、放射性礦石、石油化工原料、建筑材料、輔助原料等資源。由于非煤礦山的種類多，在資源開發(fā)的過程中，需從資源種類、分布條件等現(xiàn)實情況出發(fā)，選擇最為恰當(dāng)?shù)拈_采工藝，以保障安全、高效開采目標(biāo)的實現(xiàn)。一般情況下，針對非煤礦山的開采作業(yè)，多采用的是空場、充填和崩落的開采工藝。

1.2 充填采礦法及其優(yōu)缺點

在非煤礦山開采作業(yè)中，充填采礦法是一種十分有效的開采工藝，在充填采礦法下，在回采工作面逐步推進(jìn)的過程中，即使用充填材料充填采空區(qū)，保持回采工作面推進(jìn)與采空區(qū)充填的同步性。從非煤礦山的開采作業(yè)中，充填是回采中的關(guān)鍵工序，通過這一方式的應(yīng)用，有效實現(xiàn)了對開采過程中地壓的科學(xué)控制。在充填采礦法應(yīng)用時，存在充填材料和輸送方式的差異，根據(jù)這些差異，充填采礦法有細(xì)分為了以下幾種：

（1）充填材料為廢石、干砂的干式充填采礦法。

（2）充填材料為尾砂、河砂和碎石的水力充填。

（3）以尾砂、碎石為基礎(chǔ)原料，隨后經(jīng)由水泥、膠凝材料膠結(jié)為新的充填體的膠結(jié)充填[1]。

充填采礦法在技術(shù)優(yōu)缺點主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）優(yōu)點：在工藝應(yīng)用過程中，開采準(zhǔn)切割工程量相對較小，工藝適用性非常強(qiáng)，各種形態(tài)的礦體中，都可以靈活應(yīng)用這一工藝，在具體的實施過程中，礦石損失和貧化非常小，能夠?qū)χ苓厙鷰r起到一定的保護(hù)作用，避免圍巖移動所造成的諸多不利影響[2]。

（2）缺點：與傳統(tǒng)的回采開采工藝相比，充填采礦法中添加了充填程序，使得整個的回采流程更為復(fù)雜，對于企業(yè)而言，會增加開采成本，甚至在一些時候會出現(xiàn)開采成本急劇增加而生產(chǎn)力低下的問題。充填采礦法應(yīng)用時，回采機(jī)械化目標(biāo)很難實現(xiàn)，整體的開采效率非常低，在開采過程中的人力、物力投入非常大。

2 工程概況

以某金礦為例，在發(fā)現(xiàn)的最初階段采用的是露天開采作業(yè)，經(jīng)由幾年的開采，轉(zhuǎn)入地下開采作業(yè)。在礦區(qū)在開采的過程中，一直采用的是探采相結(jié)合的礦石回收工藝，房柱法和淺孔留礦采礦法是核心工藝，這些工藝應(yīng)用時，年采出礦石量達(dá)到了3萬～5萬t。在回采過程中，頂板和巷道塌陷區(qū)的存在增大了開采難度，在此條件下，往往會另外挖掘出一條巷道，繞過塌陷區(qū)來進(jìn)行開采作業(yè)。根據(jù)有關(guān)實踐，最大的回采高度達(dá)到了8m～10m，在此金礦中，大量的采空區(qū)未進(jìn)行相應(yīng)的處理，使得采空區(qū)頂板以上中段礦體難以被實現(xiàn)回收和利用，保留礦柱的比例較大，存在極為嚴(yán)重的礦石損失。針對這一現(xiàn)狀，必須要進(jìn)行采礦工藝的改進(jìn)。

從該金礦的分布條件來看，礦床賦存于砂礫巖地層中，礦體大部分呈不規(guī)則的長條脈狀和發(fā)散狀，沿著自身的走向和傾向存在膨脹、縮小、分支和復(fù)合的情況。礦帶分布和形成受到東西向斷裂破碎帶的影響，沿著斷裂破碎帶存在有次生方解石脈、斷層泥充填的情況。礦床西高東低，地形坡度達(dá)到了30°～50°，主體山脈為東西向，支脈為南北向，其中，存在有大量的溝谷分布。礦區(qū)地下水主要以降水補(bǔ)給為主，存在巖溶裂隙發(fā)育。

3 礦區(qū)開采面臨的困境

根據(jù)對此礦區(qū)綜合條件的分析，在開采過程中可能面臨著以下難題：

（1）礦區(qū)巖石的質(zhì)量較差，尤其是在礦體頂板存在著嚴(yán)重的節(jié)理裂隙發(fā)育，當(dāng)采礦區(qū)跨度達(dá)到一定的范圍以后，采空區(qū)的穩(wěn)定性與安全性難以保持。

（2）隨著開采作業(yè)等進(jìn)行，形成的采空區(qū)較多，沒有進(jìn)行相應(yīng)的控頂處理、采空區(qū)處理，形成了采空區(qū)群，這種情況下，采空區(qū)的一些資源難以得到回收和利用。

（3）礦區(qū)尚未形成完善的開采系統(tǒng)，開采過程中的諸多問題難以得到有效的處理。

（4）房柱法的生產(chǎn)效率低下，存在較高的礦石損失，亟需進(jìn)行工藝和技術(shù)改進(jìn)[3]。

4 采礦方法

4.1 采礦方法的選擇

根據(jù)礦體的分布特征，綜合考慮現(xiàn)實情況，可供選擇的采礦方式是空場法、崩落法和充填法。如果在開采過程中采用的是崩落法，在開采時存在較大的礦石損失，且礦體貧化大、采切比較大，整體的開采成本非常高；而空場法下，礦石損失比同樣達(dá)到了30%以上，同樣面臨著貧化高的問題，隨著采空作業(yè)的逐步推進(jìn)，頂板冒落、礦體壓垮現(xiàn)象凸顯，在開采過程中存在著極大的安全威脅。最終來分析，采用充填法更為適用，選用上向水平分層膠結(jié)充填法，在實際的應(yīng)用中，選用預(yù)控頂房柱法的采準(zhǔn)布置、頂板處理方法。

4.2 采場布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)

上向分層充填法在應(yīng)用的過程中，必須要保障采場布置的科學(xué)性，并從根本上對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)加以科學(xué)設(shè)計。根據(jù)礦體分布特征，采場布置需與礦體走向保持垂直性，其長度需與礦體水平厚度保持一致，寬度為20m；礦房礦柱需保持交替布置的方式，并將寬度保持在10m左右；回采的過程中，必須要對最小控頂高度和最大控頂高度加以科學(xué)控制。

4.3 采切布置

在每個礦房上，分別沿上盤布置一條切割上山，在開采作業(yè)中，將其作為回采自由面，并且切割上山兼作通風(fēng)上山和充填井，在礦房下盤位置，需進(jìn)行人行井的科學(xué)布設(shè)，并將其作為泄水通道。

4.4 回采工藝

在回采過程中，需利用專業(yè)的設(shè)備來完成相應(yīng)的回采作業(yè)，使用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)挑采2m，不出礦，工人站在礦堆上打水平孔壓頂回采到設(shè)計高度，在每次爆破以后，其通風(fēng)時間需保持在40min以上，當(dāng)工作面的全部炮煙排凈以后，相關(guān)人員需立即對頂板加以檢查，如果存在浮石，要及時加以清理。當(dāng)保障了采場符合安全性標(biāo)準(zhǔn)以后，需由鏟運機(jī)來將全部崩落的礦石卸入分段溜礦井，隨后，用農(nóng)用小四輪經(jīng)階段平硐運到硐外礦堆。

（1）回采順序。在回采工藝應(yīng)用的過程中，如果要實現(xiàn)對地壓的科學(xué)控制，往往需遵循一定的回采順序，保持從中央向兩翼間隔采場的回采方式，如圖1所示。

圖1 最優(yōu)采場回采順序

由于存在免壓拱理論和砌體梁假說，當(dāng)兩個間隔采場保持了回采的同步性時，必須要使得中央采場超前兩翼采場回采，如圖3所示。

圖2 超前回采示意圖

（2）通風(fēng)。在此金礦開采作業(yè)中，充填采礦法在應(yīng)用的過程中同樣需要保障良好的通風(fēng)性，在設(shè)計中，采用的是抽出式通風(fēng)方式，在這一通風(fēng)方式下，風(fēng)流會逐步經(jīng)由階段斜坡、分段平巷和采場聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場，在對工作面加以沖洗處理以后，污風(fēng)會經(jīng)由充填回風(fēng)井排入上階段的回風(fēng)平巷內(nèi)，這種情況下，如果要保障良好的通風(fēng)效果，需在回風(fēng)充填井頂部進(jìn)行局扇的設(shè)置。

（3）采場頂板管理。在爆破落礦處理以后，工作面巷道中可能存在爆破所產(chǎn)生的炮煙，當(dāng)利用通風(fēng)系統(tǒng)將全部的炮煙排放完以后，有關(guān)的作業(yè)人員需立即進(jìn)入采場來進(jìn)行敲幫問頂處理，以通過這種方式來對采場的浮石加以有效處理，保障頂板的穩(wěn)定性和安全性。

4.5 填充工藝

（1）在此礦區(qū)內(nèi)，由于礦區(qū)環(huán)境的特殊性，需將充填系統(tǒng)設(shè)置在地面，充填材料主要為尾砂、卵石，這些材料由礦石車來運輸，隨后，經(jīng)由鏟運車送到充填站堆料場。由于在此礦區(qū)內(nèi)采用的是膠結(jié)充填法，結(jié)合開采的現(xiàn)實要求，需采用強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥作為膠結(jié)材料。充填系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

圖3 填充系統(tǒng)工藝流程簡圖

（2）充填步驟。在每分層進(jìn)路出礦結(jié)束以后，需保障充填的及時性，以通過這種方式來將地壓控制在合理的范圍內(nèi)，并有效應(yīng)對圍巖變形，使得相鄰進(jìn)路的回采更具安全性與高效性。對于進(jìn)路采空區(qū)而言，需采用1：8的碎石膠結(jié)材料加以充填處理，而在回采的第一、二分層均采用1：4高配比膠結(jié)體來進(jìn)行假底的構(gòu)筑。在采場出礦結(jié)束以后，有關(guān)人員需將相應(yīng)的設(shè)備及時移出采場，隨后進(jìn)行擋墻的構(gòu)筑，對采區(qū)加以密封處理。在采區(qū)封閉處理的過程中，要用木板將采區(qū)的各個進(jìn)路口加以封閉處理，在此過程中，要在上部留出入口和觀察窗，隨著充填料的逐步升高，木板也應(yīng)該相應(yīng)加高，并要對木板和巖壁之間的空隙加以有效處理。在所有的充填準(zhǔn)備作業(yè)結(jié)束以后，要根據(jù)相應(yīng)的配合比設(shè)計來開展采場充填作業(yè)，充填作業(yè)開展的過程中，需將充填天井作為中心，遵循由遠(yuǎn)到近的分段充填原則和順序，為了避免在充填過程中崩落粉礦深入充填體中，在每一分層的充填體表面，均需要鋪設(shè)一層0.2m厚的混凝土底板。

5 結(jié)語

近年來，隨著各個非煤礦山開采規(guī)模的逐步增大，各個企業(yè)在開采的過程中越來越重視技術(shù)引進(jìn)，充填采礦法是一種十分有效的開采方式，在這一開采工藝應(yīng)用時常常會出現(xiàn)諸多的問題，如果能夠有效進(jìn)行充填采礦法的工藝改進(jìn)，滿足非煤礦產(chǎn)資源分布的現(xiàn)實需求，就可以充分發(fā)揮這一采礦工藝優(yōu)勢，提升采礦效率與產(chǎn)量。