金属矿山充填采矿技术应用研究

金属矿山充填采矿技术应用研究

王双富  

云南建投矿业工程有限公司  云南   昆明   650000

摘要：金属矿山充填采矿技术实际上是指，将矿山开采中产生的固体废弃物回填至矿山中，既可起到支撑矿区开采空间结构的作用，也可实现对矿业固废的环保处理，在一定程度上提升了金属矿山开采的环保效益。同时，此项采矿技术还可最大程度上回采矿产，也表现出了较好的经济效益。因此，下文从充填采矿方法和充填采矿工艺技术两个层面进行研究，目的是明确各类充填采矿技术的特点，确保在今后的开采作业中合理选用采矿技术方法，充分发挥技术优势，强化金属矿山的开采水平。

关键词：金属矿山；充填采矿技术；矿业固废

金属矿产的市场需求量较大，在资源开采深度增大的情况下，开采难度也随之提升，进行金属矿产开采时需要面临十分复杂的作业环境，如不能选对采矿工艺，则不仅影响开采效率，还可能引发一系列安全作业风险。目前来讲，金属矿产呈现出深部开采的特征，充填采矿技术作为一种安全有效的深层采矿技术得到了广泛应用。大量的开采实践表明，该项技术能够提高矿产资源的采出率，且可实现对矿业固废的科学利用，降低环境污染。因此，研究充填采矿技术在金属矿产开采中的应用具有十分现实的意义。

1.金属矿山充填采矿方法的应用

1.1阶段空场嗣后充填采矿法的应用

一直以来，高效采矿均是矿山开采作业的根本追求，采矿效率的提升与经济效益直接挂钩。应高效采矿的需求产生了阶段蹦落采矿法，此种采矿方法的作业优势在于可以进行大范围的爆破作业，且支持大型采矿设备的使用，相对来说采矿效率较高，在金属矿山开采中得到大范围应用。而在环保工作得到重视后，考虑到环保因素，借助充填技术解决矿山开采的环境污染问题成为主要手段。在此种发展背景下，衍生了阶段空场嗣后充填采矿法。实际开采作业中，需要对采场长度进行有效控制，一般为60m以下，宽度可视情况而定，控制在6m-30m为宜，而高度则为40m-60m。对比已有的金属矿山开采数据，阶段空场嗣后充填采矿法与空场法的有效结合可以发挥出最大化的开采效率，无论是产能还是采矿综合成本均优于其他采矿方法，是目前来讲经济效益最为突出的采矿方法。

1.2连续开采充填采矿法的应用

针对金属矿山进行深度开采时，一旦其采空区的面积较大，则会增加结构坍塌的风险。经过多年的实践，总结了矿区采空场地面积的临界值，要求采空区面积不得超出临界值，否则可能造成坍塌事故。阶段空场嗣后充填采矿法以及水平上向/下向分层充填采矿法均属于连续开采充填技术，二者虽然能够控制采空区的面积，但每次循环回采作业均需在充填养护完成后进行，中间的等待时间较长，在一定程度上影响了采矿的效率。此时，则提出了长矿房连续开采干式充填采矿法，实际开采中，是采取分段开采措施，从一端向另一端线性推进，借助铲运机械持续出矿并针对采空区进行连续干式充填，开采作业与充填作业同时进行，使得采空区面积始终处于临界值的范围之内，提升作业安全性的同时，也保障了开采效率。

1.3胶结充填采矿法

因充填体结构需要同时起到支撑回采区结构稳定性作用和发挥护顶作用，为开采作业营造安全可靠的开采空间，因此对充填体的结构强度和稳定性提出了高标准的要求。为能提高充填体的结构强度，采取了在其中增加胶凝材料的结构加固措施，一般是在其中添加水泥材料，但一些矿山开采作业中对充填结构强度的要求较高，需添加大量的水泥材料方能满足安全作业需求，导致仅胶凝材料便占据充填作业成本的70%以上，不恰当的使用水泥很可能造成过度的成本投入。鉴于此，有技术人员提出可以在水泥中添加部分粉煤灰或者有色冶金渣，目的是提高充填体长期结构强度的同时减少水泥材料的使用量，实现成本控制目标。

2.金属矿山充填工艺技术的应用

2.1充填料浆的制备

现阶段的矿山充填工艺材料以尾砂填料为主，根据充填材料制备方法的不同可以被细分为膏体充填工艺、高浓度充填工艺和废石尾砂膏体充填工艺三种。其中的高浓度充填工艺属于目前的首选充填工艺，在进行充填料浆制备时，通常是采取立式砂仓制备工艺，虽然料浆的浓度质量较高，但在料浆制备时很容易出现放浆浓度大幅度变动和料浆于仓内固结等问题，在此基础上，联合应用旋流分级造浆技术可以有效解决此类问题。研究显示，二者联合应用的情况下不仅可以避免出现放浆浓度变化幅度过大和仓内固结的问题，还可将充填料浆的质量浓度控制在70%以上，显著提升了充填料浆制备的工艺效果。

2.2充填材料的输送

鉴于充填材料输送作业存在长距离运输和高落差的工况特点，经常出现堵塞管道、爆管以及管道磨损等系列问题，严重影响充填料浆的运输质量和效率。为能有效解决上述问题，需分别从管道材质、设计优化和监测预警几个方面入手提高材料输送的可靠性。具体措施如下：第一，对于管道材质进行科学选择。一般考虑到料浆输送的作业要求，在金属矿山的充填作业中需要优先选择双金属复合管道或者是壁厚较大的合金钢管，在井下水平分布的充填管道可选用力学性能为16mn的钢管或者是高分子内衬复合管道；第二，做好充填管道的优化设计工作，主要指的是对充填管道参数的合理控制和对管网结构的合理布设，确保每个作业区段的充填作业参数均需要合理范围之内，在一些特殊作业区段可以通过设施阻尼节流孔或者缓冲盒等进行减压控制，以降低爆管概率。

2.3充填采场脱水

矿山充填采矿作业中最为理想的状态为无需进行脱水操作，但是实际上进行充填料浆运输时，需要将水作为主要的输送介质。此外，在胶凝材料中还存在水化反应现象，在充填体的内部孔隙中也会产生部分孔隙水，导致在充填作业后，有部分水需做滤出处理。对于充填料浆没有超过挡墙的状况，其中的水分会通过透水挡墙脱出，而对于充填料浆超过挡墙结构的状况，则需通过架设脱水设施的方式，将其中的水脱出，以保障充填料浆的性能满足充填作业要求。常见的脱水工艺有如下几种：

第一，是重力脱水工艺。主要机理为通过水的自重作用使其自由脱出的方式，可以通过在充填区域设置滤水井、脱水笼等方式达成自由脱水的目标。同时考虑到充填材料流失的问题，还需在滤水井以及脱水笼上设置麻布和土工布等，以达成控制充填材料流失的目标；第二，是滤水墙脱水工艺。指的是通过在出矿进路和分段进路区域设置滤水墙，且在空场内部悬挂波纹管提高脱水效率；第三，是构筑滤水井和金属脱水工艺。此项脱水工艺主要适用于上向水平分层充填的采场，通常需要在分层回采采场空间内分别架设金属脱水笼来达成脱水目标；第四，是国内学者提出的根系状脱水工艺，指的是根据植物根系的分布状态为设计原型，设计根系状的脱水管道，提高脱水效率。

结语：上文基于已有的研究和金属矿山充填采矿的技术经验对金属矿山充填采矿方法和采矿工艺技术进行有效梳理，此举可以帮助相关采矿人员了解各类采矿方法和工艺技术的缺陷和优势，并且明确工艺方法的适用范围，确保在今后的金属矿山开采作业中能够科学选择采矿方法和充填采矿工艺，从根本上提升金属矿山深层开采的效率。此外，也可充分发挥技术优势，保障对矿业固废的高效处理与回收利用，尽可能降低矿山开采作业对周边环境的不利影响，实现绿色开采和高效开采的作业目标，为金属矿山深层开采作业的有序开展奠定坚实的技术基础。

参考文献：

[1]杨庆元,魏诚.地下金属矿山充填采矿技术分析[J].冶金管理,2023(04):84-88.

[2]王俊民,黄修鹏.充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的应用[J].世界有色金属,2022(11):43-45.

[3]刘杰.充填采矿法的应用现状及发展[J].当代化工研究,2020(07):8-9.