采矿工程中充填采矿技术的应用

采矿工程中充填采矿技术的应用

许应举

伊吾广汇矿业有限公司

摘要：随着资源开采的深入，传统采矿技术所带来的地表破坏和环境问题日益严重。充填采矿技术应运而生，代表了一种兼顾安全、环保与效率的现代地下开采方法。本文概述了充填采矿技术的发展、应用及其在实际工程中的工艺革新，反映了该技术在矿山工程中的重要地位和未来发展方向。

关键词：采矿工程；采矿技术；概念；应用

1充填采矿技术工艺的概念

充填开采技术是地下开采的一种安全和环保措施，它通过在采空区内填充材料，增加矿区的支撑压力，减轻采矿活动引起的地表沉降和破坏，增强矿山的整体安全性。这种方法在近地表和敏感区域的矿产开采中尤为重要，因为它有助于保护上方的建筑物、水体、铁路等关键基础设施不受采矿活动的影响。

自20世纪50年代开始采用，充填开采技术已经发展了几十年。这一技术随着时间的推移不断完善，充填材料和工艺的进步使得充填开采成为一种高效、环保的开采方式。充填材料的选择和使用是充填开采技术的关键。从早期的干砂、尾矿和石渣的利用，到现在的胶结充填、膏体充填、似膏体充填以及超高水材料，充填材料的发展极大地提高了充填效果和经济性，同时也减少了对环境的影响。

充填开采方法根据具体的条件分为不同的类型，如：（1）使用干燥的材料，通过管道、车辆或者人工将材料输送到采空区。（2）利用水的动力将含有固体颗粒的混合物输送到采空区。（3）使用水泥或其他胶结材料与尾矿混合后充填，形成较硬的支撑体。充填方法还包括上向分层充填、下向分层充填以及壁式、削壁、方框支架等方式，每种方式都有其独特的应用场景和效益。随着新型充填材料和技术的出现，充填开采方法在矿山中的应用越来越广泛。新型充填技术如胶结充填、膏体充填等不仅提高了充填强度，还因其更高的环保性和稳定性而被广泛采纳。

2充填采矿技术在采矿工程中的应用

2.1上向分层充填技术

上向分层充填法是一种常用的地下矿山开采方法。这种方法的关键是在采矿过程中从下往上逐层进行，每开采完一层矿石，就在空出的空间中填充物料以支撑矿体，保持地表稳定。随着充填物的逐层加入，还需要构筑必要的基础设施，如行人井、放矿井和排水井，以确保开采活动的顺利进行和工作人员的安全。

在这种开采技术中，矿块的布置主要考虑两种形式：沿走向布置和切走向布置。选择何种布置方式主要基于矿石和围岩的稳定性以及矿体的厚度。当矿石和围岩的稳定性较好，并且矿体厚度较薄（例如不超过15mm）时，采用沿走向布置。这种方式可以更好地利用矿体的稳定性来支持开采作业。当矿石和围岩的稳定性不是很好或者矿体厚度较厚时，选择切走向布置。这种布置方式有利于减小顶板压力和控制矿体的移动。如果矿体厚度超过50mm，通常需要沿矿体垂直方向设置两排矿房。在这些矿房之间，会留出沿走向的纵向矿柱，以增强整体结构的稳定性。

2.2下向分层充填技术

在采矿工程中，特别是在地质条件复杂、围岩和矿石稳定性差的环境下，选择恰当的采矿方法至关重要以确保工作的安全性和经济性。下向分层充填采矿法是一个适应性强的采矿方法，它特别适用于上述条件。这种方法的核心在于逐层向下开采同时填充上方已经采空的区域，从而维持地表的稳定性和减少环境影响。

在实际操作中，为了实现这一采矿方法，确实需要在工作面建设人天井、矿石溜井和运输井等基础设施。人天井主要用于运输工作人员和设备，矿石溜井则用于将开采出的矿石直接运送至下方巷道，而充填物质运输井则用于将充填材料送入采空区，这样的物料流动设计能有效提高采矿效率和安全性。

在采矿作业时，自下而上的开采顺序以及水平或轻倾斜（10-15°）分层能够有效地控制矿体的稳定性，并促进高效的回采和充填作业。通过预先建立好连通的巷道、人天井和矿石溜井，可以在开始切割巷道进行回采之前，确保所有必要的物流和人员流通渠道都已就绪。

3实际开采中应用的充填采矿技术工艺

3.1充填采矿技术的不断创造发明

在矿山工程中，充填采矿技术是一种常见的地下采矿方法，它通过向采空区充填物质以支撑地表，减少环境影响，并允许开采更多矿石资源。不同的矿山特点和矿床条件要求采用不同的充填采矿技术工艺，这就需要采矿工程师根据具体情况制定合适的工艺方案。对于倾斜程度小且矿脉薄的煤炭矿床，分向矿岩挖掘技术工艺是一个有效的选择。在这种方法中，开采过程中产生的废弃物可以直接用来充填空巷区，这被称为削壁充填或暴力充填采矿。这种方法的优势在于能直接使用开采过程中产生的废弃物，从而减少了对外部充填材料的需求，有效降低了成本。对于矿体厚大、矿岩结实的情况，浅孔和中深孔空场采矿技术工艺通常会有更好的效果。这种技术可以有效地开采矿石，同时为后续的充填作业创造空间。充填材料的选择同样重要，可用块石胶结或高水材料等。每种材料都有其特点，例如块石胶结结实耐用，而高水材料则流动性好，能快速充填采空区域。

充填采矿技术工艺的创新发展是为了满足低成本和高效率的采矿需求，同时合理充填采空区，确保采矿活动的安全性和持续性。这就要求矿山企业和工程师不断地根据实际采矿条件创造和发明新的工艺方法。

3.2研制无污染成本低、高强度的固化物质

目前，对胶结材料成分和组成方式的研究，需要针对不同的矿山地质条件进行优化。这是因为不同的矿床条件（如矿体硬度、温度、湿度和化学环境）要求胶结材料具备不同的特性。例如，在高温的矿床中，胶结材料需要具备良好的耐高温性能，以保持其稳定性和强度；而在湿度较高的矿床中，材料的抗水性就显得尤为重要。为了满足各种矿山的需求，科研人员和技术工程师正致力于开发各种性能的胶结材料。抗压性强的材料能够支撑大的地压力，提高矿山安全性；抗水性好的材料能够在潮湿环境中维持稳定性，保护矿工安全和减少环境污染；而耐高温材料则适用于深部矿山或者热环境中。

同时，矿山企业的经济承受能力也是影响材料选择的一个重要因素。在实际应用中，成本效益分析是不可或缺的。因此，开发成本低、强度高、凝固速度快且流动性好的高水固化胶结材料是行业的追求目标。这样的材料可以显著降低充填成本，缩短充填时间，同时提高矿山的生产效率和经济效益。

3.3完善设备应用，提升自动智能充填水平

高效浓密设备的研发可以提高尾矿浆的浓缩效果，对节省空间、减少环境污染具有重要意义。高浓度输送设备能有效减少在浆体输送过程中堵管的现象，可以确保充填作业的连续性和稳定性。此外，自动化和智能化的填充设备研发是行业发展的大趋势。通过引进现代化采矿调度系统，企业能够动态监控矿山的地质条件、充填体的强度以及材料供需情况，从而在采矿作业中做出更为精确的决策。这些数据的实时获取和处理能显著提升矿业的智能化水平。

智能化水平的提升还可以通过物联网（IoT）、大数据分析和人工智能（AI）等先进技术实现。采用物联网技术可以实时监控设备状态，预测维修时间，减少意外停机时间。大数据分析可以帮助矿山企业优化资源分配，提升运营效率。人工智能则可以在分析历史数据的基础上，进行预测性维护和自动化控制，进一步提高采矿作业的智能水平。

4结束语

充填采矿技术不仅为矿山工程提供了一种有效的地下开采方案，还展示了工程技术在环境保护与资源利用平衡中的创新力量。随着新材料、新工艺的不断涌现，充填采矿技术将继续朝着更高效、更环保的方向发展，为全球采矿业的可持续发展贡献力量。

参考文献:

[1]王智超.充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题的思考[J].时代报告，2018(2):247.

[2]刘鹏.充填采矿技术应用发展及存在问题分析研究[J].工程技术，2016(12):279.

[3]郑登栋.浅析充填采矿技术在煤矿开采中的应用[J].江西建材，2016(18):218.