采矿工程充填技术的应用与发展

采矿工程充填技术的应用与发展

李江雷

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摘要：随着我国采矿工程的广泛开展，充填技术日益进步。在采矿过程中应用充填技术可显著提升采矿率，维护生产的安全与稳定。为此，对充填技术理论与应用进行深入研究，完善理论体系，提高采矿的经济效益，对于推动采矿工程的进步与发展有积极意义。本文就采矿工程充填技术的应用与发展进行探究，首先分析了充填技术的概念、优势和分类，其次结合实例对充填技术的应用进行论述，然后提出该技术未来的发展重点，旨在为采矿业提供参考。

　　关键词：采矿工程；充填技术；应用与发展

　　1.采矿工程充填技术概述

　　所谓充填技术是指在落矿、搬运和其他作业环节，使用特制的充填材料对采矿区进行充填处理，以提高采矿区的稳定性。当矿区开采难度较大、岩层不稳固时采用该技术，可有效保护周边的生态环境，维护矿区生产安全。该技术优势及具体方法如下：一是可显著减少顶板冒落和片帮等问题；二是涉及切割的工作量较小，操作更为便捷；三是材料成本低，可就地取材，选用现有的自然资源作为充填材料的主要成分。充填采矿法，按照材料可分为以下几种：

　　1.1干式充填法

　　干式充填法是利用矿车、风力等，向采空区运输废石及砂石等干式材料，在采场内通过电耙或铲运机运输和存放充填材料。应用该法过程中，需提前设置填料井，区域内注意通风粉尘，而后分层充填。该方法应用时间较久，工序繁杂，会产生大量的粉尘，且充填的作业周期长，充填体的强度不高；但该法也有一定的优势，即成本低，可适用于各类矿体形态。

　　1.2水砂充填法

　　水砂充填法是按照一定比例将尾砂、河砂或炉渣等材料与水混合，再通过砂浆泵或者自流的方式运送至指定的井下充填点，实现支撑围岩和控制地压的目的。送至采空区内的材料利用自身重力便可沉降，其上层的清水和夹杂的细砂经过过滤后排出。该方法的优点为成本低廉、充填能力强，可以减缓地表下沉；缺点为浆体浓稠，需使用大量的水进行搅拌，充填量和使用范围有所局限。

　　1.3胶结充填法

　　胶结充填法是按照一定比例将河砂、尾砂与普通硅酸盐水泥等胶结剂混合，制备成浓度较低的浆体或膏体，再通过管道自流或者专业设备直接泵送至井下待填区。该方法的优点为工艺简单，施工效率高，充填材料强度大；缺点为后期需进行精细养护，施工成本高，同时阶段间柱回采难度大，尾砂等资源的回收利用率低。

　　1.4膏体充填法

　　膏体充填法是将一种或者是多种材料，如尾砂、河砂、粉煤灰或胶结料等，按照一定比例与水混合，制备成无须脱水且无临界流速的牙膏状浆体，再使用专用的大型工业泵将膏体通过管道运送至井下采空区。该方法的优点为对于尾砂的利用率较高，生产过程中不会生成有毒物质，使用的水泥量较少，施工成本低；缺点为施工中涉及设备的工序较多，为保证正常生产，还需对设备进行养护。

　　2.实例探析采矿工程充填技术的应用

　　2.1工程概况

　　某采场矿体走向南东，倾向南西―南，∠70°～75°，矿体厚度为20m～30m；场区内的矿岩普氏硬度系数为6～8，矿石的比重为2.62t/m3。设计初期，经前期勘测，为保证采矿安全，计划采用分段崩落嗣后胶结充填采矿法。采场按照垂直矿体的走向进行布设，宽度为12.5m，预柱预留5m，各分段的高度控制在12m左右，底部为堑沟出矿。中深孔爆破采矿阶段，采用拉槽爆破法。当底部结构可出矿后，按照从上至下的顺序超前爆破，构建梯形爆破空间。采矿工作结束后进行胶结充填，当充填体达到设计强度时，便对相邻采矿进行开采。此时充填体可起人工矿柱的作用，也可有效抵御相邻采场爆破作业引发的扰动。该矿区采矿作业结束后，进行二步骤胶结充填。

　　2.2施工设计

　　该工程中，一步骤为高强度胶结充填，充填体的强度关系着相邻采场回采的安全性。若充填体的强度超出设计标准则会增加水泥用量，若强度过低则会使二步骤回采的贫化损失率提高。为此，施工单位经从充填体强度、管输特征、采场充填接顶率和采场脱水量四个方面出发，对充填材料的混合比例进行试验。参照相关理论，当充填体的自立条件达标后，便可承受上覆岩层的压力以及相邻采场爆破造成的扰动。

　　2.3充填效果
　　在正式开始充填作业前，需先在各分段和底部结构出矿的进路位置，架构充填挡墙，墙体由红砖砌成，宽度为37cm。挡墙的外侧需安装12号工字钢，纵横方向安装数量为3根～5根，并使用锚杆对工字钢进行加固。对最终的充填效果进行观察可知：当膏体到达采场后泌水情况良好，在3d后已呈凝结状态，挡墙无明显裂缝变形；对采场上部进行充填时，因为膏体的含水量较低，也未分层，充填体和顶板完全分离，未出现应力集中现象，对于上覆岩层的支涡Ч良好。

　　经初步估算，该矿区采用膏体充填技术后，采区的回采率提高至90%，供矿量达3×104t，贫化率降低至6%～10%。因膏体充填具有泌水率低、强度高等优势，对于周边采场的扰动较小，降低了支护成本，喷射混凝土方量和钢材消耗量也较小。同时，该工程采矿选用隔一采一模式，留设了矿柱，可对二步骤进行回采，采场数量有所增加，井下生产力显著提升。

　　3.采矿工程充填技术发展趋势
　　3.1完善充填站管理制度
　　通常情况下，充填站中配备了专业的机械设备，为充填材料的配置和运送等提供了极大的便利；但是充填站的管理存在诸多缺陷，造成生产过程中材料损坏和设备故障等问题频发。为此，需注重充填站的管理，建立健全囊括人、物、料的管理制度。对于人的管理，需加强人员的培训考核，实行专人专岗，将安全生产责任落实至个人，提前排除现场隐患；对于设备的管理，安排专人进行定期检查和养护，保证设备性能正常，延长使用寿命；对于材料的管理，需注意松散填充材料的检测和堆放管理，必要时场区内需配置专用的排水系统或其他防护措施，避免材料受潮等。
　　3.2创新型的充填采矿工艺
　　作为矿山生产企业，要想在竞争激烈的市场中占据一席之地，必须拥有技术优势和良好的社会信誉，而技术的创新就意味着企业核心竞争力的提升。从企业发展层面来说，对于工艺的创新，需先对以往的生产资料和工艺体系进行深入探究，准确掌握充填采矿工艺的特点；同时，企业应以地方区域为战略主要阵地，对当地的矿产类型、地质条件等进行全面调查，为工艺创新提供基础。例如，厚大矿体所在矿山一般开采难度较大，则优选中深孔和浅孔空场等技术，而充填材料也应选择高水材料或块石胶结材料。
　　3.3加强对新型充填固化材料的研制
　　充填材料的配制和使用是充填采矿的关键所在，使用的材料不合适，最终的充填效果也会有所差异。按照采矿需求科学确定材料混合比例，采用适宜的材料类型，可提升采矿生产效率和采矿质量。随着采矿技术的进步，新型的充填固化材料应运而生。为保证最终的施工效果，需充分了解充填固化材料的物理特性、具体构成以及骨料的结构等，以发挥材料自身的优势。新型充填固化材料与传统充填材料相比，材料强度更高，成本更为低廉。

　　4.结语
　　随着我国社会经济的快速发展，对于矿产资源的需求量日益增长，矿山开采周期较长，随之开采深度也相应增加，这使得充填采矿难度逐渐增加，施工要求更为严格。为此，需基于现有的技术水平和采矿工程生产情况，加强技术研发力度，遵循绿色生产理念，在保证采矿效益的同时，维护生态稳定。
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