廢石充填空區在小型礦山應用的可行性

韓建科

（河北宏達綠洲工程設計有限公司,石家莊 050081）

廢石充填空區在小型礦山應用的可行性

韓建科

（河北宏達綠洲工程設計有限公司,石家莊 050081）

本文比較了不同采空區處理方法在小型礦山中的應用，并提出廢石充填方式，研究其應用于小型礦山的可行性，詳細分析該方法實施所需要的條件及效果。

廢石充填;小型礦山;可行性

0 引言

礦山的開采必然產生大量的廢石，這些廢石不僅占用了巨大的空間，而且帶來了安全及環保隱患，危及到工作人員的人身安全和礦山的生態環境。因此，如何有效使用這些廢石變得十分關鍵。而礦山在開采過程中會留下大量的采空區，不及時處理的話，可能引發大規模冒落、片幫等地壓災害，帶來安全隱患。因而利用廢石來充填采空區就成為了可能。廢石充填采空區的優勢就在于能夠有效處理廢石，保證礦山開采的安全與高效，節約成本的同時，實現礦山開采的可持續發展。

1 小型礦山空區處理方式

1.1 崩落

崩落是處理礦山采空區的重要方法，主要是在回采單元中，與崩落礦石的同時或稍后，強制或者是自然崩落圍巖，用以填充采空區，來控制和管理地壓。其基本步驟是：沿著礦體的邊界挖掘運輸巷道；在礦體的上盤或者下盤，平行運輸巷道，并距其6米處挖掘切割巷道；在塹溝中向上鑿鉆扇形炮孔進行爆破，后退回采。該方法的前提是地表允許陷落，并且具有一個明顯的缺點，就是其處理過程具有很大的局限性。

1.2 充填

干式充填是我國最早應用于礦山的充填技術，發展于20世紀50年代。但是到了60年代，由于設備和技術的限制，逐漸式微。干式充填是按規定的塊度組成對所提供的物料即礦山的廢石進行破碎、篩分、混合，再充填的方法。該方法的關鍵是需要一層特殊隔離材料隔離充填材料和礦石，以減少采礦損失和貧化。干式充填的缺點明顯：充填能力低、粉塵大、充填體不夠致密，但是成本低，目前主要用于處理小型礦山采空區。

尾砂膠結充填方式主要是利用特殊的充填材料使得全尾砂或者是分級尾砂發生凝固，實現充填效果。如中國礦業大學所推出的高水速凝材料，利用高水基材料與水反應，凝結硬化形成高水型水化硫酸鈣。這種方法的充填效果受到膠結劑種類及其摻入量、充填料漿濃度、尾砂級配組成、攪拌時間、養護齡期、養護環境及尾砂化學成分等因素的影響。尤其是尾砂級配組成，空隙率小、密實性大的尾砂，其膠結充填體強度更高。當然，不同的處理方法所需要的條件和達到的效果不同。對于小型礦山來說，哪種采空區處理方法更加適合要根據實際情況而定。而廢石充填作為礦山采空區處理的常用方法，具有一定的代表性，下面將詳細的分析廢石充填在小型礦山中應用的可行性。

2 廢石充填

2.1 理論基礎

礦山空區之所以要處理，主要是因為空區由于復雜的地形地貌和巖石構造，發生變形巖移時會對井下產生影響，也容易使地面發生塌陷、下沉、開裂等問題。而三帶理論正是指導礦山采空區處理的主要理論。三帶理論認為巖移可以分為三個帶，即冒落帶、裂隙帶、彎曲帶。而利用三個帶的高度之和，可以計算出安全開采深度，確定地表禁區。因此進行廢石充填的時候就可以科學的控制高度，確保其始終在安全開采深度以內，以避免對地下的井巷、地上的建筑物等產生影響。

2.2 使用條件

廢石充填除了處理采空區還能解決廢石問題，因此，在進行時要結合礦山開采狀況和采空區技術條件。而且廢石的產量和用于充填采空區的需量之間并不能始終做到百分百平衡。因而廢石充填需要在一定的條件下進行。首先是充填部位，要求是采空區密集、地質構造弱面等巖體應力集中的關鍵部位。其次是充填率，要求一般的采空區充填率必須達到50%，重點采空區的充填率必須達到70%。因此廢石的量必須在滿足以上需要情況下才能進行充填。最后是充填時機，單一采場充填，應在采空區圍巖未發生大的變形之前進行，最好是采場出完礦后馬上進行。

2.3 充填通道的留設

充填通道的設計至關重要，必須以多種參數為基礎，科學的進行設置。首先是通道的尺寸大小，必須和井下運輸設備的大小相匹配，能夠滿足其正常的運輸。其次是通道的線路設計，盡量以直線為主，簡短，便捷，確保設備運輸能力實現最大化。充填溜井多為矩形，大小可根據充填廢石的量來確定，基本以傾斜布置和垂直布置為主。設置的地段要求穩固、不易受干擾。

2.4 充填效果的分析

完成廢石充填的采空區周邊的巷道、采場地壓活動得到明顯的控制，尤其是上中段采空區。改善了采礦、放礦難的問題。廢石充填能夠有效的利用礦山本身的廢棄物，實現采充的平衡，保證礦山能夠持續的生產。廢石充填較為簡單，便于操作，能夠及時填平采空區，保證了相鄰盤區礦柱和頂板的穩定，為礦山的作業和生產提供一個安全的環境。廢石充填能夠最大化的實現廢石不出坑，延長了礦石提升的時間，解放了礦石提升的能力，保證生產任務能夠如期完成。礦山的廢石大量的用于充填采空區，減少了工業固體廢棄物，改善了礦山的生態與環境。廢石充填系統基建時間短，設備簡單，需要投入的成本低，而見效快，效率高，具有巨大的經濟效益。尤其是在充填材料和運輸費用上，所需要的成本大大減少。

2.5 需要的其他技術手段

單純的廢石充填方法還需要其他的技術手段的輔助才能取得更好的效果。第一，利用尾砂或者是河砂來制備充填料。單純的使用井下剛生產出來的廢石作為充填料，其沉降率較高，可超過20%。而適當的搭配初碎剔除的廢石、尾砂或者是河砂，可以降低沉降率，提高充填效果。第二，利用地壓檢測系統及相關技術來監控采空區。廢石充填的效果到底怎么樣，采空區是否處于穩定狀態，這些都需要地壓系統來進行監測和驗證。完整的地壓系統一般包含了應力傳感器、位移傳感器、微震傳感器、數據采集基站及監測管理中心等，能夠及時采集采空區及周圍的各項數據、信息。

3 結語

廢石充填在小型礦山采空區的處理上除了能夠加以控制，使其穩定外，也具有其他的優勢：一是減少了材料和運輸成本的支出，具有一定的經濟效益；二是科學的利用了井下廢石，實現了礦山生產的可持續發展；三是保護了礦山的生態環境。再結合尾砂、河砂等材料，在搭配使用的情況下，具有更加明顯的效果。

[1]袁本勝,蔡桂生,高道勤.廢石充填采空區穩定性變化趨勢分析[J].現代礦業,2014(11)：147.

[2]黃文.廢石充填采空區在章源公司礦山的應用[J].中國鎢業,2008(06)：7.

[3]曾凡珍,石求志,鄭建新.某黑鎢礦采空區廢石充填研究[J].中國鎢業,2015(04)：35.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.077