露天轉地下礦山對于充填采礦技術的應用

孫延統(tǒng)

（承德龍興礦業(yè)工程設計有限責任公司，河北 承德 067000）

在地下實施開采，經(jīng)常用到的方法便是充填采礦法，此方面，在我國得到廣泛運用。采礦法是采用的向前推進工作面，用一些混凝土、尾砂等物品當做充填材料，來進行充填的一種采礦。對于需要填滿的空間，需要合理掌握采場地壓，防止圍巖發(fā)生形變，需合理控制地表的沉降區(qū)域，杜絕出現(xiàn)地表塌陷與不均勻等問題，使得農(nóng)田與建筑遭到破壞。為了有效保護礦區(qū)環(huán)境，需從根源控制地質災害，合理進行資源開發(fā)。

1 充填采礦技術研究的重要性

1.1 尾礦庫的安全與環(huán)保問題

即便礦山可以征下尾礦用地，但是在尾礦庫的四周不可有人居住，以免隨著尾礦的增高，導致尾礦庫發(fā)生潰壩等安全問題，嚴重影響環(huán)境，安全監(jiān)督管理部門和政府需要增加對企業(yè)的管理力度，由于采礦工藝一般是地下和露天相連接的，在地下開采會受到大氣降水的影響，容易發(fā)生涌水與泥石流等方面的危險，因此，需要積極采取應對方法[1]。在此情況下，采用充填法進行開采，可以有效隔絕一些大氣降水融入到井下，縮小一些地下涌水向外排的問題，這樣一方面節(jié)約了礦山排水費用，另外可有效預防發(fā)生破壞環(huán)境的問題。

1.2 尾礦庫運營費用較大

在輸送尾礦時，距離有5km遠，每年給相鄰村莊的補償費用也達到了數(shù)萬元以上，在加之一些工程費、補償費等有近百元以上。尾礦庫中的管理與運行費用也非常高，從而增加了企業(yè)負擔。

1.3 露天采坑中的生態(tài)恢復

前期進行開采礦山時，都是運用的露天開采，從而形成面積非常大的露天采坑。即便南區(qū)運用的是內(nèi)排式的回填方式，但是，通過這些年村民的不斷翻采，會形成一個非常大的二次礦坑，使用機械模式進行平整，不但在資金花費金額上數(shù)量龐大，還會由于土壤的缺乏，導致生態(tài)環(huán)境非常不容易恢復[2]。

1.4 提高開采率，降低貧化率，加強安全性能

一般實施地下開采都選用的是充填法進行回采，在回采概率上占據(jù)86%以上，貧化的概率在10%以內(nèi)，這樣便能減小礦山的成本，提升相應的經(jīng)濟效益，這和回采率中的崩落法相對比，采用充填法進行回采能很好的加大露天坑底與邊坡中的安全性能。此外，也有助于發(fā)展節(jié)約、友好、可持續(xù)發(fā)展的礦山新模式。

2 超細全尾砂新型充填膠凝材料的開發(fā)

充填采礦法存在的問題便是采礦成本高，礦山效益較低，占據(jù)成本最大的便是膠結材料，為了縮短充填采礦成本，可研究一種低成本的材料，來代替新型的膠結材料。石人溝鐵礦存在的另外一個問題便是，礦中出現(xiàn)的尾砂需全部運用到地下或者進行露天采礦處理，做好全尾砂膠充填和相應的處理技術[3]。對于石人溝鐵礦全尾砂充填填料中存在的物化特性，較為適合一些超細全尾砂全新的充填膠凝材料，這將會代替掉水泥膠凝材料，達到超強度與低成本的的全尾砂膠結充填，不但能減小充填采礦成本，還能減小尾砂的排放量，維護好礦區(qū)環(huán)境，縮小尾礦庫占用的耕地面積，防止發(fā)生地質災害。

2.1 主要研究開發(fā)工作

全尾砂充填體強度與充填膠凝材料有直接關系，并且和充填料中的物化特性、顆粒直徑等有關系。所以，本次課題主要從如下幾個方面進行了研究工作。首先，進行前期調研和分析工作。搜集與分析我國當前資料，查閱大量文獻資料，清楚國內(nèi)外全尾砂新型填膠凝材料發(fā)展情況與存在問題，清楚新型充填膠凝材料核心技術是什么，從而為其制定研究技術。中國礦產(chǎn)資源最豐富的地區(qū)便是唐山，為了取得經(jīng)濟、便捷的新型膠凝材料，需要積極開展對充填膠凝材料方面的調查，了解材料中涉及到的原料是什么價位，為石人溝鐵礦新型膠凝材料大范圍生產(chǎn)制定出可行性評價。

2.2 全尾砂充填料物化特性分析

為了清楚了解超細全尾砂充填骨料中的新型充填膠凝材料，需要分析石人溝鐵礦全尾砂充填料，其中包括如下幾個方面：①取樣、晾曬全尾砂。實地到石人溝鐵礦場地去取樣、晾曬，依照選礦流程的不同，對尾砂進行混合裝，這樣可以確保試驗中全部的尾砂和生產(chǎn)所用的全尾砂級別一致，保障全尾砂新型充填膠凝材料。②新型充填膠凝材料物化特性[4]。使用新型充填膠凝材料，需要有水泥、石灰等，這些原材料中的化學特性和膠凝材料相一致，因此，需要尋找合適的新型充填膠凝材料。

3 石人溝鐵礦無廢開采技術研究

利用尾砂對對礦井下與露天采坑進行充填，來解決地表塌陷問題，從而達到尾礦不向外排，不用征地，從而提升回采的效率，減小貧化效率，全面回收礦產(chǎn)資料，從而提升經(jīng)濟和社會效益。積極建立新型無廢礦山，體現(xiàn)礦山企業(yè)中存在的社會現(xiàn)象，達到礦山和地方環(huán)境共同發(fā)展，從而很好的解決企業(yè)中遇到的各種難題，為生態(tài)的良好恢復打下基礎，這是非常有意義的。

3.1 達到無廢開采技術路徑

礦產(chǎn)無廢開采一般是在一定范圍內(nèi)降低廢料的產(chǎn)出與排放，從而提高資源整體的利用效率，降低與避免影響環(huán)境，當前國內(nèi)主要從如下幾個方面研究了無廢開采：①合理整合資源，降低尾礦排放量，這運用到有色金屬礦山。②減小廢石量的產(chǎn)出。合理挑選開采工藝，減少廢石的排放量，在進行生產(chǎn)過程中，積極改變采礦工藝，從而減小廢石的產(chǎn)出。合理選擇開采工藝，可有效降低廢石排放，改善采礦工藝。③運用尾礦與廢石做好相應的建筑材料。在金屬礦山中的尾礦中里，都含有一些石英，非常適合當做玻璃原料，幼兒粒度非常細，需要和一些添加劑共同制作，這樣工藝較為簡單且投資也非常低。在此方面，國內(nèi)外對礦山實施了大量的工作，獲得了非常顯著的效果。與此同時，掘進礦山、剝離廢石來進行鋪路、建房，都是非常合理的方法。④廢石與尾礦做好相應的充填材料[5]。隨著全尾砂充填工藝的產(chǎn)生，可以很好的解決充填本身存在的問題，還能為其提供有效的方法，為無廢開采提供寬廣的發(fā)展前景。通過全尾砂為主，制成各種充填材料，實施礦山充填，這樣不但可以減少尾礦庫，降低水泥的消耗還能充填成本，在一定程度上改變了坑內(nèi)環(huán)境，從根源解決了如何處理尾礦這方面的廢料。

3.2 充填采礦在石人溝露天轉地下工程

從石人溝鐵礦實際的生產(chǎn)可以看出，研發(fā)了超細全尾砂新型充填膠凝材料，并將全尾砂膠結結充填技術運用到了石人溝鐵礦中，對于上文的研究，礦山運用了如下方法：①針對尾礦井下充填操作時，可通過充填系統(tǒng)的構建來完成這一工作。②分析了全尾砂低膠配比充填露天采坑技術。③從地下開采出的廢石，不讓其出井，只用于地下膠結充填。

選用以上方法，可以使得尾礦不向外排，不用征地，可以提升回采效率，減小貧化率，全面運用礦產(chǎn)資源，從而很好的解決企業(yè)征地困難問題。采用充填系統(tǒng)的方法，進行處理采空區(qū)域，能達到回收礦柱的目的。在充填區(qū)域進行處置露天采坑之后，可將其地下充填剩余的一些尾砂用在露天采坑，這樣還能達到治理邊坡的效果，接觸邊坡中存在的自然災害，有效預防發(fā)生泥石流災害，解除安全隱患，從而提高企業(yè)中的經(jīng)濟與社會效益。不隨意建立尾礦庫，可以很好的維護當前的生態(tài)環(huán)境，從而建立新型綠色礦山，達到了礦山和地方環(huán)境共同的發(fā)展。最后使得石人溝鐵礦無廢開采，達到了礦山長久發(fā)展。

4 結語

綜上所述，充填開采技術是在采礦方案的基礎上，提出的最佳方案。在擴大征地面積時，也會面臨對管路占地大面積補償，給予一些費用，避免和村民發(fā)生糾紛。采用地下采礦之后，不可運用崩落法來進行采礦，這將會導致地表與邊坡發(fā)生塌陷，毀掉一些土地、影響環(huán)境等各種問題。通過全面考慮，選用了充填采礦技術，來解決以上問題，能很好的保護頂板平穩(wěn)運行，使得地表不塌陷，穩(wěn)固上安全頂板，同時采層留設的礦柱可以進行回收運用，從而提高了資源的回收效率。運用全尾砂膠結充填技術，可以不用在建立尾礦庫，就能杜絕發(fā)生征地與災害問題。另外，選用新型全尾砂膠凝材料，能很好的降低采礦成本，維護地表環(huán)境生態(tài)，達到無廢開采長久發(fā)展。