金屬礦山充填采礦法中充填材料的應用及展望

李鈺潔

（河南省冶金規劃設計研究院有限責任公司，河南 鄭州 450053）

我國金屬工業的礦石原料供應主要來源于金屬礦山的露天和地下開采，其中在礦山數量上，地下開采的金屬礦占絕大多數。在地下礦山開采過程中，伴隨礦石的采出會出現大量的采空區，倘若不及時對采空區進行回填，不僅會導致礦石損失貧化的問題，也會增加地下礦山開采的安全風險。而充填采礦法可以有效降低金屬礦山的礦石損失貧化率，也能減少因礦山開采對生態環境造成的破壞。在礦山充填采礦的應用過程中，充填材料的成本較高。在今后的發展過程中，如何提高礦山充填材料的穩定性，降低充填材料的成本費用成為了值得礦山企業思考的問題。以下對目前我國常見的礦山充填材料及其發展現狀進行分析。

1 金屬礦山充填材料的發展現狀分析

1.1 水泥

在礦山充填的過程中，經常以水泥為材料，其中應用最常見的是礦渣硅酸鹽水泥，其次是火山灰質硅酸鹽水泥以及普通的硅酸鹽水泥，這三種水泥之間的密度以及容重各不相同。與其他的充填材料相比，水泥的成本較高，而且水泥不利于運輸和存儲。水泥在運輸過程中，會吸收空氣中的氧氣而產生酸性水，這種酸性水對水泥具有一定的腐蝕作用，嚴重者將導致水泥的強度降低。水泥作為充填材料時，在合理配比的前提下，充填體強度較高、支撐能力有保證，能夠解決地下采礦中的許多開采難題。由此可見水泥是一種使用成本較高、運輸不便，但性能穩定的填充材料[1]。

1.2 高爐煤渣

在20 世紀90 年代，礦山企業開始將高煤爐渣作為礦山填充材料，高爐煤渣是為了代替水泥而產生的。用高爐煤渣取代水泥作為礦山填充材料，能夠有效提高充填體的強度。將高爐煤渣研磨后，可以有效提高爐渣的膠結活性。這樣一來，既可以代替水泥作為填充材料，也能有效減少因隨意堆放高爐煤渣而產生的環境污染.目前國內大都以高爐鐵渣或者銅渣作為礦山采空區的充填材料，這些金屬爐渣較為常見，經濟成本較低，作為充填材料可以很好地代替水泥，降低礦山充填的成本。

1.3 尾砂

不同礦山的尾砂，其粗細程度也各不一樣，這也導致了不同的尾砂具有不同的填充體強度。在將尾砂作為礦山的充填材料時，我們要對尾砂進行分級處理。隨著礦山充填技術的發展，膏體充填技術也得以產生。膏體充填技術可以有效改善尾砂作為填充材料的穩定性。但是尾砂中含有部分有害物質，因此在利用尾砂進行礦山填充的過程中，我們要對尾砂進行慎重處理。

1.4 粉煤灰

粉煤灰常見于發電廠鍋爐的煙氣，國外很早就將粉煤灰作為填充材料，應用到了礦山的充填過程中。粉煤灰也可以有效地代替水泥，在粉煤灰中摻入適量的膠凝劑，可以有效提高粉煤灰充填體的強度。目前我國對粉煤灰性能的研究與國外還存在著一定的差距[2]。

1.5 高水材料

高水材料主要包括石灰、速凝劑等，可以加在尾砂中，提高尾砂的強度。高水材料具有無毒害、無腐蝕性的特點，而且高水材料具有較好的穩定性。高水材料具有強大的抗裂能力，即使高水材料達到使用上限，也不會使充填材料發生整體性的變化。高水材料也具有凝結性和耐水性，與水質的材料相比，高水材料毒害性較低且沒有腐蝕性，在礦山的充填過程中，不容易沉淀結底。

高水材料還有十分強大的再生能力，高水材料在不失水的狀態下，放置一段時間就可以恢復強度。此外，高水材料具有較強的可塑造性、彈性較大。高水材料在受壓之后，會出現裂縫以及彈性變形，隨著所受壓力的持續增加，達到了高水材料承受的極限之后，高水材料會出現破裂，但是并不會發生脆性破壞。因此將高水材料作為充填材料，能夠承受住圍巖的壓力，也能有效提高圍巖的穩定性[3]。

2 金屬礦山充填材料的發展前景分析

2.1 環保性能將越來越高

在今后的金屬礦山的充填過程中，人們將越來越重視充填材料的環保性能，這樣才能減少礦山充填材料對自然環境造成的破壞，也能更好地促進礦山經濟的可持續發展。在我國傳統礦山填充材料的選擇過程中，考慮的是充填體的穩定性以及礦山開采的需要。隨著國家和社會越來越重視礦山開采過程中的環境保護問題，在礦山充填過程中，高爐煤渣、尾砂等充填材料的應用范圍將越來越廣泛。在今后的礦山充填過程中，采礦企業要加強固體廢料的應用，要減少固體廢料對生態環境的破壞，充分發揮固體廢料的填充作用。這樣才能實現對生態環境的保護。

2.2 充填材料朝綠色化的方向發展

礦山充填是為了對采礦區進行回填，在礦山開采過程中難免會對采礦區的生態環境造成破壞。在今后的發展過程中，礦山的充填材料將朝綠色化的方向發展，主要以礦山開采過程中所產生的固體廢物為原料。這樣將礦山固體廢物轉化成可利用的資源，并能更好地恢復采礦區的植被。將礦山固體廢料交集作為充填材料，能夠提高礦山資源的回收利用效率，基本實現礦山開采的無固體廢物排放，這樣一來可以發揮綠色開采充填技術的優勢，實現對生態環境的保護。

2.3 化學添加劑的應用范圍越來越廣

大部分充填材料在使用之前，要加入膠凝劑等化學添加劑，化學添加劑可以有效提高充填材料物理性能，也能有效降低充填材料的使用成本。添加化學試劑之后，可以有效解決充填材料的運輸問題，提高充填材料的可運輸性以及澆筑性，從而能夠更好地滿足礦山充填采礦的需要。目前化學添加劑在水泥中應用最為廣泛，在今后的發展過程中，化學添加劑也將在別的充填材料中得到應用。

2.4 實驗方式以及實驗水平的進步

在將充填材料進行實際利用之前，要對充填體的力學性質以及圍巖性質進行研究。在今后的發展過程中，實驗方式以及實驗的手段也日趨多樣化，可以幫助我們更好地了解充填材料的物理性質，能夠提高充填材料的見效速度，增強充填材料在金屬礦山開采過程中的實用性。今后，利用互聯網技術可以對與礦山充填材料的實驗結合起來，從而可以對礦山充填材料的使用性能進行模擬試驗。

3 結束語

在金屬礦山的開采過程中，我們要及時對采礦區進行回填，避免采空區塌陷。在選擇回填材料時，我們要根據不同采空區的地質條件以及礦山開采單位的經濟條件來選擇合適的充填方式。常見的礦山充填材料包括：水泥、高爐煤渣、尾砂、粉煤灰、高水材料…這些材料的充填體穩定性以及成本費用各不相同。在今后的發展過程中，我們要進一步加強對礦山充填材料的研究，實現礦山充填材料充填體結構的優化，降低礦山充填體材料的成本。這樣才能更好地促進充填采礦法在金屬礦山開采過程中的應用[4]。