充填采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問題分析

郝顯福，王忠泉，柴衡山

（西北礦冶研究院（甘肅省深井高效開采與災(zāi)變控制工程實(shí)驗(yàn)室），甘肅 白銀 730900）

世界礦產(chǎn)資源正在逐漸減少，礦產(chǎn)的開采難度和勘探難度在不斷增加。但是隨著當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，以及人們對于資源需求量的不斷增加，各國在開展礦產(chǎn)勘探和開采的過程當(dāng)中在不斷提高和創(chuàng)新勘探與開采技術(shù)，因?yàn)橹挥羞@樣才能夠滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展需要。我國礦產(chǎn)資源消耗量極大，目前在進(jìn)行開采的過程當(dāng)中，逐漸向深部發(fā)展，開采的過程當(dāng)中會受到低溫低壓的影響，會增加開采難度，影響開采質(zhì)量和數(shù)量。同時(shí)目前我國提出生態(tài)文明建設(shè)理念，在進(jìn)行礦產(chǎn)開采的過程當(dāng)中，需要注重對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。充填采礦法有利于提高礦石回采率，減少礦石貧化率，充分利用現(xiàn)有資源能夠有效控制地表塌陷，同時(shí)能夠形成對礦區(qū)周圍環(huán)境的保護(hù)。近年來很多單位都十分重視對于充填采礦技術(shù)的研究與運(yùn)用，由此可見，本文對充填采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問題進(jìn)行分析和研究具有重要的價(jià)值和意義[1]。

1 充填采礦技術(shù)概述

1.1 充填采礦技術(shù)的概念

充填采礦技術(shù)是目前礦產(chǎn)開采當(dāng)中的主要技術(shù)，這種技術(shù)主要是指伴隨落礦、運(yùn)搬及其他作業(yè)的同時(shí)，用充填材料填補(bǔ)采礦區(qū)的一種采礦方法，這種采礦方法在運(yùn)用的過程當(dāng)中能夠有效保護(hù)。礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖石結(jié)構(gòu)能夠?yàn)槔^續(xù)進(jìn)行上面分層回踩造成立足的底板，這種方式能夠有效促進(jìn)礦石和圍巖的穩(wěn)固，不會暴露大面積的礦床，能夠有效形成對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.2 充填采礦的主要目的

充填采礦是當(dāng)前我國為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)理念所采用的一種主要礦產(chǎn)開采方式，運(yùn)用這種方式能夠有效對巖層形成支撐，防止在開采過程當(dāng)中對開采地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，同時(shí)能夠防止地表沉陷，提供繼續(xù)向上回采的工作平臺。這樣能夠有效提升開采質(zhì)量效率和數(shù)量，同時(shí)能夠保證開采過程當(dāng)中的安全性和環(huán)保性。礦產(chǎn)開采當(dāng)中會出現(xiàn)局部地溫過高影響到開采的整體質(zhì)量和效果，運(yùn)用充填采礦法能夠有效控制深井開采巖爆，降低深部地溫，更加有利于開展開采活動。

1.3 充填采礦的技術(shù)分類

目前在進(jìn)行礦產(chǎn)開采的過程當(dāng)中，主要有以下幾種充填采礦技術(shù)，分別為：上向水平分層充填法、下向進(jìn)路充填法、分層充填采礦法等。其中上向水平，分層充填法是目前礦產(chǎn)開采當(dāng)中運(yùn)用最為廣泛的開采技術(shù)，采用這種開采技術(shù)能夠?qū)⒌V塊劃分為礦房、礦柱，先采礦房，后采礦柱。每回采一個(gè)或若干個(gè)分層后，及時(shí)進(jìn)行充填以維護(hù)上下盤圍巖，并創(chuàng)造不斷上采的作業(yè)條件；礦柱按合理的回采順序用充填法或其他合適的方法開采。下向進(jìn)路充填法主要運(yùn)用在礦石價(jià)值特高、但礦巖均不穩(wěn)固的金屬礦床開采之上。采用這種方法進(jìn)行開采。需要耗費(fèi)大量的人力物力，財(cái)力，要求人工假頂強(qiáng)度高，整體性較好，在開采的過程當(dāng)中，需要付出較大的經(jīng)濟(jì)成本。分層充填采礦法的整體運(yùn)用也較為廣泛，這種方法的工藝較為復(fù)雜，但是具有平滑率和回收率高的特點(diǎn)，能夠有效提升礦產(chǎn)開采的質(zhì)量。運(yùn)用這種方法進(jìn)行開采時(shí)，在階段內(nèi)，將礦體交替劃分為礦房和礦柱，先用空場法回采礦柱，待整個(gè)礦塊回采完畢后，進(jìn)行一次膠結(jié)充填，形成人工礦柱，膠結(jié)體達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，在人工礦柱保護(hù)下，用同樣的方法回采礦房，礦房回采完畢后，進(jìn)行一次非膠結(jié)充填。由于充填工作是在礦塊的整個(gè)階段內(nèi)一次完成，因此該方法亦稱為階段充填法[2]。

2 充填采礦技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 第一階段應(yīng)用現(xiàn)狀

充填采礦技術(shù)的整體運(yùn)用較早，在上世紀(jì)五六十年代充填采礦技術(shù)已經(jīng)在我國有了一定程度的運(yùn)用，在進(jìn)行充填的過程當(dāng)中多利用廢棄物，碎石。等進(jìn)行填充再進(jìn)行填充的過程當(dāng)中，沒有有效形成對礦區(qū)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，在進(jìn)行后續(xù)開采過程當(dāng)中會增加開采的難度增高開采的安全性。廢石干式充填在運(yùn)用的過程當(dāng)中有著一定的效果，但是整體充填的效率較低，生產(chǎn)能力較小，無法適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展情況。

2.2 第二階段應(yīng)用現(xiàn)狀

上世紀(jì)七八十年代很多礦產(chǎn)開采企業(yè)在進(jìn)行開采過程中開始使用尾砂交接充填技術(shù)，這種技術(shù)具有一定的應(yīng)用價(jià)值和意義。但是在采用這種工藝進(jìn)行開采的過程當(dāng)中，回采率和低貧化率較低，沒有能夠符合國家的相關(guān)規(guī)定。這個(gè)階段種田采礦技術(shù)在全國一定有了一定的普及和運(yùn)用，很多開采的企業(yè)逐步認(rèn)識到生態(tài)文明保護(hù)的重要價(jià)值和意義。但是在這個(gè)階段，充填采礦技術(shù)的運(yùn)用不具有規(guī)范性，沒有形成相應(yīng)的制度規(guī)范來進(jìn)行限制，影響到開采的整體效果。

2.3 第三階段應(yīng)用現(xiàn)狀

充填采礦技術(shù)在第三階段發(fā)展的過程當(dāng)中有著較好的發(fā)展，隨著采礦工業(yè)的不斷發(fā)展原始的充電工藝，已經(jīng)不能夠滿足相應(yīng)要求，因此發(fā)展了高濃度充填、膏體充填、廢石膠結(jié)充填和全尾砂膠結(jié)充填等新技術(shù)。這些技術(shù)在國內(nèi)外都有著較為廣泛的運(yùn)用，很多地區(qū)在進(jìn)行開采的過程當(dāng)中都選用了這些技術(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)氐拈_采條件和特征來進(jìn)行技術(shù)的具體運(yùn)用，在運(yùn)用的過程當(dāng)中能夠達(dá)到較好的效果，進(jìn)一步提升開采的質(zhì)量和效率。國外有澳大利亞的坎寧頓礦，加拿大的基德克里克礦，德國的格隆德礦，以及南非、美國和俄羅斯的一些地下礦山都在近年來應(yīng)用了這些充填工藝與技術(shù)。

3 充填采礦技術(shù)發(fā)展中存在的問題

3.1 急需增設(shè)新型原材

目前在使用充電采光技術(shù)進(jìn)行開采的過程當(dāng)中急需增設(shè)新型原材。因?yàn)楫?dāng)前的原材料在進(jìn)行填充的過程當(dāng)中，無法適應(yīng)當(dāng)前礦產(chǎn)開采的需要，同時(shí)會對目前我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成不利的影響。在對原材料進(jìn)行選擇的過程當(dāng)中，不同的礦產(chǎn)開采企業(yè)在進(jìn)行原材料選擇的過程當(dāng)中都會存在著一定的差別，并沒有對原材料的規(guī)格質(zhì)量等進(jìn)行有效的監(jiān)控和監(jiān)管，因此在進(jìn)行充填開采過程當(dāng)中，會影響到開采的安全性和穩(wěn)定性，會對生態(tài)環(huán)境造成惡劣的影響。對于此，就要辨析充填采掘的真正需要，摸索更高強(qiáng)度的各類原材。改進(jìn)充填的多類特性，這樣才會契合新增添的原材需要。

3.2 沒能考慮真實(shí)現(xiàn)狀

礦產(chǎn)開采過程中，不同地區(qū)不同礦物種類的開展存在著較大的差異，需要充分考慮現(xiàn)實(shí)情況，才能夠更好的運(yùn)用充填采礦技術(shù)，在進(jìn)行礦產(chǎn)開采的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)形成完備的總體思路。但是目前在進(jìn)行礦產(chǎn)開采的過程當(dāng)中，很多開采期也沒有考慮到現(xiàn)場開采情況以及礦物資源的現(xiàn)實(shí)情況，忽視了真實(shí)情形下，場地以及地址沒有能夠做到因地制宜。遇有這些疑難，采礦將很難持續(xù)。 為此著手去開采以前，先期就要?dú)v經(jīng)詳盡的調(diào)研。 參照調(diào)研可得的數(shù)值以此來解析，獲取最優(yōu)的充填流程。

3.3 缺失平常的管理

礦產(chǎn)開采是一項(xiàng)十分復(fù)雜的活動，因此在進(jìn)行開采過程中，需要運(yùn)用相應(yīng)的管理規(guī)章制度和管理人員來對整個(gè)開采過程以及后續(xù)填充和環(huán)境保護(hù)進(jìn)行有效監(jiān)管沖天采礦技術(shù)，在應(yīng)用過程中充填采礦技術(shù)缺乏常規(guī)流程對相應(yīng)物資設(shè)備等進(jìn)行調(diào)控和監(jiān)管。從目前很多企業(yè)的發(fā)展情況來看，沒有設(shè)立相應(yīng)的管理規(guī)章制度，同時(shí)沒有通過電子類機(jī)械類成套設(shè)備來對整體開采情況進(jìn)行監(jiān)督和管理。充填站沒能依循設(shè)定好的規(guī)程予以從嚴(yán)調(diào)控，缺失定時(shí)狀態(tài)下的系統(tǒng)查驗(yàn)。在這種缺陷下，構(gòu)建起來的充填站趨向于散亂，沒能定時(shí)采樣并予以查驗(yàn)。

4 充填采礦技術(shù)的發(fā)展新路徑

4.1 完善搭配的新工藝

充填采礦技術(shù)發(fā)展過程中應(yīng)當(dāng)完善搭配新工藝，根據(jù)目前礦山開采的地質(zhì)特點(diǎn)來完善相應(yīng)的工藝要?jiǎng)?chuàng)新出新的填充工藝，具有了新穎性，適應(yīng)了變更的現(xiàn)存地質(zhì)狀態(tài)。某些礦山潛藏了較大體積的深層礦藏，這些礦藏也是較為穩(wěn)定的。 針對這種開采，采掘之中常常體會出較大難度。化解這種難題，可選取空場采礦范圍內(nèi)的深孔開采。充填的原材為：高含水特質(zhì)的原材、膠結(jié)而成的塊石原材。經(jīng)過了采掘以后，這類材質(zhì)還可接著回填現(xiàn)有的采空區(qū)。 借助這種改進(jìn)，減低了原有的消耗成本且妥善處理了采空區(qū)。

4.2 研制可用的充填材質(zhì)

充填材質(zhì)是充填采礦技術(shù)發(fā)展過程當(dāng)中的重要內(nèi)容，如何對充填材質(zhì)進(jìn)行創(chuàng)新，更好的適用于當(dāng)前礦產(chǎn)開采當(dāng)中，是目前研究的重點(diǎn)問題，在進(jìn)行材質(zhì)創(chuàng)新的過程當(dāng)中，必須保證充填材質(zhì)的安全性穩(wěn)定性和固化屬性。針對于采礦場，篩選的充填體可以提升穩(wěn)固性，擁有必要的價(jià)值。研制得出的現(xiàn)存材質(zhì)含有較快的固結(jié)速率，高含水特性的材質(zhì)也減低了常態(tài)的濃度及密度。用作充填時(shí)，這類便攜的材質(zhì)更能便于長途運(yùn)送。用這類原材充填時(shí)，由于原材固有的質(zhì)地輕盈，要避免累積的風(fēng)化損傷。

4.3 構(gòu)建管理機(jī)制

礦產(chǎn)開采具有較大的難度，同時(shí)在開采的過程當(dāng)中會出現(xiàn)安全事故，影響到開采人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此在進(jìn)行充填采礦技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建相應(yīng)的管理機(jī)制，根據(jù)礦產(chǎn)地點(diǎn)的水文特征，地質(zhì)特征，氣候特征等多方面因素。制定出最能夠適合當(dāng)?shù)氐某涮畈傻V技術(shù)方案。在這個(gè)過程當(dāng)中需要對重點(diǎn)采礦技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行管理，應(yīng)當(dāng)形成相應(yīng)的管理規(guī)章制度。規(guī)章制度主要包括開采技術(shù)規(guī)范，設(shè)備管理規(guī)范以及人員管理規(guī)范。平時(shí)在進(jìn)行開采的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注重對相應(yīng)機(jī)械設(shè)備的定期檢修，保證機(jī)械設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。條件準(zhǔn)許時(shí)，還應(yīng)定時(shí)替換運(yùn)轉(zhuǎn)不便的內(nèi)在構(gòu)件，維持裝置的完好。

4.4 重視技術(shù)創(chuàng)新

礦產(chǎn)勘探和開采過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)應(yīng)當(dāng)充分利用充填采礦技術(shù)，因?yàn)檫@種技術(shù)能夠有效提升開采的質(zhì)量和效率，有利于形成對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。開展技術(shù)創(chuàng)新的過程當(dāng)中需要引進(jìn)相應(yīng)的專業(yè)人才，建立專業(yè)團(tuán)隊(duì)，對充填采礦技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行研究。可以根據(jù)不同地區(qū)礦產(chǎn)資源開采情況的不同來進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有針對性的充填采礦技術(shù)應(yīng)用方案，這樣才能夠在開采的過程當(dāng)中更好的使用提升開采質(zhì)量和效率，同時(shí)形成對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。除此之外，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分了解到未來礦產(chǎn)開采的發(fā)展趨勢，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)更新與研發(fā)，更好的運(yùn)用在未來礦產(chǎn)開采的過程當(dāng)中。

5 結(jié)語

綜上所述，本文在開展研究的過程中，主要對充填采礦技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及存在問題進(jìn)行研究和分析。當(dāng)前充填采礦技術(shù)是礦產(chǎn)開采的重要技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)在運(yùn)用的過程當(dāng)中能夠形成對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，開采過程當(dāng)中有利于提高礦石回采率，減少礦石貧化率，在目前礦產(chǎn)開采當(dāng)中發(fā)揮著十分重要的作用。目前在應(yīng)用充填采礦技術(shù)進(jìn)行開采的過程當(dāng)中，整體難度也在不斷加大，因此在開采的過程當(dāng)中存在著新型材料運(yùn)用不足，未考慮現(xiàn)場開采實(shí)際情況以及卻是有效開采管理等問題，這些問題嚴(yán)重影響到重點(diǎn)采礦技術(shù)的開采質(zhì)量和效率。因此在運(yùn)用充電采礦技術(shù)進(jìn)行開采的過程中，應(yīng)當(dāng)完善搭配新工藝，研制可用的充填材質(zhì)，構(gòu)建完備的管理機(jī)制，注重技術(shù)創(chuàng)新，只有這樣才能夠更好的提升充填采礦技術(shù)。根據(jù)采礦業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景以及充填采礦技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)來制定出促進(jìn)充填采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，從而促進(jìn)我國采礦業(yè)的發(fā)展。