研究礦山充填采礦法充填配套設(shè)施的應(yīng)用

唐 碩，王玉玨，賓 峰

（飛翼股份有限公司，湖南 寧鄉(xiāng) 410600）

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)礦山開采工作的快速開展，礦產(chǎn)資源的開發(fā)總量以及開發(fā)效率都在快速提升，在礦山開采工作過(guò)程中對(duì)更多先進(jìn)的采礦工作方法進(jìn)行合理應(yīng)用，不但可以提高采礦工作的安全性，同時(shí)在整個(gè)采礦工作效率方面表現(xiàn)非常明顯。礦山充填采礦法在礦山開采工作當(dāng)中應(yīng)用非常普遍。充填采礦法主要指的是使用各種材料，比如碎石、砂石、爐渣等，對(duì)采礦區(qū)域空間進(jìn)行回填處理，通過(guò)充填采礦法的使用具有很多方面的優(yōu)勢(shì)，比如可以有效避免因?yàn)椴傻V活動(dòng)所造成的巖層受力不穩(wěn)定出現(xiàn)大幅度的位移現(xiàn)象，防止地表產(chǎn)生嚴(yán)重的下沉，同時(shí)還可以對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行回收利用，延長(zhǎng)礦山的服務(wù)年限[1-3]。

1 充填采礦法的適用條件分析

當(dāng)前隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，人們的生活品質(zhì)也在不斷提高，因此對(duì)于各種礦產(chǎn)資源的需求量也在逐漸上升。當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備量有所不足，長(zhǎng)期處于一種大量消耗和開發(fā)的狀態(tài)，因此采礦工作的難度也在不斷加大。通過(guò)傳統(tǒng)的采礦工的方法，在礦產(chǎn)資源的開采過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)面臨大面積的采空區(qū)域，如果沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性處理很容易造成礦產(chǎn)采礦區(qū)域地表產(chǎn)生嚴(yán)重的塌陷，并且山體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的崩塌[4-8]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中充填采礦法適用于以下幾種條件的礦體結(jié)構(gòu)：

第一，不能產(chǎn)生坍塌事故的地表結(jié)構(gòu)，比如在一些有建筑物的分布或者是不提供給人們?nèi)粘＞幼〉膱?chǎng)地實(shí)施采礦工作等。充填采礦作業(yè)方法需要在采礦工作完成之后，通過(guò)使用各種廢石和工業(yè)殘?jiān)炔牧蠈?duì)采礦區(qū)域進(jìn)行充分填充，有效防止采空區(qū)域產(chǎn)生整體塌陷情況。

第二，礦產(chǎn)資源自身的應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高。為了進(jìn)一步提高礦產(chǎn)資源的開采工作效率和開采總量，通過(guò)使用充填采礦法，可以進(jìn)一步提高礦產(chǎn)資源的開采回收工作效率，有效避免礦柱無(wú)法實(shí)現(xiàn)開采和利用等情況，在一些貴重的礦產(chǎn)資源開采工作中應(yīng)用效果非常明顯。

第三，破碎程度比較嚴(yán)重的礦體結(jié)構(gòu)。在近幾年的采礦工作過(guò)程中，所使用的填充物大部分都是以廢石材料或者是河沙材料與膠結(jié)劑材料之間進(jìn)行充分融合，形成一種類似于膏狀物質(zhì)的填充體，對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行充分填補(bǔ)。井下作業(yè)人員可以在高強(qiáng)度的充填體下有效完成各種采礦工作作業(yè)，有效保證采礦工作的安全性和穩(wěn)定性。

第四，在一些環(huán)境變化比較明顯的礦體結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。由于某些礦產(chǎn)資源在地下環(huán)境當(dāng)中埋藏深度相對(duì)較大，在進(jìn)行深度開發(fā)工作之后經(jīng)常會(huì)造成巖爆現(xiàn)象，如圖1，通過(guò)使用充填采礦工作方法，將填充材料對(duì)采礦區(qū)域進(jìn)行全面填充，可以有效避免巖爆問(wèn)題所產(chǎn)生的影響。

圖1 巖爆事故

2 礦山充填采礦法充填配套設(shè)施的具體應(yīng)用

2.1 全尾砂膠結(jié)填充施工工藝

全尾砂膠結(jié)填充施工工藝，主要是以沒(méi)有進(jìn)行分級(jí)脫泥處理的全粒及尾砂來(lái)作為填充骨料和特定比例的膠結(jié)材料以及水進(jìn)行充分混合，攪拌均勻之后直接沖入到井下采空區(qū)域。該填充工藝方法充分利用尾礦資源，實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)廢開采工作模式，同時(shí)也是將尾砂作為一種遠(yuǎn)景資源直接儲(chǔ)存于井體以下，在未來(lái)的科技技術(shù)發(fā)展成熟之后再對(duì)井下的資源進(jìn)行二次開發(fā)和使用，屬于一項(xiàng)有利于礦產(chǎn)資源可持續(xù)性發(fā)展的新型技術(shù)。在礦山充填采礦工作過(guò)程中，所使用的主要原材料包含采礦工作過(guò)程中所產(chǎn)生的廢石材料，根據(jù)不同礦山開采地的位置，所使用的材料也會(huì)有著一定的差異性，因此需要重點(diǎn)圍繞填充骨料的級(jí)配情況展開分析和研究。

圖2 全尾砂膠結(jié)填充施工工藝

2.2 充填料漿管運(yùn)輸工作分析

當(dāng)前我國(guó)礦山開采行業(yè)，正在不斷朝著連續(xù)化機(jī)械化和智能化的作業(yè)方向上發(fā)展，整個(gè)礦山的生產(chǎn)工作層次正在不斷提升，對(duì)整個(gè)礦山充填工作提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此，在管道的輸送工作過(guò)程中，必須要保證連續(xù)性和穩(wěn)定性，需要保證材料充填工作效率更高，可以充分滿足礦山的實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)工作能力。但是從現(xiàn)階段的相關(guān)研究文獻(xiàn)方面進(jìn)行分析，針對(duì)現(xiàn)有的礦山開采工作，主要是使用L型管道或者環(huán)型管道方式為主，通過(guò)這種實(shí)施方法可以對(duì)填充的料漿進(jìn)行相關(guān)力學(xué)性能分析和判斷，以此來(lái)有效得出材料在填充過(guò)程中所產(chǎn)生的阻力值損失情況。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，通過(guò)更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件，在管道輸送實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析工作中發(fā)揮出的作用越來(lái)越明顯，在具體的材料充填工作過(guò)程中，管道輸送設(shè)備的主要工作特點(diǎn)包含以下幾個(gè)方面：

第一，管道輸送的材料在主份構(gòu)成上多樣化，因此在材料的制備過(guò)程中由于不同礦山開采工作規(guī)模和地質(zhì)條件所產(chǎn)生的差異性造成，所使用的填充材料也各有不同。通常情況下，充填材料主要包含礦山開采過(guò)程中所收集到的廢石，各種工業(yè)生產(chǎn)的水泥殘?jiān)牧系龋瑫r(shí)在材料總量相對(duì)較大的情況下，加入的比例也相對(duì)較大。因此，在進(jìn)行管道輸送工作中輸送的材料組分并不是完全相同，其中很有可能會(huì)是多種材料混合形式進(jìn)行輸送，如圖3。

圖3 材料輸送

第二，充填材料的骨料粒徑變化相對(duì)較大。由于所填充的漿體材料當(dāng)中包含水泥材料以及相關(guān)的膠凝材料等，除此之外其中還包含一些粗骨料以及顆粒直徑相對(duì)較大的石塊。

第三，漿液材料的濃度變化比較明顯，水砂充填漿體材料的質(zhì)量濃度通常情況下保持在30%~50%之間，尾砂的填充漿體材料質(zhì)量濃度通常控制在70%~80%之間，而對(duì)于廢石塊填充漿體材料質(zhì)量濃度，通常情況下保證在80%~85%之間。

第四，由于礦山開采工作過(guò)程中輸送管道線路相對(duì)比較復(fù)雜，如果在礦山開采工作中使用填充采礦的工作方法需要對(duì)充填站進(jìn)行有效組建，然后對(duì)充填漿體材料進(jìn)行有效制備，然后通過(guò)使用管道將制備完成之后的漿液材料，直接輸送到采空區(qū)域范圍內(nèi)。因此，在礦山的開采位置、地勢(shì)條件、管道以及傾斜段之間存在的差異性比較明顯，外加上材料輸送過(guò)程中如果壓力過(guò)高很有可能會(huì)出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，因此需要針對(duì)管道的減壓設(shè)計(jì)工作加以充分重視。

第五，管道的管徑變化相對(duì)較大，通常情況下管道的直徑大小保證在100~150mm之間，同時(shí)在管道的漿液填充工作過(guò)程中，很有可能會(huì)出現(xiàn)管道直徑變化以及管道壓力過(guò)大或過(guò)低等情況。在管道材料充填工作當(dāng)中經(jīng)常會(huì)存在大量的空氣，會(huì)造成漿體材料流動(dòng)性產(chǎn)生不穩(wěn)定性問(wèn)題，因此很難做到滿管材料傳輸。如果是使用泵壓或者是自流輸送填充系統(tǒng)，在實(shí)際使用過(guò)程中設(shè)備方面也會(huì)產(chǎn)生一定的問(wèn)題，比如外部的空氣很容易混入到管道內(nèi)部，進(jìn)而漿液的流動(dòng)性會(huì)變成一種相對(duì)比較復(fù)雜的多項(xiàng)流動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)實(shí)際檢測(cè)工作分析可以看出，垂直管道段通常情況下不會(huì)進(jìn)行滿管輸送垂直段的1/3處正常處于空管狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山填充采礦法在礦山開采工作當(dāng)中應(yīng)用效果非常明顯[9,10]，通過(guò)填充采礦法的使用有效配合相關(guān)的配套設(shè)施，可以進(jìn)一步提高礦山填充工作效率和穩(wěn)定性，并且可以保證礦山采空區(qū)域可以得到有效填充和保護(hù)，避免出現(xiàn)礦山大面積坍塌造成嚴(yán)重的安全事故，保證地質(zhì)條件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，推動(dòng)我國(guó)礦山開采行業(yè)不斷朝著更高目標(biāo)和方向上發(fā)展。