充填采礦技術在礦山開采中的應用研究

孔 凱，周 明

（1.山東能源集團淄博礦業集團有限責任公司岱莊煤礦，山東 濟寧 272000；2.山東康格能源科技有限公司，山東 濟寧 272000）

作為人口眾多的國家，對能源的消耗在逐漸增多，隨著各種社會需求的增多，對資源消耗進入了高峰階段，礦山開采過程中遇到的各種問題都會對周圍環境造成嚴重的影響，這就要求企業在追求經濟效益的同時加強對充填技術的應用，充填采礦技術是減少資源浪費和增加開采安全指數的重要技術手段，被廣泛應用于現代開采技術中。現在開采技術引用多種科學技術，推動企業逐步發展，充填技術在科技力量的推動下，成為安全開采的基礎技術，將先進技術與工作經驗相結合，是提高企業開采工作效率和經濟效益的重要手段。

1 礦山開采中充填技術的現狀及主要問題分析

1.1 充填不及時導致周圍植被破壞

礦山開采后礦層上層發生圍巖的移動，圍巖原有的平衡因此發生變化，當圍巖長期處于不穩定狀態時會對周圍的圍巖發生移動危害，礦山開采過程中發生的三帶，會發生垮落或斷裂，嚴重破壞圍巖的密封性，若此時含水層發生斷裂會導致巖層含水層別破壞，導致礦區地下水斷流，礦區地下水的斷流會造成地表植被生態環境破壞等問題，嚴重影響一系列的周邊用水問題。

1.2 沉降造成的地表破壞嚴重

圍巖移動發生的地表沉降，是嚴重威脅礦區安全生產的地質災害，礦山在開采后在采空區上方形成大型的下沉空地，地表下沉越厲害，采空區及周邊的危害越大，地表下沉的不均勻導致地表周圍的建筑物發生變形和破壞；但開采過程中最大的問題時矸石山的問題，礦層中富含的矸石，長期累計形成矸石山，矸石山的利用成本較低，長期堆積造成土地資源的浪費和周圍環境的惡化，且矸石山成分中含量大量的粉塵，對周邊住戶的正常生活造成嚴重影響。

1.3 充填技術的發展

不同的填充物產生的充填效果不同，充填采礦技術主要分為水砂充填、矸石充填和膠體充填等類型，經過反復試驗水砂充填技術取得的效果最佳，水砂充填是將砂和水按照一定的比例注澆到采空區，水砂在控水后對圍巖起到支撐作用，但該技術成本高，對河沙的要求量較大，無法滿足多數企業的實際要求，因此使用較少。充填采礦技術目前處于發展階段，充填技術的成本較高，部分企業無法負擔，充填物嚴重超過礦產資源自身的加之，充填技術受充填效率的限制，影響開采的進度。

1.4 充填技術的優勢

由于過度開采導致的環境問題中主要的開采后圍巖的移動，解決問題的關鍵是控制圍巖的運動，目前開采中使用最多的技術就是將矸石山充填到采空區中，該技術是問題的解決圍巖運動和矸石山的有效方式。傳統的充填技術采用砂石作為充填物，但我國對環境有較高的要求，砂石充填技術不能引起足夠的效果，矸石山充填技術被廣泛應用，開采礦區在開采后及時用充填物充填礦區，是有效控制圍巖運動的主要技術手段。充填后的采空區有效控制圍巖的運動和減輕地表的下沉，利用水砂充填技術后地表下沉降低70%左右，該技術既可以改變圍巖的運動，又可以將導水的縫隙減少到最低，有助于保護周邊生態環境和減少對周圍環境的污染，滿足環保綠色采礦的基礎要求。

2 充填采礦技術的分類

礦區充填技術是一項人工成本較高的采礦技術，隨著開采深度的增加對礦區采空區的防護要求也越來越高，根據實際作業情況進行采空區充填物的充填，達到控制圍巖和固定圍巖的目的，目前常用的充填材料分為干式充填法、砂石充填法和膠體充填法三種。不同礦區選擇不同的充填技術，在充填物的選擇方面要根據濕度、抗壓能力和壓縮性能等方面決定，開采過程中充填物的物力性質直接影響采空區地表的穩定性，充填物既要具有高強度的作用又要環保和節省成本，因此對充填物的選擇也各不相同。

2.1 干式充填技術

干式充填技術利用固體物質直接充填到采礦區，無需處理充填材料，采用矸石等物質，但該固體物質強度低，難以滿足充填要求，干式充填技術可以運用到垃圾物質的處理中，干式充填技術還可以利用采石場或河沙提供的碎石或廢石料作為采空區的充填材料，采用機械將碎石運至采空區，充填過程中利用回采推進效果，需要停止上采先進行回采，因此該技術適合運用于經濟價值較高的開采中。

2.2 砂石充填技術

該技術是最早出現的充填技術，利用碎石和爐渣等材料作為充填物，利用輸水管道運輸到采空區實現材料的運輸，將水和充填物混合味砂漿，利用水壓從鉆孔中運輸到測采空區，同時進行脫水處理，該技術適合防止圍巖移動的有效手段，回收率較高，還有效防止火災的發生，實現環保開采。

2.3 膠體充填技術

膠結充填技術將尾砂或濾渣等材料配置而成的膠結物，在凝固后利用機械運輸至采空區，膠結充填會發生輕微膨脹，但結晶水量的強度高于正常標準，其抗壓能力也隨之提高，該技術操作簡單，多數企業都可以實現膠結物充填技術，成本低效果更佳。水溶性較好的膠結物充填到采空區，在凝固后可以對采空區進行有效的支撐，膠體充填靈活度高，可以滿足不同礦區的回采要求，且運輸方便，被廣泛應用于回采充填中。

3 充填采礦技術在礦山開采中的應用

充填采礦技術對提升礦石回采率和有效控制地表塌陷問題有重要的改變作用，充填技術在減少資源浪費的同時增加了礦山開采的安全系數。常見的充填采礦技術分為削壁充填技術、上向分層充填技術和下向分層充填技術。

3.1 分段充填技術

分段充填技術是針對裸露面積較大的礦山進行分割操作，縮小裸露面積，從而保障采空區的回采和充填，將較大的礦區分成小段，再分別對每個斷的采空區進行回填，等出礦工序完成后利用填充物進行機械運輸充填，減少人力資源的浪費。分段式充填技術可以實現采礦的高效處理率。

3.2 上下向分層充填技術

上向分層充填技術是干式充填的一種，通過對礦體的分層操作實現逐層充填的目標，上向充填技術沿著礦體設計走向；下向分層充填技術應用于圍巖與礦石不穩定的礦體，對框柱進行回采，需要采用預先設計的運輸經等，利用井下的運輸，充填上部巷道的采空區。每一層都需要進行膠結物充填，保障礦井安全操作。

圖1 上向分層充填技術示意圖

圖2 是下向分層充填技術示意圖

4 結語

充填技術是我國采礦的主要技術，是提高圍巖穩定和預防圍巖移動，提高回采率的主要手段，充填采礦技術根據不同礦山需求不同，為滿足生產需求，充填技術是直接影響整個工程質量的關鍵技術，根據不同礦山的不同需求合理選擇充填工藝，控制充填材料質量，控制充填材料的成本，提高采礦工作的質量和工作效率。