韓建科

（河北宏達(dá)綠洲工程設(shè)計(jì)有限公司,石家莊 050081）

廢石充填空區(qū)在小型礦山應(yīng)用的可行性

韓建科

（河北宏達(dá)綠洲工程設(shè)計(jì)有限公司,石家莊 050081）

本文比較了不同采空區(qū)處理方法在小型礦山中的應(yīng)用，并提出廢石充填方式，研究其應(yīng)用于小型礦山的可行性，詳細(xì)分析該方法實(shí)施所需要的條件及效果。

廢石充填;小型礦山;可行性

0 引言

礦山的開采必然產(chǎn)生大量的廢石，這些廢石不僅占用了巨大的空間，而且?guī)砹税踩碍h(huán)保隱患，危及到工作人員的人身安全和礦山的生態(tài)環(huán)境。因此，如何有效使用這些廢石變得十分關(guān)鍵。而礦山在開采過程中會(huì)留下大量的采空區(qū)，不及時(shí)處理的話，可能引發(fā)大規(guī)模冒落、片幫等地壓災(zāi)害，帶來安全隱患。因而利用廢石來充填采空區(qū)就成為了可能。廢石充填采空區(qū)的優(yōu)勢就在于能夠有效處理廢石，保證礦山開采的安全與高效，節(jié)約成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)礦山開采的可持續(xù)發(fā)展。

1 小型礦山空區(qū)處理方式

1.1 崩落

崩落是處理礦山采空區(qū)的重要方法，主要是在回采單元中，與崩落礦石的同時(shí)或稍后，強(qiáng)制或者是自然崩落圍巖，用以填充采空區(qū)，來控制和管理地壓。其基本步驟是：沿著礦體的邊界挖掘運(yùn)輸巷道；在礦體的上盤或者下盤，平行運(yùn)輸巷道，并距其6米處挖掘切割巷道；在塹溝中向上鑿鉆扇形炮孔進(jìn)行爆破，后退回采。該方法的前提是地表允許陷落，并且具有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是其處理過程具有很大的局限性。

1.2 充填

干式充填是我國最早應(yīng)用于礦山的充填技術(shù)，發(fā)展于20世紀(jì)50年代。但是到了60年代，由于設(shè)備和技術(shù)的限制，逐漸式微。干式充填是按規(guī)定的塊度組成對所提供的物料即礦山的廢石進(jìn)行破碎、篩分、混合，再充填的方法。該方法的關(guān)鍵是需要一層特殊隔離材料隔離充填材料和礦石，以減少采礦損失和貧化。干式充填的缺點(diǎn)明顯：充填能力低、粉塵大、充填體不夠致密，但是成本低，目前主要用于處理小型礦山采空區(qū)。

尾砂膠結(jié)充填方式主要是利用特殊的充填材料使得全尾砂或者是分級尾砂發(fā)生凝固，實(shí)現(xiàn)充填效果。如中國礦業(yè)大學(xué)所推出的高水速凝材料，利用高水基材料與水反應(yīng)，凝結(jié)硬化形成高水型水化硫酸鈣。這種方法的充填效果受到膠結(jié)劑種類及其摻入量、充填料漿濃度、尾砂級配組成、攪拌時(shí)間、養(yǎng)護(hù)齡期、養(yǎng)護(hù)環(huán)境及尾砂化學(xué)成分等因素的影響。尤其是尾砂級配組成，空隙率小、密實(shí)性大的尾砂，其膠結(jié)充填體強(qiáng)度更高。當(dāng)然，不同的處理方法所需要的條件和達(dá)到的效果不同。對于小型礦山來說，哪種采空區(qū)處理方法更加適合要根據(jù)實(shí)際情況而定。而廢石充填作為礦山采空區(qū)處理的常用方法，具有一定的代表性，下面將詳細(xì)的分析廢石充填在小型礦山中應(yīng)用的可行性。

2 廢石充填

2.1 理論基礎(chǔ)

礦山空區(qū)之所以要處理，主要是因?yàn)榭諈^(qū)由于復(fù)雜的地形地貌和巖石構(gòu)造，發(fā)生變形巖移時(shí)會(huì)對井下產(chǎn)生影響，也容易使地面發(fā)生塌陷、下沉、開裂等問題。而三帶理論正是指導(dǎo)礦山采空區(qū)處理的主要理論。三帶理論認(rèn)為巖移可以分為三個(gè)帶，即冒落帶、裂隙帶、彎曲帶。而利用三個(gè)帶的高度之和，可以計(jì)算出安全開采深度，確定地表禁區(qū)。因此進(jìn)行廢石充填的時(shí)候就可以科學(xué)的控制高度，確保其始終在安全開采深度以內(nèi)，以避免對地下的井巷、地上的建筑物等產(chǎn)生影響。

2.2 使用條件

廢石充填除了處理采空區(qū)還能解決廢石問題，因此，在進(jìn)行時(shí)要結(jié)合礦山開采狀況和采空區(qū)技術(shù)條件。而且廢石的產(chǎn)量和用于充填采空區(qū)的需量之間并不能始終做到百分百平衡。因而廢石充填需要在一定的條件下進(jìn)行。首先是充填部位，要求是采空區(qū)密集、地質(zhì)構(gòu)造弱面等巖體應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位。其次是充填率，要求一般的采空區(qū)充填率必須達(dá)到50%，重點(diǎn)采空區(qū)的充填率必須達(dá)到70%。因此廢石的量必須在滿足以上需要情況下才能進(jìn)行充填。最后是充填時(shí)機(jī)，單一采場充填，應(yīng)在采空區(qū)圍巖未發(fā)生大的變形之前進(jìn)行，最好是采場出完礦后馬上進(jìn)行。

2.3 充填通道的留設(shè)

充填通道的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，必須以多種參數(shù)為基礎(chǔ)，科學(xué)的進(jìn)行設(shè)置。首先是通道的尺寸大小，必須和井下運(yùn)輸設(shè)備的大小相匹配，能夠滿足其正常的運(yùn)輸。其次是通道的線路設(shè)計(jì)，盡量以直線為主，簡短，便捷，確保設(shè)備運(yùn)輸能力實(shí)現(xiàn)最大化。充填溜井多為矩形，大小可根據(jù)充填廢石的量來確定，基本以傾斜布置和垂直布置為主。設(shè)置的地段要求穩(wěn)固、不易受干擾。

2.4 充填效果的分析

完成廢石充填的采空區(qū)周邊的巷道、采場地壓活動(dòng)得到明顯的控制，尤其是上中段采空區(qū)。改善了采礦、放礦難的問題。廢石充填能夠有效的利用礦山本身的廢棄物，實(shí)現(xiàn)采充的平衡，保證礦山能夠持續(xù)的生產(chǎn)。廢石充填較為簡單，便于操作，能夠及時(shí)填平采空區(qū)，保證了相鄰盤區(qū)礦柱和頂板的穩(wěn)定，為礦山的作業(yè)和生產(chǎn)提供一個(gè)安全的環(huán)境。廢石充填能夠最大化的實(shí)現(xiàn)廢石不出坑，延長了礦石提升的時(shí)間，解放了礦石提升的能力，保證生產(chǎn)任務(wù)能夠如期完成。礦山的廢石大量的用于充填采空區(qū)，減少了工業(yè)固體廢棄物，改善了礦山的生態(tài)與環(huán)境。廢石充填系統(tǒng)基建時(shí)間短，設(shè)備簡單，需要投入的成本低，而見效快，效率高，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在充填材料和運(yùn)輸費(fèi)用上，所需要的成本大大減少。

2.5 需要的其他技術(shù)手段

單純的廢石充填方法還需要其他的技術(shù)手段的輔助才能取得更好的效果。第一，利用尾砂或者是河砂來制備充填料。單純的使用井下剛生產(chǎn)出來的廢石作為充填料，其沉降率較高，可超過20%。而適當(dāng)?shù)拇钆涑跛樘蕹膹U石、尾砂或者是河砂，可以降低沉降率，提高充填效果。第二，利用地壓檢測系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)來監(jiān)控采空區(qū)。廢石充填的效果到底怎么樣，采空區(qū)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，這些都需要地壓系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)測和驗(yàn)證。完整的地壓系統(tǒng)一般包含了應(yīng)力傳感器、位移傳感器、微震傳感器、數(shù)據(jù)采集基站及監(jiān)測管理中心等，能夠及時(shí)采集采空區(qū)及周圍的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、信息。

3 結(jié)語

廢石充填在小型礦山采空區(qū)的處理上除了能夠加以控制，使其穩(wěn)定外，也具有其他的優(yōu)勢：一是減少了材料和運(yùn)輸成本的支出，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益；二是科學(xué)的利用了井下廢石，實(shí)現(xiàn)了礦山生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展；三是保護(hù)了礦山的生態(tài)環(huán)境。再結(jié)合尾砂、河砂等材料，在搭配使用的情況下，具有更加明顯的效果。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.077