充填采礦技術(shù)在金屬非金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用

林橙光

（廣西中科地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530002）

礦山的開(kāi)采本身具備一定的危險(xiǎn)性，但是對(duì)于國(guó)家的發(fā)展以及各科技研究的發(fā)展來(lái)說(shuō)，各類礦物不可或缺。通過(guò)對(duì)填充采礦技術(shù)的有效應(yīng)用，不僅能夠進(jìn)一步提升金屬非金屬礦山開(kāi)采的安全性，還能夠有效提高開(kāi)采質(zhì)量，為各行業(yè)的發(fā)展提供保障與支持。

1 充填采礦技術(shù)的概念

所謂的充填采礦技術(shù)，就是在礦山開(kāi)采的過(guò)程中，伴隨著落礦、搬運(yùn)以及其他作業(yè)實(shí)施的同時(shí)，使用相關(guān)材料，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行填充的采礦方法[1]。在礦山開(kāi)采的過(guò)程中，通過(guò)充填相應(yīng)的材料，為采空區(qū)兩幫的巖石提供支護(hù)效果，并且作為回采的底板。對(duì)于部分稀有金屬或者高品位的礦床，也可采用該種開(kāi)采方式，保障開(kāi)采質(zhì)量，并且該種開(kāi)采方式，還能夠有效提高自燃性硫化礦床開(kāi)采作業(yè)的安全性。通過(guò)對(duì)充填采礦技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升礦山的開(kāi)采率，最大限度地回收礦產(chǎn)資源，并盡可能的保護(hù)礦山的地下土質(zhì)以及地表環(huán)境。并且其環(huán)保性能也隨著近些年我國(guó)相關(guān)科研技術(shù)的發(fā)展，得到了一定的提升，在充填材料以及充填工藝方面都得到了創(chuàng)新與發(fā)展，呈現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢(shì)。

2 充填采礦法在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

相較于國(guó)外，我國(guó)在近代展開(kāi)的礦山開(kāi)采活動(dòng)，大多使用的充填采礦方法為干式充填采礦法，在開(kāi)采活動(dòng)的實(shí)施過(guò)程中，填充使用的主要材料為礦山周邊原有的廢石或者在礦井挖掘過(guò)程中產(chǎn)出的廢料為主，在開(kāi)采的過(guò)程中，需要耗費(fèi)大量的人工成本，并且開(kāi)采效率也不理想，難以滿足礦山開(kāi)采企業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)需求[2]。直至二十一世紀(jì)初期，在礦山開(kāi)采活動(dòng)中逐漸加入了大量機(jī)械設(shè)備以及無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備，在開(kāi)采活動(dòng)中，有效提高了礦井開(kāi)采的效率以及礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，并進(jìn)一步提高了整個(gè)填充采礦法的充填施工效率，但是相較于西方國(guó)家，該類技術(shù)的應(yīng)用仍然尚未成熟，存在著較大的改進(jìn)空間。目前，我國(guó)的礦山開(kāi)采活動(dòng)在對(duì)充填采礦技術(shù)的應(yīng)用方面也逐漸成熟，并且在多元化的機(jī)械設(shè)備以及智能化、信息化設(shè)備的支持下，進(jìn)一步提高了開(kāi)采效率。

3 充填采礦法在金屬非金屬礦山采礦工程中的分類與優(yōu)勢(shì)

3.1 充填采礦法的分類

目前，我國(guó)主要應(yīng)用的充填采礦法主要可以分為以下幾類，分別為削壁充填采礦法、分段充填采礦法、上向分層充填采礦法以及下向分層充填采礦法[3]。在實(shí)際的礦山開(kāi)采活動(dòng)當(dāng)中，需要根據(jù)礦山的地質(zhì)情況以及礦山開(kāi)采的內(nèi)容物，合理選擇充填采礦方法。在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，還需要根據(jù)填充材料的區(qū)別，將各類充填采礦法分為干式、水砂、尾砂等填充方法。如若按照回采工作面的形式來(lái)區(qū)分各種礦山填充開(kāi)采方法還可分為進(jìn)路、分層、階段以及分段充填回采法。

3.2 充填采礦法的優(yōu)勢(shì)

充填采礦法在應(yīng)用的過(guò)程中，相較于其他開(kāi)采方法主要呈現(xiàn)出以下兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

第一，在進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)以及井下作業(yè)具備較高的安全性[4]。在實(shí)施開(kāi)采活動(dòng)的過(guò)程中，相關(guān)的工作人員以及開(kāi)采團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)就地取材的方式，制備相應(yīng)的充填材料，并且在開(kāi)采活動(dòng)中，針對(duì)采空區(qū)進(jìn)行有計(jì)劃的填充活動(dòng)，最大化的降低在開(kāi)采過(guò)程中，礦井兩側(cè)以及頂面出現(xiàn)坍塌等事故。

第二，在進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，該種方法的有效應(yīng)用，能夠有效控制礦山開(kāi)采可能帶來(lái)的環(huán)境污染，降低開(kāi)采工作對(duì)周邊環(huán)境造成的惡行影響。在實(shí)施相應(yīng)的開(kāi)采活動(dòng)后，充填采礦作業(yè)能夠有效避免在煤礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的采空區(qū)對(duì)原有的山體地質(zhì)造成破壞，同時(shí)也能夠避免坍塌與沉陷問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)周遭的建筑以及土體造成影響，讓整個(gè)礦山開(kāi)采活動(dòng)更具獨(dú)立性。

4 充填采礦技術(shù)在金屬非金屬礦山采礦工程中的具體應(yīng)用

4.1 削壁充填采礦技術(shù)

該種采礦技術(shù)被主要應(yīng)用于礦體自身礦體較薄的礦區(qū)，在礦山開(kāi)采的過(guò)程中，礦井空間較小，無(wú)法在礦井中設(shè)置專門(mén)的預(yù)留間柱，為巷道提供支護(hù)[5]。因此，在正式開(kāi)工時(shí)，需要專門(mén)的工作人員對(duì)礦井內(nèi)部設(shè)置混凝土構(gòu)筑的底柱。在進(jìn)行回采作業(yè)之前，需要礦山開(kāi)采企業(yè)率先完成礦石的開(kāi)采活動(dòng)，而后方能展開(kāi)后續(xù)的巖石開(kāi)采作業(yè)。在落礦之前，還需要工作人員在礦下的填充物上鋪設(shè)一定厚度的墊層。在進(jìn)行爆破采礦活動(dòng)時(shí)，需要提前在相應(yīng)的位置設(shè)置1m深的炮眼，并且利用電耙的輔助，完成出礦作業(yè)。隨后對(duì)礦井的圍巖展開(kāi)爆破作業(yè)，而后便可以開(kāi)始充填采空區(qū)，并在這一過(guò)程中，將基本的工作空間預(yù)留出來(lái)。在后續(xù)的采礦作業(yè)過(guò)程中，便可循環(huán)上述作業(yè)流程，直至整個(gè)礦區(qū)開(kāi)采完畢。在應(yīng)用該種技術(shù)進(jìn)行礦山的開(kāi)采活動(dòng)時(shí)，需要開(kāi)采單位以及現(xiàn)場(chǎng)的工作人員做好爆破處理工作，規(guī)避一切可能發(fā)生的安全事故以及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

首先，在進(jìn)行爆破之前，需要對(duì)礦體進(jìn)行勘測(cè)，確認(rèn)該區(qū)域適合通過(guò)爆破的方式展開(kāi)作業(yè)。在確認(rèn)爆破點(diǎn)之后，便需要相關(guān)的工作人員在爆破點(diǎn)鉆孔，使用專門(mén)的小直徑鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。一般來(lái)說(shuō)，爆破孔的深度需要控制在1～1.5m之間，以保障爆破深度與爆破面積，并且爆破孔之間的間隔應(yīng)當(dāng)控制在0.4～0.6m左右，在對(duì)爆破孔裝藥的過(guò)程中，需要嚴(yán)格遵守隔孔裝藥原則。

其次，在對(duì)圍巖進(jìn)行處理時(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提前對(duì)回采的空間進(jìn)行勘查，確認(rèn)回踩空間大小處于最小狀態(tài)。在這一過(guò)程中，如若礦體自身呈現(xiàn)出了較大的傾斜度，則需要將采場(chǎng)的空間控制在0.8m以上。

再次，在完成了爆破作業(yè)之后，需要組織工作人員對(duì)爆破情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)啞彈或延遲爆炸的火藥后，便可對(duì)崩落的礦石進(jìn)行處理，通過(guò)人工運(yùn)輸或者電耙運(yùn)輸?shù)姆绞剑瑢⒈缆涞牡V石運(yùn)輸至開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)外進(jìn)行集中處理。在這一過(guò)程中，如若采場(chǎng)的空間預(yù)留在1.2m以上，則可以使用電動(dòng)鏟運(yùn)設(shè)備將采礦現(xiàn)場(chǎng)崩落的巖石運(yùn)輸至場(chǎng)外。

最后，為了進(jìn)一步提升礦山開(kāi)采生產(chǎn)的質(zhì)量與效率，需要在充填材料的表面鋪設(shè)墊層，一般來(lái)說(shuō)，鋪設(shè)墊層的主要材料為混凝土，保障填充物能夠形成良好的支護(hù)，支撐礦石崩落的重力。

4.2 分段充填采礦技術(shù)

在礦山開(kāi)采活動(dòng)的實(shí)施過(guò)程中，在利用分段充填采礦技術(shù)時(shí)候，應(yīng)當(dāng)將作業(yè)的重點(diǎn)放在分段的處理方面。該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需要針對(duì)礦山開(kāi)采過(guò)程中，暴露面積較大地區(qū)域進(jìn)行分割分段，將整個(gè)采礦面進(jìn)行合理規(guī)劃，劃分為多個(gè)面積相同的矩形斷面結(jié)構(gòu)，以便于后續(xù)開(kāi)采作業(yè)的順利實(shí)施。通過(guò)該種方式，進(jìn)一步縮小整個(gè)礦山的暴露面。同時(shí)在開(kāi)采的過(guò)程中，也可以有效提升部分不穩(wěn)定區(qū)域的填充工作以及回采工作質(zhì)量，減少在煤礦開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全事故以及整個(gè)煤礦開(kāi)采活動(dòng)的安全隱患。

在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，需要將采礦中的某一段大面積開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行劃分，在劃分的過(guò)程中，需要保障每個(gè)小段或者每個(gè)中段之間的高度差較小。在完成劃分作業(yè)后，便可以針對(duì)各中段以及小段展開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)采作業(yè)，按照規(guī)定的開(kāi)采流程以及深度標(biāo)準(zhǔn)，展開(kāi)相應(yīng)的礦山開(kāi)采作業(yè)。在這一過(guò)程中，進(jìn)而保障充填以及回采兩項(xiàng)作業(yè)的順利實(shí)施，并保障兩者能夠滿足較差運(yùn)輸?shù)男枨?，還需要在礦下的巷道內(nèi)做好相應(yīng)的出礦以及鑿巖施工，將采集到的各類礦石運(yùn)輸出去，并將相應(yīng)的填充物從礦下運(yùn)輸至指定位置。另外，在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，還需要合理選擇開(kāi)采設(shè)備以及開(kāi)采方案，進(jìn)而有效提高整個(gè)開(kāi)采效率以及開(kāi)采質(zhì)量。在礦下開(kāi)采作業(yè)基本完成之后，還需要開(kāi)采單位立刻展開(kāi)相應(yīng)的礦山充填工作。在選擇充填材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦山自身的土質(zhì)情況以及開(kāi)采的實(shí)際情況合理選擇，并在填充材料中加入一定的輔助材料。在填充的過(guò)程中，也要積極選用各類鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備，提高填充作業(yè)的效率，進(jìn)一步提升整個(gè)礦山開(kāi)采的效率，并通過(guò)就地取材等方式，來(lái)控制填充作業(yè)所耗費(fèi)的成本等，最終提升整個(gè)礦山開(kāi)采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)效益。

4.3 上向分層充填采礦技術(shù)

所謂的上向分層充填采礦技術(shù)，也被稱之為干式充填采礦技術(shù)，在進(jìn)行充填作業(yè)的過(guò)程中，需要現(xiàn)場(chǎng)的工作人員自下而上展開(kāi)礦山的開(kāi)采，每完成一層礦產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)，便可直接進(jìn)行該開(kāi)采層的填充作業(yè)，而后進(jìn)行更上一層的礦物開(kāi)采活動(dòng)。在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)在礦下配置專門(mén)的行人井，為現(xiàn)場(chǎng)的工作人員提供通行需求。除此以外，考慮到礦井內(nèi)部的給水問(wèn)題，還需要布置專門(mén)的排水井，并在相應(yīng)的位置設(shè)置放礦井，保障礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，礦物能夠集中堆放并進(jìn)行運(yùn)輸。一般來(lái)說(shuō)，在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用的過(guò)程中進(jìn)行礦塊布置形式時(shí)，可以考慮兩種不同的礦快布置形式。其一可以在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中沿著開(kāi)采的走向進(jìn)行礦塊的布設(shè)，該種不舍方案，能夠有效適用于礦井內(nèi)部本身礦石以及巖土穩(wěn)定的礦井中。并且該種不舍方法能夠有效應(yīng)用于礦體自身的厚度在15m以下的礦山中。其二是礦井內(nèi)部圍巖以及礦石構(gòu)成穩(wěn)定性較差的礦井中，沿著礦塊且走向進(jìn)行布設(shè)，該種布設(shè)方法更適用于礦體厚度在50m以上的礦下作業(yè)環(huán)境當(dāng)中。在進(jìn)行礦塊的布設(shè)活動(dòng)時(shí)，需要提前在礦井航道的兩側(cè)設(shè)置兩排礦房，在開(kāi)采的過(guò)程中，按照相關(guān)要求，讓礦房與礦體之間呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，最后在礦房的內(nèi)部，按照礦體的走向，提前預(yù)留出相應(yīng)的縱向框柱，以此來(lái)保障整個(gè)上向分層填充施工技術(shù)的有效應(yīng)用。

4.4 下向分層充填采礦技術(shù)

在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要礦山開(kāi)采單位委派專門(mén)的工作人員以及相應(yīng)的地質(zhì)勘測(cè)部門(mén)對(duì)礦山的土質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)，了解礦山土體的穩(wěn)定性，確認(rèn)開(kāi)采區(qū)域的圍巖強(qiáng)度，在得到相應(yīng)的參數(shù)支持后，確認(rèn)該項(xiàng)技術(shù)的適用性。一般來(lái)說(shuō)，下向分層充填采礦技術(shù)更為適用于穩(wěn)定性較差的采礦環(huán)境，該種填充采礦技術(shù)能夠基本保障整個(gè)礦山開(kāi)采活動(dòng)的安全性，提高支護(hù)強(qiáng)度，避免在開(kāi)采過(guò)程中，發(fā)生坍塌等災(zāi)害，引發(fā)安全事故、造成人員傷亡。在具體的礦體回采施工過(guò)程中，需要工作人員在礦體的工作面上分別布置運(yùn)輸井、人天井以及礦石溜井。其中，礦石溜井將主要被應(yīng)用在礦石從上至下的運(yùn)輸活動(dòng)當(dāng)中，通過(guò)礦石溜井的幫助，讓上部區(qū)域的礦石運(yùn)輸至礦山的下層巷道；運(yùn)輸井主要應(yīng)用于填充物的運(yùn)輸，將填充物從上部區(qū)域運(yùn)輸至下層采空區(qū)。利用下向分層充填采礦技術(shù)的過(guò)程中，需要按照由上而下的順序進(jìn)行礦產(chǎn)的開(kāi)采作業(yè)。在工作人員完成分層作業(yè)后，便可設(shè)定一定的傾斜角進(jìn)行向下開(kāi)采，在回采之前，需要做好礦石溜井、巷道以及人天井之間的流通，并且將回采的起始點(diǎn)設(shè)置于切割巷道的位置，通過(guò)該種方式，保障該種開(kāi)采技術(shù)的順利實(shí)施，進(jìn)一步提高開(kāi)采質(zhì)量以及開(kāi)采效率，降低在不穩(wěn)定圍巖開(kāi)采環(huán)境中突發(fā)安全事故的概率，保障井下工作人員的人身安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)闡述了金屬非金屬礦山采礦工程中對(duì)充填采礦技術(shù)的有效應(yīng)用，希望能夠?yàn)槲覈?guó)的礦產(chǎn)開(kāi)采行業(yè)發(fā)展提供幫助與支持，進(jìn)一步提高我國(guó)的礦產(chǎn)開(kāi)采水平。