采矿工程中充填采矿技术的应用

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摘要：目前，绿色开采技术在矿产开采中已得到高度关注和应用，而其中应用最广泛的充填采矿法，将成为矿产开采的主要支撑技术，在矿产开采中扮演重要角色，那么充填采矿技术在采矿中有哪些优势呢？它在具体应用中又存在哪些需要解决的问题呢？下面就以上两方面的论题进行探讨。

关键词：充填技术；采矿工程；应用研究

1充填采矿技术工艺的概念

所谓充填开采是指在回采过程中将充填的材料置于采空区的岩层中以增加矿区的支撑压力，用来缓解采矿作业区的压力，它是采矿人工支护，增强煤矿开采的安全度的保障。该方法主要应用于建筑物、水体以及铁路等地下矿产的开采。这种技术工艺最大的优点是增强了采场、巷道围岩的安全性，便于养护，预防地表下沉或变形，进而增强了矿区的安全性，提高了采矿效率，更好地保护了周边自然环境。填充开采技术从20世纪50年代开始采用，到现在是一种发展时间并不长的新型技术。随着填充材料的不断改进，充填采矿技术和工艺越来越适应矿井开采条件要求，因此这一技术符合了当今时代的发展要求。按照材料和输送方式，充填采矿法分为干式、水力、胶结三种充填法。按照采场结构、回采方向和工艺，充填采矿法又分为上向分层、下向分层两种充填法和壁式、削壁、方框支架三种充填法。不同的充填方法有着各自的适用范围，在选择时需要根据矿山的实际情况选择最适宜的方式。过去经常使用干式充填、水力充填技术进行矿山充填，随着充填技术和工艺的不断发展，以及新型充填材料的快速出现，胶结充填、膏体充填、似膏体充填、以及超高水材料充填逐步在矿山推广，不仅降低了成本，提高了充填强度，而且更环保、更安全稳定，更符合矿山长期应用。

2充填采矿技术优势

2.1充填物的作用主要表现在支撑围岩，使其稳固避免移动，充填物抗压强，从而避免塌陷等问题，充填采矿技术的广泛应用，对矿区的环境安全有着极其重要的作用，在深部开采以及不稳定围岩矿区开采中有良好的应用效果[1]。

2.2充填采矿技术保护了矿床，有效减少风化起火隐患，矿石损失、贫化率小；回采率高，减少资源破坏，可提高经济效益。2.3充填采矿技术机械化水平高，人员使用量极少，劳动量减少，作业成本降低，生产安全性提高，提高了劳动效率，增加了经济效益。

2.4充填采矿技术可以改善采矿区的平衡度，使开采时不平衡达到了采矿区岩石新的平衡。这样有利于矿区向深部开采，提高了开采率，还可改善深部作业条件，控制深井开采岩爆，降低深部地温。

2.5可处理矿石废料，保护地表环境，减少污染。

3充填采矿技术在采矿工程中的应用

3.1上向分层充填技术

上向分层充填（也叫干式充填法），就是对矿体按照从下向上的顺序进行分层逐层开采，采完一个分层后就开始进行的充填。伴随着充填的过程中，同时构筑行人井、放矿井和排水井。上向分层充填技术对矿块的布置形式可分为两种：沿走向和切走向。如果矿石和围岩的稳定性好，且矿体厚度在15mm以内，则沿走向布置；反之则采用切走向布置。如果矿体的厚度在50mm以上，就需要沿矿体垂直方向设置两排矿房，并在矿房间留出沿走向的纵向矿柱。

3.2下向分层充填技术

对于围岩和矿石稳定性均十分差的矿体，可以运用下向分层充填采矿技术开采。在矿主回采的实际工作中，在其工作面可建筑人天井、矿石溜井、运输井。通过矿石溜井将开采的矿石运至下部的巷道中，充填物质则通过充填物运输井运到采空区。采矿时，按照由下到上的顺序进行回采和充填。应采用水平分层或倾斜10-15°进行分层，回采前先连通巷道、人天井以及矿石溜井，从切割巷道开始进行回采。为了确保安全，应该每分层采用水砂填充物，在下方构筑起胶结顶。

3.3削壁充填采矿技术

削壁充填采矿法，适用于矿脉极薄的矿体之上，一般该技术常被应用在露天井之中。首先开采一些通风井以保证开采安全，然后使用一些废弃不用的胶合板进行铺设，底部使用钢筋混凝土做假底，最后将四周矿石和围岩用掏槽或电扒的方式削落，矿石开采运走，围岩用作充填材料。在具体工作中，首先考虑矿山矿脉的走向极其围岩的坚实稳定性等因素，根据不同的地理地质情况，设置不同的爆破顺序。同时兼顾围岩的崩落量，崩落量需要适度，可以填满采空区即可。在应用削壁充填采矿技术的过程中，是对矿石和围岩独立进行开采，在将矿石运出之后再将剩余的废石留在矿房之中作为充填料[2]。

3.4分段空场嗣后充填采矿技术

分段空场嗣后充填采矿法，适用于不规则矿体之上。在应用该技术进行采矿作业时，先把较大的采场划分为几个结构段面，使其形成矩形断面结构，分段开采并有效进行充填。每个单元回采结束后，一次性进行采空区充填。充填前采空区内安装好滤水管，构筑好滤水密闭墙，做好堵坝工作。充填材料为全尾砂和固化剂进行充填。凿岩、出矿以及充填都应该在巷道内作业，实现采矿、出矿、充填三项作业同时进行，从而大大地提高采矿的效率。充填材料为单管胶结材料、高水胶结材料和分级尾砂的混合物。充填必须接顶，以形成上分段采场的底板，减少矿石贫化。如果充填采场下有未采采场，应在充填底部浇筑混凝土，形成下部采场的人造顶。

4实际开采中应用的充填采矿技术工艺

尽管充填采矿技术工艺在采矿工程中有很多优势，但在具体的应用过程中，仍暴露出一些缺陷和不足，如工艺选择上的不合理、充填材料不能很好满足采矿需求、充填技术设备使用与充填管理中有欠缺等，都需要尽快解决。

4.1充填采矿技术的不断创造发明

按照不同矿山具体特点，根据矿床不同的开采技术条件，选择不同的充填采矿技术工艺，在实践中不断创造发明充填采矿技术工艺。对于倾斜程度小、矿脉薄的煤炭开采，可选择分向矿岩挖掘技术工艺，其废弃物直接充填空巷区，这就是所说的削壁或者暴力充填采矿。矿体厚大、矿岩结实的采用浅孔和中深孔空场采矿技术工艺效果好。充填物质材料可用块石胶结，也可用高水材料，这种阶段连续回采快速对采空区的充填技术工艺，有其明显的特点：低成本、高效率对采空区合理地充填。因此我们得出结论：根据实际情况因地制宜地选择，在实际工作中不断创造发明新的充填采矿技术工艺对于矿山开采发展意义重大。

4.2研制无污染成本低、高强度的固化物质

充填物质中的胶结材料其成分、结构、组成方式决定了其物理特性，目前要强化对胶结材料成分、组成方式的研究，开发研制适合不同矿山地质条件充填的多种胶结材料，不断提高材料的抗压性、抗水性、抗高温性能，满足各种矿山的需求。同时，要兼顾矿山企业的经济承受能力，多开发成本低、强度高、凝固速度快、流动性好的高水固化胶结材料，不断降低充填成本，缩短充填时间，提高矿山企业的生产效率和经济效益。

4.3完善设备应用，提升自动智能充填水平

充填采矿的技术设备性能对加强生产效果及其以后的技术发展有着直接的影响，国产设备技术性能稳定性差的现状遏制了其大规模的推广应用，尽快研制高效、精密先进设备已成为矿山企业的必由之路。为此我们应该加快研制高效浓密设备和高浓度输送设备，目的是实现高浓度全尾矿浆的制备和减少输送堵管现象。尽快引进或者自行研制自动化设备以及仪器和仪表，形成自动化充填系统，自动调节卸料和充填材料的浓度。还要研发与引进自动化、智能化填充设备和现代化采矿调度系统，从而能够动态获取充填技术所需要的地质条件、充填体强度、充填供需等数据资料，提升采矿智能水平和自动化控制技术[3]。

5结论

充填采矿技术经过几十年的发展，现已成为我国采矿技术中的核心技术，满足了我国大部分矿山企业的需求，并且为矿山企业带来了较高的经济效益和社会效益。然而随着时代的发展，采矿技术也要走技术完善和创新发展的路子，把充填技术在采矿工程应用中暴露出来的问题和缺陷梳理归纳，形成可供借鉴的典型资料，不断深入进行老技术改进和新技术开发的研究，让充填技术在材料、技术等方面都做出创新创造之举，适应新时期采矿业对充填技术的新要求，全面推动我国矿产开采事业的进步。

参考文献：

[1]王智超.充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题的思考[J].时代报告,2018(02):247-247.

[2]刘鹏.充填采矿技术应用发展及存在问题分析研究[J].工程技术,2016(12):279-279.

[3]郑登栋.浅析充填采矿技术在煤矿开采中的应用[J].江西建材,2016(18):218-218.

作者：赵建军 单位：宁武县能源职工安全培训中心