采礦工程中充填采礦技術(shù)的應(yīng)用
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摘要：目前，綠色開(kāi)采技術(shù)在礦產(chǎn)開(kāi)采中已得到高度關(guān)注和應(yīng)用，而其中應(yīng)用最廣泛的充填采礦法，將成為礦產(chǎn)開(kāi)采的主要支撐技術(shù)，在礦產(chǎn)開(kāi)采中扮演重要角色，那么充填采礦技術(shù)在采礦中有哪些優(yōu)勢(shì)呢？它在具體應(yīng)用中又存在哪些需要解決的問(wèn)題呢？下面就以上兩方面的論題進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：充填技術(shù)；采礦工程；應(yīng)用研究
所謂充填開(kāi)采是指在回采過(guò)程中將充填的材料置于采空區(qū)的巖層中以增加礦區(qū)的支撐壓力，用來(lái)緩解采礦作業(yè)區(qū)的壓力，它是采礦人工支護(hù)，增強(qiáng)煤礦開(kāi)采的安全度的保障。該方法主要應(yīng)用于建筑物、水體以及鐵路等地下礦產(chǎn)的開(kāi)采。這種技術(shù)工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)了采場(chǎng)、巷道圍巖的安全性，便于養(yǎng)護(hù)，預(yù)防地表下沉或變形，進(jìn)而增強(qiáng)了礦區(qū)的安全性，提高了采礦效率，更好地保護(hù)了周邊自然環(huán)境。填充開(kāi)采技術(shù)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始采用，到現(xiàn)在是一種發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng)的新型技術(shù)。隨著填充材料的不斷改進(jìn)，充填采礦技術(shù)和工藝越來(lái)越適應(yīng)礦井開(kāi)采條件要求，因此這一技術(shù)符合了當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展要求。按照材料和輸送方式，充填采礦法分為干式、水力、膠結(jié)三種充填法。按照采場(chǎng)結(jié)構(gòu)、回采方向和工藝，充填采礦法又分為上向分層、下向分層兩種充填法和壁式、削壁、方框支架三種充填法。不同的充填方法有著各自的適用范圍，在選擇時(shí)需要根據(jù)礦山的實(shí)際情況選擇最適宜的方式。過(guò)去經(jīng)常使用干式充填、水力充填技術(shù)進(jìn)行礦山充填，隨著充填技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展，以及新型充填材料的快速出現(xiàn)，膠結(jié)充填、膏體充填、似膏體充填、以及超高水材料充填逐步在礦山推廣，不僅降低了成本，提高了充填強(qiáng)度，而且更環(huán)保、更安全穩(wěn)定，更符合礦山長(zhǎng)期應(yīng)用。
2充填采礦技術(shù)優(yōu)勢(shì)
2.1充填物的作用主要表現(xiàn)在支撐圍巖，使其穩(wěn)固避免移動(dòng)，充填物抗壓強(qiáng)，從而避免塌陷等問(wèn)題，充填采礦技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)礦區(qū)的環(huán)境安全有著極其重要的作用，在深部開(kāi)采以及不穩(wěn)定圍巖礦區(qū)開(kāi)采中有良好的應(yīng)用效果[1]。
2.2充填采礦技術(shù)保護(hù)了礦床，有效減少風(fēng)化起火隱患，礦石損失、貧化率??；回采率高，減少資源破壞，可提高經(jīng)濟(jì)效益。2.3充填采礦技術(shù)機(jī)械化水平高，人員使用量極少，勞動(dòng)量減少，作業(yè)成本降低，生產(chǎn)安全性提高，提高了勞動(dòng)效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
2.4充填采礦技術(shù)可以改善采礦區(qū)的平衡度，使開(kāi)采時(shí)不平衡達(dá)到了采礦區(qū)巖石新的平衡。這樣有利于礦區(qū)向深部開(kāi)采，提高了開(kāi)采率，還可改善深部作業(yè)條件，控制深井開(kāi)采巖爆，降低深部地溫。
2.5可處理礦石廢料，保護(hù)地表環(huán)境，減少污染。
3充填采礦技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用
3.1上向分層充填技術(shù)
上向分層充填（也叫干式充填法），就是對(duì)礦體按照從下向上的順序進(jìn)行分層逐層開(kāi)采，采完一個(gè)分層后就開(kāi)始進(jìn)行的充填。伴隨著充填的過(guò)程中，同時(shí)構(gòu)筑行人井、放礦井和排水井。上向分層充填技術(shù)對(duì)礦塊的布置形式可分為兩種：沿走向和切走向。如果礦石和圍巖的穩(wěn)定性好，且礦體厚度在15mm以內(nèi)，則沿走向布置；反之則采用切走向布置。如果礦體的厚度在50mm以上，就需要沿礦體垂直方向設(shè)置兩排礦房，并在礦房間留出沿走向的縱向礦柱。
3.2下向分層充填技術(shù)
對(duì)于圍巖和礦石穩(wěn)定性均十分差的礦體，可以運(yùn)用下向分層充填采礦技術(shù)開(kāi)采。在礦主回采的實(shí)際工作中，在其工作面可建筑人天井、礦石溜井、運(yùn)輸井。通過(guò)礦石溜井將開(kāi)采的礦石運(yùn)至下部的巷道中，充填物質(zhì)則通過(guò)充填物運(yùn)輸井運(yùn)到采空區(qū)。采礦時(shí)，按照由下到上的順序進(jìn)行回采和充填。應(yīng)采用水平分層或傾斜10-15°進(jìn)行分層，回采前先連通巷道、人天井以及礦石溜井，從切割巷道開(kāi)始進(jìn)行回采。為了確保安全，應(yīng)該每分層采用水砂填充物，在下方構(gòu)筑起膠結(jié)頂。
3.3削壁充填采礦技術(shù)
削壁充填采礦法，適用于礦脈極薄的礦體之上，一般該技術(shù)常被應(yīng)用在露天井之中。首先開(kāi)采一些通風(fēng)井以保證開(kāi)采安全，然后使用一些廢棄不用的膠合板進(jìn)行鋪設(shè)，底部使用鋼筋混凝土做假底，最后將四周礦石和圍巖用掏槽或電扒的方式削落，礦石開(kāi)采運(yùn)走，圍巖用作充填材料。在具體工作中，首先考慮礦山礦脈的走向極其圍巖的堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定性等因素，根據(jù)不同的地理地質(zhì)情況，設(shè)置不同的爆破順序。同時(shí)兼顧圍巖的崩落量，崩落量需要適度，可以填滿采空區(qū)即可。在應(yīng)用削壁充填采礦技術(shù)的過(guò)程中，是對(duì)礦石和圍巖獨(dú)立進(jìn)行開(kāi)采，在將礦石運(yùn)出之后再將剩余的廢石留在礦房之中作為充填料[2]。
3.4分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V技術(shù)
分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，適用于不規(guī)則礦體之上。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，先把較大的采場(chǎng)劃分為幾個(gè)結(jié)構(gòu)段面，使其形成矩形斷面結(jié)構(gòu)，分段開(kāi)采并有效進(jìn)行充填。每個(gè)單元回采結(jié)束后，一次性進(jìn)行采空區(qū)充填。充填前采空區(qū)內(nèi)安裝好濾水管，構(gòu)筑好濾水密閉墻，做好堵壩工作。充填材料為全尾砂和固化劑進(jìn)行充填。鑿巖、出礦以及充填都應(yīng)該在巷道內(nèi)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)采礦、出礦、充填三項(xiàng)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，從而大大地提高采礦的效率。充填材料為單管膠結(jié)材料、高水膠結(jié)材料和分級(jí)尾砂的混合物。充填必須接頂，以形成上分段采場(chǎng)的底板，減少礦石貧化。如果充填采場(chǎng)下有未采采場(chǎng)，應(yīng)在充填底部澆筑混凝土，形成下部采場(chǎng)的人造頂。
4實(shí)際開(kāi)采中應(yīng)用的充填采礦技術(shù)工藝
盡管充填采礦技術(shù)工藝在采礦工程中有很多優(yōu)勢(shì)，但在具體的應(yīng)用過(guò)程中，仍暴露出一些缺陷和不足，如工藝選擇上的不合理、充填材料不能很好滿足采礦需求、充填技術(shù)設(shè)備使用與充填管理中有欠缺等，都需要盡快解決。
4.1充填采礦技術(shù)的不斷創(chuàng)造發(fā)明
按照不同礦山具體特點(diǎn)，根據(jù)礦床不同的開(kāi)采技術(shù)條件，選擇不同的充填采礦技術(shù)工藝，在實(shí)踐中不斷創(chuàng)造發(fā)明充填采礦技術(shù)工藝。對(duì)于傾斜程度小、礦脈薄的煤炭開(kāi)采，可選擇分向礦巖挖掘技術(shù)工藝，其廢棄物直接充填空巷區(qū)，這就是所說(shuō)的削壁或者暴力充填采礦。礦體厚大、礦巖結(jié)實(shí)的采用淺孔和中深孔空?qǐng)霾傻V技術(shù)工藝效果好。充填物質(zhì)材料可用塊石膠結(jié)，也可用高水材料，這種階段連續(xù)回采快速對(duì)采空區(qū)的充填技術(shù)工藝，有其明顯的特點(diǎn)：低成本、高效率對(duì)采空區(qū)合理地充填。因此我們得出結(jié)論：根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地選擇，在實(shí)際工作中不斷創(chuàng)造發(fā)明新的充填采礦技術(shù)工藝對(duì)于礦山開(kāi)采發(fā)展意義重大。
4.2研制無(wú)污染成本低、高強(qiáng)度的固化物質(zhì)
充填物質(zhì)中的膠結(jié)材料其成分、結(jié)構(gòu)、組成方式?jīng)Q定了其物理特性，目前要強(qiáng)化對(duì)膠結(jié)材料成分、組成方式的研究，開(kāi)發(fā)研制適合不同礦山地質(zhì)條件充填的多種膠結(jié)材料，不斷提高材料的抗壓性、抗水性、抗高溫性能，滿足各種礦山的需求。同時(shí)，要兼顧礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)承受能力，多開(kāi)發(fā)成本低、強(qiáng)度高、凝固速度快、流動(dòng)性好的高水固化膠結(jié)材料，不斷降低充填成本，縮短充填時(shí)間，提高礦山企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
4.3完善設(shè)備應(yīng)用，提升自動(dòng)智能充填水平
充填采礦的技術(shù)設(shè)備性能對(duì)加強(qiáng)生產(chǎn)效果及其以后的技術(shù)發(fā)展有著直接的影響，國(guó)產(chǎn)設(shè)備技術(shù)性能穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀遏制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用，盡快研制高效、精密先進(jìn)設(shè)備已成為礦山企業(yè)的必由之路。為此我們應(yīng)該加快研制高效濃密設(shè)備和高濃度輸送設(shè)備，目的是實(shí)現(xiàn)高濃度全尾礦漿的制備和減少輸送堵管現(xiàn)象。盡快引進(jìn)或者自行研制自動(dòng)化設(shè)備以及儀器和儀表，形成自動(dòng)化充填系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)卸料和充填材料的濃度。還要研發(fā)與引進(jìn)自動(dòng)化、智能化填充設(shè)備和現(xiàn)代化采礦調(diào)度系統(tǒng)，從而能夠動(dòng)態(tài)獲取充填技術(shù)所需要的地質(zhì)條件、充填體強(qiáng)度、充填供需等數(shù)據(jù)資料，提升采礦智能水平和自動(dòng)化控制技術(shù)[3]。
5結(jié)論
充填采礦技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為我國(guó)采礦技術(shù)中的核心技術(shù)，滿足了我國(guó)大部分礦山企業(yè)的需求，并且為礦山企業(yè)帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而隨著時(shí)代的發(fā)展，采礦技術(shù)也要走技術(shù)完善和創(chuàng)新發(fā)展的路子，把充填技術(shù)在采礦工程應(yīng)用中暴露出來(lái)的問(wèn)題和缺陷梳理歸納，形成可供借鑒的典型資料，不斷深入進(jìn)行老技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的研究，讓充填技術(shù)在材料、技術(shù)等方面都做出創(chuàng)新創(chuàng)造之舉，適應(yīng)新時(shí)期采礦業(yè)對(duì)充填技術(shù)的新要求，全面推動(dòng)我國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)采事業(yè)的進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
[1]王智超.充填采礦技術(shù)在采礦中的應(yīng)用與相關(guān)問(wèn)題的思考[J].時(shí)代報(bào)告,2018(02):247-247.
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[3]鄭登棟.淺析充填采礦技術(shù)在煤礦開(kāi)采中的應(yīng)用[J].江西建材,2016(18):218-218.
作者：趙建軍 單位：寧武縣能源職工安全培訓(xùn)中心
