铁矿充填采矿中的关键技术研究张海礁

铁矿充填采矿中的关键技术研究张海礁

张海礁

临沂会宝岭铁矿有限公司山东省临沂市277712

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，铁矿资源开采越来越多。现在我国铁矿资源开采使用的是充填工艺，但是基于我国特殊的体表结构和地貌特征，铁矿资源品质地下，采矿工艺还不是很纯熟，这就加大了采矿的难度，所以我国的铁矿资源并没有被有效的开采利用。

关键词：充填开采法；关键技术；开采案例；发展方向

引言

自我国工业快速发展以来，基于长期的、高强度的矿产开采，浅部矿产资源日益枯竭，深部开采、复杂条件下难采矿体开采成为一大重要趋势，如何安全、高效的完成此类开采活动，成为矿业工作者面临并亟需解决的问题。目前充填采矿技术已经成为了深部采矿的首选方法，本文主要围绕此技术的应用展开具体分析。

1充填开采法

1.1充填采矿方法与回采工艺

提高采矿生产规模和降低充填采矿成本是提高大型贫铁矿床充填法采矿经济效益的主要途径，因此，采用具有超大生产能力的采矿方法和回采工艺，是贫铁矿充填法设计的策略．因此，具有大规模生产能力的嗣后充填采矿方法为大多数铁矿山所应用．针对特定矿床的矿体产状、矿岩稳定性、矿体厚度以及埋藏深度，嗣后充填又通常分为分段嗣后和阶段嗣后充填2种采矿方法。

1.2采矿结构和胶体填充强度

嗣后充填是将矿体分成了矿房和矿柱两部分。开采过程中先使用胶体充填来开采矿房，然后再利用非胶体充填法来开采矿柱。在实际的开采过程中，矿房和矿柱的相关参数直接关系到采矿充填的成本和经济效益。研究表明，胶体自身的稳定性和整个矿体的稳定性决定了胶体的强度。但是应该认识到，矿场的稳定性不同，对于胶体的强度要求就不同。最常见的数学力学模型计算法是Thomas计算法，米切尔技术法等。根据模型计算显示，在第一次开采之后形成的填充提在第二次开采中需要侧相暴露时，填充强度必须设计为≥1MPa。只有在这种情况下第二次的充填体承受的负荷层能小，因此基本要求充填自身稳定就好。

1.3胶结充填

胶结充填是在水力无胶结充填方法的基础上发展而来的，通过在充填料浆中加入一定量的胶凝材料，切实提高充填体的自立性、抗压强度，满足深部采矿需要。胶结充填方法众多，包括细砂胶结充填（如：以尾砂（分级尾砂）、天然砂和棒磨砂等为充填集料，水泥为胶结剂）、高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填以及全尾砂胶结充填等。

2我国铁矿充填特点

（1）铁矿品位低，都是属于“三下”矿床。我国铁矿的平均品位是30%，与世界铁矿相比较小了11%.而且大多矿区都是“三下”难采矿且含水丰富。（2）新铁矿储量丰富。“十二五”之后相继充填采矿的矿区生产量不断地攀升。而这这些新矿区都将采用充填法开采。（3）新矿区资源回收高。由于我国矿产资源日趋减少，因此要做到矿产资源的充分回收。

3我国铁矿充填法的关键技术

3.1矿体稳定性研究的设计和控制

提高大型矿床生产能力的关键在于提高矿山机械化采矿水平，而超大采场空间是适应大型机械化设备应用的前提。因此千万吨级大型充填矿山，均采用超大采场进行采矿生产。由此可见，超大采场的稳定性与优化控制技术，是实现阶段嗣后充填和二步矿柱回采的关键．超大采场稳定性不仅依赖于矿岩稳固条件、矿体埋深和原岩应力，还与采场布置、回采工艺以及采场支护技术密切相关．因此，超大采场的稳定性研究需要开展矿山工程地质和水文地质研究，揭示矿区采矿技术条件，评价矿岩质量和影响因素，在此基础上开展采矿优化设计．同时，采用物理模型和数值仿真技术，进一步开展矿体掘进、回采、充填等生产过程的仿真分析和稳定性预测，探索两步回采过程中围岩变形机理和失稳模式，提出合理的回采顺序和与之相匹配的充填体强度，从而确保超大采场的稳定性。

3.2新型胶凝材料的开发和应用

在充填体形成过程中，胶凝材料是必不可少的部分，而大部分的充填体都是采用水泥作为胶凝材料的，比如在全尾砂充填中。但是水泥强度低，为了增加充填体的强度只能在使用中加大水泥的用量。但这将大大增加开采成本，在贫铁矿开采中甚至会出现入不敷出的问题。因此要大力开发和研制新型的胶凝材料，这项技术在大量贫铁矿开采中必不可少。

3.3制浆设备的开发研制

这项技术将大大提高输送。当前我国充填料浆的生产设备能力大多是80-120m3/h，现阶段还发研制的也不到200m3/h。膏体的充填技术在对于能否控制精准方面存在问题，而且在管道中输送有很大的阻力，且需要投入大量的资金。所以高浓度料浆自流输送的充填技术是如今要发展的方向。中国矿业大学已经开发了一种相关的充填理论和技术，已经展开了前期的研究工作。通过在金川三矿区的研究表明，泡沫砂浆充填技术可以有效地提高运输的效率，因为泡沫起到了滚珠的作用，减小了一定的阻力，从而提高了料浆在输送中的浓度。

3.4采场安全监测与灾变风险预测预报技术

采矿生产过程的安全监测和灾变风险预测预报与控制技术，也是确保大型贫铁矿床充填法安全开采的关键技术，包括采场生产过程中的安全监测和灾变失稳预测和整个采场的稳定性监测与地表岩移预测。1）采矿生产过程的安全监测技术。对于阶段嗣后充填法采矿，整个采矿过程分为4个步骤：即回采矿房、胶结充填矿房、回采矿柱，非胶结充填矿柱．在回采过程中不仅矿房和矿柱在回采过程中存在灾变失稳风险，而且在回采矿柱过程中，胶结充填体暴露面积随开采过程逐渐增大，因此也存在充填体的片冒和整体失稳风险。因此，有必要采用监测手段进行安全监测，确保采矿安全。2）采场整体稳定性分析与地表预测技术。采场整体稳定性是实现地表岩移控制的必要条件，并非是充分条件。换句话说，即使整个采场的稳定，也不一定能够控制地表岩移在允许的范围内。这主要是由于超大充填体存在滞后充填、充填不接顶以及充填体本身的收缩变形，使得地表岩层移动超过地表建筑物允许范围，从而导致岩移破坏地表建筑。开展采场充填体和地表沉降观测，并根据监测到的信息，建立岩移预测的数值模拟，进行不同开采水平的岩移预测，以便提前采取安全措施，对地表岩移进行有效控制，避免村庄不搬迁和农田不破坏，从而既实现资源开发，又保护了矿山环境的目标。

结语

综上所述，我国的矿区大多处在“三下”地段而且大都处在富水区，铁矿大多是贫铁矿。因此在铁矿开采中不仅要做到安全开采，控制地压，还要提高地下资源的回收利用率，使用充填开采技术也会防止采空区地质不稳定而引发相关地质灾害。当前铁矿开采大多采用充填工艺，充填材料的供给，料浆的制备速率，料浆的输送和胶凝材料的开发研制都是充填工艺突破重点。

参考文献

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[2]付毅，王劼.铁矿全充填采矿中的关键技术研究[J].有色金属，2013（61）：1-4.

[3]杨志强，高谦，蔡美峰，吴爱祥.我国大型贫铁矿充填法开采关键技术与发展方向[J].中国矿业，2015（1）：38--45.