基于铁矿井下采空区充填工艺技术研究

基于铁矿井下采空区充填工艺技术研究

李君

莱钢集团矿山建设有限公司山东济南市莱芜区271199

摘要：对铁矿进行开采之后，必然会留有采空区，在一定程度上增加的安全隐患，同时还会造成铁矿资源的浪费，所以需要采用相应的工艺技术对采空区进行充填。以某矿山为例，以其实际情况为基础，本人对充填工艺以及井下充填系统展开的了相关研究，目的在于促使采空区的安全隐患消除，同时提高了矿石回采的安全系数，并增加矿石资源的回收量，有利于经济的发展。

关键词：铁矿井下；采空区；充填工艺技术

采用留矿法对地下矿山进行开采，在通常情况下，地下能够形成大量的采空区，并导致周围的巷道以及作业范围内均出现采场维护困难的情况，同时导致矿房失稳破坏以及矿山的开采条件发生恶化，在上覆岩层部分，能够发生冒落或是岩移的情况，并导致地表塌陷的情况出现，对地表构筑物以及农田产生威胁，并且，在采空区域，一旦出现失稳压垮情况，将能够产生大量的冲击波以及高速气浪，导致相关设备以及工作人员发生损伤，对矿山的安全生产能够产生严重的影响。

一、矿山概况

本文中以某铁矿为例，该铁矿为东西走向，矿体倾向南至南偏西，倾角在75°—80°之间，磁铁矿体的平均厚度为3.5m，厚度变化系数在40%左右，南北宽度为1.2km，其中包含多条平行排列的小型铁矿，从整体上来看，属于急倾斜薄矿体。矿体与顶底板整合接触，矿岩坚硬且完整性好，在局部节理裂隙进行发于的过程中，极易出现片帮冒顶现象。以此为基础，采用浅孔留矿法对铁矿进行开采，矿房的结构相对简单，且采用的回采工艺具有较高的安全系数；将矿快沿走向进行布置，矿房的长度为50m，阶段高度为50m，在矿房间，留设由6m间柱，在间柱中间的位置，人行通风田径均沿矿体底板进行布置，并且沿着垂直向上的方向，每隔5m间距，即对人行联络通道进行挖掘，并全部通达采场；底部结构采用的是进路式，采用铲运机进行出矿。对于矿体采用自下而上的方向进行浅孔分层回采，将整个矿房完全回采完毕之后，在进行集中放矿。

就目前的情况来看，矿块的生产能力为100t/d，但是对其进行采切的成本相对较高，且采场出矿的周期较长，对于采出衔接以及安全管理的要求也相对较高，所以出现了大量的空区，特别是在顶底柱以及间柱的位置，其资源的占比能够高达25%，严重影响了对资源进行充分回收。所以，在矿山中对采空区充填技术与工艺进行应用，有利于对采空区进行及时的回填，从而能够有效达到进行安全生产和安全治理的效果，并且在资源回收以及矿山总体效益方面，也能够实现总体效益的最大化。

二、采空区处理安全技术要求

（一）空区处理方法的主要影响因素

对空区处理方式能够产生影响的主要因素为：矿岩的特性，空场的大小以及形态，对矿柱的合理回收情况，地表构筑物的拆移情况，充填物料的质量及来源，泥石流、滑坡以及山崩等自然灾害对矿区产生的影响等。

（二）采场空区的处理应与周围采场回采速度相匹配

对于采空区，应该保障随其处理的及时性，如果对其处理滞后，极有可能导致采空区的上盘以及顶部出现大面积的围岩冒落，并因此导致出现设备损伤以及人员伤亡的情况。

（三）保障施工过程的安全

在进行施工的过程中，应该保障作业环境安全可靠，例如保持现场照明设备稳定等；对于巷道内以及空区内的顶板浮石，应该进行及时的清理，同时保持工作平台的稳定性；在进行爆破时，应该保持警戒工作的到位，严禁对回头炮进行查看。

（四）对空区处理效果进行定期检查

在对空区进行处理完成之后，在地应力作用以及爆破震动效果的作用下，对巷道以及天井进行封闭的碎石将会进行进一步的压缩，并出现空隙或是导致塌落，久而久之，将会对进行封闭的效果产生严重的影响，所以对于空区的处理效果，应该进行定期的检查，一旦发现其中出现问题，应立即采用相应的方式进行处理。

三、充填法处理采空区

（一）对空区进行充填处理的方法

对空区进行充填处理，主要可以采用两种方式，干式充填和湿式充填。

1.干式充填

在金属矿山中，干式充填的方式主要应用于中小型矿山或是老矿山。干式充填方式具有操作简便且投资较低的优势，但是对其可进行应用的过程中，充填条件相对较差，导致充填效率低且相关工作人员的劳动强度较大。

2.湿式充填

在通常情况下，对湿式充填方式进行采用，具有充填效率高、流动性好的优势，但是对该充填方式进行应用，需要建设起一套完善的充填输送系统和设施，并且应用尾砂以及胶结充填，相对于使用水砂，需要更高的成本。但是就当前的情况而言，对空区进行处理，湿式充填的应用范围更加广泛。

（二）充填法选用原则

在对矿山进行开采的初期，应该优先选择使用干式充填方法，直至废石不能够对填充能力进行满足时，再对干式充填材料进行生产或采购；如果充填料的成本过高，则应选择使用尾砂对充料进行替代。为了促使矿石的回收率以及矿山的生产能力得到提高，同时保障生产过程的安全，应该以铁矿采空区自身以及其分布特点作为重要依据，将尾砂胶结充填以及干式充填方法进行结合。

四、井下充填系统

（一）采空区充填封闭、滤水系统设计

在进行充填作业的过程中，为了避免有用的组分发生流失，在出矿水平的出矿横穿、间柱内联络道以及与外界进行连通的部位，均应对柔性封闭墙进行建设，以促使固沙滤水的作用得到增强；并且，为了促使充填体内的水沙尽快得到分离，在充填体内，还应对滤水管和托水管进行预先埋设，对于滤出的水，则应由排水系统排出至地表。

（二）充填管理

在进行送砂前，应该首先将充填管路冲洗干净，以保障水流通常；在进行充填的过程中，如果出现管道堵塞、料浆不均匀以及浓度不合格等多方面的问题，应该及时与地表的充填站进行联系，若情况必要，则应中止施工直至将问题解决后再恢复施工；充填结束之后，应该先停砂、再停水，之后对管道进行冲洗，以避免出现胶结体滞留的情况并导致管道堵塞。

结束语：

在铁矿中使用尾砂充填系统进行充填，具有材料易选、施工便捷、充填效果更好以及自动化程度高的优势，能够对地表沉降等问题进行有效的解决，且能够提高资源的回收率、降低对资源的损失和浪费。

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