充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题探讨

充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题探讨

李峰1齐敏敏,2,路亮,3

山东鲁中能源集团有限公司1山东鲁中能源集团有限公司2山东鲁能泰山工程技术咨询有限公司3

摘要：随着科技的日益发达,中国采矿工艺进行了快速的改变。但是在开采科学技术逐渐发达的同时,挖掘的深度也在逐步增加,这也将导致地表出现更多的深洞,不但影响到自然环境,而且还会造成很大的安全隐患,于是填充式挖掘术便应运而生。本文着重对充填开采方法在矿山中的运用及有关情况展开探讨研究,以供参考。

关键词：充填采矿技术；应用；相关问题；分析

当前中国已步入对矿产资源消耗的最高峰时期,而采掘业仍存在着深部岩爆、冲击地压等水文灾害问题;土壤地表沉降、崩塌等生态环境问题;生产能力、成本以及技术经济问题等。在目前人类越来越重视大自然的状况下,充填式开采法应作为采矿工程人员最优先考虑的采矿方法。由于矿产资源开采过程中会产生大量的固体垃圾,再堆放地表下容易产生严重环境污染,甚至引起泥石流、尾矿塌坝等事件,因此目前需要开展绿色开采,而充填开采技术就是绿色开采的最主要基础科技。

1充填采矿的优势分析

1.1降排功能

充填采矿的功能和重要性已经大大超越了传统采矿利用的范围,目前全球已发现了少数典型的无垃圾排弃的采矿,比如在德国格隆德铅锌矿中利用浮选机将产生的全尾砂和重新投票碎石制成膏体充填料回填下往充填的引道,从而不再有全尾矿排弃到尾矿库;在某些风景名胜区、自然保护区里开采,如奥地利的布莱堡铅锌矿场,中国南京市栖霞山铅锌银场等,而这一类矿井在开发的第一个要求就是可以把大部分工业固体废物全部回填到地下。因此大量处置工业固体垃圾也是矿井今后设计中优先考虑的主要任务,是处理地区内生态环境问题的最佳方式。

1.2消除地表变形及下沉功能

使用填充技术迅速、合理地填充采空区,就能够有效支护大采空区面积岩石,从而防止和抵抗支护围岩进一步变化,并避免了大幅度的位移产生;通过充填可以迅速建立出新的工作面,为今后作业创造条件,从而减少了采充过程周期,提升了矿山的综合能力;充填开采工艺能够有效的防止围岩出现的位移,实现水体下、土壤下开采,同时维持了土壤地表未受损坏,保护原有的生态保护。

2充填采矿技术类型

2.1上向分层充填技术

上向分层的充填工艺即是严格根据垂直标高对矿块加以分类,划分标准既可以是水平的,也可能是倾斜的,并应当严格按照由下向上的回采次序,尤其是当采完一个分层后,还应当准确的进行填充工作,并在充填体内顺路布置放矿溜井道和行人天井等,其同时也产生了相应的泄水效果。上向分层充填技术主要应用于围岩稳定性较差,而矿石又非常稳定的矿体,但如果是在实际使用中遇到围岩和矿物稳定性都不好的现象时,也可采用微倾角引道回采的方法,其倾角可以限制在7~100左右,确保水力充填或者交接填充后的物料都能够达到自流接顶;如果是矿矿石已经达到了中等稳定的状况,那么就应该通过锚杆法,对顶板矿石进行加强处理。

2.2下向分层充填技术

下向分层充填技术属于回采矿柱的方法,它主要应用围岩条件和矿物稳定性都非常不好的矿体。下向分层充填的施工顺序一般是上向下的,因其在整个回采过程中,需按水平或斜面分层布置,斜面的倾角宜维持在10~150左右,且顶板、底梁均不保留。在整个的回采流程中,还需要进行溜井、充填、行人天井的布置等,首先通过溜井将矿石移至底部的输送巷道;再通过充填天井,将上部输送巷道内的充填物料送往采区。

2.3削壁充填技术

削壁充填技术主要应用于薄层、极薄的矿层中,并可以减少贫化量。在削壁充填技术的实际使用过程中,往往需要崩落于上、下盘围岩,从而确保了回采工业面安全。一般情况下,巷道围岩和矿石都是分次崩下的,并把已崩落的巷道围岩用作充填材料充分利用。但值得注意的是,为防止矿粉夹杂于填充物质中,还需要在崩矿前进行适当的防护措施,如在填充原料表面铺上屏蔽物质。另外,施工区的崩落数量也必须适当,以填充采空区的范围而为。

2.4方框支架充填技术

方框支架充填技术,主要应用于矿石、支护等围岩稳定性均差,结构不规则、高价的矿体,以保证回采作业的安全性。在实际作业过程中,崩落的矿石的尺寸应与方框尺寸相同,注意应及时安装方框以保护顶板,并在方框内填充充填物质。溜井、行人路通风的天井也应设计在方框内,矿石也应实行手选,废石则可作填充料用。

三、充填采矿技术在采矿中存在的问题及解决方法

3.1技术水平仍需提高

现阶段,中国还是面临着部分地区问题,在进行采矿的开发操作过程中,还不能实现充填工艺技术的广泛应用,而采矿科技的落后又造成了产出技术水平较低,从而严重影响了产出的质量。而另外的一些公司虽然使用了充填技术进行矿产品的开发,可是进行开采的作业人员却不能对此工艺技术加以全面地了解,对开发过程中存在的困难却不能采取相应的处理方法,这就造成了矿业开发工作中存在着很多的安全隐患和风险存在的隐患,所以相应的公司在开展正式的开发工作以前,就需要先做好实施方案的合理编制,并且需要先对项目执行的技术人员以及现场的作业人员做好有关专业培训和技术训练,以提高设计方案的科学性和合理性,对充填技术的水平进行更全面地提高。采矿的持续发展使得传统的工艺技术与机械设备早已无法适应当前的发展要求,工业机械设备的性能也不稳定,而智能化的机械技术水平又很低下,严重影响着采矿行业的发展前景,所以需要对相应的工业机械的研发力量予以加强。

3.2管理充填站力度不足

现代化的充填站还必须具备现代化的机械和电气设备,从而对矿井的日常工作中所需要的原物料加以充实。为给矿场进行更方便快捷的运输,在一般情况下为现化充填进行选址时,都会选择在矿场的内部或是附近的地方进行填充站的建设。而一个满足条件的填充站,需要采用下列装置:流量计、泵和浓度计等。因为对充填物料的松散速度可以进行有效而合理地监控,因此需要检测填充站的所有设备,并通过经常和不定期的检测进行有机组合,所以为确保填充站可以进行正常地工作,就必须实行相应的检测机制,并经常和不定期的检测进行有机组合,所以为确保充填站可以进行正常的工作,必须实施相应的检测程序,对机器和产品进行严密的检测,进而对填充物材料的产品安全性做出合理的确定。

3.3充填材料强度较低

在选用填充工艺中的填充物时,必须把填充物的物理性质作为重点考察的方面,同时也是根据其骨材的结构特点以及组成胶结层的物质加以考虑,在一般条件下要注意以下几点,如湿度、粒度、多孔性、耐压特性、沙姆性和压缩特性。在进行采矿的过程中,填充物的相关物理性质可以对采空区的地表稳定性形成很直接的影响,在对采矿安全做出保证的过程中,它也是最关键的环节之一。现阶段,世界各国都在开展对充填材料的科研工作,中国的采矿企业普遍使用的都是高水料,并且能够使用全尾砂,它可以实现更远距离的运输并具有较快的凝结速率,不过由于它硬度较低,在进行脱水后十分明显。此外,由于绝大多数的填充材料都无法对冲击力、爆破力以及腐蚀清理做出有效地抵抗,所以在进行研制新填充材料的过程中,往往需要对材料的生产成本加以节约,使之同时具有高强度以及一定的经济性和环境保护性能。

结束语：

综上所述,为了保障国家对矿产资源的正常需要,就必须发展绿色采矿模式,目前绿色无废矿山技术已列入国家社会主义法治建设技术发展计划中,而矿山的固体废弃物再充填开采技术则作为发展绿色矿山的基础支撑技术,无废、少废矿山工艺技术创新以及技术的工程化综合配套,已成为当前中国矿山科技重点发展方向。

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