采矿工程充填技术的应用与发展

采矿工程充填技术的应用与发展

陈虎

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 湖北武汉 430064

摘要：我国矿业的快速发展对相关生产技术提出了更为严格的要求，传统技术已经不能满足生产要求。面对竞争激烈和复杂的生产环境，矿业企业应当充分利用技术优势，提高生产效率。与传统采矿技术相较，充填技术优势突出，可提高地层的稳定性，有效避免塌陷问题。同时，该技术有利于矿产资源的回收与利用，经济价值较高。

关键词：采矿工程；充填技术；应用

1采矿工程充填技术概述

所谓充填技术是指在落矿、搬运和其他作业环节，使用特制的充填材料对采矿区进行充填处理，以提高采矿区的稳定性。当矿区开采难度较大、岩层不稳固时采用该技术，可有效保护周边的生态环境，维护矿区生产安全。该技术优势及具体方法如下：一是可显著减少顶板冒落和片帮等问题；二是涉及切割的工作量较小，操作更为便捷；三是材料成本低，可就地取材，选用现有的自然资源作为充填材料的主要成分。充填采矿法，按照材料可分为以下几种：

1.1 干式充填法

干式充填法是利用矿车、风力等，向采空区运输废石及砂石等干式材料，在采场内通过电耙或铲运机运输和存放充填材料。应用该法过程中，需提前设置填料井，区域内注意通风粉尘，而后分层充填。该方法应用时间较久，工序繁杂，会产生大量的粉尘，且充填的作业周期长，充填体的强度不高；但该法也有一定的优势，即成本低，可适用于各类矿体形态。

1.2 水砂充填法

水砂充填法是按照一定比例将尾砂、河砂或炉渣等材料与水混合，再通过砂浆泵或者自流的方式运送至指定的井下充填点，实现支撑围岩和控制地压的目的。送至采空区内的材料利用自身重力便可沉降，其上层的清水和夹杂的细砂经过过滤后排出。该方法的优点为成本低廉、充填能力强，可以减缓地表下沉；缺点为浆体浓稠，需使用大量的水进行搅拌，充填量和使用范围有所局限。

1.3 胶结充填法

胶结充填法是按照一定比例将河砂、尾砂与普通硅酸盐水泥等胶结剂混合，制备成浓度较低的浆体或膏体，再通过管道自流或者专业设备直接泵送至井下待填区。该方法的优点为工艺简单，施工效率高，充填材料强度大；缺点为后期需进行精细养护，施工成本高，同时阶段间柱回采难度大，尾砂等资源的回收利用率低。

1.4 膏体充填法

膏体充填法是将一种或者是多种材料，如尾砂、河砂、粉煤灰或胶结料等，按照一定比例与水混合，制备成无须脱水且无临界流速的牙膏状浆体，再使用专用的大型工业泵将膏体通过管道运送至井下采空区。该方法的优点为对于尾砂的利用率较高，生产过程中不会生成有毒物质，使用的水泥量较少，施工成本低；缺点为施工中涉及设备的工序较多，为保证正常生产，还需对设备进行养护。

2充填采矿技术在开采中的应用

2.1 分段充填采矿技术

在分段充填采矿技术的使用过程中，其关键要素就在于分段的科学合理性。针对地表暴露面积较大的采场展开相应的分段，将其划分为数个不同的矩形截面结构，全方位降低采场的暴露面积，对不够稳定的采空区展开更加科学合理的回采以及充填。

举例来说，在某个矿区内，可以将中间段分割为多个高度为10 m的分段，同时对不同的分段展开分别的开采工作。根据矿区开采的标准步骤和标准工序，综合考量当前矿区在开采上的深度值，确保回采和充填的交叉施工，并与巷道中，实施凿岩和充填。

在运输充填物的过程中，可以使用电动铲运机，全方位降低由于人工运输所带来的压力和负担。待施工完成且构成采空区之后，可以运用胶结物直接填充在采空区，可使用推卸式铲运机，将填料填充在顶板处。

分段式充填采矿技术的作用十分显著，逐步实现了无机械的采矿作业，解放了传统采矿的劳动力，整个工作过程更加的流畅且高效。

2.2上向分层充填技术

上向分层充填技术是干式充填技术中的一类，需要将矿体进行分层，按照从下到上的施工工序，依照已经划分完成的层次进行资源开采和矿区填充，还需要构建出排水井以及矿井等。

使用该技术时，矿块的铺设模式主要划分为两类，分别为切走向以及沿走向，若是整个矿区的矿石足够稳定，围岩较为安全可靠，且矿体的厚度保持在15 m之内，则可以运用沿走向的铺设模式；若是与其相反，则可以运用切走向的铺设模式；若是矿体的厚度达到了50 m之上，则需要依照矿体在垂直上的方向，构建两排矿房，同时在矿房的房间内，预留出沿着开采走向的纵向矿柱。

2.3 下向分层充填技术

对于下向分层充填技术来说，比较适合矿石稳定性较差，围岩固定程度不足的矿体，能够对矿柱展开更加科学合理的回采工作。下向分层充填技术的实际使用过程中，设置出较为完善的行人天井等，并构建出溜井，直接将开采到的矿石运输到矿井的下部巷道里，同时将需要进行填充的废石等材料传送到采空区中。

在展开回采作业时，需要秉承着从上到下的工作原则，促使充填作业能够和回采作业两者交叉进行。在进行分层的过程中，应该运用水平分层的分层模式，或者是直接倾斜10°～15°来展开分层处理。

在正式展开回采作业之前，应该首先将巷道、行人天井等进行连接，通过切割巷道来展开相应的回采作业。基于安全角度进行综合考量，应该在每一层分层充填物的下部，构建出相应的胶结顶。

2.4削壁充填采矿技术

削壁充填采矿技术更加适合使用在矿体厚度不足的矿区内，主要是因为这种矿区无法提前预留间柱，需要在其中使用混凝土以及木板等，运用这种类型的材料人工构建出一个底柱。

比如在回采时，要先对矿石进行采集，随后再对岩石进行采集。在采集岩石、矿石落地之前，需要在充填物中设置出相应的垫层，例如可以设置胶皮带或者是设置草袋，随后挖设1 m的炮眼，通过爆破的方式来对矿产资源进行采集。

最后运用人工操作或者运用电靶，等到采矿工作完成之后，需要对周边的围岩进行爆破处理，并对采空的区域进行充填，将最为基础的工作环境进行预留。将以上步骤进行循环的施工作业，一直到矿块采集工作完成为止。

相较于其他采矿技术来说，削壁充填采矿技术能够在同一个工作面中，对围岩和煤矿进行独立化的开采，并将已经爆破完成的围岩岩石作为充填物体，省去了其他充填技术所需要运输填料这一步骤，在操作模式上更为简单便捷。在实践的使用过程中，由于需要对围岩和矿石展开数次爆破处理，因此需要相关工作人员了解到现阶段矿区围岩的稳固程度。

例如本地区矿山走向是否适合使用该技术，展开详细勘查，随后依照勘查的结果，明确爆破的程序和步骤。工作人员在制定爆破方案，尤其是确定爆破量时，需要保障爆破之后，爆破的碎石数量能够直接将采空区填满，同时也需要保障能够对进行综合性的利用。

3结语

充填采矿技术为采矿工作的主要技术。该技术的有效运用，对于矿区稳定性的维护、资源的利用回收和生态环境维护等，均有积极作用。随着我国社会经济的快速发展，对于矿产资源的需求量日益增长，矿山开采周期较长，随之开采深度也相应增加，这使得充填采矿难度逐渐增加，施工要求更为严格。为此，需基于现有的技术水平和采矿工程生产情况，加强技术研发力度，遵循绿色生产理念，在保证采矿效益的同时，维护生态稳定。

参考文献：

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