浅析采矿工程中充填采矿技术及应用

浅析采矿工程中充填采矿技术及应用

张鸣

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摘要：充填采矿技术可以将采出的矿石后留下的空洞或者废矿填充，实现资源的保护和有效利用。通过将废弃物重新填充到地下空洞中，不仅能够节约土地资源，还可以回收其中残存的有价值矿石，最大限度地提高矿石的提取率和资源利用效率。采矿活动会对地下岩层造成破坏，导致地下空洞的形成和岩层失稳，可能引发地质灾害，如地面塌陷、断裂、滑坡等。充填采矿技术通过将填充材料填充到矿区空洞中，能够支撑和稳定局部岩体，改善地质条件，减少地质灾害的发生概率，保障采矿区域的安全性和稳定性。

关键词：采矿工程；充填采矿；技术总结

一、充填采矿技术的基本概念

充填采矿技术是一种在矿山开采过程中，将废弃物或其他填充材料填充回已经采空的矿洞中的技术。矿山开采会形成一系列的矿区空洞，包括从地下开采出的岩石、矿石和尾矿堆放区等。充填采矿技术通过向这些空洞中注入填充材料，填满已经采空的矿洞，使其达到稳定状态。常用的填充材料包括废弃矿石、矿石加工产生的固体废料、混合泥浆等。填充材料可以通过物理或化学方法进行处理，以改善其流动性和坚固性，确保填充后的矿洞能够达到所需的稳定性。充填采矿技术可以采用不同的充填方式，包括上充法、下充法和水平分层充填法等。

二、充填矿产技术在矿产体系中的优势

（一）环境保护效果良好

充填采矿技术是一种在地下或开放式矿山中使用填充材料来填补采空区域的方法。充填材料被用来填充采空区域，可以有效避免地表塌陷和地震活动等问题，保护了地表地貌的完整性和稳定性。充填矿产技术能够有效阻止水体进入采空区，减少地下水和地表水的污染风险，保护附近水资源的质量和可持续性。采矿过程中产生的灰尘、气体和挥发性化学物质等有害物质可以被充填材料有效控制和封闭，减少了对周围空气质量的影响。充填采矿技术通过恢复覆土层和植被，重建原始生态系统，促进植物生长和野生动物栖息地的恢复，有利于生态环境的保护和可持续发展。充填采矿技术在环境保护方面具有显著优势，能够减少对地表、水资源、空气和生态系统的影响，促进可持续矿业发展。

（二）地表下沉控制优秀

充填材料填充在采空区域内，能够提供有效的支撑和约束作用，防止地表发生明显的下沉变形。充填材料具有一定的强度和压缩性，能够将采空区域的重力荷载均匀分布到充填体上，减轻对地表的局部压力集中，从而降低地表下沉的风险。通过合理选择充填材料、控制施工工艺和监测管理等手段，可以实现对充填体的沉陷速率进行控制和调整，以确保地表下沉过程平稳可控。采用充填采矿技术时，通常会在充填体和周围地表设置监测点，通过实时监测地表沉降、应力变化等参数，及时发现异常情况并采取相应措施进行调整和处理。充填采矿技术在地表下沉控制方面的效果受多种因素影响，如充填材料的性质、地下水位变化、施工工艺与监测等的科学性和合理性。因此，在实际应用中需要进行全面的技术评估和有效的监管管理，并密切关注充填体运动造成的可能影响。

（三）更加符合铜镍矿的开采特点

铜镍矿床常呈层状或脆性岩体形式，在传统开采中往往只能开采顶板富含矿石的高部分，而下部分矿石难以开采，资源得不到充分利用。充填矿产技术可以通过填充采空区，提高矿石回收率，实现资源的有效利用。铜镍矿一般位于地下较深的位置，如果使用传统的露天开采或大规模地下巷道开采，可能会对地表造成较大的破坏和环境影响。而充填采矿技术可以将开采活动限制在地下，减少对地表的干扰和破坏，更好地保护地表生态环境。铜镍矿床常存在地质灾害风险，如塌陷、崩塌等。充填采矿技术能够有效避免因开采导致的地质灾害发生，填充材料提供了强固的支撑和约束，有助于保持矿床的稳定性，降低地质灾害风险。

三、充填采矿技术在实际应用中所面临的难点

（一）机械设备的利用率较低

充填采矿需要进行充填体的制备、输送和填充等工序，这些过程一般需要较长的时间完成，导致机械设备的利用率相对较低。充填体的性质需要根据具体采矿区域的地质条件和采矿要求进行配比调节，并确保充填体的质量和稳定性。这需要额外的时间和人力投入，也会影响机械设备的利用率。由于充填体通常是通过井下设备输送至采空区域，而采空区域的布局和形状限制了机械设备的操作空间和灵活性。因此，机械设备的利用率可能受到采空区域的限制。

（二）充填成本控制难度较高

充填采矿需要制备、输送和灌注充填体，这些过程通常需要专门的设备和人力投入。制备充填体所需的材料、能源和劳动力成本相对较高，而输送充填体到井下以及进行灌注操作也需要大量的资源和工作量，增加了成本控制的难度。为确保充填体在采矿过程中的稳定性和有效支撑作用，需要严格控制充填体的配比、水分含量、压实等参数。这涉及到充填体原材料的选择、检测和处理过程，以及相应的质量监控和管理措施，增加了成本和复杂性。相比传统采矿方式，充填采矿技术需要额外的施工周期来进行充填体的制备、输送和填充操作。这一额外时间会延长采矿周期和生产周期，导致资金和资源投入的增加，增加了成本控制的难度。

四、充填矿采技术的实际应用方案

（一）优化充填矿采技术的操作流程

建立并实施规范的操作程序和标准，确保每个环节按照统一标准进行操作。规范化操作有助于提高工作效率、降低错误率，并减少不必要的资源浪费。引入自动化设备和技术，如自动化输送系统、机器人控制等，能够提高能源利用效率、降低运营成本，并减少人为因素对操作过程的影响。根据充填体的特性和矿石的属性，合理选择填充材料，并通过预处理、筛分等方法对填充材料进行优化处理，以提高充填体的稳定性和质量。通过引入现代信息技术手段，如物联网、传感器、监控系统等，实现对施工过程的实时监测和数据采集，能够提高施工的可视化程度和精细化管理水平，减少失误和延误。

（二）采矿参数确认

采矿人员需要提前对矿床的特点进行分析，并选择合适的充填采矿方法。而在本文中，笔者会以上向分层充填作为实例来进行分析。首先在采矿参数的设置上，阶段高度应该控制在 38m( 误差控制在±2m)，底柱高度控制在3m 即可。

（三）采准切割

开采人员应预先设置斜坡道，并将此作为分段的连接通道。斜坡道的斜度要控制在 20% 以内，不宜过高。同时，施工人员要设置分层平巷，并保证其与预留的斜坡道连通。一般情况下，隔二踩一即可满足施工标准。不过必要情况下，也可以隔一采一，并在充填保护下进行回采。回采结束后，就需要及时利用非交接充填技术进行充填。

五、结束语

总而言之，充填物的多样性使得充填采矿技术在未来有了更多的可能性。不过该可能性的实现也需要充填采矿技术积极与其他领域进行技术融合，以便于发挥自身的潜在价值。

参考文献

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[2]张润达,李江，朱晨迪盘区交错式上向水平分层充填采矿法[J].采矿技术,2021,21(2):18-21.

[3]张琳琳，马苏龙，伍晨,等.充填采矿技术应用发展及存在问题研究[J].中国金属通报 2021(2):7-8.