朱天平 , 甯瑜琳 , 欧任泽, 詹 进

(1.西部铜业有限公司, 内蒙古 巴彦淖尔市 015000；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南，长沙 410012)

袋装充填技术在矿山中的应用

朱天平1, 甯瑜琳2,3, 欧任泽2,3, 詹 进2,3

(1.西部铜业有限公司, 内蒙古 巴彦淖尔市 015000；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南，长沙 410012)

结合矿山生产过程中出现的采空区控制充填、维护开挖空间的稳定、采空区和巷道的支护与密封、预留巷道、形成人工矿柱等问题，提出了采用袋装充填技术解决上述问题的方法。结果表明：袋装充填技术作为一种新型的充填技术能很好的解决上述问题，该技术具有工艺简单，成本低的特点，在辅助采矿和充填作业中具有广泛的应用前景。

袋装充填;预留巷道;充填隔墙;人工矿柱

0 引 言

固体矿物资源开采后形成采空区，为控制围岩崩落和地表下沉，同时为后续回采工作提供安全保障，采用尾砂对采空区进行充填是矿山常采用且行之有效的措施之一[1]。传统的尾砂充填，充填料浆依靠自身的自重和流动性进入采空区，会在其塌落度范围内流淌，最终形成以充填挡墙和采场四周岩壁为挡体的近水平充填体，这种充填方式难以形成特殊形状的充填体[2]。

袋装充填技术是将充填料直接充填至充填袋内，将充填袋作为约束充填料浆流动的挡体，充填料浆通过泌水、凝固后形成稳固、特殊形状的充填体，以支撑采场顶板、维护采场作业安全。袋装充填技术作为一种新的矿山充填技术，已开始在国内外的多个矿山开展理论、工艺参数等相关研究[2]。

1 袋装充填技术在矿山中的应用

袋装充填技术作为一种新的矿山充填技术，可用于采空区控制充填、维护开挖空间的稳定、采空区和巷道的支护与密封、预留巷道等。

1.1 采空区充填

采用袋装充填技术，可改进上向水平分层进路充填采矿法的采场充填。

上向水平分层进路充填采矿法是一种自下而上，以巷道掘进的方式回采矿体、在进路掘至设计位置后进行充填的采矿方法。它是在每一水平分层布置若干条进路，按间隔或逐条进路的顺序回采，整个分层各条进路回采充填后，再回采上分层进路。该方法采用间隔或逐条的顺序回采时，均是以掘进巷道的方式回采，爆破自由面少，凿岩爆破效率低、成本高。采用袋装充填技术对采空区进行充填，见图1，进路回采结束后，在进路空区内铺设充填袋，充填袋采用液压支柱或木立柱固定。充填袋的长为进路长度、高为进路高度、宽比进路宽小1～1.5 m，使充填后袋装充填体与待采矿体之间留有1～1.5 m的空间。通过袋装充填技术，使上向水平分层进路充填采矿法的进路充填后留有1～1.5 m的自由空间，作为后续侧向崩矿的补偿空间，降低了进路凿岩、爆破的难度和成本，提高了效率。

图1 上向进路袋装充填采矿法

获各琦铜矿的矿体上盘围岩为二云母石英片岩和黑云母石英片岩，硅化地段，比较稳固；没有硅化或硅化弱的岩体，有很多断裂或破碎带，极不稳固[3]。为保障采场生产作业的安全，在矿岩不稳固地段及顶板回采时采用上向进路袋装充填采矿法回采，回采顺序采用单侧推进的方式，自矿体一侧逐渐推进至另一侧。先垂直矿体走向回采1条宽4 m、高3 m的进路，之后充填宽3 m、高3 m的袋装充填体，留下宽度1 m的空间作为后续侧向崩矿的补偿空间，之后再逐条回采、逐步充填，每次回采3 m、充填3 m、留1 m的作业空间，即要求充填距3 m，控顶距1 m，悬顶距4 m。

1.2 预留巷道

矿山生产过程中，由于生产需要可能要在充填体中布置巷道，此时可采用先将预留巷道充填之后再开挖巷道，或采用金属或木质支架、木板、钢筋、水泥等材料搭建支撑棚之后再充填。预留巷道先充填后开挖时，后续开挖对充填体强度要求高，且在采用爆破的方式开挖，容易引起充填体的垮塌；当先采用金属或木质支架搭建支撑棚后充填时，需消耗大量的钢材和水泥，成本高，工艺复杂。

采用袋装充填技术形成预留巷道，在工艺及成本消耗上均比以上两种方法好。袋装充填技术形成预留巷道的具体工艺为：先在预留巷道的位置铺设特定尺寸的充填袋，之后在充填袋内充填尾砂非胶结充填料，待充填体滤水后，再在充填袋的周边进行胶结充填，当胶结充填体强度达到要求时，由于充填袋内充填料浆没有添加水泥，料浆泌水后可直接用铲运机或其它设备将充填袋挖开，将充填料挖出后形成预留巷道。

1.3 充填隔墙

充填隔墙是指充填采矿法回采过程中，待充填区域与其他区域之间的隔离挡墙，常用的充填隔墙主要有木质挡墙、砖砌挡墙、钢筋水泥挡墙[4]。采用袋装充填技术砌筑充填隔墙，可采用以下两种方式：当隔墙宽度、高度较小，采空区内尾砂胶结时，可用充填袋直接填装充填到采空区的料浆，之后将充填袋堆积在隔墙位置；当隔墙宽度、高度稍大时，可采用木立柱或钢管等在隔墙位置先搭建支架，将充填袋固定在木立柱或钢管上，之后在充填袋内充填料浆，待充填料泌水凝固后，便形成充填隔墙。由此可见，与传统的木质挡墙、砖砌挡墙、钢筋水泥挡墙相比，采用袋装充填技术形成充填隔墙，其充填料可以是混凝土，也可以是采空区内的充填料浆，工艺简单，成本低。

获各琦铜矿目前主要采用两步骤上向水平分层充填采矿法回采铜矿体，分层采场回采结束后，需在采场入口砌筑充填隔墙以便进行采场充填，为降低充填隔墙成本，经试验矿山目前已成功应用袋装充填技术砌筑隔墙，具体为直接将充填至采场的半干充填料或喷浆料装入充填袋，堆砌在充填隔墙位置，充填袋之间及其与岩壁之间的缝隙用编织袋堵缝，袋装尾砂充填袋随分层采空区充填高度的上升而逐渐堆砌。

江西某钨矿由于开采后形成大量相互贯穿的采空区，空区内留有大量价值高的矿柱。为了回收矿产资源，矿山拟采用分区隔离充填的方法对采空区进行充填，之后回收矿柱。由于采空区高度较大，采用传统的充填隔墙成本极高且隔墙自身稳定性难以保障，通过生产实践，采用钢管杆件搭建固定支架，之后采用袋装充填技术形成隔离墙并对采空区进行充填的方式，成功实现了高大采空区的分区隔离充填，为矿柱的回收创造了良好的安全条件。

1.4 形成人工矿柱

采用房柱法、全面法回采矿体时，为维护顶板岩层稳定，需要在采场内留设连续的或间断的矿柱，当所留矿柱价值较高时，往往用人工矿柱代替原生矿柱以提高矿产资源的回收率。传统的人工矿柱砌筑方法主要有：钢筋混凝土人工矿柱、混凝土人工矿柱、毛石砌体人工矿柱、毛石混凝土人工矿柱等[5]。常用的钢筋混凝土人工矿柱及混凝土人工矿柱承载能力强，安全性高，但砌筑工艺复杂且成本较高；毛石砌体人工矿柱、毛石混凝土人工矿柱承载能力相对较差，虽然成本较低但由于安全性较差而较少采用。

采用袋装充填技术构筑人工矿柱，必须选择强度较高的充填材料，以使充填料凝固后具有一定的承压能力，当选择的充填材料强度较高时，砌筑小范围的人工矿柱；当选择的充填材料强度一般时，需砌筑范围较大的人工矿柱替代原生矿柱。在采空区高度较大时，充填袋必须固定在木立柱或钢管等搭建的支架上，同时在充填袋与支架之间插入竹笆板或木板，保障充填袋的牢固性，同时防止充填袋充填时外鼓。

2 结 论

(1) 袋装充填技术作为一种新型的充填技术，具有工艺简单，成本低的优点，可用于充填采矿法中采空区的控制充填、维护开挖空间的稳定、采空区和巷道的支护与密封、预留巷道、形成人工矿柱等。

(2) 袋装充填技术在获各琦铜矿等矿山的成功应用，表明该技术在辅助采矿和充填作业中具有广泛的应用前景。

[1]周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京:冶金工业出版社,2007.

[2]XS Liu. Upward entrance filling with hydraulic fills inside geotextile bags [C]//proceedings of the 11thInternational Symposium on Mining with Backfill,2014:467-472.

[3]王训青,朱天平.充填采矿法在获各琦铜矿的应用[J].有色金属(矿山部分),2012,64(1):7-9,16.

[4]王丽红,李夕兵,赵国彦,等.永平铜矿充填挡墙安全设计及工程应用[J].矿冶工程,2013,33(6):6-9,12.

[5]张电吉,周 麟,陈清运,等.人工矿柱在缓倾斜地下矿开采中的应用研究[C]//第八届全国采矿学术会议论文集.2009:223-226,229.

2014-06-16)

朱天平(1962- )，男，总工程师，主要从事采矿技术与管理工作，Email:ningyulin0712@163.com。