地下金属矿山的充填采矿技术研究

2021-11-29王冠男姚景亮李佳峰赵东升

中国金属通报 2021年10期

王冠男，袁野，姚景亮，李佳峰，赵东升

（赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司，内蒙古赤峰 025450）

地下金属矿山具有带动工业经济发展的作用，并且对于矿产资源的需求量越来越多，开采金属矿山成为了必然。目前在可持续发展理念的引导下，采矿行业也逐渐呈现了绿色发展，积极采取环保的采矿技术，充分开发和利用充填采矿技术，可以弥补传统采矿技术的不足，提高采矿的安全性，同时还能缓解采矿过程中出现的环境污染问题，维护生态平衡，从而促进采矿业的全面发展。

1 充填采矿技术

传统金属采矿技术在应用过程中，由于技术的原因对周边的环保带来了严重的污染，破坏了生态平衡，从而容易引发一系列的生态问题[1]。因此，需要采矿企业对周围环境进行治理，这样对采矿的效率带来了一定的影响，并且还在无形中增加了采矿的投入成本，降低了企业的经济效益。想要对矿产资源进行合理的开发，可以采取先进的采矿的技术，并结合金属矿山的实际情况，顺应矿山的规划和治理，实现采矿效率和环境保护的共同进步。充填采矿技术的出现，能够很好地满足保护环境的需求，并且在采矿过程中还可以有效地避免地表下陷。随着采矿行业的不断发展，社会对于矿产资源的需求越来越高，保护环境和节约资源成为了采矿的主要内容。充填采矿技术作为高效的采矿方法，具有安全环保、灵活等优点，能最大的限度地减少矿石资源的损失量。

2 地下金属矿山采取充填采矿技术的优势

2.1 避免出现地表变形和下沉

在地下金属矿山开采过程中，利用充填采矿技术，可以对矿区中的空区进行有效的填充，从而支撑采空区的岩石层，避免其出现变形和下沉的情况，并且能防止采空区出现大幅度的错位[2]。合理地利用采空区的空间，能帮助采矿企业建立相应的工作空间，从而为后续的采矿工作奠定良好的基础。这样可以实现开采交替循环，缩短采矿的周期，减少采矿的成本投入，从而提升企业开采的综合能力。另外，合理地利用充填技术，能保护地表结构的生态平衡，避免采矿区的环境受到破坏。

2.2 保护远景资源并降低贫损

目前充填采矿技术在我国采矿过程中，得到了广泛的应用，不仅体现在金属矿体中，还能够在倾斜或地下矿体中进行应用。对于厚度较大的矿体在进行开发时，使用充填技术，不仅能提高矿柱的利用效率，还能优化金属矿的品质，降低矿山贫损。另外，还能对矿物质具有保护功能，能对尚未开启的矿物资源进行合理的保护，维护采矿区的生态平衡。

2.3 高效减排污染物

在矿山开采过程中会采取相应的开采技术，完成开采工作后，必然会出现部分开采的废料。因为是废料所以施工人员认为没有运送出去的必要，会将其随意地丢弃在废弃的矿山中，久而久之就形成了严重的废物污染。但是采用充填采矿技术，能将废弃物进行有效的回填，开采出来的许多废弃物重新回填到地表下。这样可以实现废弃物的二次利用，将污染物进行有效的减排，从而很好地解决采矿过程中造成环境污染的问题。

2.4 降低采矿作业成本

采矿工作进行时，需要根据矿洞的深度进行开采。在开采过程中要对其进行综合分析，考虑地应力、地形等不同问题，如果出现问题将会导致开采效率下降，增加开采成本。充填采矿技术可以有效的保证矿体的稳定性，减少废石运输等费用，从而降低作业的成本。

3 充填采矿技术在采矿过程中存在的问题

3.1 施工难度比较大

充填采矿技术的施工环节比较复杂，导致其在实际应用中的施工难度较大。例如，运用分层填充采矿技术时，操作环节涉及到凿岩爆破、充填、出矿等工序，这些施工环节之间有着密切的联系，环环相扣，只有完成一个施工环节后，才能进行下一层施工作业，无形中会增加施工的时间，并且施工成本也有一定程度的提升，从而降低了施工的效率[3]。另外，我国采矿企业普遍使用的是传统的分层填充技术，在采矿过程中为了保证矿体的稳定性需要预留矿柱，但在后续的回采施工作业时，由于施工对低压的破坏，矿柱的安全性能会降低，并且回收也存在一定的问题，具有一些安全隐患，严重的会发生安全事故。

3.2 采场顶板管理难度大

采矿区域内周围岩石具有不稳定性能，这是采矿过程中经常出现的问题，会对矿区顶板管理工作带来影响，增加管理的难度。围岩的不稳定就导致矿区的工作面顶面长期暴露，随着施工时间的加长，安全性能会逐渐降低，发生时事故的概率也随之提升。因此，在采矿过程中迫切需要解决的问题就是，合理地安排安全施工作业时间，减少顶板暴露的时长，提高采矿作业的安全性。

3.3 需要大量的新型充填材料

在实际充填采矿过程中，由于矿山自身结构的因素，使得其采矿生产量具有较大的差异，需要填充大量的新型材料，才能保证施工正常进行，这就导致充填采矿及时无法形成固定的标准化施工方式。矿石开采过程中，只有结合实际需求，重视新型高强度充填材料的研究，才能更好地符合实际施工需求，优化施工技术的综合性能，从而更好地促进采矿行业的创新发展。

4 地下金属矿山采取充填采矿技术的应用措施

4.1 创新采矿工艺

充填采矿技术的全面应用，需要结合矿山的条件和特点，对其采矿工艺进行创新，才能增加采矿的效益。对于倾斜矿脉的开采，需要通过废石投掷或者是矿岩分掘的方式将采空区进行充填；对于厚大的矿石，可以采取尾砂胶结进行充填，这样不仅能提高采矿的效率，还能降低采矿的成本投入[4]。另外，现阶段科学技术和信息技术的发展比较快速，并且在不同行业得到了广泛的应用，因此采矿技术可以融合信息技术，逐渐朝着智能化和数字化方向发展，这样能拓展采矿行业的发展前景。将新进的信息技术与采矿及时进行有效地结合，可以实现地下金属矿山采矿技术的升级。例如，数字化矿山的出现，不仅实现了矿山的信息化，还可以建立矿山信息体系，这样可以将矿山的信息进行数字化的整理，促进矿山资源的合理利用和开发。另外，合理地利用网络技术，能及时地获取充填技术所需要的数据要求，促进采矿智能化水平的提升。

4.2 开发新型填充材料

充填采矿技术的涉及范围比较广，并且施工环节复杂，采矿的结构类型不统一，使得其采矿方式没有确定。因此，采矿企业需要重视新型填充材料的研究，确保与时俱进，满足不同时期采矿作业的需求。填充材料主要是由胶结剂和骨料混合而成的，除了常规的砂石、水泥等，还出现了外加剂，如速凝剂、减水剂等。高水材料是填充过程中，普遍应用的材料之一，其优势就是固结速度比较快，并且能减少污染，节约填充费用。但也存在一定的不足，材料的强度较低，还存在风化的现象，抗震动性比佳差。因此，采矿企业需要重视新型填充材料的研发，降低成本投入，提高填充性能，从而促进采矿作业效率的提升。

4.3 创新填充设备

充填采矿技术在应用过程中，主要是以人工形式为主，自动化和机械化程度低，导致矿效率不理想。采矿企业需要具有创新意识，积极主动的研发自动化的填充设备，例如盘式过滤机、高效浓密机等，通过机械设备的创新，可以提高井下作业的效率，更好地满足金属采矿施工的需求[5]。充填采矿技术的设备性能直接决定了其发展的方向，重视高效设备的研制，建立完善的自动控制系统。另外，加大智能化填充技术的研究工作，为矿山建立信息处理系统，方便进行管理和经营。地下金属矿山在开采过程中，采矿设备自动化和高效化是为了的趋势，从而降低采矿人工的劳动强度，促进采矿效率的提升。

4.4 加强安全程度

在充填技术实际应用过程中，需要加强监督管理力度，重视对管路的检验，增加检验的频率和强度，避免出现下部薄层掉落的现象。并且要保证充填体和顶眼之间的距离，过远或者过近都会降低填充的有效性。同时，根据充填体的强度和矿体的实际情况，选择合适强度的钢丝网将充填体和底部薄层进行有效的连接，这样能减少底部薄层的掉落情况，确保其完整性。对于充填材料的选择，要尽可能地减少成本投入，又要确保强度达标。在正式进行充填之前，对施工材料进行合理的规划，能减少施工中出现问题，提高充填的效率。

4.5 完善充填技术管理体系

企业在发展过程中，需要建立合理的管理体系，对于矿山企业来说也不例外，如果缺乏完善的管理体系，将会在施工过程中出现管理效率的现象，从而导致采矿率下降。并且管理不到位，会增加采矿过程中的危险性。根据当前的采矿技术来说，需要建立充填站，并在此基础上，全部采矿过程中充填材料运输的有效性。但在实际运输过程中，由于管理体系的欠缺使得其材料运输量控制不到位，并且充填设备管理也有一定的问题，因此要重视运输材料使用量的规定，保证运输的有效性。另外，还要对制定质量管理体系，确保充填材料的质量。管理体系的建立，能够保证运输材料的合理性，减少充填材料浪费现象的出现，降低充填成本，提高企业的经济效益。

4.6 建立健全充填站管理制度

当前我国许多矿山的开采活动需要在充填站的配合下完成，并且对机械设备和电子设备有着较大的需求，这样能提高充填材料的便利性。大部分充填站购买了比较新型的机械设备，但是管理制度并不健全，经常出现机械设备故障、开采混乱等问题。为了更好地解决问题，所以有必要建立健全管理机制。制定填充料制备检查制度，并更具机械设备的功能，规定维修和保养的间隔时间，使其能有效地降低机械故障发生的概率，为采矿工作提供良好的机械支持。对设备进行有效的管理，还能预防机械设备老化，延长设备使用时间。另外，管理制度的建立，还能对充填作业进行有效的规范，确保施工作业材料质量达标，严格落实制度内容，从而提高充填采矿技术的效率。

4.7 提高采矿质量

采矿技术的出现是为了提高采矿质量，采矿质量是矿石开采过程中广泛存在的问题。有些采矿企业认为，采矿技术的关键是提高采矿的数量，忽视了采矿质量，为了减少成本投入，采取传统的采矿技术，不仅对矿产资源造成了极大的浪费，还对矿长周围的环境带来了影响。对于这一问题，相关部门需要进行综合分析，合理的干预采矿进度，并做好监督工作，在保证采矿安全的前提下，维护周围生态环境，促进采矿质量的提升，从而满足企业的可持续发展。