充填采矿技术在采矿工程中的应用研究
姚利秋

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姚利秋,. 充填采矿技术在采矿工程中的应用研究[J]. 中国科学研究,2021.12. DOI:10.12721/ccn.2021.157517.
摘要: 随着我国经济和科技的迅猛发展,我国各行各业都迎来的发展的新契机,尤其是在一些重型行业,如在采矿工程中充填采矿技术的推广与应用得到了诸多煤矿企业的广泛关注。在煤矿开采过程中,工作人员应用充填采矿技术不仅能够使得煤矿深处得到开采,另一方面整体的工作效率也得到了显著的提升。然而在实际应用的过程中,充填采矿技术会存在各种各样的问题,本文通过对该技术的相关概念及问题进行了分析,进而给出了相应的改善措施,希望能够对未来采矿工程质量的提升有所帮助。
关键词: 充填采矿技术;采矿工程;应用研究
DOI:10.12721/ccn.2021.157517
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引言:现阶段我国矿产资源的消耗总量已经达到了一个峰值,同时也对我国岩石地表等自然地质造成了一定的破坏,例如出现了岩石破裂和地面沉降等多种环境问题,这在一定程度上为国家造成了较多的环境和经济问题。随着人们对于自然环境保护意识逐渐提升,更多新型的采矿技术也成为了诸多煤矿工程工作人员的施工首选方法,在实际开展采矿工程的过程中,现场会产生大量的固体颗粒废物,污染环境,可见充填采矿技术的应用研究已经成为了绿色施工的主要技术。

一、充填采矿技术概念及发展历程

(一)概念

充填采矿法是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时,用充填料充填采空区的采矿方法。充填的目的是支护采空区两帮岩石,并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。它适用于矿石和围岩不稳固,不允许有较大暴露面的矿床;地表需要保护的矿床;稀有贵金属或高品位的矿床;有自燃性的硫化矿床;赋存条件复杂的矿床等。由于充填采矿法能够最大限度地回收矿产资源,保护地下、地表环境,特别是近些年来,随着充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步,充填采矿法在有色金属矿山和贵重金属矿山得到了广泛应用。随着充填成本的不断降低和矿产品价格的持续走高,充填法因其无可替代的优势,在煤矿、铁矿等传统上不宜采用充填法的矿山,应用比重也越来越大。

(二)发展历程

随着回填采矿技术的发展,已经逐渐经历了干法充填,水泥充填,糊状充填的发展过程,从整体上讲,其在中国煤炭工业中的应用可分为三个阶段 :首先,在 1950 年代,煤炭工业主要使用干粉装填技术通过将弃料和废物填充到胶粘剂中来执行填装工作,但是装填效率非常低,由于产量与生产效率之间的平衡严重失衡,因此无法为煤炭工业的发展提供充足的能量,因此利用率逐年下降,从发展到现在几乎已被淘汰。其次,在 1980 年代逐渐出现了尾矿水泥、碎石水泥、混凝土水泥等水泥填充技术,这些方法也被大范围利用,有效提高了回收率。最后,在1990年代,为响应绿色煤矿的发展目标,对高浓度填充,肺岩胶结填充,浆体填充和采用其他技术等填充采矿技术进行了持续创新,有效降低了煤炭行业的生产成本,也改善了我国的生态环境。

二、充填采矿技术应用中存在的问题

(一)施工难度大

其次来介绍一下充填采矿技术应用中存在的一些问题,首先是该项技术的施工难度较大。在实际开展施工的过程中,每个环节都需要作为复杂的操作,这便使得整个技术在应用期间极容易出现问题。例如,在分层充填采矿技术的应用中涉及到更多的工序,并且每个工序之间的联系也是十分紧密的。工作人员务必要逐个工序的完成,才能使得整个施工工程顺利推进,这样一来会很大程度上增加企业的施工成本,并且会对采矿工程的施工效率产生很大的影响。另一方面,我国大多数煤矿单位在应用充填采矿技术的过程中,工作人员仍然只用传统的充填技术,在实际施工时需要预留矿柱这样才能保证矿体的稳定性,同时也就带来了更大的施工难度。

(二)采场顶板管理难度相对较大

另一个问题是采场顶板管理难度应对较大,在煤矿开采中围岩的稳定性相对较差,这也就成为了大部分煤矿开采企业尤为关注的问题。同时这个问题也对矿区内部平板的管理工作产生了影响,由于围岩稳定性较弱,这会导致顶板工作面长时间会处于暴露状态。随着施工工期的推迟,顶板出现安全问题的概率不断增加。因此,相关部门及其安全工作人员应当对施工作业的时间进行科学合理的安排,以确保采场顶板的安全可靠性。

(三)对高强度充填材料需求量比较大

最后是施工环节对高强度充填材料的需求量比较大。在充填采矿技术应用期间,采场中会因为生产要素的变化而使得煤矿产量出现较多的差异,因此要保证应用新型高强度的充填材料以确保施工能够顺利实施。但是这便导致该项技术无法形成规范化的施工模式,在煤矿采矿行业的发展期间,越来越多的新型高强度充填材料被研发和应用到该领域内,工作人员务必要确保材料与施工的难度相符合,这样才能有效推动采矿行业的平稳发展。

三、充填采矿技术在采矿工程中的应用分析

(一)削壁充填采矿技术的应用

最后本文对削壁充填采矿技术的应用进行简要分析,首先是削壁充填采矿技术的应用。在采矿工程施工的过程中,应用削壁充填采矿技术适用于矿体自身将对较薄的矿山,然而此类工程的施工无法设置预留的间柱,因此就要通过人工作业的方式设置混凝土底柱。另一方面,在开展开采矿石的过程中,应先行完成矿石开采,最后才能进行岩石开采等一系列工作。更重要的是,在落矿之前还需对填充物表面做好铺层工作,铺层所需的材料主要为胶皮袋或草袋。同时在后续的采矿施工过程中,工作人员应当及时关注矿块的开采,以优化削壁充填技术的最终优势,在适当的施工环境下可以选择爆破处理,但在此期间应当注意安全隐患问题。另一方面,我国煤矿业企业还要把减少浪费采矿技术的技术创新作为中国采矿技术的主要发展方向。

(二)分段充填采矿技术的应用

采矿工程作业过程中,分段充填采矿技术的应用操作关键点在于“分段”处理,此项技术操作中,需要针对矿下暴露面积较大的部位展开分割处理,促使采矿面能够规划成为具有若干个矩形断面结构的矿面分布形式,借此将暴露面缩小,同时也可进一步促进矿区中不稳定位置的充填工作及回采工作质量提升。随后针对各个划分完成的中段执行开采工作,并按照采场所规定的采矿工作推进流程及深度标准,执行相关采矿施工,期间,为了确保充填及回采两项作业内容能够实现交叉运输作业目标,需要在矿下巷道内做好出矿及凿岩施工,随后将矿石及填充物从矿下运输出去。

(三)上向分层充填采矿技术的应用

上向分层充填采矿技术也被称之为干式充填采矿技术,技术应用时,主要操作特征在于按照自下而上的开采原则完成矿产开采工作,即每次完成一层的开采工作,直接推进该开采层的充填作业流程。该项技术应用后,会在充填施工的同时,在矿下配置相匹配的行人井、排水井及放矿井。应用下向分层充填采矿技术进行采矿作业时,需针对矿体本身的稳定性及围岩的稳定性进行调研,此项技术更加适用于稳定性极差的采矿现场,借助下向分层填充的方式完成采矿作业流程。在具体的矿体回采施工中,需要在矿体工作面之上建筑三种矿井,分别是运输井、人天井及矿石溜井。

四、结束语

综上所述,充填采矿技术在采矿工程中的应用具有较为可观的影响,在一定程度上大大提高了我国采矿工程行业的施工效率以及质量,并且显著降低企业在开采期间的整体成本输出。因此,我国相关部门及其工作人员应当实时关注该项技术的应用以及创新工作,同时还应当深入贯彻绿色开采理念以满足我国对绿色生产的要求。对于施工者而言,在施工现场的采场中应当关注固体废物等一系列污染物,提前做好保护和防护等系列措施,确保整个开采过程能够顺利完成。

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