充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题分析

李志杰，金同川

（鲁中矿业有限公司莱新铁矿，山东 莱芜 271124）

自我国工业快速发展以来，基于长期的、高强度的矿产开采，浅部矿产资源日益枯竭，深部开采、复杂条件下难采矿体开采成为一大重要趋势，如何安全、高效的完成此类开采活动，成为矿业工作者面临并亟需解决的问题。目前充填采矿技术已经成为了深部采矿的首选方法，本文主要围绕此技术的应用展开具体分析。

1 我国充填采矿技术发展情况

充填采矿是一种采矿回采率高、矿石贫化率低、作业安全性高、对地表环境破坏极小的采矿方法，近年来在深部矿床开发中得到了广泛应用。按照充填材料、输送方式的不同，充填采矿可分为三大类：

1.1 干式充填

此种充填方法是最早使用、也是工艺最简单的，我国建国初期就采用此种方法，如：弓长岭、七道沟矿产开采，均采用的废石干式充填法。但是此开采方法工作量大，部分空区无法有效充填，存在安全隐患，自1956年开始在我国矿山开采中应用比重逐年下降。

1.2 水力无胶结充填

我国水力无胶结充填法应用较晚，20世纪60年代方开始探索应用，湘潭锰矿从1960年开始探索碎石水力充填工艺，1965年湖南锡矿山南矿采用了尾砂水力充填采空区，减缓地表下沉。进入80年代后，分级尾砂充填技术开始推广，安庆铜矿等60余座金属矿山先后都使用了此工艺。然而随着矿山开采深度的逐步增加，水砂充填工艺由于其结构松散、自立性差，未能够起到主动承压的作用，无法满足深部矿体回采需要，亟需进一步开展技术改进。

1.3 胶结充填

胶结充填是在水力无胶结充填方法的基础上发展而来的，通过在充填料浆中加入一定量的胶凝材料，切实提高充填体的自立性、抗压强度，满足深部采矿需要。胶结充填方法众多，包括细砂胶结充填（如：以尾砂（分级尾砂）、天然砂和棒磨砂等为充填集料，水泥为胶结剂）、高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填以及全尾砂胶结充填等。

2 充填采矿技术在采矿中的应用

根据上一章节分析可知，目前我国主要采用胶结充填采矿技术，其可满足深部安全采矿需求，也是发展无废开采和绿色矿山的重要措施。如下表1所示即为我国部分矿山充填采矿技术的应用情况。

根据表1分析可知，我国常用的胶结充填采矿技术包括：全尾砂结构流胶结充填、膏体泵送充填、废石胶结充填、分级尾砂胶结充填等等。

（1）全尾砂结构流胶结充填，已经成为我国矿山地下开采的主流充填技术，不泛有开采深度超过1500m的深井开采；

（2）膏体泵送充填，此技术是随着我国充填输送泵制造工艺的完善而逐渐发展起来，其充填密实程度高，充填体压缩率低，开采安全性高，如图1所示即为某铅锌矿膏体充填系统，膏体充填料在输送流量60m3/h、排出压力12MPa条件下，单级与二级泵压输送最大距离分别可达2406m、4003m。

（3）废石胶结充填，此技术局部应用普遍，其采用废石砂浆或废石水泥浆自淋混合工艺制备充填料，工艺简单、成本低，有利于实现连续充填。

（4）分级尾砂胶结充填，通过胶结剂的使用（水泥、石膏、磨细的炉渣）有效提高了充填体自立性，与传统的分级尾砂充填方法相比，更适应深部找矿安全开采需要。

表1 我国部分矿山的充填情况

图1 某铅锌矿膏体充填系统

3 实例探析充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题

3.1 矿区背景

本文仅以某镍矿充填采矿技术的应用展开分析，探讨了实践中遇到的一些技术管理问题。此镍矿属于是多金属共生的大型硫化铜镍矿床，矿床地应力高、矿体厚大、矿岩体破碎，给采矿方法选择和采场地压控制带来严峻挑战。经过了30多年的生产实践显示，下向进路胶结充填采矿法使用效果最佳，可实现机械化开采、有效控制采场地压、降低矿石损失贫化。目前此矿山充填采矿技术主要可归纳为三大发展阶段：粗骨料机械化胶结充填→高浓度管道自流输送→高浓度管道自流充填技术革新+膏体充填系统改造。

3.2 充填采矿技术应用问题分析

根据此矿床生产现状显示，开采深度持续增加，开采条件复杂多变，采场地压大，对充填采矿技术提出了更高的要求。对现有充填系统进行综合分析，其应用问题主要体现在以下方面：

（1）自流输送系统设备老旧，工艺复杂，适用性较差。此矿区一、二期搅拌站分别建于1982年、1997年，然而近年来矿区生产能力不断扩大，其供料能力已经无法满足要求，长期负荷运行，已达使用极限。

（2）整体充填设施配置不合理，充填能力不高。此矿区一、二期搅拌站在最初设置时，采用的是共用1个储砂池的配置，一期搅拌站原本设置了5套制备系统，现1#、2#已经拆除，剩余的3套系统中，2套用于生产，1套备用；二期搅拌站膏体泵送系统运行需占用自流系统，由此真正能够同时运行的只有3套制备系统，整体充填能力无法满足实际需求。

（3）膏体充填系统老化严重。膏体充填系统主体输送设备采用的是德国Schwing公司20世纪80年代产品，已停产，备品配件无从供给，虽经改造膏体充填系统达设计生产能力，但是也存在制约因素，如一旦故障，将严重影响系统的正常运行。

3.3 改进方向与对策

（1）采用大流量、高浓度料浆自流输送胶结充填技术。在二期搅拌站西侧新建一个充填搅拌站，站内设置4套高浓度料浆自流输送充填系统；为减少设备台套数、提高生产效率、降低综合能耗，提高单套系统制备输送能力。

（2）加强膏体充填持续稳定运行控制与管理。与国内厂家合作，研制适合本矿区工况的充填专用输送泵（一用一备），保证膏体泵送充填系统正常、持续生产。

（3）降低充填采矿成本。此矿山充填材料以棒磨砂、戈壁砂和部分全尾砂为主，棒磨砂人工加工成本高，同时由于深部采场地压大，必须采用1∶4的高灰砂比，成本居高不下，对此可从以下两点入手，切实降低充填采矿成本：①开发破碎废石作为充填集料代替棒磨砂；②利用粉煤灰、脱硫灰渣和矿渣微粉开发新型充填胶凝材料代替水泥。由此在保证充填体强度的同时，实现安全、高效和低成本开采。

4 结语

综上所述，充填采矿是我国深部采矿时代的主流技术，具有采场围岩稳定性高、矿石贫化率低、回采工作简单等诸多优势，有利于进一步发展无废开采和绿色矿山。由于矿山开采是一个长期性的工作，随着矿床开采深度的加深、开采面积扩大，对充填质量、充填能力的要求不断提高，对此必须及时发现充填采矿技术实际应用问题，改进优化充填材料、充填工艺、充填装备以及充填系统，真正实现高效、安全开采。

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