充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的应用

燕全宁

（河北省国控矿业开发投资有限公司，河北 石家庄 050000）

金属非金属矿类型的矿山，主要是指除开煤矿、煤系硫铁矿为主，也包括部分与煤矿应运而生的伴生矿山以及石油矿山之外的所有类型的矿山。金属矿主要包括黑色金属、有色金属、稀有金属、贵金属、轻金属，此类矿产在特点上具有质地坚硬、光泽度较高的特征。非金属矿当前共发现90余种，包括、云母、砂岩、高岭土、金刚石、水晶、石墨等。目前阶段，在我国境内，金属非金属矿山的开采数量已经超出了10万座，在此数量中，超出60%的矿山规模以小型矿山为主。在此类矿山的开采工作执行过程中，对于开采技术的应用要求十分严格，在这一基础上，针对更为实用的充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的应用这一课题进行深入研究十分有必要。

1 充填采矿法在国内外的应用

充填采矿法在国内的应用。与国外相比较，国内在近代开展矿山开采工作时，主要采用的是干式充填采矿法，填充材料主要以矿山周边的废石或是矿井下挖掘的废料为主，人工成本高的同时，作业效率也一度十分低下[1]。发展至21世纪初期，各类铲运机等类型的无轨运输设备投入矿采工作中，进一步提升了充填施工效率，但与国外相比较，仍旧很大的改进空间。充填采矿法在国外的应用。最初阶段，充填采矿法主要应用于加拿大、澳大利亚等国家的矿山开采工程中，该项采矿方案的应用，在很大程度上帮助所在国家节省了大量的矿产能源，能源利用率得到了极大的提升，同时，对于开采矿山周边的资源环境保护起到了十分显著的促进作用，诸多优势加持下，使得充填采矿法在国外推广开来。

2 充填采矿法在河北省金属非金属矿山采矿工程中的推广状况

2.1 河北省金属非金属矿山概述

截止2018年底，河北省已经发现的矿产种类达到了130中，其中，金属矿占比少于非金属矿，已经统计出具体资源储量的矿产种类为104种，列入《2018年河北省矿产资源储量表》矿产所在地数量达到了1503处，金属矿产数量为876处，非金属矿产数量为461处。

2.2 充填采矿法的分类及优越性

充填采矿法主要分为以下几类：上向水平分层充填法、下向分层充填法与嗣后充填法[2]。不同的充填采矿方法，应用于不同的金属非金属矿中，按照充填材料的不同，主要分为干式、水砂、尾砂、胶结充填法；按照回采工作面形式区别，主要分为进路、分层、阶段以及分段充填回采方案。

应用充填采矿法进行采矿施工，优越性主要集中于以下两点：其一，施工安全风险较低。方案执行后，施工作业队就地取材自制的充填材料能够专门针对采空区进行计划性的填充，最大程度上降低了施工作业队由于开采工作执行出现的坍塌安全问题出现几率[3]。其二，有效降低开采工作推进对矿山周边自然环境的不利影响。方案执行后，填采矿方案能够有效避免采空区塌陷对地表建筑造成破坏，同时也能够进一步降低对于开采区地下土层的破坏。

2.3 充填采矿法在河北省金属非金属矿山采矿工程中的推广

2019年6月，河北省自然资源厅印发《加强矿产资源开发管控》通知，在文件内容中，充分针对金属非金属矿山开采的工作进行了管理调整，要求当前新建、改建以及整合的各类矿山开采场进行全方位施工安全、施工设计调整，加快推挤绿色矿山建设工作，建立完善的矿产开发综合评估论证制度[4]。在这一制度背景下，全省进行了矿山开采调查工作，得出充填开采法是目前最佳矿山开采方案，尤其针对省内小型矿山占比较多特点而言，充填采矿法的应用，能够有效促进省内采矿资源利用率的优化，同时进一步推进绿色矿山建设步伐迈进。

3 充填采矿技术在某金属非金属矿山采矿工程中的具体应用

3.1 上向分层进路充填采矿方案应用

在河北省某金属非金属矿的开采过程中，按照当地矿山的采矿现有结构以及回采工艺种类应用的区别，先行应用了上向分层进路充填采矿方案。方案执行过程中，需要把矿房、矿块进行分层处理，分层处理方案包括两种：垂直高度水平分层以及倾斜度划分分层，均由下向上进行分层逐步推进矿山开采工作。再此期间，在巷道掘进的施工推进上，于每一层矿体上布置出相应数量的进路，当一条进路开采工作结束后，立即推进充填工作，必须确保充填体满足下一路矿山开采强度，才能展开下一进路的开采工作，在整个开采工程中，不断重复这一矿山施工开采流程，直到该矿层中所有矿产全部开采并充填完毕，方能够进行上一分层的开采流程。

在采场布置过程中，需要将所在矿体本身的厚度因素考量其中。本次研究中涉及的某金属非金属矿包括厚体和中厚体两种情况，前者的采场布置形式主要按照矿区的岩石力学分布情况展开施工，后者布置形式主要沿着矿体走向展开施工，如此进一步优化开采工作的安全性和进路通畅性。当进路施工作业完成后，需要做好充填采矿技术应用的准备工作：①与进路口位置设置充填挡墙，此间必须确保挡墙的牢固和严密性，提前预留出放水口。②通过进路回风天井将充填管放置在开采进路中部位置。上述所有准备工作执行完毕后，启动充填工序，需要注意，整体进路的充填施工必须保障严密接顶。

3.2 分段棱形矿房充填采矿方案应用

应用此方法进行金属非金属矿的采矿施工时，采场布置主要沿矿体走向为主，采区与采区之间需要确保提前预留出10m的支撑框柱。另外，在采区施工区域内，需要严格按照自下而上的矿体走向进行菱形矿房的布置工作。采场的底部结构可以设置在菱形矿房的底部区域，在这一过程中，由于受到河北省某金属非金属矿开采施工作业队现有开采凿岩、装药设备施工条件因素的影响，进行开采时，决定采用分段凿岩开采方案，方案的推进，会在凿岩巷底部区域进行拉底巷切割V形状的堑沟施工，将此堑沟作为开采受矿巷，将其与出口进路进行联合，提升开采效率。另一方面，进行矿区回采时，需要按照由一端面向另一端推进的方式展开，中段下部矿房作为首要开采目标，回采完成后马上推进充填工作，期间确保严格接顶。需要注意，两个开采流程衔接期间，需要确定充填体完全凝固后方能启动上分段矿房回采工作。

受到矿块已经完成充填回风井施工，此时为了进一步提升施工完成的充填井利用价值，可以在采区两端的矿柱内留设充填回风井，同时进行上盘充填联络道施工，使其与另一端采场的充填回风井联通。在充填料的采用上，可以按照充填回风井→充填联络道→采场这一流程进行充填料的运输，期间同样需要在回采分段施工区域进行充填挡墙的施工，施工点定位在回采分段下部出矿进路中。

3.3 二步骤分段空场回采嗣后充填采矿方案应用

在河北省金属非金属矿的开采过程中，东坪矿的开采期间主要采用二步骤分段空场回采嗣后充填采矿方案，在采矿走向布置上，主要以垂直走向为主，形成二步骤回采。在一步骤回采中，分段空场回采施工完毕出矿之后，需要先进行充填挡墙的施工，施工点设定在采场空区入口位置，确保挡墙的严密性，提前预留好相应的采矿出水口。随后，在充填料的选用上，主要以全尾砂胶结为主。在二步骤回采中，分段空场回采完成后，充填料采用全尾进行充填，充填区域底部结构设置上主要以堑沟底部结构形式为主。在整体的金属非金属矿山开采过程中，进行了回采分段划分，主要分为2个～3个分段，进行回采盘区布置时，依照矿体具体走向，间隔固定距离进行回采盘区位置设定。回采中段设置上，会设定一条分段平巷，矿山回采的底部结构受矿沟以一步骤采场下为主，装矿进路则以二步骤采场下为主。除此之外需要注意，进行矿体回采时，还需要制定“先一步骤、后二步骤”回采原则，即必须一步骤回采工作完毕，并且确保充填施工无误后，方能继续推进二步骤回采工作。

4 充填采矿技术在河北省金属非金属矿山采矿工程中的应用预测

河北省作为我国矿产资源丰富的大省，采矿工程效益成为省经济水平构成的关键内容，在这一基础上，如何实现采矿工程经济效益最大化就成为各采矿企业急需考量的问题。当前阶段，金属非金属矿开采的技术运用上，空场法施工方案是最为常见的一种施工手段，由于施工管理效率严重不足，导致省内出现大量的滥挖滥采现象猖獗，再加上过往开采工作的规范性不高，导致现有的采矿区出现数量十分巨大的采空区，在很大程度上增加了施工安全性，几乎每年都会出现矿山开采坍塌事故，对采矿施工人员的生命安全造成威胁。采矿作业后的工程施工废料也对当地生活居民的生活安全造成了极大的威胁。随着河北省可持续发展战略的提出，充填采矿施工法就成为省内矿山开采的重要施工方式，对于资源节约和环境友好型社会的建设具有极大的促进作用，所以十分值得在金属非金属矿中进行推广应用。

5 总结

在河北省范围内，由于大部分的金属非金属矿山所属区域的特殊性，所以超出75%的矿山开采工作均会采用充填采矿技术推进相应的采矿工作，在充填材料的选用上，为了进一步提升采矿现场材料的利用率，同时也是实现施工作业队的施工效率优化，会将金属非金属矿开采过后的尾矿选定为充填材料加以处理。此充填采矿方案的推进，降低环境污染率的同时，对于整个采矿作业队的施工作业安全也起到了一定的保障作用。另一方面，金属非金属矿采矿完成后采用充填采矿技术，能够有效防止出现施工地面出现地表塌陷的安全问题，促进能源资源利用率优化的同时，也能最大程度提升施工企业的经济效益。