浅谈金属矿山充填采矿法中充填材料的应用

摘 要:随着社会的不断发展，金属矿山事业也不断发展起来，对金属矿山充填采矿法中充填材料也越来越重视，充填材料的好坏直接关系到矿山的安全问题，本文就金属矿山充填采矿法中充填材料的应用进行了分析。

关键词:金属矿山充填采矿法 充填材料

中图分类号： TD8文献标识码： A 文章编号：

近二十年来,随着采矿科学技术的发展,我国金属矿山充填法采矿获得了迅速发展。特别是胶结充填采矿法,由于在充填工艺、充填材料、回采方法和设备等方面取得了重大突破,使用范围越来越广,有可能一跃为高效率、高生产能力、高回采率和安全经济的采矿方法之一。

任何一种采矿工艺都有它的适用条件，由于充填采矿法的不断改革和发展，其适用条件有着日益扩大的趋势。单从技术可能性而言，几乎所有赋存条件的矿床都能够用充填采矿法开采，但是，并不是所有的矿床用充填采矿法开采都能够获得良好的效果。使用充填采矿法矿山的生产实践表明，充填采矿法与其他采矿法相比较，具有以下儿方面的优点:①采准切割工程量小，灵活性大;②矿石损失和贫化小;③能够较有效地维护围岩，减少围岩的移动和防止其大量冒落;④对于薄矿脉或多品种矿石可以进行选别回采;⑤对于防止矿床开采的内因火灾。充填采矿法的主要缺点是回采工艺和充填工艺比较复杂，采矿和充填相互影响，如果回采作业机械化问题不能妥善解决，则生产效率和能力均较低;加之充填料开采、加工、输送及其他一系列耗费，故原矿成本较高。因此，目前认为充填采矿法的基本使用条件是:

(1)品位较高的富矿，并且要求有较高的回采率和较低的贫化率;

(2)赋存条件和开采技术条件比较复杂的矿床，如水文地质条件，矿体形态比较复杂，矿体埋藏较深而且地压较大，矿石或围岩有自然发火的危险，地表或围岩不允许大面积沉陷或剧烈移动而需要特殊保护，需要选别回采或优先开采富矿、保护岩石移动区的贫矿一和滞后开采的矿石，露天地下同时开采，以及采掘的大量废石或选厂尾砂无处堆积需要回填到采空区等;

(3)用于开采矿石石稳固、围岩不稳固的矿床，但是，如果能采用特殊的支护方法或下向分层充填法，也可以用来开采矿石不稳固的矿体;

(4)适用于开采急倾斜矿体，因为便于向采场输送充填料并可以减少充填不到的空问和充填料接顶的的面积，但是如能采用水力充填和风力充填，也能用于缓倾斜薄矿体;

(5)用于开采厚度不大的矿体;这样可以沿走向布置采场或连续回采而减少矿柱刁矿量，并目使采场暴露面积不致过大而有利于安全。但是，如果能够采用胶结充填和有效的支护顶板的方法，也可以用于开采厚矿体。

充填采矿法中，充填成本占采矿成本的1/3左右，充填成本中充填材料又占80%以上。因此寻求廉价而又能达到必要的物理力学性能的材料作矿用充填材料，以及采用新工艺新技术降低水泥单耗量又不致降低充填体强度，是充填技术的主攻方向。随着充填技术的发展，充填材料也变得多元化，以下为几种充填材料的介绍和应用。

1、尾砂。

凡口铅锌矿为解决充填料严重不足和需建造新的尾砂坝来贮存大量细料级尾砂的矛盾，1983年开始进行高浓度全尾砂充填新工艺及其装备的试验研究，1991年试验获得成功。采用高浓度全尾砂胶结充填技术，充填料浆进入采场后无需脱水，充填体不离析，水泥不流失，不造成井下污染，充填体28d强度为0.85—1.30MPa，尾砂利用率在95%以上。这一充填新工艺的试验成功，为充填料来源困难和地表不能建造尾矿库的矿库山开创了一条新路。亚洲规模最大的在建地下金属矿山—铜都铜业冬瓜山铜矿设计上大胆采用该技术，成为我国有色金属行业第一个地面不建尾矿坝、不外排尾砂的矿山。

2、块石。

块石胶结充填法以其成本低、充填体强度高而受到欢迎。“八五”期问，华锡集团铜坑锡矿试验成功了充填系统先进、充填能力大的块石胶结充填工艺技术。为提高充填质量和降低充填成本，该矿先后对块石充填料在采场中的运动规律和堆积特点及混合特性、粗骨料的合理粒级组成、运输过程对骨料粒级变化的影响进行了系列的试验，并对块石胶结充填体的特征及作用机理等进行了深入的研究。

铜坑锡矿块石胶结充填工艺为:将粒度为-300~+50mm白然级配的块石经溜井下放，在井下由机车运输，溜井分配贮料，最后由皮带送至采场顶部各充填点。地表制备的浓度为64%—68%、灰砂比为1:8的水泥棒磨砂浆经管道白流输送至井下。该充填系统充填能力为254m3/h，块石充填体90d的强度可达到2.34MPa。该矿全面推广该技术，充填成本降低了40%左右，年效益达660940万元。此外，辽宁红透山铜矿、铜陵新桥硫铁矿也开展了块石胶结充填工艺的研究，试验研究也取得了预期的效果。

3、粉煤灰。

20世纪80年代金川镍业公司对用粉煤灰和尾砂作为矿山充填料做了大量试验研究工作。粉煤灰是具有火山灰性质的潜在活性材料，是一种能够就地取材变废为宝的廉价建材资源。金川公司1983年开展此项试验研究，随后又组织了工业试验，取得了较好的成果，为充填系统的技术改造提供了依据。金川公司二矿区充填料中，粉煤灰的添加量为90~100kg/m3，可使充填体强度R28>5MPa。近年来，铜陵新桥硫铁矿也开展了粉煤灰部分代替水泥的试验研究，据该矿测算，采用水泥:粉煤灰:江砂=1:2:8的原料配比充填，要比原来的水泥:江砂=1:6胶结充填成本节约14.46元/m;，下降21.46 % .此外，铜都铜业安庆铜矿也正在开展此项研究试验工作。

4、高炉矿渣。

上世纪90年代，济南钢铁公司张马屯铁矿为降低充填成本，进行了用磨细的高炉渣替代胶结充填料中的部分水泥的试验研究。试验结果表明，采用尾砂:水泥+炉渣为7:1的配比，高炉矿渣取代水泥充填体强度不仅不会降低，反而随着炉渣替代水泥量的增加，充填体强度提高。

5、全砂土固结材料表。

全砂土固结材料是中国矿业大学孙恒虎教授主持最新研究成功的一种砂土固结剂，已申请国家发明专利。该材料选用工业废渣(如沸腾炉渣、钢渣、高炉水淬渣、粉煤灰等)，再加入适量天然矿物及化学激发剂，经磨细、均化等工艺，制成的一种粉状物料。该材料对含粘土量高的砂土及工业垃圾(如矿山尾砂等)有很强的固结能力。

充填采矿法虽然近几年有了迅速发展,但还存在不少问题,今后应继续向高效率、高回采率、高生产能力和安全经济的方向发展。应抓好下列研究工作。

1.研究地下采矿方法和充填采矿法回采。方案选择的数学模型,尽快应用现代电算技术解决充填采矿法回采方案的最优选择问题。

2.加强对胶结充填体和人工矿柱的研究,。迅速解决充填采矿法地压控制和顶板管理问题,设法消除充填法采矿的不安全因素。

3.研究新的支护方法,改善不良岩层的稳固性,为充填法采用大量崩矿和大型无轨采矿

设备创造必要的作业条件。

4.尽量利用废石、块石和尾砂作充填料,进一步提高尾砂利用率,寻求新型廉价胶凝材料(如冶炼厂炉渣等)和其它有效添加剂,降低胶结充填的水泥消耗量,从而降低胶结充填法的采矿成本。

5.研究适合于小型矿山的胶结充填工艺,加速低标号混凝土充填料选择及输送工艺的研究,进一步完善充填料管道输送的检测和自动化控制系统。

结语：由于充填采矿法在安全、效率、环境保护等方面具有明显的优越性，随着充填采矿技术的不断发展，因此，其发展的前景将十分广阔。

参考文献:

[1]丰裕军.下向分层胶结充填采矿法在我国岩金地下矿山的应用与发展[J]黄金，2000,(1):17-18.

[2]长沙矿山研究院，长沙有色冶金设计研究院，长沙矿冶研究所，等.充填采矿法[M]北京:冶金工业出版社，1978.

[3]刘同有，周成浦，金铭良，等.充填采矿技术与应用[M].北京:冶金工业出版社，2001.