充填采矿方法在铁矿山应用前景

摘要：金属矿山地下开采产生的废石和尾矿，在地表存放占用大量的土地和耕田，地下开采引起地表错动和塌陷，破坏自然景观和环境保护。近几年来国家高度重视矿产资源合理开发利用，土地保护减少浪费，保护自然环境，面对这些问题，地下开采占有比重大的铁矿山，采用充填采矿方法，是发展的趋势。

关键词：地下开采; 大规模; 充填采矿方法; 分段空场

Abstract: underground metal mine waste rock and tailings produced in the surface, depositing large amounts of land and farmland, underground mining can cause the surface faulting and subsidence, the destruction of the natural landscape and environment protection. In recent years, the state attaches great importance to rational development and utilization of mineral resources, reduce the waste of land protection, the protection of the natural environment, in the face of these problems, underground mining share than major iron mining, backfill mining method is used, development trend.

Key words: underground mining; mass; sublevel open stope filling mining method;

中图分类号： P578.4+4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1.前言

金属矿山充填采矿方法主要用在矿石品位高的富矿，有色、稀有和贵金属矿床开采，而铁矿山在九十年代以前，由于多方面原因应用的甚少。1987年程潮铁矿东区扩建改造可行性研究，长沙院和鞍山院在投标中，长沙院由于采用充填采矿方法，是未能中标的主要原因。

改革开放以来，矿业也得到迅猛发展，据有关资料统计，目前我国年采矿总量超过50亿t，而产生的废石、尾矿累积存放量达60亿t（仅金属矿山就达40亿t）,且以每年近3亿t的速度增长。废石、尾矿存放在地表，直接破坏和侵占土地1.4—2.0万hm2,且以每年200 hm2的速度增加，目前，我国人均耕地面积不足0.08 hm2，仅为世界平均水平的1/4，占用耕地面积的增加，将会影响粮食问题。地下开采引起地表错动塌陷毁地200万hm2，且以每年2.5万hm2的速度增长，因地表错动塌陷灾害的城市近40个，造成严重灾害的25个。

鉴于上述因矿山开采，产生的废石和尾矿存放在地表，占用大量的土地和耕田，特别是尾矿存放的尾矿库，如果设计和管理不善，会造成蔓坝和溃坝事故。由于地下开采，空区处理不当引起地表错动和塌陷，破坏了自然景观和环境保护，产生了各种灾害。近几年来国家高度重视矿产资源开发利用，土地保护减少浪费，环境保护等一系列法律法规文件。对于地下开采比重大的铁矿，面对上述各种灾害，应采取何种方法应对和防治措施，提出了应用充填采矿方法，是发展的方向。

近几年来已有草楼铁矿、李楼铁矿、郑家坡铁矿、诺普铁矿和徐楼铁矿等设计和采用充填采矿方法，国防铁矿方案设计亦采用充填采矿方法。

2.充填采矿方法减少废石、尾矿存放量

地下开采产生的废石和尾矿，存放在地表侵占大量土地和耕田，把这些废石和尾矿还原再充填井下采空区，不但节省占用大量土地和耕田，而且能减少和防止地表大面积错动和塌陷等许多优点。

2.1减少尾矿存放尾矿库容积

选厂排出的尾矿充填井下，能减少尾矿在地表存放尾矿库容积。以草楼铁矿为例，估算能减少尾矿库容量。

草楼铁矿初步设计，矿山规模200万t/a，原矿品位30.42%，采出品位26.54%，选矿工艺为三段一闭路的破碎磨矿工艺，其中中碎前筛上抛尾，产率14 .12%，干选年产量28.24万t/a，排出尾矿尾砂产率53.85%，尾砂年产量107.7万t/a，筛上干选尾矿和排出尾砂尾矿总量135.94万t/a，占矿山规模68%。将选厂排出的尾砂经旋流器分级后不能用于充填的细尾矿，粒度-37um以下占14%，排放尾矿库，其余大部分占尾矿量的86%粗尾砂充填井下，也就是说，地表库容量比原库容量减少86%。

2.2减少废石存放量

地下开采，开拓掘进、采准切割和选厂中碎之前，筛上抛尾废石，可进行破碎，使其破碎粒度能满足充填要求时，充填井下采空区，不但能减少废石在地表存放量，而且能补充井下充填量的不足。

3.降低矿石损失率和贫化率

3.1降低矿石损失率

金属矿山地下开采，由于采矿方法不同，采矿工艺各异，矿石损失率也有差别。崩落采矿方法，矿石损失率在20%以上，其中无底柱分段崩落采矿方法有时高达近30%。空场采矿方法损失率在20%以下。充填采矿方法可用胶结充填，采场不留顶底柱和间柱，回采率可达85%以上。草楼铁矿设计回收率88%，国防铁矿方案设计，回收率85%。

3.2降低矿石贫化率

采用充填采矿方法，能够减少井下空区周围岩体移动和地表错动，能减少采矿时上部岩石和砂土进入开采的矿石中，从而降低矿石贫化率。草楼铁矿上部为四系粘土层和流沙含水层，采用充填采矿方法能防止粘土层和流沙层进入矿体，减少贫化。而且防止流沙层中最大湧水量8000—10000m³/d湧入井下，减少了坑内排水量，杜绝了流砂湧入井下发生安全事故。草楼铁矿矿石贫化率设计9%。国防铁矿采用由最下中段向上中段的回采顺序，防止了地表第四系泥土进入矿石中，设计贫化率应是10%，但因为矿石中夹石多，不能分采不能剔除，贫化率为20%。

4，减少地表错动防止地表塌陷

地下开采，由于矿石的采出破坏了地下原来矿岩连续的空间和应力平衡，产生地表错动乃至塌陷，如果地表错动在山坡上，将会造成山坡岩石破裂引起山区滚石和泥石流。采用充填采矿方法，用充填料尾砂充填井下，充满了采场空区，能阻止周围矿柱和顶底板及人工构筑的密闭墙约束下逐步沉降，经多次充填，在充填效果比较好时，随着顶板及周围介质受力变形，而受到压实；这样压实的尾矿包围着矿柱，为矿柱施加侧向应力，使矿柱由原来的单向受压变成等围压的三向受压，提高了矿柱抗载荷的能力，充填于采空区已受到逐步压实的尾矿是不会无限压缩的，当采空区顶板逐步起到支撑顶板的作用，限制了顶板进一步变形，从而减少了地表错动，防止地表塌陷。如果充填效果差，在顶板岩石没有与充填尾矿面接触前就超出了极限应变而垮落，由于垮落岩石碎涨性，充填满空间，也不至于使冒落范围发展到地表，也能减少地表错动和防止地表塌陷。

应当指出的是，充填采矿方法不能保证地表完全不错动不塌陷，只能说根据充填料的性质，充填方法和充填工艺，充填质量和充填接顶程度，矿体赋存条件开采深度和岩石力学等方面有关，决定了地表减少错动范围和减少地表塌陷深度。国防铁矿方案设计采用充填采矿方法，岩石错动角取70°，如果采用无底柱分段崩落法，岩石错动角取65°，在开采900m深度，充填采矿方法比无底分段崩落法，地表错动范围减少近50%。金川镍矿，采用下向机械化钢筋胶结充填采矿方法，二矿区采场上方地表控制点检测发现，指向采场最大水平位移357mm，最大下沉量327mm，二矿区中西部上盘发现40多条地表裂缝，下盘也有裂缝现象。因此不能说充填采矿方法，地表完全不错动不塌陷，只能说错动范围和塌陷深度大量减少。