金屬礦山充填采礦法中充填材料的應(yīng)用及展望

李鈺潔

（河南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450053）

我國金屬工業(yè)的礦石原料供應(yīng)主要來源于金屬礦山的露天和地下開采，其中在礦山數(shù)量上，地下開采的金屬礦占絕大多數(shù)。在地下礦山開采過程中，伴隨礦石的采出會出現(xiàn)大量的采空區(qū)，倘若不及時對采空區(qū)進(jìn)行回填，不僅會導(dǎo)致礦石損失貧化的問題，也會增加地下礦山開采的安全風(fēng)險(xiǎn)。而充填采礦法可以有效降低金屬礦山的礦石損失貧化率，也能減少因礦山開采對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。在礦山充填采礦的應(yīng)用過程中，充填材料的成本較高。在今后的發(fā)展過程中，如何提高礦山充填材料的穩(wěn)定性，降低充填材料的成本費(fèi)用成為了值得礦山企業(yè)思考的問題。以下對目前我國常見的礦山充填材料及其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

1 金屬礦山充填材料的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 水泥

在礦山充填的過程中，經(jīng)常以水泥為材料，其中應(yīng)用最常見的是礦渣硅酸鹽水泥，其次是火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥以及普通的硅酸鹽水泥，這三種水泥之間的密度以及容重各不相同。與其他的充填材料相比，水泥的成本較高，而且水泥不利于運(yùn)輸和存儲。水泥在運(yùn)輸過程中，會吸收空氣中的氧氣而產(chǎn)生酸性水，這種酸性水對水泥具有一定的腐蝕作用，嚴(yán)重者將導(dǎo)致水泥的強(qiáng)度降低。水泥作為充填材料時，在合理配比的前提下，充填體強(qiáng)度較高、支撐能力有保證，能夠解決地下采礦中的許多開采難題。由此可見水泥是一種使用成本較高、運(yùn)輸不便，但性能穩(wěn)定的填充材料[1]。

1.2 高爐煤渣

在20 世紀(jì)90 年代，礦山企業(yè)開始將高煤爐渣作為礦山填充材料，高爐煤渣是為了代替水泥而產(chǎn)生的。用高爐煤渣取代水泥作為礦山填充材料，能夠有效提高充填體的強(qiáng)度。將高爐煤渣研磨后，可以有效提高爐渣的膠結(jié)活性。這樣一來，既可以代替水泥作為填充材料，也能有效減少因隨意堆放高爐煤渣而產(chǎn)生的環(huán)境污染.目前國內(nèi)大都以高爐鐵渣或者銅渣作為礦山采空區(qū)的充填材料，這些金屬爐渣較為常見，經(jīng)濟(jì)成本較低，作為充填材料可以很好地代替水泥，降低礦山充填的成本。

1.3 尾砂

不同礦山的尾砂，其粗細(xì)程度也各不一樣，這也導(dǎo)致了不同的尾砂具有不同的填充體強(qiáng)度。在將尾砂作為礦山的充填材料時，我們要對尾砂進(jìn)行分級處理。隨著礦山充填技術(shù)的發(fā)展，膏體充填技術(shù)也得以產(chǎn)生。膏體充填技術(shù)可以有效改善尾砂作為填充材料的穩(wěn)定性。但是尾砂中含有部分有害物質(zhì)，因此在利用尾砂進(jìn)行礦山填充的過程中，我們要對尾砂進(jìn)行慎重處理。

1.4 粉煤灰

粉煤灰常見于發(fā)電廠鍋爐的煙氣，國外很早就將粉煤灰作為填充材料，應(yīng)用到了礦山的充填過程中。粉煤灰也可以有效地代替水泥，在粉煤灰中摻入適量的膠凝劑，可以有效提高粉煤灰充填體的強(qiáng)度。目前我國對粉煤灰性能的研究與國外還存在著一定的差距[2]。

1.5 高水材料

高水材料主要包括石灰、速凝劑等，可以加在尾砂中，提高尾砂的強(qiáng)度。高水材料具有無毒害、無腐蝕性的特點(diǎn)，而且高水材料具有較好的穩(wěn)定性。高水材料具有強(qiáng)大的抗裂能力，即使高水材料達(dá)到使用上限，也不會使充填材料發(fā)生整體性的變化。高水材料也具有凝結(jié)性和耐水性，與水質(zhì)的材料相比，高水材料毒害性較低且沒有腐蝕性，在礦山的充填過程中，不容易沉淀結(jié)底。

高水材料還有十分強(qiáng)大的再生能力，高水材料在不失水的狀態(tài)下，放置一段時間就可以恢復(fù)強(qiáng)度。此外，高水材料具有較強(qiáng)的可塑造性、彈性較大。高水材料在受壓之后，會出現(xiàn)裂縫以及彈性變形，隨著所受壓力的持續(xù)增加，達(dá)到了高水材料承受的極限之后，高水材料會出現(xiàn)破裂，但是并不會發(fā)生脆性破壞。因此將高水材料作為充填材料，能夠承受住圍巖的壓力，也能有效提高圍巖的穩(wěn)定性[3]。

2 金屬礦山充填材料的發(fā)展前景分析

2.1 環(huán)保性能將越來越高

在今后的金屬礦山的充填過程中，人們將越來越重視充填材料的環(huán)保性能，這樣才能減少礦山充填材料對自然環(huán)境造成的破壞，也能更好地促進(jìn)礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在我國傳統(tǒng)礦山填充材料的選擇過程中，考慮的是充填體的穩(wěn)定性以及礦山開采的需要。隨著國家和社會越來越重視礦山開采過程中的環(huán)境保護(hù)問題，在礦山充填過程中，高爐煤渣、尾砂等充填材料的應(yīng)用范圍將越來越廣泛。在今后的礦山充填過程中，采礦企業(yè)要加強(qiáng)固體廢料的應(yīng)用，要減少固體廢料對生態(tài)環(huán)境的破壞，充分發(fā)揮固體廢料的填充作用。這樣才能實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

2.2 充填材料朝綠色化的方向發(fā)展

礦山充填是為了對采礦區(qū)進(jìn)行回填，在礦山開采過程中難免會對采礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成破壞。在今后的發(fā)展過程中，礦山的充填材料將朝綠色化的方向發(fā)展，主要以礦山開采過程中所產(chǎn)生的固體廢物為原料。這樣將礦山固體廢物轉(zhuǎn)化成可利用的資源，并能更好地恢復(fù)采礦區(qū)的植被。將礦山固體廢料交集作為充填材料，能夠提高礦山資源的回收利用效率，基本實(shí)現(xiàn)礦山開采的無固體廢物排放，這樣一來可以發(fā)揮綠色開采充填技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

2.3 化學(xué)添加劑的應(yīng)用范圍越來越廣

大部分充填材料在使用之前，要加入膠凝劑等化學(xué)添加劑，化學(xué)添加劑可以有效提高充填材料物理性能，也能有效降低充填材料的使用成本。添加化學(xué)試劑之后，可以有效解決充填材料的運(yùn)輸問題，提高充填材料的可運(yùn)輸性以及澆筑性，從而能夠更好地滿足礦山充填采礦的需要。目前化學(xué)添加劑在水泥中應(yīng)用最為廣泛，在今后的發(fā)展過程中，化學(xué)添加劑也將在別的充填材料中得到應(yīng)用。

2.4 實(shí)驗(yàn)方式以及實(shí)驗(yàn)水平的進(jìn)步

在將充填材料進(jìn)行實(shí)際利用之前，要對充填體的力學(xué)性質(zhì)以及圍巖性質(zhì)進(jìn)行研究。在今后的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)方式以及實(shí)驗(yàn)的手段也日趨多樣化，可以幫助我們更好地了解充填材料的物理性質(zhì)，能夠提高充填材料的見效速度，增強(qiáng)充填材料在金屬礦山開采過程中的實(shí)用性。今后，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對與礦山充填材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，從而可以對礦山充填材料的使用性能進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

3 結(jié)束語

在金屬礦山的開采過程中，我們要及時對采礦區(qū)進(jìn)行回填，避免采空區(qū)塌陷。在選擇回填材料時，我們要根據(jù)不同采空區(qū)的地質(zhì)條件以及礦山開采單位的經(jīng)濟(jì)條件來選擇合適的充填方式。常見的礦山充填材料包括：水泥、高爐煤渣、尾砂、粉煤灰、高水材料…這些材料的充填體穩(wěn)定性以及成本費(fèi)用各不相同。在今后的發(fā)展過程中，我們要進(jìn)一步加強(qiáng)對礦山充填材料的研究，實(shí)現(xiàn)礦山充填材料充填體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，降低礦山充填體材料的成本。這樣才能更好地促進(jìn)充填采礦法在金屬礦山開采過程中的應(yīng)用[4]。