摘要：随着我国采矿技术日益成熟，采矿行业的经济也在快速发展之中。日益减少的矿产资源与国民经济发展对矿产资源的需求，对矿山企业安全高效回采提出了更高的要求。目前众多金属地下矿山采用阶段空场嗣后充填法，而如何高效安全地完成二步矿房回采成为金属地下矿山开采过程中共同面对的一个技术难题。金属地下矿山为实现回采安全性要求，需从采矿方法、爆破参数、充填体稳定性、回采顺序及结构参数等方面对矿山回采工艺进行优化，同时在回采过程中对矿房顶板和充填体强度提出了更高的要求。
关键词：阶段空场嗣后充填采矿法；爆破参数；充填体稳定性；安全高效
前言：金属地下矿山采用分段凿岩阶段矿房法(嗣后充填)进行回采活动时，一般开采分两步完成，间隔开采，一步矿房回采完成后，对一步房回采形成的采空区进行充填，充填完成并具有足够强度后再回采其余矿房，即在充填体中间回采矿石。在矿山二步回采过程中，矿房顶板稳定性以及二步房回采两侧充填体剥落等对矿山高效安全开采构成重要影响。对矿山高效安全开采技术进行研究分析，对保证矿山安全生产有着重要意义。
1、阶段空场嗣后充填采矿法
随着地下金属矿山开采强度不断扩大，地下形成大规模的采空区，同时也产生大量的堆积于地表的固体废物(尾矿、废石)。地下采空区与地表矿业固废物既是地下金属矿山开采高效的两大灾害来源，也是矿区周边生态环境和人民生命财产安全的潜在危险源，严重阻碍了矿山企业安全绿色发展，是采矿工程领域重点研究的课题之一。
充填采矿法作为一种既环保又安全的开采方法，在国内外已较早引起重视。随着矿产资源开采深度不断加大，阶段空场嗣后充填法充分发挥其回采效率高、作业环境安全、损失贫化率低、控制地表塌陷等不可代替的优势，在国内外金属矿山得到广泛推广应用。阶段空场嗣后充填采矿法高效利用充填体、矿体与采空区三者的时空有机结合，在地下金属采矿过程中发挥着重要作用，它既消耗了地表的矿业固废物，及时填充采空区，又改善了地下开采工作环境和采场地压条件等，从而形成“以废治害”的安全高效生态采矿模式。
近年来，国内地下金属矿山采用阶段空场嗣后充填采矿法比例日益加大，国家安全监督部门对新建地下矿山做出严格规定：新设计修建的地下矿山优先考虑采用充填采矿法，若不符合充填要求，则必须提供相关证明材料。但是，阶段空场嗣后充填采矿法在矿山推广应用过程中存在一些关键问题，如充填体与围岩之间相互作用影响、充填强度(成本较高)、暴露充填体稳定性、采场回采顺序和采场结构参数优化等。
国内学者对于胶结充填体的研究主要有：研究充填料的配比和浓度等影响充填体强度的因素；充填体的变形和破坏特征以及能量耗散；胶结充填体的蠕变和流变特性；充填体的微观分析；充填体的输送过程的研究；新型充填材料等。
一般认为，胶结充填是采场内被动性人工支护结构，是充填采矿法控制采场地压和地表沉降的主要手段，因围岩或矿柱的变形作用而被动受力，以被动反作用形式作用于围岩或矿柱，胶结充填体与围岩之间的相互作用以支撑与让压形式表现。根据采矿工艺的不同，胶结充填体处于多种不同的受力状态，进而支护作用呈现多样，两者之间的相互作用机理产生差异。显然，胶结充填体在安全高效采矿过程中发挥了重要的力学作用，而充填体与围岩相互作用机理是发挥其力学作用的基础。
2、合理的爆破参数
爆破参数的合理选择，可有效降低炸药单耗，有效控制大块率，有效控制顶板和围岩结构，对矿山安全高效的回采以及二步房回采围岩的稳固性有着重要的意义。目前，对矿山爆破参数优化进行研究的方法主要有经验法和工程类比法、物理实验法、人工智能数学物理结合法、数值模拟法四种。在国内，多数矿山进行爆破参数选择时，通常会根据工程经验和经验公式选取合理的爆破参数，对于扇形中深孔爆破，可采用如下几个的经验公式确定爆破参数。
(1) 井下浅孔爆破时，最小抵抗线和炮孔间距相当重要，二者之间的关系决定着矿石大块程度。它们的选取可以按照式：
(4) 国内外很多矿山会采用扇形炮孔的形式布置，对于扇形深孔，炮孔之间的距离在矿岩爆破中扮演重要角色。扇形炮孔间距分为孔底距和孔口距，在总结了大量的矿山实践后，扇形孔孔底距和孔口距与抵抗线有如下的关系：
以上都是国内外一些知名学者总结出的经验公式，并且应用于矿山实践中，获得较好的效果，节约大量的人力、财力。
3、单侧揭露后侧受压状态下充填体稳定性分析
在实际回采二步房矿柱时，一步房采场充填体的临空区侧处于竖向暴露状态，另一侧会受到非胶结充填体的侧压作用，充当“人工矿柱”的作用，以改善二步骤采场地压，因此，保证一步房采场胶结充填体的稳定性是阶段空场嗣后充填采矿法顺利实施的关键。
充分考虑围岩与充填体之间的摩擦作用，建立胶结充填体在侧压作用下的三维力学模型，探究充填体稳定性与后侧非胶结体受压作用、自身尺寸、充填体与围岩之间有效摩擦力和顶部荷载之间关系。
实际采充时序过程中，一步房充填体一侧的二步房矿柱回采完毕后进行非胶结充填，随后回采一步房充填体的另一侧相邻二步房矿柱。此时，单侧暴露胶结充填体后壁在非胶结充填体的侧压作用下产生呈线性分布规律的水平推力，进而影响胶结充填体的稳定性。
针对两步房阶段空场嗣后充填采矿过程中采场稳定性问题，重点开展围岩与充填体之间相互作用机理、回采顺序优化和采场结构参数优化研究工作，旨在得出满足矿山安全生产的合理设计参数，以解决保证采场稳定性和充填成本之间的合理协调问题，实现“安全绿色高效经济”四维模式采矿。
开采设计时应根据埋深条件适当调整阶段高度及充填体强度。合理提高充填体强度及加固顶板，可有效控制采场稳定。
结语：目前国内地下金属矿山开采多向安全、高效和清洁方向发展。阶段空场嗣后充填采矿法以矿石回采效率高、贫化率低、有效改善采场地压和充分利用尾矿等颇多优势，在国内外金属矿山被广泛地推广使用。采矿过程中采用最优的回采顺序、结构参数、合理的爆破参数以及充填体的稳定性可有效减少应力集中和变形失稳现象发生，是安全高效开采的重要环节。
论文作者:董悬、吴振坤、张金
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/14
标签：矿山论文; 高效论文; 围岩论文; 空场论文; 矿房论文; 矿柱论文; 地下论文; 《科技新时代》2019年6期论文;