河南安钢集团舞阳矿业有限责任公司 河南平顶山 462500
摘要：现在我国铁矿资源开采使用的是充填工艺，但是基于我国特殊的体表结构和地貌特征，铁矿资源品质地下，采矿工艺还不是很纯熟，这就加大了采矿的难度，所以我国的铁矿资源并没有被有效的开采利用。
关键词：矿山；充填开采法；井下开采
当前我国铁矿资源开发中面对的最严峻的问题就是复杂的贫铁矿。这种铁矿在开采中还将面临地表的沉陷，地表植被被破坏等，给矿区生态环境带来严重的破坏，与此同时，铁矿开采还会导致山体结构遭到破坏，引发山体滑坡和泥石流等。因此，绿色开采成了当前铁矿开采的总方向和目标，铁矿充填采矿工艺的使用将大大减少采矿中产生的废弃物的排放量，而这项工艺也将是今后铁矿开采的主要方法。
一、铁矿资源及开采现状
我国铁矿贫矿多, 富矿少, 铁矿石平均品位为33%, 低于世界平均水平11个百分点。且铁矿石类型多样, 成矿条件复杂, 中小型矿床多、超大型矿床少, 伴生组分多, 选冶条件复杂。但其资源分布非常广泛, 遍及全国各地。鉴于此, 多年来, 我国地下铁矿山的开拓方式主要为斜井开拓和平硐- 溜井开拓, 极少数矿山采用平硐盲竖井开拓, 坑内和外部运输一般采用电机车。阶段高度随矿体赋存状况的不同而有所变化,对于急倾斜矿体段高一般为30-50 m, 缓倾斜矿体段高一般为20-30 m。采矿方法多采用崩落法或空场法进行回采。在铁矿山中很少采用充填法。众所周知, 充填采矿法是成本高的采矿方法, 一般用于贵重金属或高品位的有色金属的开采, 虽然充填采矿法具有矿石回收率高、贫化率低、能适应矿体产状的复杂变化、作业安全、且能保护地表等优点, 但其原来存在的缺点, 诸如现场作业条件恶劣、充填与回采相互制约严重、工人劳动强度大、采矿强度低、成本高, 矿山效益差等, 给设计部门和现场采矿工程师留下了根深蒂固的印象。但是随着人们环保意识的提高, 人们逐渐认识到矿山固体废料给环境带来的巨大破坏。采矿活动的末端处理花费了大量的人力、物力和财力。因此, 随着充填采矿技术的发展, 充填采矿法在铁矿中的应用也得到人们越来越多的认可。
二、充填开采法
当前我国应用的充填法包括了分级尾填充，全尾沙胶结充填，废石胶结充填，膏体泵送胶结充填等，使用的填充材料除了脱泥尾沙还有全尾沙。
1、充填开采和回采。铁矿开采中的充填开采法是将铁矿开采过程中产生废弃物合理利用，再对矿洞科学掩埋，这样才能保证地质结构的完整，从而起到保护地表生态环境的目的。我国虽然铁矿生产量高，但是大多数铁矿都是贫铁矿，富铁矿很少，传统的铁矿开采方法采用粗放型的开采方式，大规模的开采铁矿，并且采用崩落法和空场法开采。然而这种开采方法将会导致地表严重破坏。因此在铁矿开采过程中提出了充填法采矿。充填法采矿方法可以提高采矿生产规模，并且降低生产成本。比如在某矿区，要使用具有高生产能力的采矿工艺和回采工艺，那么在矿充填法设计中要充分考虑到不同矿区会根据矿区结构，地质构造，水文特点等采用不同充填方法这一点。
铁矿区地质复杂，富水性很强，矿区大都在地下水位线之下，奥陶系中统灰岩是矿体的直接顶板，而且这个铁矿还接触着磁铁，矿体结构也及其复杂，周边的岩石稳定性很弱，这为开采带来了难度。因此在这个铁矿开采中使用注浆帷幕以应对水患，只有采用嗣后充填采矿法来防止岩体变形，防止岩体移动而出现坍塌的问题。为了保证注浆帷幕充填的安全使用，要对相关的矿体结构参数和充填体的性能指标合理布局安排，而只有做到相关力学的详细研究才能将铁矿中难采矿区的问题解决。
2、采矿结构和胶体填充强度。嗣后充填是将矿体分成了矿房和矿柱两部分。开采过程中先使用胶体充填来开采矿房，然后再利用非胶体充填法来开采矿柱。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际的开采过程中，矿房和矿柱的相关参数直接关系到采矿充填的成本和经济效益。研究表明，胶体自身的稳定性和整个矿体的稳定性决定了胶体的强度。但是应该认识到，矿场的稳定性不同，对于胶体的强度要求就不同。最常见的数学力学模型计算法是Thomas 计算法，米切尔技术法等。根据模型计算显示，在第一次开采之后形成的填充提在第二次开采中需要侧相暴露时，填充强度必须设计为≥ 1MPa。只有在这种情况下第二次的充填体承受的负荷层能小，因此基本要求充填自身稳定就好。
3、全尾砂胶结充填技术。全尾砂胶结填充是充填采矿的技术难点，主要是因为全尾砂颗粒太小，含泥量大。在对该项充填采矿技术的研究一直没有终止过。各项研究研究最终表明，全尾砂胶体充填具有显著优势。
三、铁矿充填法的关键技术
铁矿是一个国家现代建设和工业发中使用最多的建设资源，为此，党和政府提出要大力支持和发展国内的铁矿开采事业，要不断加大对我国铁矿的开采和技术研究，从而保障我国的钢铁使用量。为实现铁矿开采中的安全，高效开采，还需要解决以下几个技术难点：
（1）矿体稳定性研究的设计和控制。超大采矿区依赖的是矿业的稳定，矿体的埋深和原岩应力。因此在开采之前要对矿区的地质特征和水文详细研究，从而以此为依据优化设计采矿。运用物理模型和仿真技术开展回采，充填的预测工作。还要保证在回采中岩体的稳定性和失衡模式，从而制定符合要求的充填体强度，从而保证矿区矿体的稳定性。
（2）新型胶凝材料的开发和应用。在充填体形成过程中，胶凝材料是必不可少的部分，而大部分的充填体都是采用水泥作为胶凝材料的，比如在全尾砂充填中。但是水泥强度低，为了增加充填体的强度只能在使用中加大水泥的用量。但这将大大增加开采成本，在铁矿开采中甚至会出现入不敷出的问题。因此要大力开发和研制新型的胶凝材料，这项技术在大量贫铁矿开采中必不可少。
（3）充填法开采技术的优化和控制。在铁矿开采中要对填充料浆以其流变特性和流变参数进行研究，以保证铁矿开采中保证充填体的安全可靠，进一步保证了铁矿石的生产规模和生产进度。
（4）全尾砂填充技术的进一步开发和研究。该项技术是当前研究的重点。该项技术要对不同矿区的砂质特征进行分析，从而实现全尾砂浆的快速凝缩，这也是全尾砂充填开采技术的关键点。
（5）制浆设备的开发研制。这项技术将大大提高输送。当前我国充填料浆的生产设备能力大多是80-120m3/h，现阶段还发研制的也不到200m3/h。膏体的充填技术在对于能否控制精准方面存在问题，而且在管道中输送有很大的阻力，且需要投入大量的资金。所以高浓度料浆自流输送的充填技术是如今要发展的方向。矿业大学已经开发了一种相关的充填理论和技术，已经展开了前期的研究工作。通过在矿区的研究表明，泡沫砂浆充填技术可以有效地提高运输的效率，因为泡沫起到了滚珠的作用，减小了一定的阻力，从而提高了料浆在输送中的浓度。
我国的矿区大多处在“三下”地段而且大都处在富水区，铁矿大多是贫铁矿。因此在铁矿开采中不仅要做到安全开采，控制地压，还要提高地下资源的回收利用率，使用充填开采技术也会防止采空区地质不稳定而引发相关地质灾害。当前铁矿开采大多采用充填工艺，充填材料的供给，料浆的制备速率，料浆的输送和胶凝材料的开发研制都是充填工艺突破重点。
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论文作者:王奎州
论文发表刊物:《防护工程》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/15
标签：铁矿论文; 矿体论文; 矿区论文; 技术论文; 胶体论文; 强度论文; 地表论文; 《防护工程》2018年第6期论文;