一个矿工的毕业论文——浅谈充填法在磷矿开采中的应用

宇寒

　　前言

不知不觉已经断断续续从事采矿行业十多年了，如果是读书，十多年该大学毕业了。也就是该写毕业论文了，所以就当是写作业好了，谨发表一点个人工作中的心得，请看到的朋友忽略我的专业性和严谨性。谨以此献给我曾经认为有意义并用心过的工作。

充填法，顾名思义，就是将采矿活动中形成的空间用固体物料重新填满，以辅助生产的方法。它是一种成熟的方法，目前主要有散料（废石）回填，毛石浆砌和混凝土浇筑等。在矿石开采过程中，充填法可以发挥相当巨大的作用。随着资源的日益减少，在这里我可以大胆的预测，在不远的将来，像我们磷矿石等资源的开采，将以一种廉价高效的以充填为方式的置换式开采，也就是以相同体积的其它固体物质将矿石置换出来，资源利用率将达到100%，开采过程将做到完完全全本质安全。下面我们一起来探讨一下充填。

充填的好处

一 目前的现状

1 我们目前的磷矿石开采，逐渐由较浅地层走向深部开采，随着机械化的大量投入，开采速度相比以前有了大幅度提升。

2 我们一直沿用的是以前的标准，包括矿柱规格，采场布置、等等。随着开采走向纵深，我们在开采过程中明显感到来压明显，安全问题比以前严峻。

3 产量的增加以及排险过程中产生了大量的废石，因为处理这些废石，这些年充填这个概念逐渐进入了我们的视线。也就是说，我们目前的充填大部分还是以处理废石为目的的，方法单一且没有完全发挥它的作用。

二 充填的好处

我们采矿生产中最大的安全威胁是地压引起的，这个压力有多大呢?也就是矿层顶板以上整个山体的重力，通过科学的手段是可以计算出来的。跟据重力公式，这个力大概数以亿计。这里，我们需要引入一个力学常识：我们知道，力的三要素是力的大小，方向和受力面积。我们衡量力的强度就是看判断单位面积上所受压力的大小，P=F/S我们通常说的来压实际指压力强度即压强。根据公式我们知道，当压力一定时，受力面积越大，压力的强度越小。随着不断的开采，整个重力全靠矿柱支撑，也就是受力面积在不断减小，压强开始变大，表现在矿柱劈裂，顶板垮塌，岩爆等一系列危害，对安全生产造成影响。充填法合理科学的应用就可以很好的解决这些问题，为安全生产保驾护航。

1 把已经形成的空间重新充实、填满增加了受力面积，减少压力强度。

2 避免因顶板大面积冒落引起的冲击波。在东扬矿业工作过的工友应该记得2011年448井下大面积垮塌事件。那时矿里没有充填这个概念，也没有有效的支护措施，采场顶板突然大面积垮塌，冲击波波及几个中段，离现场最近的作业人员被冲击波吹出去好几米远，相邻几个中段巷道内所有标示牌全被震得粉碎，险些造成重大事故。当时要是有充填这些有效的措施，就不会发生。很简单的道理，顶板发生垮塌时，距离地面越高，所具有的势能越大，对地面的冲击力也越大，当岩石高处落下瞬间回到静止装态，其势能就转变成空气的动能（对空气作功了）即冲击波，离地越近冲击波越小。应对这种情况，最有效的方法就是充填，减小顶板离地的高度。因为充填以后，即便是不能完全充实（我们说接顶）仍留有间隙，只要在安全高度以类，当顶板发生垮落时，能够迅速堆集起来而形成支撑，避免其继续垮落，不会有冲击波产生。（根据多年的经验，这个安全高度最低应该小于1米）

3 适当的充填即可增强矿柱的支撑力。我们来看一下受力分析，如图1，从图中我们可以看到，矿柱所受的力最终都转变成向四周的压力F1，这就是矿柱为什么会劈裂、垮塌的原因。我们要减小这个力，就需要给它一个反方向的力，充填刚好可以起到这个作用。矿柱周围用废石充填，就好比给矿柱加了一道“箍”，而矿柱与矿柱之间充实之后则可以成为一个整体，其抗压能力大大增强。

4 目前大部分人能感受到最直接的好处就是有效的解决了采矿生产中产生的废石（渣）排放问题，避免了对环境造成的污染。

5 配合其它充填方法，置换矿柱，提高开采率。目前我们一直沿用房柱法采矿。大家都知道，房柱法采矿最大的特点就是矿柱所占比重大，不易回采，资源开采回收率不高，尤其是深部开采，这种特点更加明显。因为为了安全的需要，矿柱的密度和规格必需增加。

6我们目前可以用作采空区治理的一种重要手段。我们知道，矿层以上整个山体为一个不规则的巨大物体，根据物理常识，不规则物体都有一个重心。随着我们的不断开采，这个庞大的物体的重心会发生偏移，每天甚至每时都在发生变化。这就是我们为什么说井下环境是在不断变化的。这种变化会带来一系列的问题，井下很明显的就是感到“来压”，地面则可能出现山体裂缝，岩石滚落，滑坡等等。这就需要我们对采空区进行治理，使山体在重心偏移中很快的达到平衡，防止灾害的发生。

三 箱式采矿法。

这是一种目前来说在我们周边比较先进的方法。是在宜化杉树垭矿成功使用的方法。如图

这种采矿方法概括起来就是：废石充填，矿柱置换，厢式采矿，具体操作为：

1 按房柱法要求规划采场，预留矿柱，两边为条带矿柱，中间切割（穿格子）后形成多个矿柱，整个采场如一个具大的厢子

2 按先里后外的原则，废石充填图中A区域

3 毛石浆砌做人工矿柱＠1_＠4

4拿掉原预留矿柱1——3迅速用废石回填充实拿掉矿柱后的空间

5 同样的方式依次后退

这是目前比较可行的采矿方法，用这种方法，矿石回采率可达90%以上。这种采矿法大面积推广目前有它的局限性，因为涉及到运输、毛石来源等因素。至少这种采矿的理念是比较先进的，值得推广的。

　　目前充填法的运用和问题

个人认为，把充填法很好的运用到生产当中，我们大部分还停留在初级阶段，处于一个很低的水平。具体表现为

一 认识不够。

1 很多人没有认识到充填的巨大作用。

2 没有资源缺乏的紧迫感。

3 未能形成系统，缺乏专业人员。简单的将处理生产中的废石聚拢理解为充填，充填形式单一，效果不理想。其它充填方式受到成本、斜井物资运输困难等限制。

4 因为没形成系统，开采设计和充填不能同步，使得充填作业往往在空区形成之后，给充填作业增加安全风险。

5 开采速度快，充填速度跟不上。随着机械化的不断投入，开采速度加快，充填速度远远落后。

二 我们该怎么做

1 加强认识。

认识矿产资源的珍贵。据权威统计，全球的石油资源大约还可供人类使用40年左右。我们也可以想想磷矿资源还可以供我们开采多少年。其实，自然资源从大了说，它属于全人类，从小了说，它也属于我们的子孙后代。如果我们不珍惜，不节约使用，等于将我们子孙后代的财富提前拿来挥霍了。我们只有认识到了，才会去合理的开采利用。

认识安全生产的重要性以及充填法在采矿活动中的作用。

2 规划好现在的生产。

从现在起，生产和设计同步，尽量做到边生产边充填治理。

现有的条件下，尽量将废石集中处理，集中才能办事，集中才有力量。废石不集中，急需要的地方没有，不急的时候又很多。同时也方便管理，多一个地方作业，排险、监护等措施需要人力物力的配合。

尽可采用一些人工矿柱等其它的充填相配合。注意充填的顺序和作业中的安全防范。提高充填的质量。

3 切不可仅依靠废石充填而做矿柱置换。单独使用废石充填法治理采空区时只能作为辅助手段，强化矿柱的支撑作用，而不能进行矿柱置换。有些人过分夸大废石充填的作用，或是为了眼前的利益，仅仅是简单的充填之后便试着拿矿柱，这是危险的、不科学的做法。

4 积极探索高效、先进、廉价的充填方法。

废石充填的操作方法

目前我们大部分矿山都是以废石充填为主，而且基本上都是在空区形成之后，充填作业安全风险增加，这就需要我们注意操作方法，确保安全的同时对采空区进行治理。

1 全面了解充填区环境，清撬顶帮，加密信号柱，搞好照明。

2 相对安全的地方设置卸废石的场地。

3 由外向里开始充填，这时候的顺序一定是由外向里，首先对充填所经过的路线两边矿柱进行充填，把保安矿柱先“偎起来”，相当于给矿柱加“箍”，用于抵消矿柱四周的压强，同时也减小相邻矿柱之间的跨度，在安全中前进。

4 由里向外，挨着充实，尽量做到“接顶”，也就是充填的高度尽量和顶板相接。

5 在机械实在难以接顶的地方每4至5米距离用木材或其它材料作“井”字支撑，以增加接触面积，或辅以人工用块石堆砌。

6 制定或设计充填路线时尽量做到从上往下充，一来在利用机械充填时可以做到省力，二来利用散体物料的流动性可以更容易做到接顶。