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

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。

转载请注明来自：http://www.uuqikan.com/kuangyelw/4249.html