金属矿山充填采矿法中充填材料的应用及展望

李钰洁

（河南省冶金规划设计研究院有限责任公司，河南 郑州 450053）

我国金属工业的矿石原料供应主要来源于金属矿山的露天和地下开采，其中在矿山数量上，地下开采的金属矿占绝大多数。在地下矿山开采过程中，伴随矿石的采出会出现大量的采空区，倘若不及时对采空区进行回填，不仅会导致矿石损失贫化的问题，也会增加地下矿山开采的安全风险。而充填采矿法可以有效降低金属矿山的矿石损失贫化率，也能减少因矿山开采对生态环境造成的破坏。在矿山充填采矿的应用过程中，充填材料的成本较高。在今后的发展过程中，如何提高矿山充填材料的稳定性，降低充填材料的成本费用成为了值得矿山企业思考的问题。以下对目前我国常见的矿山充填材料及其发展现状进行分析。

1 金属矿山充填材料的发展现状分析

1.1 水泥

在矿山充填的过程中，经常以水泥为材料，其中应用最常见的是矿渣硅酸盐水泥，其次是火山灰质硅酸盐水泥以及普通的硅酸盐水泥，这三种水泥之间的密度以及容重各不相同。与其他的充填材料相比，水泥的成本较高，而且水泥不利于运输和存储。水泥在运输过程中，会吸收空气中的氧气而产生酸性水，这种酸性水对水泥具有一定的腐蚀作用，严重者将导致水泥的强度降低。水泥作为充填材料时，在合理配比的前提下，充填体强度较高、支撑能力有保证，能够解决地下采矿中的许多开采难题。由此可见水泥是一种使用成本较高、运输不便，但性能稳定的填充材料[1]。

1.2 高炉煤渣

在20 世纪90 年代，矿山企业开始将高煤炉渣作为矿山填充材料，高炉煤渣是为了代替水泥而产生的。用高炉煤渣取代水泥作为矿山填充材料，能够有效提高充填体的强度。将高炉煤渣研磨后，可以有效提高炉渣的胶结活性。这样一来，既可以代替水泥作为填充材料，也能有效减少因随意堆放高炉煤渣而产生的环境污染.目前国内大都以高炉铁渣或者铜渣作为矿山采空区的充填材料，这些金属炉渣较为常见，经济成本较低，作为充填材料可以很好地代替水泥，降低矿山充填的成本。

1.3 尾砂

不同矿山的尾砂，其粗细程度也各不一样，这也导致了不同的尾砂具有不同的填充体强度。在将尾砂作为矿山的充填材料时，我们要对尾砂进行分级处理。随着矿山充填技术的发展，膏体充填技术也得以产生。膏体充填技术可以有效改善尾砂作为填充材料的稳定性。但是尾砂中含有部分有害物质，因此在利用尾砂进行矿山填充的过程中，我们要对尾砂进行慎重处理。

1.4 粉煤灰

粉煤灰常见于发电厂锅炉的烟气，国外很早就将粉煤灰作为填充材料，应用到了矿山的充填过程中。粉煤灰也可以有效地代替水泥，在粉煤灰中掺入适量的胶凝剂，可以有效提高粉煤灰充填体的强度。目前我国对粉煤灰性能的研究与国外还存在着一定的差距[2]。

1.5 高水材料

高水材料主要包括石灰、速凝剂等，可以加在尾砂中，提高尾砂的强度。高水材料具有无毒害、无腐蚀性的特点，而且高水材料具有较好的稳定性。高水材料具有强大的抗裂能力，即使高水材料达到使用上限，也不会使充填材料发生整体性的变化。高水材料也具有凝结性和耐水性，与水质的材料相比，高水材料毒害性较低且没有腐蚀性，在矿山的充填过程中，不容易沉淀结底。

高水材料还有十分强大的再生能力，高水材料在不失水的状态下，放置一段时间就可以恢复强度。此外，高水材料具有较强的可塑造性、弹性较大。高水材料在受压之后，会出现裂缝以及弹性变形，随着所受压力的持续增加，达到了高水材料承受的极限之后，高水材料会出现破裂，但是并不会发生脆性破坏。因此将高水材料作为充填材料，能够承受住围岩的压力，也能有效提高围岩的稳定性[3]。

2 金属矿山充填材料的发展前景分析

2.1 环保性能将越来越高

在今后的金属矿山的充填过程中，人们将越来越重视充填材料的环保性能，这样才能减少矿山充填材料对自然环境造成的破坏，也能更好地促进矿山经济的可持续发展。在我国传统矿山填充材料的选择过程中，考虑的是充填体的稳定性以及矿山开采的需要。随着国家和社会越来越重视矿山开采过程中的环境保护问题，在矿山充填过程中，高炉煤渣、尾砂等充填材料的应用范围将越来越广泛。在今后的矿山充填过程中，采矿企业要加强固体废料的应用，要减少固体废料对生态环境的破坏，充分发挥固体废料的填充作用。这样才能实现对生态环境的保护。

2.2 充填材料朝绿色化的方向发展

矿山充填是为了对采矿区进行回填，在矿山开采过程中难免会对采矿区的生态环境造成破坏。在今后的发展过程中，矿山的充填材料将朝绿色化的方向发展，主要以矿山开采过程中所产生的固体废物为原料。这样将矿山固体废物转化成可利用的资源，并能更好地恢复采矿区的植被。将矿山固体废料交集作为充填材料，能够提高矿山资源的回收利用效率，基本实现矿山开采的无固体废物排放，这样一来可以发挥绿色开采充填技术的优势，实现对生态环境的保护。

2.3 化学添加剂的应用范围越来越广

大部分充填材料在使用之前，要加入胶凝剂等化学添加剂，化学添加剂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。添加化学试剂之后，可以有效解决充填材料的运输问题，提高充填材料的可运输性以及浇筑性，从而能够更好地满足矿山充填采矿的需要。目前化学添加剂在水泥中应用最为广泛，在今后的发展过程中，化学添加剂也将在别的充填材料中得到应用。

2.4 实验方式以及实验水平的进步

在将充填材料进行实际利用之前，要对充填体的力学性质以及围岩性质进行研究。在今后的发展过程中，实验方式以及实验的手段也日趋多样化，可以帮助我们更好地了解充填材料的物理性质，能够提高充填材料的见效速度，增强充填材料在金属矿山开采过程中的实用性。今后，利用互联网技术可以对与矿山充填材料的实验结合起来，从而可以对矿山充填材料的使用性能进行模拟试验。

3 结束语

在金属矿山的开采过程中，我们要及时对采矿区进行回填，避免采空区塌陷。在选择回填材料时，我们要根据不同采空区的地质条件以及矿山开采单位的经济条件来选择合适的充填方式。常见的矿山充填材料包括：水泥、高炉煤渣、尾砂、粉煤灰、高水材料…这些材料的充填体稳定性以及成本费用各不相同。在今后的发展过程中，我们要进一步加强对矿山充填材料的研究，实现矿山充填材料充填体结构的优化，降低矿山充填体材料的成本。这样才能更好地促进充填采矿法在金属矿山开采过程中的应用[4]。