[科普中國]-充填井

充填井是采礦充填系統(tǒng)中，用來輸送充填料的井。按充填料的運輸方式充填井分為管道水力輸送充填井和重力自溜輸送充填井。

簡介充填井是輸送充填材料到井下的專用井筒。

管道水力輸送充填井用來鋪設輸送充填材料的管道，它可以是豎井，也可以是任何傾角的斜井，但不能有逆坡；井筒的斷面尺寸應考慮便于搬運、安裝和拆卸管道。井內應設提運管子和人員的設備。如果有措施井或副井可以利用，則不必開鑿專用的充填井。

重力自溜輸送充填井主要用于廢石充填的礦山，位置應選擇在堅固且不含水的巖層中：一般用豎井，若用斜井，則傾角應不小于65°。井筒上口鋪格篩，以防不合格的大塊廢石或雜物混入井中而堵塞；下口設溜口和閘門或振動出礦機。井筒的斷面尺寸應考慮便于掘進施工和至少能貯存1.5個充填班所需的廢石量，圓井的直徑或方井的邊長，一般應大于最大合格廢石塊度的4～8倍1。

充填井場地總平面布置充填井場地總平面布置要求合理確定地下礦充填井口地面建筑物、構筑物、運輸線路和各種工程管線等的平面和豎向位置。根據(jù)不同的充填料，場地內設有充填料破碎篩洗車間、料倉（砂倉）、水泥倉庫、堆場、泥漿泵站、沉淀池以及相應的水電供應設施、運輸線路、行政管理和必要的生活設施。如果井口附近的充填料的強度、化學成分、粒徑和粒級組成以及密度、滲透性等物理性質不能滿足要求時，還要另選采石場開采充填料。充填井場地總平布置除遵循礦山工業(yè)場地總平面布置原則外，應充分利用地形坡度，采用臺階式布置，縮短運距，減少能量消耗和工程投資1。

地下礦充填系統(tǒng)設計地下礦充填系統(tǒng)設計：將制備的充填料輸送到地下采礦場和采空區(qū)進行充填的地下未礦工程設計。在地下采礦時，隨著采礦作業(yè)的推進而出現(xiàn)的采空區(qū)，必須加以充填，以防止礦體頂板塌陷。充填系統(tǒng)的種類繁多。因充填材料不同，可分尾砂充填、山砂（河砂或海砂）充填、廢石充填、碎石充填、戈壁集料充填、混合料充填和添加膠結劑的膠結充填等；依運搬方式，又可分為人力運搬充填、電耙充填、機械化（鏟運機或卡車）充填、拋擲充填、風力充填、水力充填和各種形式的聯(lián)合充填。主要設計內容包括:充填系統(tǒng)選擇、充填材料選擇、充填材料量及充填能力確定、充填料制備和輸送等。充填系統(tǒng)選擇中國金屬礦山主要采用尾砂水力充填系統(tǒng)及其膠結充填系統(tǒng)。如凡口鉛鋅礦、金川有色金屬公司各礦山、錫礦山銻礦、水口山礦務局柏坊銅礦、吉林鎳業(yè)公司付家塢礦、紅透山銅礦以及三山島、焦家、新城等絕大多數(shù)金礦。其次是山砂水力充填和人力運搬的廢石充填。風力充填、機械化充填和拋擲充填很少應用。主要原因是尾砂充填料來源充足，管道輸送能力大，具有維護和管理簡便和充填成本較低等優(yōu)點。山砂水力充填適用于非膠結，沒有尾砂或河沙可用的礦山，其缺點是水耗量大、管壁及管件磨損較嚴重，該系統(tǒng)在波蘭的礦山應用較廣泛，在中國會澤鉛鋅礦、錫礦山銻礦、湘潭錳礦使用較成功。廢石充填在某些礦業(yè)發(fā)達、機械化水平較高的國家，同時有露天與地下開采的礦山，使用比較廣泛，少量的廢石充填礦山仍靠人力運搬。與水力充填相比，主要是粉塵濃度高、作業(yè)環(huán)境惡劣。往充填材料中摻加水泥等膠凝材料即形成相應的膠結充填系統(tǒng)，適用于開采有色金屬的富礦體。充填材料選擇可供選擇的充填材料有:廢石或專門開采的塊石，選礦尾砂或自然堆積的細砂（風砂、河砂），戈壁積料和破碎加工的山砂，冶煉爐渣和各仲工業(yè)廢料以及用水泥或其他活性材料制備的各種膠結充填料。設計中除考慮資源充足、具有一定強度、不泥化、價格低、不含有害和有毒物質外，還要結合回采工藝、材料制備、運輸方式和經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定，要優(yōu)先考慮利用本礦的尾砂和掘進、剝離廢石作充填料。尾砂用作回采采場或采空區(qū)充填料時，一般要求小于0.03mm的粒級不大于5%，滲透速度不小于scm/h；用尾砂作膠結充填骨料時，分級界限可適當降低；充填孤立或嚴密隔離的采空區(qū)時，可采用全粒級尾砂作充填料。用水泥作膠結材料時，一般采用低標號的散裝水泥，有條件的礦山可考慮摻入部分粉煤灰和生石灰等作代用品，以降低水泥用量。

相關名詞地下礦開拓為開采地下礦床，從地面向地下開掘一系列的井筒、巷道以通達礦體的地下工程總稱。其目的在于形成運輸、提升、通風、排水、供電、供水、輸送壓氣以及采場充填等系統(tǒng)，以滿足采礦工藝過程的需要。形成開拓系統(tǒng)的井巷主要有平硐、豎井、斜井、斜坡道、各類盲井、石門、馬頭門、主要運輸平巷、主溜井、主充填井、主回風巷、風井、井底車場及各種主要硐室等。

地下礦開拓是地下開采礦山基本建設的主體工程。開拓系統(tǒng)一經(jīng)建成，很難更改，即使進行局部改建，也需花費大量投資和時間，而且在改建時間內還可能影響生產(chǎn)。因此，在設計前，首先應確定礦床開采順序、開采范圍、采空區(qū)周圍巖層可能移動的范圍及其對地表的影響，然后根據(jù)地形條件、礦床賦存條件、工程地質條件、選礦廠廠址、擬采用的采礦方法、采礦設備、裝載運輸設備、提升設備等，確定井巷類型、數(shù)量和規(guī)格，并按照井巷布置原則布置井巷2。

井巷布置原則：主要是：（1）保證礦井生產(chǎn)安全，在保證各工藝系統(tǒng)暢通的條件下，盡可能減少井巷工程量，使投資省、工期短、投產(chǎn)快。（2）井巷布置要匹配合理，使生產(chǎn)方便、管理集中、生產(chǎn)經(jīng)營費低。（3）當井下發(fā)生水災、火災、大規(guī)模地壓活動、地震以及其他災害時，為保證井下人員安全，每個礦井至少要有兩個獨立通往地面的安全出口，兩個安全出口之間的距離不得小于100m；大型礦井、采礦技術條件復雜或走向長度大于1000m的礦床，必須在端部增設安全出口；位于地震區(qū)的礦山應考慮防震措施2。

井巷位置選擇：位置應盡可能選擇在穩(wěn)固的巖層中和采空區(qū)周圍巖層移動范圍以外，避開含水層、大斷層、大破碎帶、巖溶發(fā)育地層和流砂層；通地面的出口應不受地面塌陷、滑坡、泥石流、山洪、山坡滾石、雪崩、森林火災等自然災害的影響，出口位置應高于歷年最高洪水位3m以上。用于提升或運輸?shù)V石的豎井、斜井、斜坡道、平硐、主盲井、主溜井，最好布置在礦體下盤巖層移動范圍以外最小運輸功的位置上或附近，且應考慮礦石向選廠或對外運輸?shù)姆奖恪Ｆ巾?、斜井、豎井、斜坡道的出口處，應有足夠的工業(yè)場地，以便布置調車場，井口建筑物、構筑物、材料堆場、廢石場等，且應不占或少占農(nóng)田。若井巷或建筑物、構筑物必須位于采空區(qū)巖層移動范圍以內或可能受巖層移動的影響時，必須留保安礦柱予以保護。

井巷斷面：影響確定井巷斷面的因素有：礦井的生產(chǎn)能力、通過井巷的設備的外形尺寸、井巷內的設施、管纜裝設所需要的斷面，通過井巷的風量和允許的風速、必需的安全間隙等。此外，還應預留一定的提升運輸能力和增設管纜所需的斷面，為以后擴大礦井生產(chǎn)能力創(chuàng)造條件2。

地下采礦工程設計從地下采出有用礦物（礦石）的采礦工程設計。通常自地表開鑿通向礦體的井巷，形成礦石、廢石、人員、材料、設備的通道，建立提升、運輸、通風、壓縮空氣、供電、供水、排水、充填和通訊等系統(tǒng)。選用安全、高效、經(jīng)濟的采礦方法和設備，經(jīng)鑿巖、爆破、裝運將礦石采出并處理采空區(qū)。地下采礦工程設計的范圍包括：地下礦設計規(guī)模確定、地下礦開采移動范圍設計、地下礦開拓設計、礦山井巷工程設計、地下采礦方法設計、地下礦充填系統(tǒng)設計、地下礦爆破設計、地下礦通風防塵設計、地下礦提升設計、地下礦運輸設計、地下礦排水設計和地下礦內因火災防治設計等。地下礦與露天礦相比，其開采特點是：技術復雜，資源和開采技術條件變化大，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，管理要求高；井巷斷面和采場空間限制了大型高效采礦設備的應用；勞動條件差和生產(chǎn)規(guī)模較露天開采低等。20世紀50年代以來，隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，國內外開采技術發(fā)展很快，金屬礦山地下礦生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，世界最大的智利特尼恩特（ElTeniente）銅礦年產(chǎn)礦石3800萬t左右；瑞典基律納鐵礦年產(chǎn)礦石近3000萬t；澳大利亞芒特艾薩銅鉛鋅礦年產(chǎn)礦石約1000萬t。60年代，中國相繼建設了程潮鐵礦、梅山鐵礦、鳳凰山銅礦和金川鎳礦等地下礦，設計規(guī)模從幾十萬噸到數(shù)百萬噸。如梅山鐵礦500萬t；金川有色金屬公司第二礦區(qū)256萬t；銅礦峪銅礦400萬t3。

（1）地下礦設計規(guī)模確定。地下礦設計規(guī)模合理與否，直接影響礦山基建工程量、設備選型和數(shù)量、基建投資、采礦成本、勞動生產(chǎn)率、礦山服務年限和企業(yè)經(jīng)濟效益等主要技術經(jīng)濟指標。設計規(guī)模要根據(jù)資源條件、技術可能、經(jīng)濟合理和市場需求確定。

（2）地下礦充填系統(tǒng)設計。包括充填料制備、輸送和充填工藝等設計。常用的充填料有惰性材料（廢石、砂等）、膠結材料（水泥、爐渣等）和添加材料（絮凝劑、速凝劑等）。根據(jù)采礦工藝對充填體強度的要求，進行充填材料及配比的選擇、制備站工藝流程與設備配置、充填管路和采場充填設施設計。

（3）地下礦爆破設計。分淺孔、中深孔、深孔和硐室爆破。設計一般多采用排孔微差爆破、擠壓爆破、光面爆破和大孔徑爆破等新技術，以提高爆破效果和降低成本。

（4）地下礦開拓設計。包括開拓系統(tǒng)選擇和井巷工程設計。在由地表至礦體開掘的井巷中，須配備安裝相應的運輸、提升、通風、供排水、壓氣管路等設備和設施，形成完整的生產(chǎn)體系。地下礦開拓有：平硐、斜井、豎井、斜坡道和聯(lián)合（兩種以上開拓方式組合）等開拓方式。設計根據(jù)礦床的埋藏條件、地形地貌、生產(chǎn)規(guī)模、采礦工藝和選廠廠址等因素，提出多方案進行比較。以基建工程量少、投資省、建設快、技術先進、生產(chǎn)安全、少占農(nóng)田、經(jīng)濟效益好，經(jīng)綜合比較選取最優(yōu)方案。

（5）礦山井巷工程設計。其主要內容包括：平巷、斜井、豎井、斜坡道、礦石溜井、硐室及其斷面形狀選擇和支護結構等設計。

（6）通風、防排水及防火。為保障地下礦人員健康和生產(chǎn)作業(yè)安全，設計中須對地下礦通風、疏干和排水、防治內因火災等采取相應措施。在井下生產(chǎn)過程中，常產(chǎn)生有害氣體和粉塵，采用機械通風和噴霧灑水除塵等措施，使井下空氣達到國家規(guī)定的標準。開采地下水涌水量大的礦床，常借助巷道、疏水孔、明溝等各種疏水構筑物，預先降低開采地區(qū)的地下水位，以保證采掘工作正常和安全進行。地下水排水設計，確定排水系統(tǒng)、設置排水泵房、選擇排水設備、布置水倉，并選定沉淀細泥的清理方式。開采高硫礦床或含炭質圍巖和有發(fā)火可能時，設計中要采取相應措施。

（7）地下礦提升設計。地下礦采掘的礦巖，通常要經(jīng)過提升、運輸才能運至地表。提升按井筒傾角可分豎井、斜井兩種方式。按提升容器分，豎井有罐籠和箕斗；斜井有箕斗、臺車和礦車。中小型地下礦多用罐籠提升；深井廣泛采用多繩提升機提升，其主要設計內容包括：確定提升方式及系統(tǒng)、計算提升能力、選擇設備、采取安全及輔助設施和粉礦回收設施等。

（8）地下礦運輸設計。地下礦運輸方式分有軌（機車、無極繩）、無軌（地下汽車、鏟運機）和膠帶輸送機三種。運輸設備根據(jù)礦山開拓方案、運量、礦物品種、礦石性質和采礦方法等綜合分析、計算選定。有軌運輸用機車，需進行機車及礦車的選擇，進行列車組成和運行計算及驗證運輸薄弱環(huán)節(jié)的通過能力。無軌運輸常用汽車，需進行汽車選型和運輸計算；進行運輸巷道的規(guī)格、坡度、彎道半徑、道路路面結構等設計3。

設備選型：為滿足設計生產(chǎn)能力的要求，須進行各種設備比較，選用投資少、生產(chǎn)成本低、能耗少、經(jīng)濟效益好的設備。

發(fā)展趨勢：以提高礦山生產(chǎn)效率和資源利用為中心，發(fā)展高效率、低成本、大孔采礦法、礦塊崩落法、機械化充填采礦方法；推廣無軌設備，擴大產(chǎn)量，提高經(jīng)濟效益，減少礦石貧化與損失3。

本詞條內容貢獻者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學