充填采矿技术的实践应用

王英杰　彭威凯

摘 要：时代的发展、社会的进步都离不开矿产能源的供应。在经济社会飞速发展的时代，工业化变革越来越深入，对矿产资源的需求量也越来越大，开设的矿井也越来越多，越来越深，采矿的安全系数随着矿井深度的增加而降低，针对这种情况，充填采矿技术的发展和应用在一定程度上不但保障了采矿安全，而且还提高了开采率，文章将重点论述充填采矿技术的实践应用。

关键词：充填采矿技术；实践；应用；发展

我国的煤炭资源储量丰富，占全世界储量的11.6%，但是我国人口的数量比较大，对于我国有着近14亿人口来说，人均矿产量稀少，而且我国的矿产资源有着“西多东少，北多南少，富煤、贫油、少气”的特点，这种地域限制导致东南地区的人均资源矿产量更少。

面对全球经济快速发展的状况和日益加剧的能源危机，我国矿产行业受到了各行各业人士的关注，使得采矿技术、开掘方式、都有了很大的进步，但是采矿效率和保护环境的工作还做得不到位，从而使得充填技术得到了发展的空间。

1 充填采矿的定义及特点

开采过程中，在能源矿产被从地下采出之后，会留下一个个的采空空洞，也叫采空区，这种采空区如果不采取有效措施任其发展就会降低地表层的稳定性，影响地表建筑的安全。而充填采矿法可以在来回采过程中，将充填材料运输到采空区，填补这种地下空洞，采空区有了充填体的支撑，减小对地表表层的破坏和对居民生活的影响。

这种新型采矿技术是人们在长期的工作中，根据实践经验得出的一种符合时代发展需求的新型采矿技术，充填采矿法对于大型的深部矿井比较适用。在近年的试点实践中可知，充填采矿法既能保障矿工人员的人身财产安全又能有效地提高地下采矿的效率，凡事都没有完美无缺的，都存有自身的不足之处，充填采矿法也不例外。比如：在应用充填采矿法时，它的机械操作流程较复杂，矿工不容易掌握；在初期购进机械时需要投入大量的资金；需要较大的劳动生产力等条件的限制。

2 充填采矿的优势

充填采矿法经过了近几年的发展完善，现在它已经是一个重要的矿产开发方式，被广泛运用到各个矿山开发中。充填采矿法之所以能迅速的发展，最主要的原因还是它对生态环境破坏较小，回采率比较高。

经过一系列的施工运输，将充填材料运到地下采空区，使充填材料变成充填体。充填体能有效地分担一部分地表压力，对于地表受力不均的情况有很好的改善作用。受力平衡后，围岩的位移现象也能得到改善，甚至可以完全避免，有利于更好更深地开采矿石，提高了开采效率。

充填采矿法对于采矿区的贫化率也有所改善，最大程度地开发矿产储量，给矿产企业带来了更大的效益，促进我国采矿行业更好更快地发展。它对于自然形成的具有倾向性的矿床有很好的开采效果，可以避免常见的矿区火灾，矿区坍塌的现象。

这种采矿法的虽然初期购买机械的成本较高，但是它的机械化工作较多，可以高质量高效率地开发矿产。比如：在凿岩过程中，凿岩车可以代替炸药和人力；在运输矿产时，可以运用矿石铲运机运输矿石。由此可见，在充填采矿法中，机械比人力占得比重大，企业可以减少矿工的工资支出。前期的较大投入和后期的较小支出可以相抵消，从矿产企业长远发展的角度来思考，充填采矿法能给企业带来更大的利润。

3 充填采矿的应用

充填采矿法的研究发展历史在国外起步较早。早在20世纪30年代，霍恩矿山公司进行了全球首例充填采矿技术的试验，将磁黄铁矿尾砂和炼铜炉渣这种干式充填物填充至地下采空区，并且获得了成功。在上个世纪50年代，芬兰建立了全球第一座使用胶结填充的矿山——凯雷蒂铜矿山。同期，澳洲地下的金属矿山也首次用水力取代干式充填，并获得成功。发展到20世纪70年代，金属矿山的充填采矿法普遍运用的尾砂胶结充填工艺；到了20世纪90年代，膏体充填技术迅速兴起，矿产工业发达的国家立即使用了这种新型技术。

我国使用充填采矿法的历史要追溯到上个世纪50年代，当时有色金属开采中有38.2%的矿山实行了干式充填，到了1960年，因为生产力、设备、成本等多方面因素的影响，干式充填法所占的比重下降。然后慢慢衍生出水砂充填工艺，1960年湘潭锰矿首次运用了这种技术，1965年锡矿山南矿也进行了水砂充填的实践。但是随着时代和经济的发展，这种工艺同样不能满足人们的需求，所以到了20世纪80年代后，出现了全尾砂高浓度胶结充填、高水速凝全尾砂固化胶结充填和块石胶结充填工艺，凡口铅锌矿和金川有色金属公司开始进行全尾砂充填的实践。到了20世纪90年代后，中国也加入到胶结充填法中来，1997年金川有色金属公司二矿区建成了中国首个膏体泵送充填系统。我国的充填采矿技术历经了四个阶段，每个阶段都有新突破，新收获。

充填采矿法根据充填材料的不同分为：干式充填法、水砂充填法和胶结充填法。从最初的干式充填到不含胶结剂的碎石、水沙充填，到如今的胶结充填，我们可以看到，充填物的胶结度渐渐上升，充填体的支撑力度逐渐提高。出现这种现象的原因是因为地下采空区的空间较大，需要一个巨大的物体来分担地表的压力，这个物体若材质太散则会存在充填坍塌的问题，所以才会慢慢提升充填物的胶结度，使充填材料形成一个牢固的整体。

3.1 干式充填法

这种充填法是在充填技术发展的原始工艺，主要是利用人力配合其他机械设备输送充填材料，这种方法最大的缺点就在于工艺繁杂、作业成本高、采场充填时间长、生产率低，满足不了技术发展的需求，所以使用干式填充法的采矿企业越来越少，比重也逐渐下降。

3.2 水砂充填法

这种充填法的主要充填材料使碎石渣、尾砂和炉渣，利用砂浆泵或自流方式将充填物质输送到地下，水砂充填法的工艺更为完善，但水砂充填法的缺点在于工艺复杂、排水费用比较高、充填量小、充填体强度不高，不能适应企业发展的需求。

3.3 胶结充填法

胶结充填法是以碎石、河砂或尾砂为骨料，加入水泥和石灰等拌匀混合成浆体或膏体装，通过管道泵或者自身重力输送到采空区。它具有充填材料胶结强度大，工艺简单、充填速度快、充填量大的特点。这种方法是目前使用最普遍和最推崇的方法，有很好的发展前景。

4 结束语

充填采矿法的应用在我国还没有得到全面普及，在全球其他国家中，我国充填采矿法的使用比远远低于美国、法国、俄罗斯等采矿业发达国家。充填采矿技术能有效地给国家和企业带来长远的经济、社会效益，所以更应当加大充填开采工艺的技术更新，使我国资源开采行业更加经济有效的可持续性发展。

参考文献

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