充填采矿技术应用发展和存在问题探析

■王 军 ■铜陵有色金属集团控股有限公司冬瓜山铜矿，安徽 铜陵 244000

社会在不断的创新进步，资源利用也在快速发展，同时也加快了资源的消耗，因此，提高矿石产量就成为企业目前发展的主要方向。随着矿产资源的快速开采与消耗，从而导致了一些自然环境问题和地理位置危害，严重影响了社会经济的发展，因此，要想解决这一问题就要采取高科技手段来维护矿产资源回采和利用效率，比如，应用充填采矿技术，可以很好地使矿产资源得到最小的耗损，更能有效地避开生态环境所产生的问题。

1 大量采用充填采矿技术的具体原因

随着我国提倡节能减排，保护环境，提高资源综合利用率，人们意识到充填采矿技术的优势，充填采矿已经成为高效采矿方法之一，具体的应用原因有以下几方面:(1)矿石回采率高，贫化率低，综合经济效益比较好，充填法可以最大限度的将地下的矿石采出;(2)减少尾矿库的占地面积，矿山废石可用于采空区的充填，做到了废石不出坑，更好的保护了生态环境;(3)充填采矿法适用的岩石条件比较宽松，对顶板的要求不是太苛刻。开采地面需要保护的矿床，使用充填法可保护地面不发生陷落;充填法抑制了有自燃倾向矿床火灾的发生;(4)随着矿山的发展，逐步实现全面机械化。采用先进的凿岩、出矿、支护设备，以及大力开展的充填理论研究，使充填法成为高效、可推广使用的采矿方法;(5)随着矿山的不断开采，很多矿山由地下逐渐转至深部，我国有些矿山的开拓工程已到地下一千米左右，而充填法是深部开采的有效方法，可以很好的控制地压和岩爆活动。

2 目前充填采矿技术应用发展现状

我国充填采矿法的发展经历了四个阶段:第一阶段为20世纪50年代的干式充填，但由于当时设备比较落后，技术水平比较低，从采矿工效、生产能力及成本上制约了充填采矿技术的发展;第二阶段为20世纪60、70年代以分级尾砂、河砂、风砂、碎石等为集料的水砂充填和胶结充填工艺;第三阶段为20世纪80年代发展起来的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;第四阶段为20世纪90年代发展起来的膏体泵送充填工艺。此后，随着各种新型充填工艺、新型胶结材料的成功应用，极大地推进了我国充填采矿技术的发展。

近20多年来，我国在充填材料、工艺、技术理论等方面取得了很多的成果和进展。主要集中在如下几个方面:(1)利用岩体力学和充填体力学的理论，研究合理的采场结构、回采方案和充填体承载机理;(2)利用无机化学、有机化学、胶体化学等相关理论研究新的充填胶凝材料和添加剂;(3)利用流体力学、固液两相流理论研究充填材料输送工艺及参数;(4)采用高效率设备和电控仪表，改革出新的采矿方法，实现地下矿采、出、充的机械化、自动化及连续作业。

3 充填采矿技术应用发展存在的问题及实施策略

(1)完善充填采矿技术。充填采矿技术应该结合矿山特点、矿床开采技术条件，发明或创造一些与其他采矿技术相结合的新型采矿法。例如对于缓倾斜极薄矿脉开采，可用矿岩分掘，废石抛掷充填空区，即削壁充填和爆力运矿相结合的采矿法。对于厚大而矿岩较稳固的矿体，可以尝试采用浅孔和中深孔钻机开采，可大大提高落矿效率，对提高矿山的产量起到举足轻重的作用。采后空区用尾砂胶结、块石胶结或高水材料充填，即阶段连续回采快速充填工艺，既降低成本，又增加效率。随着矿床开采的不断延伸，采场范围扩大，地压增高，尤其是高地应力矿区，不仅采场突变失稳风险在增加，而且潜在的危害也加大。所以，进行深部充填采矿可以解决采场不平衡应力的传递和调整，其传递和调整的结果，可能导致原岩应力场再次处于平衡状态，对于今后的矿山开采将是一个长期努力的发向和一个艰巨的科技攻关。

(2)加强充填采矿技术设备以及提高效率。提高矿山充填系统的自动化程度，将直接影响和制约矿山的发展，但因为我国生产的充填设备技术性能尚不能达到生产的技术要求，遏制了矿山充填技术的发展。因此，必须加强研制先进的设备，为高浓度矿浆的制备提供有效保证;同时，还要研究设备的制造材料，以减少或消除磨损与腐蚀。更重要的是要研制高浓度输送设备，采用压排技术，调节各段输送压力，防止堵管现象;对于充填系统自动控制技术，研制和引进适合于矿山应用的自动化设备和仪表，建立真正意义上的自动控制系统。

(3)大力研发高浓度新型充填采矿材料。充填采矿技术的执行，是一个复杂的施工过程，由于其自身受到了结构性以及生产方式不同的影响，导致最终所呈现出的生产量也有着一定的差异性，无法使得该技术形成较为固定的施工形式。所以，针对充填采矿技术来研究出相应的高强度填充材料，能够切实有效的满足充填技术执行过程中的需求，并且对于其中所涉及到的多方面性能，也有着较大的改善作用。充填材料的物理特征主要取决于胶结材料的成分及组成方式，骨料的结构成分，这两个方面都对采场的稳定性和充填体的强度有关键的影响。我国目前研制的高水材料，具有充填效率高，充填体固结速度快，低浓度远距离输送便利，充填料无重力水排出的特点。然而存在强度不足、极易风化的缺点，另外材料成本价格高。在矿山和其他工程应用中，没有长期稳固性证明其有抵抗爆破震动性与冲击性，抵抗各种性质渗滤水腐蚀性，以及抵抗地应力作用变形破坏与地热作用、冰冻作用等特性，因此需要加强对高水材料的长期性能的进一步研究和开发。

(4)建立完善的充填采矿技术制度。加大充填采矿管理制度，要重视对充填体的作用及其对采场围岩稳定性影响的研究，主要通过对各项物理力学性质的实测数据，再将这些数据按预先建立的数学模型输入计算机进行演算，从而得出一定的结论，对充填采矿技术在实际施工中出现的问题具有针对性的研究并做出相关的解决方案。充填站是为了采矿现场而建设的，为采矿过程提供充足的充填材料。为确保采矿期间生产需求的充填材料符合标准，必须应用先进的电子、机械设备，然而实际操作中，采矿企业往往忽略这些用于制作充填材料的仪器和设备，缺乏对其进行定期的保养、检查和维护，导致这些设备老化严重，过早的进入衰老期。因此企业必须提高对这些充填站的管理力度，制定科学合理的管理机制和制度。

4 总结

总之，充填采矿技术的应用符合我国的绿色开采的观念，是一种高效、环保的采矿技术，不仅可以有效地提高矿产资源的回收，还能对生态自然环境起到保护作用，能够满足新时代的发展需求，对技术应用过程中存在问题要及时采取相关的措施加以解决，以确保充填采矿技术的发展，全面提高采矿工作效率和经济效益。

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