充填采矿技术应用发展及存在问题研究

张生

摘要：本文在对矿山充填采矿的技术发展及其趋势以及在发展过程中存在的问题和解决措施进行了评价，与此同时，本文还总结了充填采矿的现状与成功运用的事例，最终论证出充填采矿技术在地下矿山的开采中需要优先推广和发展。

关键词：充填采矿；资源利用；环境保护

随着科学技术的发展，人类不断对矿产资源进行开采，采取开采的方式也在不断进步。但是随着人类对矿产的需求增加，现在探明的矿产资源渐渐不能很好满足人类的需要。与此同时，环境问题也日趋严重，这就需要采用一种高效率的采矿技术来满足人类的需要，同时对环境的负面影响也需要降低到最少。与其他采矿方式相比，充填采矿具有很多优势，比如优化矿区周围环境、减少矿石贫化率、提高矿石回采率、充分利用矿区周围资源以免造成资源浪费等。在现有采矿技术的基础上，充填采矿技术对其进行了改进，在充填材料开发和充填材料制备、输送等方面有了很大的进步。

1.充填采矿技术的应用状况

我国的充填采矿技术经过了很长的发展阶段，因为中国的矿山数量非常多，所以充填的技术类型和开发应用也很多，尤其是近几年，采矿技术在充填技术的开发和推广方面有了很大的进步。我国的充填采矿技术在发展中大致经历了以下几个阶段。

第一阶段，在二十世纪五六十年代，以废石干式充填工艺为主导，其目的主要是以处理废弃物为主。20世纪中期，废石干式充填在黑色金属矿中的开采率达到54%，在有色金属矿产开采中的利用率达到38%。然而，在废石干式充填技术中，也存在一些缺陷，比如说劳动强度大、生产能力不够，最终导致采矿效率低，严重影响了采矿工业的发展。在我国，干式充填采矿所占的比重每年都在下降，最终面临被淘汰的风险。二十世纪六十年代，水力充填工艺开始兴起，逐渐取代了原有的充填工艺。

第二阶段发生在2 0世纪70年代到80年代期间，这段时间开始使用的是尾砂胶结充填技术。在第一阶段是用的采矿工艺不能很好满足采矿工艺对回采率的要求，所以本阶段采用了胶结充填技术，本技术在广东凡口铅锌矿等矿产地区得到了广泛的应用。细砂胶结充填料主要是将尾砂和棒磨砂作为集料，把水泥作为胶结剂来应用。现阶段，以这些材料作为集料的细砂胶结充填工艺的技术日益完善，应用的范围也比以前广了很多，得到了很多矿区的肯定并采用。

第三阶段发生在20世纪90年代。随着经济的发展，采矿工业也进行了升级和改造，原来的充填工藝已经完全不能满足采矿的需要。与此同时，环境保护的问题也被国家提上日程。所以现在就需要寻找一种能够绿色采矿并且能够降低采矿成本的技术来推动采矿工业的发展。所以在本阶段出现了高浓度充填、废石胶结充填和全尾砂胶结充填等等技术来填充采矿工业技术的不足。在国外，加拿大、德国、美国等矿产地区都在使用这些充填工艺和技术，说明了这些技术得到了国际的肯定，能够满足采矿工业发展的需要。

2.充填采矿技术的优势

（1）充填采矿能够通过科学的技术提高采矿率，保障采矿企业的经济效益。而且对处于自然环境中的矿区来说，采用充填采矿的技术可以降低火灾发生的概率，对采矿人员的财产和生命安全进行有效保障。

（2）采用机械化，开采的成本降低。机械化设备在充填采矿过程中广泛应用，比如在开凿矿岩时，要用凿岩台车，此外还需要矿石铲运机将矿石运出矿外等等。在采矿成本上，高利用率的机械化设备可以在一定程度上降低用人的费用，从而节约采矿成本，保证企业经济效益，同时提高采矿的效率和水平。

（3）充填采矿技术可以对采空区的围岩进行加固，提高采矿的安全性。充填采矿技术会在采矿的过程中，同步将填充物填充到采空区中，为采矿区支撑起更大的空间，同时保证采矿区域更稳固，不容易发生塌陷等危险。填充材料也可以保证矿区在开采以后能够保持相对完整的状态，不至于出现地表塌陷的情况，在避免围岩发生位移的同时提高环境的质量，一举两得。

3.充填采矿技术的改进方法

（1）对采矿工艺进行新的创造，保证充填材料和效果的质量。因地制宜是充填采矿技术在实施过程中要考虑到的问题，要根据开采矿山的特点，创造一种将其他采矿技术的优势与充填采矿技术优势相结合的综合性采矿技术与方法。对于拥有厚大矿岩的矿体，需要采用中深孔或者浅孔空场采矿法进行作业，开采过后，对于采空区要运用尾砂胶结或者用高水材料进行填充，即采用连续来回开采快遣充填工艺，降低成本又增加效率，保证施工的安全与环境的保护。而对于那些比较薄而且有缓坡的开采区，需要采用矿岩分掘，利用废石抛掷充填采空区，将爆力运矿和削壁充填的方式结合起来，更有效率而且更为安全。

此外，也要对开采场地进行设计。为了使交通更加通达，适应矿山生产的各种需要，需要对采场进行几何形状的设计，而这些设计的目的不是保持充填质量，一旦充填材料离开浆体供给道路，充填材料的质量控制不会受到工作人员的管制，因此充放点设置在哪里将会影响充填材料的分凝点与分凝量。

（2）研发新型充填固化材料。在设计中，要考虑到固体材料的温度、拉度、空隙率、固体含量以及材料的渗水度、抗压能力、抗拉能力等。充填体的物理性质与骨料的成分、结构以及组合方式等因素有关，直接对充填体的强度和采场的稳定性产生影响。因此，我们需要对此进行深入研究。

（3）研制高效的矿山充填设备，提高充填自动控制的自动化水平。我国生产的相关设备的技术性不具有较强的稳定性，阻碍了充填技术的进步，所以必须加强高效矿山充填设备的研制，比如陶瓷过滤机、真空过滤机等型号的过滤机，以此来为高浓度全尾矿浆的生产提供保证，与此同时要研究减少磨损与生锈的方法。

伴随着经济的发展，绿色矿山的建设提到了日程上来，在对资源进行利用的同时注重节能减排、保护环境，矿山的开采进行科学发展的观念得到全社会的肯定，充填采矿将要成为发展地下开采的必要技术与方式。