论采矿充填技术的发展前景

杨宗泽

摘要：随着科学技术的发展以及采矿技术的不断进步，矿井采矿施工技术也日新月异，其中采矿充填技术在各种矿井采矿工程施工技术中，以其高回采率、良好的安全性以及更加环保等优点得以广泛应用，甚至在我国矿井采矿工程中发挥着无可替代的作用。基于此，文章对采矿充填技术的发展方向与前景进行了探讨。

关键词：矿山开采；采矿充填技术；尾砂凝结充填；水砂充填；干式填充

中图分类号：TD833文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）21-0075-02

随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，传统的采矿技术已经呈现出明显的滞后性，不能与新时代下的社会发展需求所匹配。而面对这样的形势，具有高回采率、良好的安全性以及更加环保等优点的采矿充填技术顺势而生。采矿充填技术的核心——充填，主要是选用碎石、砂砾、煤灰渣、石块等基质，对在地下采矿作业时挖出的采空区进行回填。大量实践应用表明，相比于传统采矿技术，充填采矿法优势明显：能够有效增强采煤区的地层稳定性，避免采空区发生塌陷；能够提高矿产资源的回收率，大大提高可持续发展能力；而选用的填充材料都是一些废石，经济性好；在尾砂回填后，能够有效减少潜在危害以及次生灾害发生的可能；另外，还能大幅缓解矿井深处的高温高应力所带来的危险，确保生产安全。采矿充填技术的发展和成熟应用，在大幅提高采矿企业经济效益的同时，还能够不断推动采矿相关技术的进步。

1国内外采矿技术与填充技术的发展现状

1.1国内外采矿技术的发展

国外采矿技术的自动化和智能化程度相对较高，尤其是随着近年来电子信息技术和智能通信技术的不断发展，传统的采矿业工作模式和管理模式已经发生了深远的变革。在美国、加拿大、澳大利亚等国家，自动化的采矿技术、遥控采矿已经应用十分普遍，一些工作条件恶劣、危险性较高的矿井，甚至已经实现了无人化开采。高端选矿设备的引进应用，大大提高了采矿的经济性，回采率、资源综合利用率以及选矿回收率等指标远远领先于传统的采矿业。

而在我国，随着经济社会发展水平的不断提高，人们对矿产资源的需求也日益膨胀，客观上推动了我国矿山采掘业必须不断加强开发强度，采用更高的采矿技术。其中比较有代表性的是现代露天采矿技术。现代露天采矿技术可以根据不同的矿体、不同的矿种，在更加广泛的区域内灵活采用多种综合开采工艺，从而实现优化开采，获得更大的经济收益，并不断推动采掘业技术进步。

1.2国内外填充技术的发展

采矿充填法最初在国外应用较为广泛，尤其是自20世纪80年代以来，随着西方发达国家对环境保护的日益重视，出台了一系列环境保护相关法律法规，并明文规定对由于井下采矿作业造成的固体废弃物，例如尾矿、废石等，必须进行妥善的无害化处理，确保符合环保要求，否则将给予罚款和停产处罚。例如为了保护环境，澳大利亚很少采用崩落法开采矿物；德国政府鼓励煤矿企业大力发展坑口电厂，对于采矿中产生的粉煤灰，如果企业回填至井下即可获得5马克/吨的奖励；而加拿大的充填率已超过40%；南非是世界上著名的黄金输出国之一，其采矿深度已超过3000m，目前也大都采用充填法来确保矿区地质构造的稳定性，以确保矿区安全。

而在我国，随着多年来采矿技术的不断发展，充填技术也逐渐得到广泛应用，逐渐替代崩落法，成为黑色矿山开采中的主流技术，目前我国设计产能规模在1000万吨/年以上的大型铁矿中已经完全采用充填法开采。

2采矿填充技术方法类型

2.1尾砂凝结充填方法

所谓尾砂凝结充填方法，就是选用水泥为胶结剂，与一定比例的天然砂石、碎石块和尾砂等进行混合后发生凝结作用，从而形成稳定坚固的充填层。尾砂凝结充填技术的优势在于大大节约了工人的劳动量，同时还提高了充填效率，该项方法不算高技术，目前还有部分采矿企业一直沿用该技术。

2.2水砂充填方法

水砂充填技术，顾名思义，主要是将充填物在砂浆混配区域进行混合，然后将混合好的充填物，以砂浆泵或砂浆管道的方式，将其输送至待充填区域。该技术在应用过程中不断加以改良，选择分级后的尾砂为基材，用水利旋流器进行脱泥，然后取悬浮液经由砂浆管道打至采空区。其优点是能够更有效地调控压力，实现自动化操作。

2.3干式填充方法

干式填充方法有别于以上两种方法，也是应用历史最悠久的一种方法。该技术的工作原理是借助于外界环境在采空区加入充填料。本方法操作工艺简单，但是其弊端也非常明显，比如劳动强度大、作业成本高、工时耗时长、矿区填充后无法回采等。由于这些缺点的存在，导致干式填充方法在现代采矿业中使用越来越少，有逐渐被淘汰的趋势，仅在一些特殊环境下还有少量应用。

3采矿充填技术的发展方向与前景

3.1充填材料的进一步研发

采矿充填技术不断发展的重要标志之一，就是充填材料的革新变化。主要体现在更加具有成本优势、填充效果更好。例如利用的新型充填材料往往选择矿渣水泥、普通水泥等价格相对便宜的材料为骨料，选择高水速凝材料并适当掺入熟石灰为胶结剂。

3.2先进填充采矿技术的运用

传统的采矿工程施工，对作业周边区域的生态环境甚至可能造成难以修复的破坏，这与现代社会的环境保护要求以及可持续发展理念已经远远不相符。而在先进充填采矿技术中，也将环保、绿色节能的要求涵盖在内，并不断加强相关采矿新技术的研发。环保型的采矿充填技术，主要体现在两个方面：一个是在采矿工程中加以绿色概念，注重环境保护，选用更加绿色无污染的环保型填充材料，例如矿石废料等；另外一个则是施工过程中的更加节能、更加经济，尽量减少能源的消耗和资源的消耗。

3.3充填设备的改进

充填采矿技术的不断发展，也体现在作业方式以及相关操作设备、充填仪器的更新换代上。其中在各类充填设施中，充填料贮仓发挥着至关重要的作用，因为它直接决定了充填材料的质量以及最终的充填效果，然而在传统的充填工艺中却未对其给予足够的重视。而在新型充填技术中，则采用了加以改良的立式充填料贮仓，能够有效保证充填料质量。而在尾砂处理环节则采用精度非常高的水力旋流器。在浆料输送环节也广泛采用各类先进技术以及自动化控制系统，不断提高作业效率和作业质量。

3.4生态化充填技术理念的渗入

充填技术的不断发展带来的是更加高效、更加经济的全方位收益。而随着自动化、生态化充填技术的不断发展，大大解放了井下劳动的工人，改善了他们的工作环境，降低了他们的劳动强度，同时却又大大提高了他们的劳动生产率和生产能力。而随着采矿工业的不断发展和技术程度的不断提高，人类的资源索取能力大大增强。而人类社会不断膨胀的资源需求，无疑会给自然环境带来沉重的负担，由此导致的资源开发利用以及相关环保问题，已经成为全球社会共同面对的问题。根据工业生态学理论的要求，需要在矿石环境保护以及矿石废料有效使用上下大力气。由此也决定了充填模式应该充分考虑：内循环技术、高经济效益和低废料产出量。其中第一部分是构建新模式的首要条件，施工的核心应围绕着提高效率、提高充填效果、降低充填成本来开展。第二部分则是充分条件，充填应充分考虑到经济收益最大化。第三部分则是为了提高废料使用率，降低废料产出。从根本上讲，新型技术遵循了上述原则，既是为了促进作业效果，提高经济价值，同时也是为了提高环境保护，实现生态价值和可持续发展。

4结语

随着科学技术的发展以及采矿技术的不断进步，矿井采有关矿施工技术也日新月异，尤其是充填技术的不断发展，促进了更加高效、自动化和智能化更高的采矿作业方法普及，从而提高经济价值的同时也实现了生态环境的保护。尤其是对于一些工作环境特殊、珍稀矿床的开采，充填采矿法更是得到了广泛的应用，不断满足新形势下的采矿资源需求。

参考文献

[1]王启明，鲍爱华．我国非煤矿山安全生产现状与技术发展[J]．采矿技术，2005，（2）.

[2]王运敏．金属矿山冶金矿山采矿技术的发展趋势及科技发展战略[J]．金属矿山，2006，（1）.

[3]李俊超，许梦国，甘仕伟，雒凯，余涵．余华寺矿地表尾矿干堆对地下开采的影响研究[J]．金属矿山，2013，（10）.

[4]刘春波，孙光华，李富平．我国地下矿山采矿技术发展及趋势[J]．河北理工大学学报（自然科学版），2009，（2）.

[5]陈顺满，许梦国，王平，徐钊，雒凯．基于未确知测度理论的地下金属矿山合理产能优选[J]．武汉科技大学学报，2013，（6）.

[6]苏亮，江波，陈云祥，李志宏．应用充填采矿法提高矿产资源利用率[J]．中国工程科学，2005，（S1）.

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