充填采矿技术应用发展及存在问题分析

郝显福，王忠泉，柴衡山

（西北矿冶研究院（甘肃省深井高效开采与灾变控制工程实验室），甘肃 白银 730900）

世界矿产资源正在逐渐减少，矿产的开采难度和勘探难度在不断增加。但是随着当前世界经济全球化的不断发展，以及人们对于资源需求量的不断增加，各国在开展矿产勘探和开采的过程当中在不断提高和创新勘探与开采技术，因为只有这样才能够满足当前经济社会的发展需要。我国矿产资源消耗量极大，目前在进行开采的过程当中，逐渐向深部发展，开采的过程当中会受到低温低压的影响，会增加开采难度，影响开采质量和数量。同时目前我国提出生态文明建设理念，在进行矿产开采的过程当中，需要注重对生态环境的保护。充填采矿法有利于提高矿石回采率，减少矿石贫化率，充分利用现有资源能够有效控制地表塌陷，同时能够形成对矿区周围环境的保护。近年来很多单位都十分重视对于充填采矿技术的研究与运用，由此可见，本文对充填采矿技术应用发展及存在问题进行分析和研究具有重要的价值和意义[1]。

1 充填采矿技术概述

1.1 充填采矿技术的概念

充填采矿技术是目前矿产开采当中的主要技术，这种技术主要是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时，用充填材料填补采矿区的一种采矿方法，这种采矿方法在运用的过程当中能够有效保护。矿区的地质结构和岩石结构能够为继续进行上面分层回踩造成立足的底板，这种方式能够有效促进矿石和围岩的稳固，不会暴露大面积的矿床，能够有效形成对生态环境的保护。

1.2 充填采矿的主要目的

充填采矿是当前我国为了适应经济社会发展和生态文明建设理念所采用的一种主要矿产开采方式，运用这种方式能够有效对岩层形成支撑，防止在开采过程当中对开采地的地质结构产生影响，同时能够防止地表沉陷，提供继续向上回采的工作平台。这样能够有效提升开采质量效率和数量，同时能够保证开采过程当中的安全性和环保性。矿产开采当中会出现局部地温过高影响到开采的整体质量和效果，运用充填采矿法能够有效控制深井开采岩爆，降低深部地温，更加有利于开展开采活动。

1.3 充填采矿的技术分类

目前在进行矿产开采的过程当中，主要有以下几种充填采矿技术，分别为：上向水平分层充填法、下向进路充填法、分层充填采矿法等。其中上向水平，分层充填法是目前矿产开采当中运用最为广泛的开采技术，采用这种开采技术能够将矿块划分为矿房、矿柱，先采矿房，后采矿柱。每回采一个或若干个分层后，及时进行充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件；矿柱按合理的回采顺序用充填法或其他合适的方法开采。下向进路充填法主要运用在矿石价值特高、但矿岩均不稳固的金属矿床开采之上。采用这种方法进行开采。需要耗费大量的人力物力，财力，要求人工假顶强度高，整体性较好，在开采的过程当中，需要付出较大的经济成本。分层充填采矿法的整体运用也较为广泛，这种方法的工艺较为复杂，但是具有平滑率和回收率高的特点，能够有效提升矿产开采的质量。运用这种方法进行开采时，在阶段内，将矿体交替划分为矿房和矿柱，先用空场法回采矿柱，待整个矿块回采完毕后，进行一次胶结充填，形成人工矿柱，胶结体达到养护时间后，在人工矿柱保护下，用同样的方法回采矿房，矿房回采完毕后，进行一次非胶结充填。由于充填工作是在矿块的整个阶段内一次完成，因此该方法亦称为阶段充填法[2]。

2 充填采矿技术应用现状

2.1 第一阶段应用现状

充填采矿技术的整体运用较早，在上世纪五六十年代充填采矿技术已经在我国有了一定程度的运用，在进行充填的过程当中多利用废弃物，碎石。等进行填充再进行填充的过程当中，没有有效形成对矿区结构的稳固，在进行后续开采过程当中会增加开采的难度增高开采的安全性。废石干式充填在运用的过程当中有着一定的效果，但是整体充填的效率较低，生产能力较小，无法适应当前经济社会的发展情况。

2.2 第二阶段应用现状

上世纪七八十年代很多矿产开采企业在进行开采过程中开始使用尾砂交接充填技术，这种技术具有一定的应用价值和意义。但是在采用这种工艺进行开采的过程当中，回采率和低贫化率较低，没有能够符合国家的相关规定。这个阶段种田采矿技术在全国一定有了一定的普及和运用，很多开采的企业逐步认识到生态文明保护的重要价值和意义。但是在这个阶段，充填采矿技术的运用不具有规范性，没有形成相应的制度规范来进行限制，影响到开采的整体效果。

2.3 第三阶段应用现状

充填采矿技术在第三阶段发展的过程当中有着较好的发展，随着采矿工业的不断发展原始的充电工艺，已经不能够满足相应要求，因此发展了高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填和全尾砂胶结充填等新技术。这些技术在国内外都有着较为广泛的运用，很多地区在进行开采的过程当中都选用了这些技术根据当地的开采条件和特征来进行技术的具体运用，在运用的过程当中能够达到较好的效果，进一步提升开采的质量和效率。国外有澳大利亚的坎宁顿矿，加拿大的基德克里克矿，德国的格隆德矿，以及南非、美国和俄罗斯的一些地下矿山都在近年来应用了这些充填工艺与技术。

3 充填采矿技术发展中存在的问题

3.1 急需增设新型原材

目前在使用充电采光技术进行开采的过程当中急需增设新型原材。因为当前的原材料在进行填充的过程当中，无法适应当前矿产开采的需要，同时会对目前我国生态环境保护造成不利的影响。在对原材料进行选择的过程当中，不同的矿产开采企业在进行原材料选择的过程当中都会存在着一定的差别，并没有对原材料的规格质量等进行有效的监控和监管，因此在进行充填开采过程当中，会影响到开采的安全性和稳定性，会对生态环境造成恶劣的影响。对于此，就要辨析充填采掘的真正需要，摸索更高强度的各类原材。改进充填的多类特性，这样才会契合新增添的原材需要。

3.2 没能考虑真实现状

矿产开采过程中，不同地区不同矿物种类的开展存在着较大的差异，需要充分考虑现实情况，才能够更好的运用充填采矿技术，在进行矿产开采的过程当中，应当形成完备的总体思路。但是目前在进行矿产开采的过程当中，很多开采期也没有考虑到现场开采情况以及矿物资源的现实情况，忽视了真实情形下，场地以及地址没有能够做到因地制宜。遇有这些疑难，采矿将很难持续。 为此着手去开采以前，先期就要历经详尽的调研。 参照调研可得的数值以此来解析，获取最优的充填流程。

3.3 缺失平常的管理

矿产开采是一项十分复杂的活动，因此在进行开采过程中，需要运用相应的管理规章制度和管理人员来对整个开采过程以及后续填充和环境保护进行有效监管冲天采矿技术，在应用过程中充填采矿技术缺乏常规流程对相应物资设备等进行调控和监管。从目前很多企业的发展情况来看，没有设立相应的管理规章制度，同时没有通过电子类机械类成套设备来对整体开采情况进行监督和管理。充填站没能依循设定好的规程予以从严调控，缺失定时状态下的系统查验。在这种缺陷下，构建起来的充填站趋向于散乱，没能定时采样并予以查验。

4 充填采矿技术的发展新路径

4.1 完善搭配的新工艺

充填采矿技术发展过程中应当完善搭配新工艺，根据目前矿山开采的地质特点来完善相应的工艺要创新出新的填充工艺，具有了新颖性，适应了变更的现存地质状态。某些矿山潜藏了较大体积的深层矿藏，这些矿藏也是较为稳定的。 针对这种开采，采掘之中常常体会出较大难度。化解这种难题，可选取空场采矿范围内的深孔开采。充填的原材为：高含水特质的原材、胶结而成的块石原材。经过了采掘以后，这类材质还可接着回填现有的采空区。 借助这种改进，减低了原有的消耗成本且妥善处理了采空区。

4.2 研制可用的充填材质

充填材质是充填采矿技术发展过程当中的重要内容，如何对充填材质进行创新，更好的适用于当前矿产开采当中，是目前研究的重点问题，在进行材质创新的过程当中，必须保证充填材质的安全性稳定性和固化属性。针对于采矿场，筛选的充填体可以提升稳固性，拥有必要的价值。研制得出的现存材质含有较快的固结速率，高含水特性的材质也减低了常态的浓度及密度。用作充填时，这类便携的材质更能便于长途运送。用这类原材充填时，由于原材固有的质地轻盈，要避免累积的风化损伤。

4.3 构建管理机制

矿产开采具有较大的难度，同时在开采的过程当中会出现安全事故，影响到开采人员的生命财产安全。因此在进行充填采矿技术应用和发展过程当中，应当构建相应的管理机制，根据矿产地点的水文特征，地质特征，气候特征等多方面因素。制定出最能够适合当地的充填采矿技术方案。在这个过程当中需要对重点采矿技术的运用进行管理，应当形成相应的管理规章制度。规章制度主要包括开采技术规范，设备管理规范以及人员管理规范。平时在进行开采的过程当中，应当注重对相应机械设备的定期检修，保证机械设备长期稳定运行。条件准许时，还应定时替换运转不便的内在构件，维持装置的完好。

4.4 重视技术创新

矿产勘探和开采过程当中应当注重技术创新，同时应当充分利用充填采矿技术，因为这种技术能够有效提升开采的质量和效率，有利于形成对于生态环境的保护。开展技术创新的过程当中需要引进相应的专业人才，建立专业团队，对充填采矿技术的应用和发展进行研究。可以根据不同地区矿产资源开采情况的不同来进行技术创新设计具有针对性的充填采矿技术应用方案，这样才能够在开采的过程当中更好的使用提升开采质量和效率，同时形成对生态环境的保护。除此之外，相关技术人员应当充分了解到未来矿产开采的发展趋势，及时进行技术更新与研发，更好的运用在未来矿产开采的过程当中。

5 结语

综上所述，本文在开展研究的过程中，主要对充填采矿技术的应用发展及存在问题进行研究和分析。当前充填采矿技术是矿产开采的重要技术，因为该技术在运用的过程当中能够形成对生态环境的保护，开采过程当中有利于提高矿石回采率，减少矿石贫化率，在目前矿产开采当中发挥着十分重要的作用。目前在应用充填采矿技术进行开采的过程当中，整体难度也在不断加大，因此在开采的过程当中存在着新型材料运用不足，未考虑现场开采实际情况以及却是有效开采管理等问题，这些问题严重影响到重点采矿技术的开采质量和效率。因此在运用充电采矿技术进行开采的过程中，应当完善搭配新工艺，研制可用的充填材质，构建完备的管理机制，注重技术创新，只有这样才能够更好的提升充填采矿技术。根据采矿业发展现状和发展前景以及充填采矿技术的优缺点来制定出促进充填采矿技术的不断发展，从而促进我国采矿业的发展。