充填采礦技術應用發展和存在問題探析

■王 軍 ■銅陵有色金屬集團控股有限公司冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000

社會在不斷的創新進步，資源利用也在快速發展，同時也加快了資源的消耗，因此，提高礦石產量就成為企業目前發展的主要方向。隨著礦產資源的快速開采與消耗，從而導致了一些自然環境問題和地理位置危害，嚴重影響了社會經濟的發展，因此，要想解決這一問題就要采取高科技手段來維護礦產資源回采和利用效率，比如，應用充填采礦技術，可以很好地使礦產資源得到最小的耗損，更能有效地避開生態環境所產生的問題。

1 大量采用充填采礦技術的具體原因

隨著我國提倡節能減排，保護環境，提高資源綜合利用率，人們意識到充填采礦技術的優勢，充填采礦已經成為高效采礦方法之一，具體的應用原因有以下幾方面:(1)礦石回采率高，貧化率低，綜合經濟效益比較好，充填法可以最大限度的將地下的礦石采出;(2)減少尾礦庫的占地面積，礦山廢石可用于采空區的充填，做到了廢石不出坑，更好的保護了生態環境;(3)充填采礦法適用的巖石條件比較寬松，對頂板的要求不是太苛刻。開采地面需要保護的礦床，使用充填法可保護地面不發生陷落;充填法抑制了有自燃傾向礦床火災的發生;(4)隨著礦山的發展，逐步實現全面機械化。采用先進的鑿巖、出礦、支護設備，以及大力開展的充填理論研究，使充填法成為高效、可推廣使用的采礦方法;(5)隨著礦山的不斷開采，很多礦山由地下逐漸轉至深部，我國有些礦山的開拓工程已到地下一千米左右，而充填法是深部開采的有效方法，可以很好的控制地壓和巖爆活動。

2 目前充填采礦技術應用發展現狀

我國充填采礦法的發展經歷了四個階段:第一階段為20世紀50年代的干式充填，但由于當時設備比較落后，技術水平比較低，從采礦工效、生產能力及成本上制約了充填采礦技術的發展;第二階段為20世紀60、70年代以分級尾砂、河砂、風砂、碎石等為集料的水砂充填和膠結充填工藝;第三階段為20世紀80年代發展起來的全尾砂高濃度膠結充填、高水速凝全尾砂固化膠結充填和塊石膠結充填工藝;第四階段為20世紀90年代發展起來的膏體泵送充填工藝。此后，隨著各種新型充填工藝、新型膠結材料的成功應用，極大地推進了我國充填采礦技術的發展。

近20多年來，我國在充填材料、工藝、技術理論等方面取得了很多的成果和進展。主要集中在如下幾個方面:(1)利用巖體力學和充填體力學的理論，研究合理的采場結構、回采方案和充填體承載機理;(2)利用無機化學、有機化學、膠體化學等相關理論研究新的充填膠凝材料和添加劑;(3)利用流體力學、固液兩相流理論研究充填材料輸送工藝及參數;(4)采用高效率設備和電控儀表，改革出新的采礦方法，實現地下礦采、出、充的機械化、自動化及連續作業。

3 充填采礦技術應用發展存在的問題及實施策略

(1)完善充填采礦技術。充填采礦技術應該結合礦山特點、礦床開采技術條件，發明或創造一些與其他采礦技術相結合的新型采礦法。例如對于緩傾斜極薄礦脈開采，可用礦巖分掘，廢石拋擲充填空區，即削壁充填和爆力運礦相結合的采礦法。對于厚大而礦巖較穩固的礦體，可以嘗試采用淺孔和中深孔鉆機開采，可大大提高落礦效率，對提高礦山的產量起到舉足輕重的作用。采后空區用尾砂膠結、塊石膠結或高水材料充填，即階段連續回采快速充填工藝，既降低成本，又增加效率。隨著礦床開采的不斷延伸，采場范圍擴大，地壓增高，尤其是高地應力礦區，不僅采場突變失穩風險在增加，而且潛在的危害也加大。所以，進行深部充填采礦可以解決采場不平衡應力的傳遞和調整，其傳遞和調整的結果，可能導致原巖應力場再次處于平衡狀態，對于今后的礦山開采將是一個長期努力的發向和一個艱巨的科技攻關。

(2)加強充填采礦技術設備以及提高效率。提高礦山充填系統的自動化程度，將直接影響和制約礦山的發展，但因為我國生產的充填設備技術性能尚不能達到生產的技術要求，遏制了礦山充填技術的發展。因此，必須加強研制先進的設備，為高濃度礦漿的制備提供有效保證;同時，還要研究設備的制造材料，以減少或消除磨損與腐蝕。更重要的是要研制高濃度輸送設備，采用壓排技術，調節各段輸送壓力，防止堵管現象;對于充填系統自動控制技術，研制和引進適合于礦山應用的自動化設備和儀表，建立真正意義上的自動控制系統。

(3)大力研發高濃度新型充填采礦材料。充填采礦技術的執行，是一個復雜的施工過程，由于其自身受到了結構性以及生產方式不同的影響，導致最終所呈現出的生產量也有著一定的差異性，無法使得該技術形成較為固定的施工形式。所以，針對充填采礦技術來研究出相應的高強度填充材料，能夠切實有效的滿足充填技術執行過程中的需求，并且對于其中所涉及到的多方面性能，也有著較大的改善作用。充填材料的物理特征主要取決于膠結材料的成分及組成方式，骨料的結構成分，這兩個方面都對采場的穩定性和充填體的強度有關鍵的影響。我國目前研制的高水材料，具有充填效率高，充填體固結速度快，低濃度遠距離輸送便利，充填料無重力水排出的特點。然而存在強度不足、極易風化的缺點，另外材料成本價格高。在礦山和其他工程應用中，沒有長期穩固性證明其有抵抗爆破震動性與沖擊性，抵抗各種性質滲濾水腐蝕性，以及抵抗地應力作用變形破壞與地熱作用、冰凍作用等特性，因此需要加強對高水材料的長期性能的進一步研究和開發。

(4)建立完善的充填采礦技術制度。加大充填采礦管理制度，要重視對充填體的作用及其對采場圍巖穩定性影響的研究，主要通過對各項物理力學性質的實測數據，再將這些數據按預先建立的數學模型輸入計算機進行演算，從而得出一定的結論，對充填采礦技術在實際施工中出現的問題具有針對性的研究并做出相關的解決方案。充填站是為了采礦現場而建設的，為采礦過程提供充足的充填材料。為確保采礦期間生產需求的充填材料符合標準，必須應用先進的電子、機械設備，然而實際操作中，采礦企業往往忽略這些用于制作充填材料的儀器和設備，缺乏對其進行定期的保養、檢查和維護，導致這些設備老化嚴重，過早的進入衰老期。因此企業必須提高對這些充填站的管理力度，制定科學合理的管理機制和制度。

4 總結

總之，充填采礦技術的應用符合我國的綠色開采的觀念，是一種高效、環保的采礦技術，不僅可以有效地提高礦產資源的回收，還能對生態自然環境起到保護作用，能夠滿足新時代的發展需求，對技術應用過程中存在問題要及時采取相關的措施加以解決，以確保充填采礦技術的發展，全面提高采礦工作效率和經濟效益。

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