充填采礦技術應用發展及存在問題研究

張生

摘要：本文在對礦山充填采礦的技術發展及其趨勢以及在發展過程中存在的問題和解決措施進行了評價，與此同時，本文還總結了充填采礦的現狀與成功運用的事例，最終論證出充填采礦技術在地下礦山的開采中需要優先推廣和發展。

關鍵詞：充填采礦；資源利用；環境保護

隨著科學技術的發展，人類不斷對礦產資源進行開采，采取開采的方式也在不斷進步。但是隨著人類對礦產的需求增加，現在探明的礦產資源漸漸不能很好滿足人類的需要。與此同時，環境問題也日趨嚴重，這就需要采用一種高效率的采礦技術來滿足人類的需要，同時對環境的負面影響也需要降低到最少。與其他采礦方式相比，充填采礦具有很多優勢，比如優化礦區周圍環境、減少礦石貧化率、提高礦石回采率、充分利用礦區周圍資源以免造成資源浪費等。在現有采礦技術的基礎上，充填采礦技術對其進行了改進，在充填材料開發和充填材料制備、輸送等方面有了很大的進步。

1.充填采礦技術的應用狀況

我國的充填采礦技術經過了很長的發展階段，因為中國的礦山數量非常多，所以充填的技術類型和開發應用也很多，尤其是近幾年，采礦技術在充填技術的開發和推廣方面有了很大的進步。我國的充填采礦技術在發展中大致經歷了以下幾個階段。

第一階段，在二十世紀五六十年代，以廢石干式充填工藝為主導，其目的主要是以處理廢棄物為主。20世紀中期，廢石干式充填在黑色金屬礦中的開采率達到54%，在有色金屬礦產開采中的利用率達到38%。然而，在廢石干式充填技術中，也存在一些缺陷，比如說勞動強度大、生產能力不夠，最終導致采礦效率低，嚴重影響了采礦工業的發展。在我國，干式充填采礦所占的比重每年都在下降，最終面臨被淘汰的風險。二十世紀六十年代，水力充填工藝開始興起，逐漸取代了原有的充填工藝。

第二階段發生在2 0世紀70年代到80年代期間，這段時間開始使用的是尾砂膠結充填技術。在第一階段是用的采礦工藝不能很好滿足采礦工藝對回采率的要求，所以本階段采用了膠結充填技術，本技術在廣東凡口鉛鋅礦等礦產地區得到了廣泛的應用。細砂膠結充填料主要是將尾砂和棒磨砂作為集料，把水泥作為膠結劑來應用。現階段，以這些材料作為集料的細砂膠結充填工藝的技術日益完善，應用的范圍也比以前廣了很多，得到了很多礦區的肯定并采用。

第三階段發生在20世紀90年代。隨著經濟的發展，采礦工業也進行了升級和改造，原來的充填工藝已經完全不能滿足采礦的需要。與此同時，環境保護的問題也被國家提上日程。所以現在就需要尋找一種能夠綠色采礦并且能夠降低采礦成本的技術來推動采礦工業的發展。所以在本階段出現了高濃度充填、廢石膠結充填和全尾砂膠結充填等等技術來填充采礦工業技術的不足。在國外，加拿大、德國、美國等礦產地區都在使用這些充填工藝和技術，說明了這些技術得到了國際的肯定，能夠滿足采礦工業發展的需要。

2.充填采礦技術的優勢

（1）充填采礦能夠通過科學的技術提高采礦率，保障采礦企業的經濟效益。而且對處于自然環境中的礦區來說，采用充填采礦的技術可以降低火災發生的概率，對采礦人員的財產和生命安全進行有效保障。

（2）采用機械化，開采的成本降低。機械化設備在充填采礦過程中廣泛應用，比如在開鑿礦巖時，要用鑿巖臺車，此外還需要礦石鏟運機將礦石運出礦外等等。在采礦成本上，高利用率的機械化設備可以在一定程度上降低用人的費用，從而節約采礦成本，保證企業經濟效益，同時提高采礦的效率和水平。

（3）充填采礦技術可以對采空區的圍巖進行加固，提高采礦的安全性。充填采礦技術會在采礦的過程中，同步將填充物填充到采空區中，為采礦區支撐起更大的空間，同時保證采礦區域更穩固，不容易發生塌陷等危險。填充材料也可以保證礦區在開采以后能夠保持相對完整的狀態，不至于出現地表塌陷的情況，在避免圍巖發生位移的同時提高環境的質量，一舉兩得。

3.充填采礦技術的改進方法

（1）對采礦工藝進行新的創造，保證充填材料和效果的質量。因地制宜是充填采礦技術在實施過程中要考慮到的問題，要根據開采礦山的特點，創造一種將其他采礦技術的優勢與充填采礦技術優勢相結合的綜合性采礦技術與方法。對于擁有厚大礦巖的礦體，需要采用中深孔或者淺孔空場采礦法進行作業，開采過后，對于采空區要運用尾砂膠結或者用高水材料進行填充，即采用連續來回開采快遣充填工藝，降低成本又增加效率，保證施工的安全與環境的保護。而對于那些比較薄而且有緩坡的開采區，需要采用礦巖分掘，利用廢石拋擲充填采空區，將爆力運礦和削壁充填的方式結合起來，更有效率而且更為安全。

此外，也要對開采場地進行設計。為了使交通更加通達，適應礦山生產的各種需要，需要對采場進行幾何形狀的設計，而這些設計的目的不是保持充填質量，一旦充填材料離開漿體供給道路，充填材料的質量控制不會受到工作人員的管制，因此充放點設置在哪里將會影響充填材料的分凝點與分凝量。

（2）研發新型充填固化材料。在設計中，要考慮到固體材料的溫度、拉度、空隙率、固體含量以及材料的滲水度、抗壓能力、抗拉能力等。充填體的物理性質與骨料的成分、結構以及組合方式等因素有關，直接對充填體的強度和采場的穩定性產生影響。因此，我們需要對此進行深入研究。

（3）研制高效的礦山充填設備，提高充填自動控制的自動化水平。我國生產的相關設備的技術性不具有較強的穩定性，阻礙了充填技術的進步，所以必須加強高效礦山充填設備的研制，比如陶瓷過濾機、真空過濾機等型號的過濾機，以此來為高濃度全尾礦漿的生產提供保證，與此同時要研究減少磨損與生銹的方法。

伴隨著經濟的發展，綠色礦山的建設提到了日程上來，在對資源進行利用的同時注重節能減排、保護環境，礦山的開采進行科學發展的觀念得到全社會的肯定，充填采礦將要成為發展地下開采的必要技術與方式。