論采礦充填技術的發展前景

楊宗澤

摘要：隨著科學技術的發展以及采礦技術的不斷進步，礦井采礦施工技術也日新月異，其中采礦充填技術在各種礦井采礦工程施工技術中，以其高回采率、良好的安全性以及更加環保等優點得以廣泛應用，甚至在我國礦井采礦工程中發揮著無可替代的作用?；诖耍恼聦Σ傻V充填技術的發展方向與前景進行了探討。

關鍵詞：礦山開采；采礦充填技術；尾砂凝結充填；水砂充填；干式填充

中圖分類號：TD833文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0075-02

隨著社會的不斷發展和科學技術的不斷進步，傳統的采礦技術已經呈現出明顯的滯后性，不能與新時代下的社會發展需求所匹配。而面對這樣的形勢，具有高回采率、良好的安全性以及更加環保等優點的采礦充填技術順勢而生。采礦充填技術的核心——充填，主要是選用碎石、砂礫、煤灰渣、石塊等基質，對在地下采礦作業時挖出的采空區進行回填。大量實踐應用表明，相比于傳統采礦技術，充填采礦法優勢明顯：能夠有效增強采煤區的地層穩定性，避免采空區發生塌陷；能夠提高礦產資源的回收率，大大提高可持續發展能力；而選用的填充材料都是一些廢石，經濟性好；在尾砂回填后，能夠有效減少潛在危害以及次生災害發生的可能；另外，還能大幅緩解礦井深處的高溫高應力所帶來的危險，確保生產安全。采礦充填技術的發展和成熟應用，在大幅提高采礦企業經濟效益的同時，還能夠不斷推動采礦相關技術的進步。

1國內外采礦技術與填充技術的發展現狀

1.1國內外采礦技術的發展

國外采礦技術的自動化和智能化程度相對較高，尤其是隨著近年來電子信息技術和智能通信技術的不斷發展，傳統的采礦業工作模式和管理模式已經發生了深遠的變革。在美國、加拿大、澳大利亞等國家，自動化的采礦技術、遙控采礦已經應用十分普遍，一些工作條件惡劣、危險性較高的礦井，甚至已經實現了無人化開采。高端選礦設備的引進應用，大大提高了采礦的經濟性，回采率、資源綜合利用率以及選礦回收率等指標遠遠領先于傳統的采礦業。

而在我國，隨著經濟社會發展水平的不斷提高，人們對礦產資源的需求也日益膨脹，客觀上推動了我國礦山采掘業必須不斷加強開發強度，采用更高的采礦技術。其中比較有代表性的是現代露天采礦技術?，F代露天采礦技術可以根據不同的礦體、不同的礦種，在更加廣泛的區域內靈活采用多種綜合開采工藝，從而實現優化開采，獲得更大的經濟收益，并不斷推動采掘業技術進步。

1.2國內外填充技術的發展

采礦充填法最初在國外應用較為廣泛，尤其是自20世紀80年代以來，隨著西方發達國家對環境保護的日益重視，出臺了一系列環境保護相關法律法規，并明文規定對由于井下采礦作業造成的固體廢棄物，例如尾礦、廢石等，必須進行妥善的無害化處理，確保符合環保要求，否則將給予罰款和停產處罰。例如為了保護環境，澳大利亞很少采用崩落法開采礦物；德國政府鼓勵煤礦企業大力發展坑口電廠，對于采礦中產生的粉煤灰，如果企業回填至井下即可獲得5馬克/噸的獎勵；而加拿大的充填率已超過40%；南非是世界上著名的黃金輸出國之一，其采礦深度已超過3000m，目前也大都采用充填法來確保礦區地質構造的穩定性，以確保礦區安全。

而在我國，隨著多年來采礦技術的不斷發展，充填技術也逐漸得到廣泛應用，逐漸替代崩落法，成為黑色礦山開采中的主流技術，目前我國設計產能規模在1000萬噸/年以上的大型鐵礦中已經完全采用充填法開采。

2采礦填充技術方法類型

2.1尾砂凝結充填方法

所謂尾砂凝結充填方法，就是選用水泥為膠結劑，與一定比例的天然砂石、碎石塊和尾砂等進行混合后發生凝結作用，從而形成穩定堅固的充填層。尾砂凝結充填技術的優勢在于大大節約了工人的勞動量，同時還提高了充填效率，該項方法不算高技術，目前還有部分采礦企業一直沿用該技術。

2.2水砂充填方法

水砂充填技術，顧名思義，主要是將充填物在砂漿混配區域進行混合，然后將混合好的充填物，以砂漿泵或砂漿管道的方式，將其輸送至待充填區域。該技術在應用過程中不斷加以改良，選擇分級后的尾砂為基材，用水利旋流器進行脫泥，然后取懸浮液經由砂漿管道打至采空區。其優點是能夠更有效地調控壓力，實現自動化操作。

2.3干式填充方法

干式填充方法有別于以上兩種方法，也是應用歷史最悠久的一種方法。該技術的工作原理是借助于外界環境在采空區加入充填料。本方法操作工藝簡單，但是其弊端也非常明顯，比如勞動強度大、作業成本高、工時耗時長、礦區填充后無法回采等。由于這些缺點的存在，導致干式填充方法在現代采礦業中使用越來越少，有逐漸被淘汰的趨勢，僅在一些特殊環境下還有少量應用。

3采礦充填技術的發展方向與前景

3.1充填材料的進一步研發

采礦充填技術不斷發展的重要標志之一，就是充填材料的革新變化。主要體現在更加具有成本優勢、填充效果更好。例如利用的新型充填材料往往選擇礦渣水泥、普通水泥等價格相對便宜的材料為骨料，選擇高水速凝材料并適當摻入熟石灰為膠結劑。

3.2先進填充采礦技術的運用

傳統的采礦工程施工，對作業周邊區域的生態環境甚至可能造成難以修復的破壞，這與現代社會的環境保護要求以及可持續發展理念已經遠遠不相符。而在先進充填采礦技術中，也將環保、綠色節能的要求涵蓋在內，并不斷加強相關采礦新技術的研發。環保型的采礦充填技術，主要體現在兩個方面：一個是在采礦工程中加以綠色概念，注重環境保護，選用更加綠色無污染的環保型填充材料，例如礦石廢料等；另外一個則是施工過程中的更加節能、更加經濟，盡量減少能源的消耗和資源的消耗。

3.3充填設備的改進

充填采礦技術的不斷發展，也體現在作業方式以及相關操作設備、充填儀器的更新換代上。其中在各類充填設施中，充填料貯倉發揮著至關重要的作用，因為它直接決定了充填材料的質量以及最終的充填效果，然而在傳統的充填工藝中卻未對其給予足夠的重視。而在新型充填技術中，則采用了加以改良的立式充填料貯倉，能夠有效保證充填料質量。而在尾砂處理環節則采用精度非常高的水力旋流器。在漿料輸送環節也廣泛采用各類先進技術以及自動化控制系統，不斷提高作業效率和作業質量。

3.4生態化充填技術理念的滲入

充填技術的不斷發展帶來的是更加高效、更加經濟的全方位收益。而隨著自動化、生態化充填技術的不斷發展，大大解放了井下勞動的工人，改善了他們的工作環境，降低了他們的勞動強度，同時卻又大大提高了他們的勞動生產率和生產能力。而隨著采礦工業的不斷發展和技術程度的不斷提高，人類的資源索取能力大大增強。而人類社會不斷膨脹的資源需求，無疑會給自然環境帶來沉重的負擔，由此導致的資源開發利用以及相關環保問題，已經成為全球社會共同面對的問題。根據工業生態學理論的要求，需要在礦石環境保護以及礦石廢料有效使用上下大力氣。由此也決定了充填模式應該充分考慮：內循環技術、高經濟效益和低廢料產出量。其中第一部分是構建新模式的首要條件，施工的核心應圍繞著提高效率、提高充填效果、降低充填成本來開展。第二部分則是充分條件，充填應充分考慮到經濟收益最大化。第三部分則是為了提高廢料使用率，降低廢料產出。從根本上講，新型技術遵循了上述原則，既是為了促進作業效果，提高經濟價值，同時也是為了提高環境保護，實現生態價值和可持續發展。

4結語

隨著科學技術的發展以及采礦技術的不斷進步，礦井采有關礦施工技術也日新月異，尤其是充填技術的不斷發展，促進了更加高效、自動化和智能化更高的采礦作業方法普及，從而提高經濟價值的同時也實現了生態環境的保護。尤其是對于一些工作環境特殊、珍稀礦床的開采，充填采礦法更是得到了廣泛的應用，不斷滿足新形勢下的采礦資源需求。

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