充填采礦技術的實踐應用

王英杰　彭威凱

摘 要：時代的發(fā)展、社會的進步都離不開礦產能源的供應。在經濟社會飛速發(fā)展的時代，工業(yè)化變革越來越深入，對礦產資源的需求量也越來越大，開設的礦井也越來越多，越來越深，采礦的安全系數隨著礦井深度的增加而降低，針對這種情況，充填采礦技術的發(fā)展和應用在一定程度上不但保障了采礦安全，而且還提高了開采率，文章將重點論述充填采礦技術的實踐應用。

關鍵詞：充填采礦技術；實踐；應用；發(fā)展

我國的煤炭資源儲量豐富，占全世界儲量的11.6%，但是我國人口的數量比較大，對于我國有著近14億人口來說，人均礦產量稀少，而且我國的礦產資源有著“西多東少，北多南少，富煤、貧油、少氣”的特點，這種地域限制導致東南地區(qū)的人均資源礦產量更少。

面對全球經濟快速發(fā)展的狀況和日益加劇的能源危機，我國礦產行業(yè)受到了各行各業(yè)人士的關注，使得采礦技術、開掘方式、都有了很大的進步，但是采礦效率和保護環(huán)境的工作還做得不到位，從而使得充填技術得到了發(fā)展的空間。

1 充填采礦的定義及特點

開采過程中，在能源礦產被從地下采出之后，會留下一個個的采空空洞，也叫采空區(qū)，這種采空區(qū)如果不采取有效措施任其發(fā)展就會降低地表層的穩(wěn)定性，影響地表建筑的安全。而充填采礦法可以在來回采過程中，將充填材料運輸到采空區(qū)，填補這種地下空洞，采空區(qū)有了充填體的支撐，減小對地表表層的破壞和對居民生活的影響。

這種新型采礦技術是人們在長期的工作中，根據實踐經驗得出的一種符合時代發(fā)展需求的新型采礦技術，充填采礦法對于大型的深部礦井比較適用。在近年的試點實踐中可知，充填采礦法既能保障礦工人員的人身財產安全又能有效地提高地下采礦的效率，凡事都沒有完美無缺的，都存有自身的不足之處，充填采礦法也不例外。比如：在應用充填采礦法時，它的機械操作流程較復雜，礦工不容易掌握；在初期購進機械時需要投入大量的資金；需要較大的勞動生產力等條件的限制。

2 充填采礦的優(yōu)勢

充填采礦法經過了近幾年的發(fā)展完善，現在它已經是一個重要的礦產開發(fā)方式，被廣泛運用到各個礦山開發(fā)中。充填采礦法之所以能迅速的發(fā)展，最主要的原因還是它對生態(tài)環(huán)境破壞較小，回采率比較高。

經過一系列的施工運輸，將充填材料運到地下采空區(qū)，使充填材料變成充填體。充填體能有效地分擔一部分地表壓力，對于地表受力不均的情況有很好的改善作用。受力平衡后，圍巖的位移現象也能得到改善，甚至可以完全避免，有利于更好更深地開采礦石，提高了開采效率。

充填采礦法對于采礦區(qū)的貧化率也有所改善，最大程度地開發(fā)礦產儲量，給礦產企業(yè)帶來了更大的效益，促進我國采礦行業(yè)更好更快地發(fā)展。它對于自然形成的具有傾向性的礦床有很好的開采效果，可以避免常見的礦區(qū)火災，礦區(qū)坍塌的現象。

這種采礦法的雖然初期購買機械的成本較高，但是它的機械化工作較多，可以高質量高效率地開發(fā)礦產。比如：在鑿巖過程中，鑿巖車可以代替炸藥和人力；在運輸礦產時，可以運用礦石鏟運機運輸礦石。由此可見，在充填采礦法中，機械比人力占得比重大，企業(yè)可以減少礦工的工資支出。前期的較大投入和后期的較小支出可以相抵消，從礦產企業(yè)長遠發(fā)展的角度來思考，充填采礦法能給企業(yè)帶來更大的利潤。

3 充填采礦的應用

充填采礦法的研究發(fā)展歷史在國外起步較早。早在20世紀30年代，霍恩礦山公司進行了全球首例充填采礦技術的試驗，將磁黃鐵礦尾砂和煉銅爐渣這種干式充填物填充至地下采空區(qū)，并且獲得了成功。在上個世紀50年代，芬蘭建立了全球第一座使用膠結填充的礦山——凱雷蒂銅礦山。同期，澳洲地下的金屬礦山也首次用水力取代干式充填，并獲得成功。發(fā)展到20世紀70年代，金屬礦山的充填采礦法普遍運用的尾砂膠結充填工藝；到了20世紀90年代，膏體充填技術迅速興起，礦產工業(yè)發(fā)達的國家立即使用了這種新型技術。

我國使用充填采礦法的歷史要追溯到上個世紀50年代，當時有色金屬開采中有38.2%的礦山實行了干式充填，到了1960年，因為生產力、設備、成本等多方面因素的影響，干式充填法所占的比重下降。然后慢慢衍生出水砂充填工藝，1960年湘潭錳礦首次運用了這種技術，1965年錫礦山南礦也進行了水砂充填的實踐。但是隨著時代和經濟的發(fā)展，這種工藝同樣不能滿足人們的需求，所以到了20世紀80年代后，出現了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，凡口鉛鋅礦和金川有色金屬公司開始進行全尾砂充填的實踐。到了20世紀90年代后，中國也加入到膠結充填法中來，1997年金川有色金屬公司二礦區(qū)建成了中國首個膏體泵送充填系統(tǒng)。我國的充填采礦技術歷經了四個階段，每個階段都有新突破，新收獲。

充填采礦法根據充填材料的不同分為：干式充填法、水砂充填法和膠結充填法。從最初的干式充填到不含膠結劑的碎石、水沙充填，到如今的膠結充填，我們可以看到，充填物的膠結度漸漸上升，充填體的支撐力度逐漸提高。出現這種現象的原因是因為地下采空區(qū)的空間較大，需要一個巨大的物體來分擔地表的壓力，這個物體若材質太散則會存在充填坍塌的問題，所以才會慢慢提升充填物的膠結度，使充填材料形成一個牢固的整體。

3.1 干式充填法

這種充填法是在充填技術發(fā)展的原始工藝，主要是利用人力配合其他機械設備輸送充填材料，這種方法最大的缺點就在于工藝繁雜、作業(yè)成本高、采場充填時間長、生產率低，滿足不了技術發(fā)展的需求，所以使用干式填充法的采礦企業(yè)越來越少，比重也逐漸下降。

3.2 水砂充填法

這種充填法的主要充填材料使碎石渣、尾砂和爐渣，利用砂漿泵或自流方式將充填物質輸送到地下，水砂充填法的工藝更為完善，但水砂充填法的缺點在于工藝復雜、排水費用比較高、充填量小、充填體強度不高，不能適應企業(yè)發(fā)展的需求。

3.3 膠結充填法

膠結充填法是以碎石、河砂或尾砂為骨料，加入水泥和石灰等拌勻混合成漿體或膏體裝，通過管道泵或者自身重力輸送到采空區(qū)。它具有充填材料膠結強度大，工藝簡單、充填速度快、充填量大的特點。這種方法是目前使用最普遍和最推崇的方法，有很好的發(fā)展前景。

4 結束語

充填采礦法的應用在我國還沒有得到全面普及，在全球其他國家中，我國充填采礦法的使用比遠遠低于美國、法國、俄羅斯等采礦業(yè)發(fā)達國家。充填采礦技術能有效地給國家和企業(yè)帶來長遠的經濟、社會效益，所以更應當加大充填開采工藝的技術更新，使我國資源開采行業(yè)更加經濟有效的可持續(xù)性發(fā)展。

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