現代采礦理念與充填采

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摘要：現代化采煤的形式下，煤礦開采技術的進步始終是采礦學科發展的主題，在現代采煤工藝的同時繼續發展多層次，多樣化的采煤工藝建立具有特色的采煤工藝都在不斷提高。本文介紹了傳統采礦理念及綠色采礦，闡述了綠色采礦與充填采礦技術，分析了采場圍巖控制技術。

關鍵詞：現代采礦理念；充填采礦；綠色采礦

在礦產資源大規模開發的前提下，采用傳統采礦模式會在開發過程中排出大量固體廢料，如廢石這些固體廢料的排放會造成嚴重的環境破壞，甚至會引發各類事故。大規模開發礦產資源，排放的大量工業廢料、廢水、廢氣使環境污染嚴重，為此，加強礦山環保及礦山資源綜合利用的重要性和緊迫性受到人們越來越多的重視，并寄望于綠色采礦能有效解決這類問題。因此，在新形勢下，采礦模式應倡導綠色采礦。在綠色采礦中，礦山固體廢料充填采礦工藝是主體的支撐技術。

一、傳統采礦理念

傳統采礦理念認為，采礦與礦區生態恢復和環境治理分屬于礦產資源開發利用中的兩個不同的工序。傳統采礦開發造成大量土地遭到不同程度的破壞，導致大量固體廢料堆放于地表、井下形成大量采空區、開采區地表塌陷等各類問題和安全隱患。據不完全統計，采礦所破壞的土地面積達到2萬平方公里以上。

二、綠色采礦

綠色采礦即為能最大程度地使廢料的產出和排放減少，資源綜合利用率全面提高，礦產資源開發所帶來的負面影響降低的采礦模式。它能最大限度地使采礦對環境和資源的不利影響減輕，進而使經濟、環境和社會效益達到最佳。其基本內涵有三個：首先，使資源的綜合利用程度能夠提高，回收低品位礦石能有規劃地進行，做到既要充分回收可利用礦物，又要實行保護性的良性開采；其次，實現廢料排放最低化，在采礦過程中，應盡可能地降低廢氣、尾氣產出排放量，削弱采礦對環境的污染和危害，減弱或者消除地表沉降導致的人文生態環境的破壞；再次，推動廢料的資源化，實現廢料的回收再利用。

三、綠色采礦與充填采礦技術

礦山固體廢料充填采礦工藝為綠色采礦的主體支撐技術。充填法即在采礦作業完成后，用一些廉價或者是廢棄的物料填充礦區，避免地表發生塌陷，這樣不僅使資源能有效利用，還能對地質災害進行有效控制，其適用的條件有：首先，地表沒有塌陷情況；其次，礦產價值較高的礦體適合用充填法，因用的多是廉價的物料或者廢石，故有較高的回收率，在開采鎳礦、金礦等高價值礦體中適合采用；最后，適合含有破碎巖體的礦體。在充填法中，膠結充填法在未來或將獲得逐步推廣。其是混合膠結劑和尾砂、廢石等來作為材料，生成一種有膏體性質的充填漿體，再用這種充填物填充采空區，充填時，工作人員可以在充填體的下方作業，提高了充填的安全性，充填法適用于礦體埋藏比較深的情況。在礦體埋藏深度較深的情況下，采完礦之后，會引起巖石局部爆裂，這種情況下，就需要對采空區充填充填漿體，這樣才能使巖石的應力變化得到有效控制，防止巖石爆裂。

四、充填采礦技術的主要功能

1.降排功能。大量的煤矸石、粉煤灰、冶煉渣以及廢石伴隨礦產資源開發利用時也產生了，這些廢棄物也是我國工業廢棄物中排放量最大的，在固體廢棄物總量中占到了85%左右。若能將這類工業廢棄物用于充填，使其深埋于地下，不僅可以實現礦產資源的合理充分利用，還能有效改善自然環境。但充填采礦技術的降排功能不僅局限于改善礦山開采的環境，還能有效解決礦區環境污染問題。在未來，想必如何集中處理工業固體廢料將成為礦山設計重點考慮的方向之一。

2.消除地表沉降、改善采礦應力環境。充填技術可有效支撐采空區圍巖、防止其變形，并能有效防止大規模的移位發生。充填技術可在充填的時候能使新的工作面快速形成，為后續工作提供了便利的環境，使采充循環周期最大限度地縮短了，全面提高采礦綜合生產能力。它還能有效阻止巖層大幅度位移，從而使得在水體下、建筑物下開展采礦作業能夠實現，還能有效保護地表，保護好生態環境。采空區周圍二次應力分布的狀況通過充填體能得到顯著改善，從而使礦柱圍巖自身的穩定性提高。

3.充低貧損開采功能。廢石、尾礦、廢碴中含有的一些有用物質是當前技術所不能回收的，放在地表造成了大量土地的浪費，還破壞了生態環境。充填采礦技術則是一種可靠的保護方式，它為開采復雜的難采礦床提供了強有力的技術支撐，它能夠對特定需要優先開采下部、底盤富礦的礦山實行“采富保貧”，并能減少礦產資源的破壞和損失。

五、采場圍巖控制技術

1.進一步完善采場圍巖控制理論以科學合理、優化高效的巖層控制技術來保證開采掘活動的安全、高效、低成本為目標入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果以理論分析解法、現代數學力學統計分析預測、數值法和實測法相結合運用的計算機技術深入研究各種煤層地質及開采條件。

2.研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術。目前由于應用高壓注水、深孔預爆裂破處堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題因而需進一步研究開發新技術、新工藝、新材料解決這些問題。

3.支護質量與頂板動態監測技術在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板動態監測方面應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態監測同時應不斷完善有現有的監測技術發展智能化監測系統改進監測儀表向直觀、輕便、小型化方向發展。

4.沖擊地壓的預測和防治通過計算機模擬研。沖擊性礦壓顯現發生的機理進一步完善沖擊性礦壓顯現監測系統發展遙控測量和預報技術完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優化選擇專家系統。研究開發新型的支護設備研究煤層、硬頂板放頂煤液壓支架和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。

六、充填采礦的研究方向

1.礦山固體廢料充填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術，基于現時期下充填工藝技術的應用與研究現狀，尾砂與廢石仍然是礦山充填的主體骨料，而且尾砂排放量更大。因此，礦山應著力研究并推廣尾礦干排技術，重點研究尾礦高效回填采空區大規模工程化過程中尾礦低成本濃縮技術、尾礦高濃度大泵量井下輸送技術、采空區快速充填關鍵技術和井下充填污染控制技術。須攻克選礦尾礦不入庫、連續回填采空區技術及尾礦高效回填采空區成套裝備及自動控制技術。因地制宜推廣現有全尾砂膠結充填采礦技術，研究開發尾礦膠結充填用低成本高效新型膠凝材料大規模生產技術、尾砂膏體一似膏體膠結充填料高效制備技術、充填料大泵量高效輸送技術。須研究解決復雜采空區高效密閉技術、尾礦膠結充填料在采空區快速充填及快速固化技術。

2.廢石是礦山企業的又一大宗工業廢料且不存在來源不足問題，而現有礦山廢石充填工藝技術還遠不能滿足礦山環境保護的要求。目前仍然以自然級配采掘廢石作為充填集料、水泥漿為膠結介質，并且只能利用采空區落差條件，通過充填料分流輸送和自淋混合方式實現膠結充填，因而廢石的利用率有限，只能在少數礦山推廣，而采用分層充填法的礦山（如金川公司所屬礦山、凡口鉛鋅礦等）還不能有效利用廢石進行充填。因而需要研究礦山廢石充填新模式，須重點研究廢石破碎集料長距離管輸充填工藝技術，以降低充填成本和減少礦山廢料向地表的排放。

隨著能源總需求的煤炭產量的不民增長，人類的生產和社會發展環境將受到嚴重威脅。資源與環境協調的綠色開采是解決煤炭開采環境問題的根本出路，要實現綠色開采，需要綜合研究的解決經濟與技術等方面的問題的根本出路，要實現綠色開采，需要綜合研究和解決經濟等方面的問題，綠色采礦可以送減小環境污染，還能帶來良好的社會經濟效益，為人類與自然協調發展做出貢獻。

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