试论充填采矿技术应用及存在的问题

试论充填采矿技术应用及存在的问题

朝宝

巴彦淖尔西部铜业有限公司内蒙古巴彦淖尔市015000

摘要：随着现有探明的矿产资源不断消耗，地表及浅部埋藏矿体逐渐减少，且日渐枯竭。现阶段，矿山企业的生产已逐步向深部矿床、复杂难采矿体延伸。随开采的深度不断增加，地压也将不断增大，高地压作用下岩石物理力学性质也将发生变化，如何安全有效地在地压较高的深部进行开采活动及有效地控制高地压造成的危害是矿业工作者面临并急需解决的问题。同时，随着社会的发展及进步，环境问题越来越受到社会的关注，矿企如何能够做到无废绿色生产也是摆在各国矿业工作者面前的一道难题环境保护的日趋严格，对比各类采矿方法，充填采矿技术的优势尤为凸现。

关键词：充填采矿；技术；环境保护；问题

一、我国目前资源开采存在的问题

1.1资源浪费与不足

有色金属矿床大多是多金属矿床，伴生许多种有用矿物，其综合回收是关键。美国、日本的铜、铅、锌、镍等多金属矿山综合利用率为76%～90%；前苏联的胡杰斯克矿回收了铜、锌、镉、钴、铁、硫、碲、硒等8种有用成分，利用率为87%以上。而我国的综合利用水平还很低，大约在35%左右。

我国还面临资源不足，从总体上看，我国矿产资源总量较丰富，居世界第三位，但是人均占有量远低于世界平均水平。在45种主要矿产资源中，我国人均储量仅居世界第80位，只达到世界平均水平的58%，目前能够满足国民经济发展需要的矿产资源仅有20多种，金属矿产资源缺口达到约2亿吨。

1.2地下开采引起的地面变形和塌陷

我国大多数是地下矿山，由于地下进行大面积开采、挖掘，往往形成较大的采空区。若空区自然垮塌或通过崩落法治理采空区，采空区上部的岩层便会冒落可能造成地表塌陷或沉降。随着地下开采强度和广度的扩大，地面变形和塌陷的危害不断加剧，目前地面塌陷已在我国23个省区发现了800多处，塌陷坑约3万多个，全国每年因地面塌陷造成的经济损失约10多亿元。

1.3矿山废石和尾矿对环境的影响

采矿作业，不然会产生大量废石；选矿过程则会产生大量的尾矿。据估计，由矿业生产所排放的工业固体废弃物占到了全国工业固体废弃物排放总量的80%，仅金属矿山排放堆积的废石和尾砂就已超过50亿t，并且每年以4-5亿t的排放量剧增。废石和尾矿对环境的影响主要表现在以下几个方面：

（1）固体废料往往选择地表堆存，不可避免地要占用土地、覆盖草地或堵塞水体，从而破坏生态环境。

（2）某些废石堆或尾矿场会不断溢出或渗滤析出各种有毒有害物质，污染土壤、地下或地表水体。

二、充填采矿技术优势及存在问题分析

2.1充填采矿技术优势

矿山充填采矿法之所以得到广泛的应用，所占的比重日益增加，综合起来其原因有下列几点。

（1）充填体可以控制地压活动及矿岩蠕变，减缓采后空区围岩的破坏和移动。有利于开采深部、水下、建构筑物、重点保护单位下及有自燃倾向的矿床。开采地面需要保护的矿床，使用充填采矿法可保护地面不发生陷落；充填采矿法开采有自燃倾向的矿床，可有效地防止火灾的发生。

（2）矿石回采率高，贫化率低，采选综合经济效益好，并可减少地面尾矿库及排土场占地面积，节约土地资源的同时，减少环境污染及破坏，经济、社会效益显著；

（3）开采作业机械化，采用凿岩台车凿岩，铲运机出矿，锚杆机安装锚杆、锚索护顶等，使充填采矿法成为高效率的采矿方法；大力开展了充填理论的研究，推广了充填料输送管路化，充填过程自动化，研发了代替水泥的胶凝材料，采用高浓度均质流的浆体输送，从而使充填体强度提高，成本下降。

（4）深部充填采矿技术，随着矿床开采的不断延伸，采场范围扩大，地压增高，尤其是高地应力矿区，不仅采场突变失稳风险在增加，而且潜在的危害也加大。所以进行深部充填采矿可以解决采场不平衡应力的传递和调整，其传递和调整的结果，可能导致原岩应力场再次处于平衡状态。

2.2充填采矿发展存在问题

纵观各采矿方法，充填采矿法存在着不可忽视优势，如地压可有效控制、经济技术指标优异、安全环保等优势，但充填采矿的技术研究和应用方面还存在着某些问题，下面笔者对充填采矿发展提出一些粗浅的改进观点，供研讨。

（1）创造新型采矿工艺，保证充填质量。充填采矿技术要结合矿山特点，矿床开采技术条件，发明或创造一些与其他采矿技术相结合的新型采矿法。对于缓倾斜极薄矿脉开采，可用矿岩分掘，废石抛掷充填空区，即削壁充填和爆力运矿相结合的采矿法。对于厚大而矿岩较稳固的矿体，可用浅孔和中深孔空场采矿法开采，采后空区用尾砂胶结、块石胶结或高水材料充填，即阶段连续回采快速充填工艺，既降低成本，又增大效率，也作到对采空区的处理。

另外，采场设计对充填质量的好坏影响很大，采场几何形状的设计往往是为了适应矿山生产要求和便于通达，而并非是为了充填料的充放和保持充填质量的功能。一旦充填料离开浆体供给管路，输送机卸料端或车辆铲斗，充填料质量控制可能不再受到矿山工作人员制约，所以充放点的位置将会影响充填料可能发生的分凝度，靠近采场一侧布置充放点时，随着分凝量增加，在开始沉降前充填料必须移动的距离将会加大，这种充放方式将在紧靠充放点的下部产生很强的充填角，而离开充放点的距离越大，端壁越松弱，当采场尺寸很大时，应当放置另外的充放点，以便缩小充填料移动的距离，从而使充填质量下降的趋势得到缓解。

（2）开发研制低成本、高强度的新型充填固化材料。充填料的物理特性包含：孔隙率、湿度、容重、粒度、固体含量及其级配、渗水度、抗压、抗剪力学强度、可压缩性等。充填体的物理力学特征与许多因素有关，主要取决于骨料的成分及其结构，胶结材料的成分及其组成方式等，它直接影响充填体的强度和采场的稳定性，这是充填采空区必不可少的材料基本性能研究，因此各国对此进行了深入研究。

三、常用的充填采矿技术

随着回采和充填工艺逐渐完善，采装设备配套成型，适合不同矿床开采条件的各种充填采矿法，如分层充填法、分段充填法和阶段充填法等具有高回收率、低贫化率的优点，提高了采场产量和劳动生产率，应用前景日趋广泛。

3.1大盘区高分层充填采矿技术

传统分层充填采矿工艺的分层高度一般在2--3m左右，生产能力和生产效率较低。凡口铅矿盘区机械化高分层充填采矿法，盘区沿矿体走向布置，盘区内划分为矿房、矿柱。第一步回采矿房，回采后尾砂胶结充填；第二步回采矿柱，，回采后尾砂充填。采场分层高度达到4.5--5m，运用上向凿岩采矿工艺、分层采场一次微差爆破与界面控制爆破技术，，从凿岩到出矿全盘大型无轨机械化配套作业，实现分层充填采矿法集中强化采矿，标准盘区（3个采场）的生产能力达到840t/d，显著提高了生产能力和生产效率。

3.2点（条）柱充填采矿技术

点条柱式充填采矿法实质上是房柱采矿法和充填采矿法的结合，主要适用于矿岩稳固性差且矿石价值较高的矿体回采，可避免永久点、间柱的损失。

3.3分段空场嗣后充填采矿新技术

分段空场嗣后充填采矿法适合于矿岩中等稳固以上的倾斜及急倾斜的厚矿体，由于该可使用高效率无轨装运设备，其具备灵活性大、作业效率高等优点。同时由于该采矿方法要求矿房回采完毕后立即进行空区充填，可较为有效控制应力应变，降低周围矿岩扰动，进而提高矿石回采率。分段空场嗣后充填采矿法矿岩中等稳固以上中厚及厚大倾斜矿体极为有效。

结论：

为保证我国矿产资源的正常需求，必须发展绿色采矿模式，绿色无废采矿技术已纳入我国中长期科技发展规划，而矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术，无废、少废采矿工艺技术的创新及其技术的工程化集成配套，将成为我国矿山技术的主要发展方向。

参考文献：

[1]乔登攀，程伟华《现代采矿理念与充填采矿》有色金属科学与工程，第2卷第2期.

[2]张世雄，褚洪涛《我国金属矿山地下采矿的技术进步》矿业研究与开发，第9卷第3期.

[3]周爱民《矿山废料胶结充填》北京：冶金工业出版社，2017：1－20.