浅析充填采矿技术应用及现状
【摘要】本文总结了充填采矿的发展现状历程与成功应用的经验，并且分析了国内外充填采矿的情况，对矿山充填采矿技术发展趋势和所应解决关键技术问题进行了评述。最后得出在资源利用和环境保护协同并进的地下矿山，充填采矿技术必将得到优先发展。
【关键词】充填采矿；资源利用；环境保护
一、我国充填采矿技术应用现状
我国的充填采矿技术经历了废石干式充填、分级尾砂水力充填、碎石水力充填、混凝土胶结充填、磨砂胶结充填、分级尾砂或天然砂充填、废石胶结充填、全尾砂胶结充填、赤泥胶结充填和膏体充填的发展过程。但中国矿山数量多，开发与应用的充填工艺与技术类型多，尤其是近十余年来，在新的充填技术的研究开发和推广应用方面均取得了长足的进步。综合起来，中国的充填采矿技术发展大体分以下几个阶段。
第一阶段是20世纪50年代、60年代，均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺。但废石干式充填因其效率低、生产能力小和劳动强度大，满足不了采矿工业的发展，国内干式充填采矿所占比重逐年下降，几乎处于被淘汰的地位。
第二阶段是2O世纪70年代、80年代，开始应用尾砂胶结充填技术，由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率的需要。所以在水砂充填工艺得以发展并推广应用后，开始采用胶结充填技术。这一时期的细砂胶结充填料主要以尾砂、天然砂和棒磨砂等作为充填集料，胶结剂为水泥。
第三阶段是20世纪90年代以来，随着采矿工业的迅速发展，原充填工艺已不能满足回采工艺的要求和进一步降低采矿成本或环境保护的需要。因而发展了高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填和全尾砂胶结充填等技术新。
二、国外充填采矿法的使用概况
在国外充填法采矿技术应用较广。20世纪80年代初，加拿大金属矿山地下开采矿山中，用充填法的比重为35%～40%；澳大利亚的地下有色金属矿山多用充填法开采；瑞典的布利登有色金属公司70%的矿山是用充填法开采的；苏联1981年地下有色金属矿山充填法的比重为24.2%，1970年克里沃罗格铁矿区用充填法开采铁矿仅占地下采出铁矿石的0.8%，到1980年已达6.4%。日本金属矿山使用充填法的比重亦是逐年上升的：1956年为24.5%，1967年35.2%，1970年为39%，1982年为43%。
1.加拿大充填采矿技术的发展
加拿大地下矿山充填技术从20世纪30年代开始，普遍采用冲击砂作为充填料，到40年代末广泛采用选厂冲积尾砂进行充填。50年代中期到末期，用尾砂胶结充填浇面作为扒矿底板，采用分层水砂充填代替劳动强度大且灵活性差的方框支架采矿法。1985～1991年，加拿大在充填材料、充填工艺方面的研究取得了很大的成就。加拿大矿山相继采用块石胶结充填、高浓度管道输送充填、膏体充填等，不仅提高了矿山的综合生产能力，降低了充填成本，而且改善了井下的生产环境。
2.德国充填采矿技术
德国在过去的几年间，发展了不同的胶结充填采矿系统。其中比较典型的有：拉梅尔斯贝格铅锌矿，采用了下向分层胶结充填采矿法结合风力充填，回采了高品位的铅锌铜矿，采用碎石和高炉炉渣水泥的混合物作充填料。梅根铅锌矿，根据矿体各部位的情况不同，采用了不同的采矿方法，主要是分层充填法和巷道充填法回采脉状铅锌矿，用带式抛掷充填车输送和抛放含水泥和飞灰的浆液块石充填料。格隆德铅锌矿，在20世纪60年代至70年代初，该矿采用无底柱分段崩落法采矿，由于矿岩不稳固，采矿条件差，矿石损失和贫化大，故改用分段充填采矿法。
3.南非充填采矿技术
南非的许多矿山，在20世纪80年代初期开始应用胶结充填工艺，整个80年代是南非充填工艺发展最快时期，主要有废石胶结充填、脱泥尾砂胶结充填等，并开始进行高浓度管道充填和膏体充填的研究和应用。目前，南非许多矿山的开采深度已经达到2135m以上，随着浅水平矿石储量的耗尽，可开采利用矿石储量的深度不断加大。进入深部开采阶段，最大的问题就是控制地压，防止和减少岩爆和岩层冒落等灾害性事故的发生，胶结充填可以有效的实现对开采区域的岩层移动控制，并同时具有环境保护和提高矿石回收率的综合功效。
三、充填采矿的优势
1.减排功能
充填采矿技术的作用和意义已远远超出了矿山开采的范畴。在世界上已经出现了少数典型的无废料排弃的矿山。例如，德国格隆德铅锌矿利用浮选后的全尾砂和重选碎石制备膏体充填料回填下向充填进路，不再有尾矿排弃到尾矿库。勿庸置疑，这类矿山开采的首先条件是能否将大量工业固体废物回填到地下。大量处理工业固体废料将是矿山今后设计优先考虑的重要任务，是解决矿区环境污染问题的最好方法。
2.消除地表变形及下沉功能
利用充填技术快速、有效地充填采空区，可以及时支撑采空区顶部岩层，阻止和抵抗围岩进一步变形，防止大幅度的位移发生。通过充填可以快速形成新的工作面，为后续作业创造条件，缩短采充循环周期，提高采矿综合生产能力。充填采矿技术可以有效地阻止岩层发生大规模移动，实现水体下、建筑物下采矿，同时保护了地表不遭破坏，维持原有的生态环境。
3.低贫损开采功能和远景资源保护功能
充填采矿技术可以应用到水平矿体、缓倾斜矿体、急倾斜矿体、分枝复合矿体等各种复杂多变的矿体，特别是厚大矿体，将大幅度提高矿柱回收率和出矿品位，最大限度地回收矿石。充填采矿技术可以对某些需要优先开采下部或底盘富矿的矿山实现“采富保贫”而不会造成矿产资源的破坏和浪费。废石、尾矿、废碴仍含有当前技术不能回收的有用物质，置于地表难以长期保存，充填也是一种最为可靠的保护方式
四、充填采矿发展存在的问题及改进措施
从上面的原因可以看出，充填采矿法从某些方面代表了国内外矿山发展的趋势，但是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，采后空区采用尾砂胶结、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，又提高效率，也做到对采空区的合理处理。
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，因此各国都对此进行了深入研究。
3.研制高效矿山充填设备和提高矿山充填自动控制化
矿山充填系统的自动化程度的高低直接影响和制约矿山充填采矿技术的发展，但是由于国产的相关设备技术性能稳定性差，遏止了矿山充填技术的发展。所以必须加强研制高效浓密设备（如：高效浓密机、陶瓷过滤机、真空过滤机、盘式过滤机等），为高浓度全尾矿浆的制造提供有效保证，同时研究减少或消除充填设备磨损和腐蚀的方法。更重要的是要研制高浓度输送设备，采用压排设备输送调节各段输送压力，防止输送堵管现象。对于充填系统卸料浓度和物料流量的自动控制技术正常化，最为关键的是要研制和引进适合于矿山应用的自动化设备和仪表，建立真正意义上的自动控制系统，从而调节充填系统的全尾矿卸料、充填固化材料和清水等物流量来自动调节充填浓度。
4.严格充填站管理制度，定期采样、确保充填质量
现代化的充填站都装备有各种电子设备和机械设备，以利于生产所需的充填材料。这种充填站一般都是地表设施，设置在矿山选矿厂内或其附近，以利于选矿厂供应充填站制造充填料所需的组分。各充填站的设计一般都很相似，而且制造流程所需的各种设备，包括泵、阀、流量计、浓度计和胶结计量装置，都已使用电子控制。就胶结剂材料和混合浆体浓度的剂量控制对保持充填料质量都是最重要的因素。
五、结束语
为保证我国矿产资源的正常需求，必须发展绿色采矿模式，无废料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]解伟，隋利军，何哲祥.基于采矿充填的尾矿处置技术应用前景[J].工业安全与环保，2008，34（8）：37-39.
[2]《采矿手册》编辑委员会.采矿手册（第4卷）[M].北京：冶金工业出版社，1990.
上一篇：浅析我国铬渣解毒技术的研究