論采礦充填技術(shù)的發(fā)展前景

楊宗澤

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井采礦施工技術(shù)也日新月異，其中采礦充填技術(shù)在各種礦井采礦工程施工技術(shù)中，以其高回采率、良好的安全性以及更加環(huán)保等優(yōu)點得以廣泛應(yīng)用，甚至在我國礦井采礦工程中發(fā)揮著無可替代的作用?；诖?，文章對采礦充填技術(shù)的發(fā)展方向與前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：礦山開采；采礦充填技術(shù)；尾砂凝結(jié)充填；水砂充填；干式填充

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

隨著社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的采礦技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的滯后性，不能與新時代下的社會發(fā)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(huán)保等優(yōu)點的采礦充填技術(shù)順勢而生。采礦充填技術(shù)的核心——充填，主要是選用碎石、砂礫、煤灰渣、石塊等基質(zhì)，對在地下采礦作業(yè)時挖出的采空區(qū)進(jìn)行回填。大量實踐應(yīng)用表明，相比于傳統(tǒng)采礦技術(shù)，充填采礦法優(yōu)勢明顯：能夠有效增強(qiáng)采煤區(qū)的地層穩(wěn)定性，避免采空區(qū)發(fā)生塌陷；能夠提高礦產(chǎn)資源的回收率，大大提高可持續(xù)發(fā)展能力；而選用的填充材料都是一些廢石，經(jīng)濟(jì)性好；在尾砂回填后，能夠有效減少潛在危害以及次生災(zāi)害發(fā)生的可能；另外，還能大幅緩解礦井深處的高溫高應(yīng)力所帶來的危險，確保生產(chǎn)安全。采礦充填技術(shù)的發(fā)展和成熟應(yīng)用，在大幅提高采礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時，還能夠不斷推動采礦相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。

1國內(nèi)外采礦技術(shù)與填充技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國內(nèi)外采礦技術(shù)的發(fā)展

國外采礦技術(shù)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(shù)和智能通信技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的采礦業(yè)工作模式和管理模式已經(jīng)發(fā)生了深遠(yuǎn)的變革。在美國、加拿大、澳大利亞等國家，自動化的采礦技術(shù)、遙控采礦已經(jīng)應(yīng)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(jīng)實現(xiàn)了無人化開采。高端選礦設(shè)備的引進(jìn)應(yīng)用，大大提高了采礦的經(jīng)濟(jì)性，回采率、資源綜合利用率以及選礦回收率等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于傳統(tǒng)的采礦業(yè)。

而在我國，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平的不斷提高，人們對礦產(chǎn)資源的需求也日益膨脹，客觀上推動了我國礦山采掘業(yè)必須不斷加強(qiáng)開發(fā)強(qiáng)度，采用更高的采礦技術(shù)。其中比較有代表性的是現(xiàn)代露天采礦技術(shù)?，F(xiàn)代露天采礦技術(shù)可以根據(jù)不同的礦體、不同的礦種，在更加廣泛的區(qū)域內(nèi)靈活采用多種綜合開采工藝，從而實現(xiàn)優(yōu)化開采，獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益，并不斷推動采掘業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

1.2國內(nèi)外填充技術(shù)的發(fā)展

采礦充填法最初在國外應(yīng)用較為廣泛，尤其是自20世紀(jì)80年代以來，隨著西方發(fā)達(dá)國家對環(huán)境保護(hù)的日益重視，出臺了一系列環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)，并明文規(guī)定對由于井下采礦作業(yè)造成的固體廢棄物，例如尾礦、廢石等，必須進(jìn)行妥善的無害化處理，確保符合環(huán)保要求，否則將給予罰款和停產(chǎn)處罰。例如為了保護(hù)環(huán)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(yè)大力發(fā)展坑口電廠，對于采礦中產(chǎn)生的粉煤灰，如果企業(yè)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(qū)地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，以確保礦區(qū)安全。

而在我國，隨著多年來采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，充填技術(shù)也逐漸得到廣泛應(yīng)用，逐漸替代崩落法，成為黑色礦山開采中的主流技術(shù)，目前我國設(shè)計產(chǎn)能規(guī)模在1000萬噸/年以上的大型鐵礦中已經(jīng)完全采用充填法開采。

2采礦填充技術(shù)方法類型

2.1尾砂凝結(jié)充填方法

所謂尾砂凝結(jié)充填方法，就是選用水泥為膠結(jié)劑，與一定比例的天然砂石、碎石塊和尾砂等進(jìn)行混合后發(fā)生凝結(jié)作用，從而形成穩(wěn)定堅固的充填層。尾砂凝結(jié)充填技術(shù)的優(yōu)勢在于大大節(jié)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(shù)，目前還有部分采礦企業(yè)一直沿用該技術(shù)。

2.2水砂充填方法

水砂充填技術(shù)，顧名思義，主要是將充填物在砂漿混配區(qū)域進(jìn)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(qū)域。該技術(shù)在應(yīng)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(jìn)行脫泥，然后取懸浮液經(jīng)由砂漿管道打至采空區(qū)。其優(yōu)點是能夠更有效地調(diào)控壓力，實現(xiàn)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(yīng)用歷史最悠久的一種方法。該技術(shù)的工作原理是借助于外界環(huán)境在采空區(qū)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(qiáng)度大、作業(yè)成本高、工時耗時長、礦區(qū)填充后無法回采等。由于這些缺點的存在，導(dǎo)致干式填充方法在現(xiàn)代采礦業(yè)中使用越來越少，有逐漸被淘汰的趨勢，僅在一些特殊環(huán)境下還有少量應(yīng)用。

3采礦充填技術(shù)的發(fā)展方向與前景

3.1充填材料的進(jìn)一步研發(fā)

采礦充填技術(shù)不斷發(fā)展的重要標(biāo)志之一，就是充填材料的革新變化。主要體現(xiàn)在更加具有成本優(yōu)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(dāng)摻入熟石灰為膠結(jié)劑。

3.2先進(jìn)填充采礦技術(shù)的運用

傳統(tǒng)的采礦工程施工，對作業(yè)周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境甚至可能造成難以修復(fù)的破壞，這與現(xiàn)代社會的環(huán)境保護(hù)要求以及可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相符。而在先進(jìn)充填采礦技術(shù)中，也將環(huán)保、綠色節(jié)能的要求涵蓋在內(nèi)，并不斷加強(qiáng)相關(guān)采礦新技術(shù)的研發(fā)。環(huán)保型的采礦充填技術(shù)，主要體現(xiàn)在兩個方面：一個是在采礦工程中加以綠色概念，注重環(huán)境保護(hù)，選用更加綠色無污染的環(huán)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(jié)能、更加經(jīng)濟(jì)，盡量減少能源的消耗和資源的消耗。

3.3充填設(shè)備的改進(jìn)

充填采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，也體現(xiàn)在作業(yè)方式以及相關(guān)操作設(shè)備、充填儀器的更新?lián)Q代上。其中在各類充填設(shè)施中，充填料貯倉發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因為它直接決定了充填材料的質(zhì)量以及最終的充填效果，然而在傳統(tǒng)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(shù)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(zhì)量。而在尾砂處理環(huán)節(jié)則采用精度非常高的水力旋流器。在漿料輸送環(huán)節(jié)也廣泛采用各類先進(jìn)技術(shù)以及自動化控制系統(tǒng)，不斷提高作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

3.4生態(tài)化充填技術(shù)理念的滲入

充填技術(shù)的不斷發(fā)展帶來的是更加高效、更加經(jīng)濟(jì)的全方位收益。而隨著自動化、生態(tài)化充填技術(shù)的不斷發(fā)展，大大解放了井下勞動的工人，改善了他們的工作環(huán)境，降低了他們的勞動強(qiáng)度，同時卻又大大提高了他們的勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)能力。而隨著采礦工業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)程度的不斷提高，人類的資源索取能力大大增強(qiáng)。而人類社會不斷膨脹的資源需求，無疑會給自然環(huán)境帶來沉重的負(fù)擔(dān)，由此導(dǎo)致的資源開發(fā)利用以及相關(guān)環(huán)保問題，已經(jīng)成為全球社會共同面對的問題。根據(jù)工業(yè)生態(tài)學(xué)理論的要求，需要在礦石環(huán)境保護(hù)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(yīng)該充分考慮：內(nèi)循環(huán)技術(shù)、高經(jīng)濟(jì)效益和低廢料產(chǎn)出量。其中第一部分是構(gòu)建新模式的首要條件，施工的核心應(yīng)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(yīng)充分考慮到經(jīng)濟(jì)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(chǎn)出。從根本上講，新型技術(shù)遵循了上述原則，既是為了促進(jìn)作業(yè)效果，提高經(jīng)濟(jì)價值，同時也是為了提高環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)生態(tài)價值和可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井采有關(guān)礦施工技術(shù)也日新月異，尤其是充填技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了更加高效、自動化和智能化更高的采礦作業(yè)方法普及，從而提高經(jīng)濟(jì)價值的同時也實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。尤其是對于一些工作環(huán)境特殊、珍稀礦床的開采，充填采礦法更是得到了廣泛的應(yīng)用，不斷滿足新形勢下的采礦資源需求。

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