采礦充填技術(shù)的發(fā)展前景分析

許紅艷

摘 要：文章從分析采礦充填技術(shù)的特征及優(yōu)勢入手，介紹該技術(shù)的發(fā)展歷程，以此為基礎(chǔ)，對采礦充填技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢進行預(yù)測，并對該技術(shù)在未來的發(fā)展過程中需要重點關(guān)注的問題予以明確，以供業(yè)內(nèi)相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：采礦充填技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展前景

中圖分類號：TD803 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）23-0005-02

礦業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展引來研究者們對于采礦技術(shù)多樣化及有效性的研究，而充填法作為實用性強的采礦方法的代表，隨著近年來礦業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，其在材料準(zhǔn)備、材料輸送、材料開發(fā)等工藝環(huán)節(jié)的技術(shù)水平有很大提升。當(dāng)前，在部分發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)代化的采礦技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，例如無人礦井、遙控采礦等，現(xiàn)代化采礦技術(shù)的應(yīng)用不僅極大的提高了礦產(chǎn)資源的回采率、回收率及綜合開發(fā)利用率，還為采礦企業(yè)創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟效益，采礦技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)代化是必然的趨勢。我國礦產(chǎn)資源種類豐富，儲量巨大，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷增加，這就對采礦技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)如今，充填法已成為我國具有代表性的高效開采方法。

1 采礦充填技術(shù)的特征及優(yōu)勢

充填法在貴金屬、稀有金屬及有色金屬的開采過程中，具有廣泛的使用度，主要應(yīng)用于圍巖不穩(wěn)固的情況。查閱大量相關(guān)資料、總結(jié)成功案例經(jīng)驗后，筆者發(fā)現(xiàn)，充填法作為當(dāng)前我國采礦領(lǐng)域的主流礦石開采方法，其特征及優(yōu)勢明顯，所取得的效果顯著。

充填法的特征可以分為三點：①充填材料來源廣泛，成本較低；采、切工程量小，靈活性大；礦石損失、貧化小；能夠比較有效的維護圍巖，減少圍巖的移動和防止大面積冒落；對于薄礦脈或多品種礦石可以進行選別回采；可以防止礦床開采的內(nèi)因火災(zāi)。②充填工序在回填工序中同樣存在。③充填體可以控制采場地壓、支撐圍巖、減少采后空區(qū)圍巖的破壞、延緩采空區(qū)圍巖的移動、阻止采空區(qū)圍巖的形變。④充填體可替代礦柱，降低礦石損失及貧化。在充分考慮礦石開采的損失、貧化及安全的條件下，采礦充填技術(shù)具備降低損失及貧化、提高安全性、節(jié)約成本的特點，因此采礦充填技術(shù)將會在今后相當(dāng)一段時間內(nèi)在我國礦山開采行業(yè)方法中占據(jù)主要地位。

2 采礦充填技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

充填采礦技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，工藝水平從簡單至復(fù)雜、應(yīng)用效果從滿足基本需要到迎合多元化需求，其發(fā)展歷程印證了全球可持續(xù)發(fā)展的變化。對于采礦充填技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文從國內(nèi)及國外兩方面分別進行如下簡單介紹。

2.1 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

在國外已經(jīng)相對成熟的充填采礦法的發(fā)展后，我國將該技術(shù)引進國內(nèi)礦業(yè)行業(yè)領(lǐng)域。充填采礦法在我國的發(fā)展經(jīng)歷四個階段：

第一階段，干式充填。為了將采下礦石及其下面的充填材料分開，通過隔離材料的分隔效果，減少采礦過程中的損失率及貧化率。干式充填的關(guān)鍵在于充填材料的有效性上。干式充填所采用的主要工具為礦車。這種方法以成本低的典型特征在我國采礦業(yè)初步發(fā)展階段占據(jù)重要開采方法的位置。除了小型礦山或空間區(qū)域相對較小的開采區(qū)域外，這種方法較難滿足當(dāng)前礦業(yè)規(guī)模開采需要。它是用礦車、風(fēng)力或其它機械輸送干充填料充填采空區(qū)。隨著充填技術(shù)的不斷發(fā)展，干式充填法暴露出很多缺點，勞動力需求大、作業(yè)成本高、采場充填時間長、礦石貧化率高、生產(chǎn)率低、采場充填時不能進行回采等，這些已經(jīng)不能滿足“三強”采礦生產(chǎn)的需要。因而，國內(nèi)干式充填法所占用的比重也逐年下降。但它還是能適應(yīng)礦體產(chǎn)狀復(fù)雜變化的礦區(qū)，所以至今仍有礦山使用這種方法。

第二階段，水砂充填和膠結(jié)充填工藝。這種方法以碎石、尾砂等材料組成的集合物為充填材料，并采用碎石水力充填工藝。這種方法較干式充填方法適用范圍有所拓寬。在我國20世紀(jì)60～70年代應(yīng)用頻率較高。

第三階段，全尾砂高濃度膠結(jié)充填、高水速凝全尾砂固化膠結(jié)充填和塊石膠結(jié)充填采礦法。這一方法源于20世紀(jì)80年代末期，凡口鉛鋅礦和金川有色金屬公司試驗的全尾砂充填，結(jié)合已取得的較好效果，大廠銅坑礦采用了塊石膠結(jié)充填工藝。隨著材料科學(xué)的不斷進步發(fā)展，目前膠結(jié)材料類型、品種多樣，加上摻合料的多樣化，使膠體、漿體或膏體的成份愈加復(fù)雜和多樣，再加上漿體泵送工藝的發(fā)展，膠結(jié)充填法蓬勃發(fā)展。

第四階段，體泵送充填采礦法。該方法自1997年金川有色金屬公司簡稱了膏體泵送充填系統(tǒng)后逐漸取得成功采礦效果而被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可，這也是我國充填采礦技術(shù)不斷革新的階段性成果。

采礦充填技術(shù)在技術(shù)水平及工藝水平兩方面凸顯循序漸進的提升過程。從充填采礦法的發(fā)展方向看，可以明顯看出，這一礦業(yè)開采方法的發(fā)展順應(yīng)時代發(fā)展及行業(yè)發(fā)展的變化及行業(yè)訴求的不斷升級，在當(dāng)前國內(nèi)礦業(yè)開采領(lǐng)域內(nèi)，充填采礦方法的技術(shù)革新已經(jīng)成為其今后發(fā)展的主要趨勢，針對不同環(huán)境、不同作業(yè)條件、不同作業(yè)需求的礦山開采任務(wù)項目，需要憑借技術(shù)轉(zhuǎn)換的靈活性以提升礦山開采的作業(yè)效率。

2.2 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

國外對于充填采礦法的應(yīng)用較早，20世紀(jì)30年代初期，由霍恩礦山公司首次對充填方法試驗得到較好效果后，帶動了后續(xù)對于充填方法的持續(xù)研究及深入應(yīng)用。以加拿大的充填采礦方法的發(fā)展歷程為例，可以基本反映國外在這一方面的發(fā)展歷程。

加拿大礦業(yè)開采領(lǐng)域的充填采礦方法的雛形為以沖擊砂為充填材料的充填方法，通過提升開采空區(qū)的圍巖的穩(wěn)定度來降低礦石開采過程中的損失率及破壞度。這一方法到20世紀(jì)50年代終末期時，在充填采礦法的靈活性方面有了改善，憑借充填材料的更換，降低了原有方框支架運作需要的勞動強度大且不夠靈活的弊端影響。此后，在不斷研究及實踐經(jīng)驗積累的影響下，加拿大礦山開采人員相繼運用膠結(jié)充填、輸送充填、膏體充填等充填采礦法，大大提高了礦山開采的工作效率，同時，有效降低了充填采礦的作業(yè)成本，礦山開采的作業(yè)環(huán)境也因此得到很大改善。

特別是在20世紀(jì)50～60年代后期，包括加拿大在內(nèi)的各國都加大了充填采礦法在本國礦業(yè)開采應(yīng)用技術(shù)手段中的應(yīng)用頻率，充填采礦法已經(jīng)逐漸演變成國外采礦技術(shù)研究的重點議題。而今，國外在礦業(yè)開采方面大力推進智能化、信息化礦山建設(shè)，以進一步提升礦業(yè)開采作業(yè)效率為目標(biāo)，提升了通訊及自動化技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用頻率。技術(shù)及管理模式的不斷更新，使國外此領(lǐng)域的發(fā)展速度加快。endprint

3 采礦充填技術(shù)的發(fā)展前景推測

我國對于礦業(yè)開采的重視與投入力度，令以充填采礦法為主要技術(shù)手段的礦山開采工作呈現(xiàn)良性發(fā)展的趨勢，包括推進礦山開采的模塊化、管理化、自動化、信息化建設(shè)。未來我們可以合理推測，因采礦充填技術(shù)在技術(shù)層面的明顯應(yīng)用優(yōu)勢，其應(yīng)用范圍將更為廣泛，所產(chǎn)生的社會效益將越來越大，對于采礦充填技術(shù)未來的發(fā)展前景，筆者作如下分析。

3.1 新型填充材料的運用

目前采礦中所使用的填充料主要是骨料和水泥，少數(shù)地區(qū)根據(jù)需要會摻入一些粉煤灰或者石灰，來提高其粘結(jié)性能。由于水泥生產(chǎn)需要消耗大量的原料，對于礦山集中開挖的擴大化發(fā)展，水泥制品很難滿足實際需求，因此必須研發(fā)出一些新型的填充料，來加速市場的發(fā)展。

基于對現(xiàn)有充填材料與市場發(fā)展需求的匹配度，結(jié)合牢固的領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)知識，嘗試尋找合適的、可用的新型充填材料，以進一步降低礦石在開采過程中的損失率。需要注意的是，新型充填材料的研制原則在于降低充填采礦方法的成本，成本低、高強度的充填材料才是我們需要的。

3.2 提升充填采礦設(shè)備的水平

技術(shù)革新一方面在于理論的升級，另一方面在于配套設(shè)備儀器的質(zhì)量更新，這一道理同樣適用于充填采礦法的發(fā)展內(nèi)容。在充填采礦法的工藝流程中，充填料貯倉的處理技術(shù)需要引起領(lǐng)域內(nèi)研究人員的注意?，F(xiàn)階段，我國充填采礦法中對于充填料貯倉的注意力過低。通常儲倉中的漿料濃度應(yīng)保持在60%～75%左右，并且可以穩(wěn)定、可靠、順暢的排出，及時對現(xiàn)場進行供應(yīng)。在尋求技術(shù)手段單純革新的同時，容易忽視充填料貯倉對于充填采礦法的重要意義。提升充填料貯倉的應(yīng)用性不僅能對充填材料的質(zhì)量起到保障作用，更能降低工藝整體的成本。

3.3 加強充填采礦法與生態(tài)集合

隨著礦業(yè)市場需求的持續(xù)增加，相關(guān)從業(yè)人員在進行作業(yè)的同時，必須對環(huán)境因素、生態(tài)因素、污染因素都有充分考慮，應(yīng)極力避免只求經(jīng)濟利益而損害社會利益的行為。礦山企業(yè)本身在開挖過程中，就是對土地資源和自然環(huán)境的一種破壞，在填充過程中，更應(yīng)該注意與生態(tài)環(huán)境的集合，提升技術(shù)力量和設(shè)備工藝，將對環(huán)境的影響程度降到最低，才能保值企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，充填采礦技術(shù)的有效應(yīng)用，已經(jīng)將低效率充填工藝逐漸改造成一種高效率、大規(guī)模的先進采礦工藝。同時，井下工人勞動條件也有了很大程度的改善，礦場采場勞動效率、生產(chǎn)能力明顯有所提升。然而，采礦工業(yè)發(fā)展過程中，在提供原材料的基礎(chǔ)上，不可避免地破壞到生態(tài)環(huán)境。近年來，隨著我國礦業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)需求量不斷增加，由資源開發(fā)利用引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞、排放大量的廢料，這在很大程度上造成了全球性的生態(tài)環(huán)境污染和破壞。根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生態(tài)學(xué)理論之要求，有效解決礦山環(huán)境生態(tài)問題，最為有效的一個途經(jīng)就是將礦山廢料有效地轉(zhuǎn)化成為資源，然后對其進行重復(fù)利用，同時，還要采取可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將可回收資源變廢為寶，這也是加強充填采礦法與生態(tài)集合的重要表現(xiàn)形式。

4 結(jié) 語

基于本文分析不難看出，我國充填采礦技術(shù)未來的發(fā)展要緊靠創(chuàng)新思想展開，這里提到的創(chuàng)新不僅局限于充填采礦方法的技術(shù)手段、儀器設(shè)備的更新，更在于方法使用者及行業(yè)從業(yè)人員對于可持續(xù)發(fā)展意識的更新。換言之，充填采礦技術(shù)的發(fā)展需要銘記生態(tài)化、無害化的環(huán)保理念，并合理改善資源利用的行為模式，以實現(xiàn)我們與自然和諧共處的生存發(fā)展目標(biāo)。

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