充填采礦技術應用發(fā)展和存在問題探析

■王 軍 ■銅陵有色金屬集團控股有限公司冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000

社會在不斷的創(chuàng)新進步，資源利用也在快速發(fā)展，同時也加快了資源的消耗，因此，提高礦石產(chǎn)量就成為企業(yè)目前發(fā)展的主要方向。隨著礦產(chǎn)資源的快速開采與消耗，從而導致了一些自然環(huán)境問題和地理位置危害，嚴重影響了社會經(jīng)濟的發(fā)展，因此，要想解決這一問題就要采取高科技手段來維護礦產(chǎn)資源回采和利用效率，比如，應用充填采礦技術，可以很好地使礦產(chǎn)資源得到最小的耗損，更能有效地避開生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的問題。

1 大量采用充填采礦技術的具體原因

隨著我國提倡節(jié)能減排，保護環(huán)境，提高資源綜合利用率，人們意識到充填采礦技術的優(yōu)勢，充填采礦已經(jīng)成為高效采礦方法之一，具體的應用原因有以下幾方面:(1)礦石回采率高，貧化率低，綜合經(jīng)濟效益比較好，充填法可以最大限度的將地下的礦石采出;(2)減少尾礦庫的占地面積，礦山廢石可用于采空區(qū)的充填，做到了廢石不出坑，更好的保護了生態(tài)環(huán)境;(3)充填采礦法適用的巖石條件比較寬松，對頂板的要求不是太苛刻。開采地面需要保護的礦床，使用充填法可保護地面不發(fā)生陷落;充填法抑制了有自燃傾向礦床火災的發(fā)生;(4)隨著礦山的發(fā)展，逐步實現(xiàn)全面機械化。采用先進的鑿巖、出礦、支護設備，以及大力開展的充填理論研究，使充填法成為高效、可推廣使用的采礦方法;(5)隨著礦山的不斷開采，很多礦山由地下逐漸轉(zhuǎn)至深部，我國有些礦山的開拓工程已到地下一千米左右，而充填法是深部開采的有效方法，可以很好的控制地壓和巖爆活動。

2 目前充填采礦技術應用發(fā)展現(xiàn)狀

我國充填采礦法的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段:第一階段為20世紀50年代的干式充填，但由于當時設備比較落后，技術水平比較低，從采礦工效、生產(chǎn)能力及成本上制約了充填采礦技術的發(fā)展;第二階段為20世紀60、70年代以分級尾砂、河砂、風砂、碎石等為集料的水砂充填和膠結(jié)充填工藝;第三階段為20世紀80年代發(fā)展起來的全尾砂高濃度膠結(jié)充填、高水速凝全尾砂固化膠結(jié)充填和塊石膠結(jié)充填工藝;第四階段為20世紀90年代發(fā)展起來的膏體泵送充填工藝。此后，隨著各種新型充填工藝、新型膠結(jié)材料的成功應用，極大地推進了我國充填采礦技術的發(fā)展。

近20多年來，我國在充填材料、工藝、技術理論等方面取得了很多的成果和進展。主要集中在如下幾個方面:(1)利用巖體力學和充填體力學的理論，研究合理的采場結(jié)構(gòu)、回采方案和充填體承載機理;(2)利用無機化學、有機化學、膠體化學等相關理論研究新的充填膠凝材料和添加劑;(3)利用流體力學、固液兩相流理論研究充填材料輸送工藝及參數(shù);(4)采用高效率設備和電控儀表，改革出新的采礦方法，實現(xiàn)地下礦采、出、充的機械化、自動化及連續(xù)作業(yè)。

3 充填采礦技術應用發(fā)展存在的問題及實施策略

(1)完善充填采礦技術。充填采礦技術應該結(jié)合礦山特點、礦床開采技術條件，發(fā)明或創(chuàng)造一些與其他采礦技術相結(jié)合的新型采礦法。例如對于緩傾斜極薄礦脈開采，可用礦巖分掘，廢石拋擲充填空區(qū)，即削壁充填和爆力運礦相結(jié)合的采礦法。對于厚大而礦巖較穩(wěn)固的礦體，可以嘗試采用淺孔和中深孔鉆機開采，可大大提高落礦效率，對提高礦山的產(chǎn)量起到舉足輕重的作用。采后空區(qū)用尾砂膠結(jié)、塊石膠結(jié)或高水材料充填，即階段連續(xù)回采快速充填工藝，既降低成本，又增加效率。隨著礦床開采的不斷延伸，采場范圍擴大，地壓增高，尤其是高地應力礦區(qū)，不僅采場突變失穩(wěn)風險在增加，而且潛在的危害也加大。所以，進行深部充填采礦可以解決采場不平衡應力的傳遞和調(diào)整，其傳遞和調(diào)整的結(jié)果，可能導致原巖應力場再次處于平衡狀態(tài)，對于今后的礦山開采將是一個長期努力的發(fā)向和一個艱巨的科技攻關。

(2)加強充填采礦技術設備以及提高效率。提高礦山充填系統(tǒng)的自動化程度，將直接影響和制約礦山的發(fā)展，但因為我國生產(chǎn)的充填設備技術性能尚不能達到生產(chǎn)的技術要求，遏制了礦山充填技術的發(fā)展。因此，必須加強研制先進的設備，為高濃度礦漿的制備提供有效保證;同時，還要研究設備的制造材料，以減少或消除磨損與腐蝕。更重要的是要研制高濃度輸送設備，采用壓排技術，調(diào)節(jié)各段輸送壓力，防止堵管現(xiàn)象;對于充填系統(tǒng)自動控制技術，研制和引進適合于礦山應用的自動化設備和儀表，建立真正意義上的自動控制系統(tǒng)。

(3)大力研發(fā)高濃度新型充填采礦材料。充填采礦技術的執(zhí)行，是一個復雜的施工過程，由于其自身受到了結(jié)構(gòu)性以及生產(chǎn)方式不同的影響，導致最終所呈現(xiàn)出的生產(chǎn)量也有著一定的差異性，無法使得該技術形成較為固定的施工形式。所以，針對充填采礦技術來研究出相應的高強度填充材料，能夠切實有效的滿足充填技術執(zhí)行過程中的需求，并且對于其中所涉及到的多方面性能，也有著較大的改善作用。充填材料的物理特征主要取決于膠結(jié)材料的成分及組成方式，骨料的結(jié)構(gòu)成分，這兩個方面都對采場的穩(wěn)定性和充填體的強度有關鍵的影響。我國目前研制的高水材料，具有充填效率高，充填體固結(jié)速度快，低濃度遠距離輸送便利，充填料無重力水排出的特點。然而存在強度不足、極易風化的缺點，另外材料成本價格高。在礦山和其他工程應用中，沒有長期穩(wěn)固性證明其有抵抗爆破震動性與沖擊性，抵抗各種性質(zhì)滲濾水腐蝕性，以及抵抗地應力作用變形破壞與地熱作用、冰凍作用等特性，因此需要加強對高水材料的長期性能的進一步研究和開發(fā)。

(4)建立完善的充填采礦技術制度。加大充填采礦管理制度，要重視對充填體的作用及其對采場圍巖穩(wěn)定性影響的研究，主要通過對各項物理力學性質(zhì)的實測數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)按預先建立的數(shù)學模型輸入計算機進行演算，從而得出一定的結(jié)論，對充填采礦技術在實際施工中出現(xiàn)的問題具有針對性的研究并做出相關的解決方案。充填站是為了采礦現(xiàn)場而建設的，為采礦過程提供充足的充填材料。為確保采礦期間生產(chǎn)需求的充填材料符合標準，必須應用先進的電子、機械設備，然而實際操作中，采礦企業(yè)往往忽略這些用于制作充填材料的儀器和設備，缺乏對其進行定期的保養(yǎng)、檢查和維護，導致這些設備老化嚴重，過早的進入衰老期。因此企業(yè)必須提高對這些充填站的管理力度，制定科學合理的管理機制和制度。

4 總結(jié)

總之，充填采礦技術的應用符合我國的綠色開采的觀念，是一種高效、環(huán)保的采礦技術，不僅可以有效地提高礦產(chǎn)資源的回收，還能對生態(tài)自然環(huán)境起到保護作用，能夠滿足新時代的發(fā)展需求，對技術應用過程中存在問題要及時采取相關的措施加以解決，以確保充填采礦技術的發(fā)展，全面提高采礦工作效率和經(jīng)濟效益。

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