充填采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問題研究

胡洪濤 孫工

（煙臺(tái)市百恒金礦有限公司，山東 煙臺(tái) 264100）

1 充填采礦技術(shù)的概念與特點(diǎn)

1.1 充填采礦技術(shù)的概念

所謂充填采礦技術(shù)，是指在采礦過程中，不再使用傳統(tǒng)的采礦技術(shù)，而是在采礦過程中將充填材料不斷運(yùn)回礦區(qū)進(jìn)行充填，這樣可以大大提高采礦作業(yè)的安全性。充填采礦技術(shù)也是一種人工支護(hù)采礦方法。

1.2 充填采礦技術(shù)的特點(diǎn)

在采礦過程中，由于充填采礦技術(shù)在采礦作業(yè)過程中對(duì)充填體有保護(hù)作用，安全性高，充填材料在新的充填過程中同時(shí)運(yùn)輸。因此，該方法被視為平衡多種采礦技術(shù)的安全性和效率的方法。首先，充填采礦最顯著的特點(diǎn)是安全性高，由于在采礦過程中對(duì)礦區(qū)進(jìn)行了有效的保護(hù)，可以避免采礦引起的許多地質(zhì)災(zāi)害，從根本上避免各種地質(zhì)災(zāi)害引起的安全問題。其次，在充填采礦技術(shù)應(yīng)用過程中，其工作效率高于普通采礦技術(shù)。這是因?yàn)樵诔涮畈傻V技術(shù)的應(yīng)用過程中，充填采礦技術(shù)可以有效地提高礦物的回收率和利用率。再次，在充填采礦技術(shù)應(yīng)用過程中，由于充填采礦效率高，采礦效率的提高必然會(huì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。此外，在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，高效利用充填材料還可以有效節(jié)約成本，從而進(jìn)一步提高采礦過程中的經(jīng)濟(jì)效益[1]。最后，在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，大多數(shù)工作人員會(huì)使用高能材料來充填礦山。由于填土，也大大降低了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，因此具有一定的環(huán)境保護(hù)作用。

2 我國(guó)充填采礦技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與國(guó)外情況對(duì)比

充填采礦法從20 世紀(jì)70 年代開始在中國(guó)使用，但當(dāng)時(shí)，由于中國(guó)許多礦產(chǎn)資源開采機(jī)構(gòu)有著更為傳統(tǒng)的想法，只有少數(shù)礦產(chǎn)開采機(jī)構(gòu)使用這種方法開采礦產(chǎn)資源。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)越來越多的礦業(yè)機(jī)構(gòu)采用充填采礦法開采各種礦產(chǎn)資源。通過對(duì)中國(guó)現(xiàn)有礦業(yè)機(jī)構(gòu)使用的采礦方法的統(tǒng)計(jì)，我們可以發(fā)現(xiàn)，目前中國(guó)約70%的礦業(yè)機(jī)構(gòu)在開采礦產(chǎn)資源時(shí)仍然使用其他采礦方法，只有約30%的礦業(yè)機(jī)構(gòu)采用充填采礦法開采礦產(chǎn)資源。與中國(guó)相比，美國(guó)、加拿大等國(guó)約50%的礦產(chǎn)開采機(jī)構(gòu)采用充填采礦法開采礦產(chǎn)資源。

3 充填采礦技術(shù)存在的問題及解決措施

3.1 大力提升采礦技術(shù)水平

充填采礦技術(shù)在礦山企業(yè)的發(fā)展中應(yīng)用較為普遍，但技術(shù)水平普遍較低，存在一定的制約因素。一些礦山企業(yè)沒有根據(jù)采礦工藝的相關(guān)原則選擇采礦工藝，沒有系統(tǒng)地分析礦區(qū)的實(shí)際情況，導(dǎo)致充填采礦工藝的選擇不夠恰當(dāng)。采礦技術(shù)缺乏先進(jìn)性，進(jìn)一步影響了采礦效率。一些礦山企業(yè)專業(yè)技能有限，不符合工作要求，導(dǎo)致采礦作業(yè)出現(xiàn)一些問題。針對(duì)這種情況，礦山企業(yè)要科學(xué)選擇開采工藝，明確礦區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)和具體條件，注重人員專業(yè)素質(zhì)和技能的培養(yǎng)，切實(shí)提高礦山作業(yè)效率，確保礦山企業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

3.2 充填材料研發(fā)問題

為了應(yīng)用充填采礦技術(shù)，相關(guān)人員有必要對(duì)充填材料進(jìn)行研究。礦業(yè)企業(yè)在開采過程中，不可能只在一個(gè)地區(qū)或幾個(gè)地區(qū)進(jìn)行開采作業(yè)。由于企業(yè)開采面積大，各區(qū)域結(jié)構(gòu)、地形差異較大。因此，企業(yè)在開采過程中不可能只使用一種充填材料進(jìn)行礦山回填。而在其技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，在我國(guó)礦產(chǎn)勘查開發(fā)過程中，充填采礦技術(shù)應(yīng)用中對(duì)充填材料的總體要求也在不斷提高。然而，許多礦山企業(yè)在開采過程中并沒有對(duì)充填材料進(jìn)行相應(yīng)的改革和創(chuàng)新，已經(jīng)處于適應(yīng)現(xiàn)狀的階段。在采礦過程中，他們往往認(rèn)為只需要完成回填作業(yè)即可，而充填材料的質(zhì)量不在他們的考慮范圍之內(nèi)。因此，這些企業(yè)不愿意進(jìn)行新材料的研發(fā)。

3.3 針對(duì)充填材料質(zhì)量差的問題，積極研發(fā)新型高強(qiáng)度充填材料

充填材料的質(zhì)量直接影響充填采礦技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。一旦充填材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，就會(huì)影響充填區(qū)域，難以控制支護(hù)強(qiáng)度，影響采空區(qū)圍巖狀態(tài)，導(dǎo)致其位移或破壞。這樣，采礦作業(yè)存在很大的安全隱患，極易發(fā)生安全事故。如果充填材料的質(zhì)量能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在保證充填作業(yè)質(zhì)量的同時(shí)，適當(dāng)降低成本投資，促進(jìn)采礦作業(yè)機(jī)械化。為了有效地提高充填材料的質(zhì)量，應(yīng)從透水性、擠壓程度、耐高溫性和抗壓強(qiáng)度等方面入手，滿足多種特性，保證充填材料滿足開采需要。就目前的填充技術(shù)而言，它一般基于高水性材料，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以促進(jìn)填料的快速凝固和固化。高水性材料可實(shí)現(xiàn)無重力排水，實(shí)際輸送具有遠(yuǎn)距離、低濃度的特點(diǎn)，不污染礦井下部，便于控制排水成本。因此，今后充填采礦技術(shù)的發(fā)展應(yīng)大力開發(fā)新型高強(qiáng)度充填材料。

4 充填采礦法在我國(guó)推廣的迫切性

4.1 礦產(chǎn)資源危機(jī)

盡管充填采礦法在我國(guó)仍存在應(yīng)用率低的問題，但由于諸多因素，充填采礦法在我國(guó)仍需推廣。首先，我國(guó)礦產(chǎn)資源危機(jī)是充填采礦法需要在我國(guó)大規(guī)模推廣的重要原因之一。

眾所周知，礦產(chǎn)資源是由長(zhǎng)期地質(zhì)作用產(chǎn)生的，因此礦產(chǎn)資源可以稱為不可再生資源。隨著我國(guó)的逐步發(fā)展，我國(guó)礦產(chǎn)資源的消耗量越來越大。同時(shí)，我國(guó)一些礦產(chǎn)資源開采機(jī)構(gòu)在開采礦產(chǎn)資源時(shí)，由于采用了較為傳統(tǒng)的開采方法，必然會(huì)給礦產(chǎn)資源造成一定的損失。正是這兩個(gè)原因?qū)е铝宋覈?guó)礦產(chǎn)資源危機(jī)的現(xiàn)狀[3]。要解決這一問題，不僅需要提高礦產(chǎn)資源的開采效率，還需要避免礦產(chǎn)資源在開采過程中的浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，大力推廣充填采礦法是十分必要的。由于充填采礦法不僅具有較高的回收率，而且具有低貧化率、高廢棄物利用率和環(huán)保效果，可以有效緩解我國(guó)目前的礦產(chǎn)資源危機(jī)。

4.2 加強(qiáng)新型充填采礦工藝研發(fā)

礦場(chǎng)與礦山環(huán)境存在差異，對(duì)于采礦工藝也提出了差異化要求，部分礦區(qū)中存在優(yōu)渥的礦產(chǎn)資源。實(shí)際開采過程中可選擇中深孔和淺孔空?qǐng)霾傻V法，采空區(qū)充填過程中可選用塊石膠結(jié)工藝、尾砂膠結(jié)充填工藝，也可選用高水材料，在保證充填質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)礦區(qū)利用效率的顯著提升。充填采礦作業(yè)中不可局限于固有的充填工藝技術(shù)，應(yīng)當(dāng)緊隨時(shí)代形勢(shì)加以創(chuàng)新研發(fā)，結(jié)合實(shí)際環(huán)境探尋具有高度適應(yīng)性的采礦工藝技術(shù)，在保證采礦生產(chǎn)效率的同時(shí)減少成本消耗。

4.3 進(jìn)行采礦工藝的改革與創(chuàng)新

在開采過程中，如果要應(yīng)用充填采礦技術(shù)，首先需要將采礦技術(shù)與礦床開采技術(shù)的條件和礦山的整體特征相結(jié)合，以確保充填采礦技術(shù)可以應(yīng)用于不同狀態(tài)的礦山。例如，在采礦過程中，如果需要開采緩傾斜且非常薄的礦脈，工作人員可以在采礦過程中使用礦鹽單獨(dú)開采的方法。開采過程中的廢石可拋入充填區(qū)，完成緩傾斜極薄礦脈的開采。但是，當(dāng)采礦隊(duì)對(duì)礦巖相對(duì)穩(wěn)定的礦脈進(jìn)行開采時(shí)，緩傾斜極薄礦脈開采中采用的削壁充填采礦法和劇烈運(yùn)礦采礦法已不能再使用，需要根據(jù)礦山實(shí)際情況進(jìn)行開采。例如，礦工可以使用尾礦、膠結(jié)塊石或高水材料填充挖空區(qū)域的方法。也就是說，我們經(jīng)常提到階段連續(xù)開采和快速充填開采技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用于礦巖相對(duì)穩(wěn)定的礦體開發(fā)，可以有效提高采礦效率，降低采礦企業(yè)在采礦過程中可能發(fā)生的成本。同時(shí)，在開采過程中，對(duì)采空區(qū)也進(jìn)行了相應(yīng)的處理。此外，當(dāng)工作人員設(shè)計(jì)采礦現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，他們必須綜合考慮各種情況，這是因?yàn)椴蓤?chǎng)設(shè)計(jì)與充填采礦技術(shù)的質(zhì)量密切相關(guān)。目前，許多采場(chǎng)在設(shè)計(jì)過程中采用幾何設(shè)計(jì)方案。該方案之所以被廣泛采用，通常是為了有效地適應(yīng)礦山生產(chǎn)的總體要求，最大限度地保證礦山生產(chǎn)過程中的交通便捷。但是，采場(chǎng)設(shè)計(jì)未考慮充填材料的質(zhì)量以及充填和卸料點(diǎn)的便利性。在采礦過程中，一旦充填材料離開供漿管道或車輛鏟斗，充填材料的質(zhì)量就不再由礦山工作人員控制。

因此，在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，充填點(diǎn)和卸料點(diǎn)的位置對(duì)充填材料的離析影響很大。因此，在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展過程中，有必要對(duì)采礦過程中的技術(shù)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，以確保采礦技術(shù)更好地服務(wù)于企業(yè)的采礦過程。

4.4 生態(tài)保護(hù)

在我國(guó)礦產(chǎn)資源不斷開發(fā)的過程中，也對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。生態(tài)環(huán)境的破壞不僅會(huì)嚴(yán)重影響人類的正常生活，而且會(huì)嚴(yán)重影響礦產(chǎn)資源的產(chǎn)生。此外，生態(tài)環(huán)境的破壞還將導(dǎo)致嚴(yán)重的氣候變化，甚至一些地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴、酸雨等極端天氣，直接影響當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ?。為避免此類事故的發(fā)生，必須加強(qiáng)充填采礦技術(shù)的推廣，這是因?yàn)槔贸涮畈傻V技術(shù)開采礦產(chǎn)資源可以有效緩解對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，從而更好地保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

4.5 重視充填采礦技術(shù)管理

充填采礦技術(shù)的應(yīng)用需要規(guī)范建立充填站，為物料運(yùn)輸提供支持。同時(shí)，要注意對(duì)填料和設(shè)備的管理，確保填料運(yùn)輸?shù)暮侠硇?。一方面，?yīng)準(zhǔn)確記錄充填采礦技術(shù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的充填材料消耗量，確保充填材料質(zhì)量可靠，以保證利用的差異性和合理性，最大限度地防止材料浪費(fèi)，科學(xué)控制材料成本。在充填采礦技術(shù)管理中，定期對(duì)機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備的良好使用性能和安全運(yùn)行，規(guī)范充填材料的運(yùn)輸，為充填工作的開展創(chuàng)造良好條件。

4.6 推進(jìn)礦業(yè)技術(shù)進(jìn)步

為了有效促進(jìn)我國(guó)采礦技術(shù)的進(jìn)步，還需要提高充填采礦技術(shù)的推廣效率。如上所述，我國(guó)許多礦業(yè)機(jī)構(gòu)使用的采礦方法仍然是傳統(tǒng)采礦方法。然而，這些傳統(tǒng)的采礦方法不僅具有安全性低、回收率低的特點(diǎn)，而且不能充分利用礦產(chǎn)資源開采過程中產(chǎn)生的大量廢棄物資源。因此，采用傳統(tǒng)采礦方法開采礦產(chǎn)資源時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)采礦效率低、采礦人員安全性低等問題。這些問題不僅直接影響到礦業(yè)機(jī)構(gòu)的收入，而且對(duì)礦業(yè)人員的生命、健康和安全構(gòu)成極大威脅。此外，采用傳統(tǒng)采礦方法開采礦產(chǎn)資源將嚴(yán)重阻礙我國(guó)采礦技術(shù)的進(jìn)步。

因此，為了避免此類事故的發(fā)生，需要進(jìn)一步推廣充填采礦技術(shù)，從而有效地提高礦產(chǎn)資源的開采效率，促進(jìn)我國(guó)采礦技術(shù)的進(jìn)步[4]。

4.7 針對(duì)礦山填充設(shè)備進(jìn)行研發(fā)

在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，礦山充填設(shè)備的自動(dòng)化程度和充填速度直接影響礦山的工作效率。目前，我國(guó)礦山充填設(shè)備在工作過程中普遍存在技術(shù)性能差、穩(wěn)定性低等問題，極大地制約了充填采礦技術(shù)的發(fā)展。因此，有必要研究和開發(fā)礦山充填設(shè)備。這樣可以有效地提高礦山充填自動(dòng)控制和自動(dòng)化水平，進(jìn)而發(fā)展充填采礦技術(shù)。在設(shè)備開發(fā)過程中，員工應(yīng)進(jìn)行高效濃縮設(shè)備的研發(fā)，以確保高濃度全尾漿的總制備量。在設(shè)備開發(fā)過程中，還應(yīng)盡可能降低礦山充填設(shè)備在運(yùn)行過程中的磨損程度，改善輸送管道易堵塞的現(xiàn)象，通過設(shè)備的研發(fā)，建立起真正的自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而促進(jìn)充填采礦技術(shù)的發(fā)展。

4.8 安全生產(chǎn)

為了加強(qiáng)礦產(chǎn)開采過程中的安全生產(chǎn)，我們也需要加強(qiáng)對(duì)充填采礦技術(shù)的推廣。在當(dāng)前礦產(chǎn)資源開采過程中，由于其所使用的開采技術(shù)較為老套，因此常常會(huì)出現(xiàn)各類安全事故。這不僅會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源開采人員的生命健康安全造成嚴(yán)重威脅，同時(shí)還會(huì)使得礦產(chǎn)開采機(jī)構(gòu)因此而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。為了有效避免此類問題的出現(xiàn)，我們必須對(duì)傳統(tǒng)的開采技術(shù)進(jìn)行更換。而充填式采礦技術(shù)由于其在開采過程中需要對(duì)開采區(qū)域進(jìn)行填充，因此可以有效避免由于礦井坍塌而造成安全事故，從而有效提升了開采人員的安全性。

5 結(jié)論

當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)意識(shí)到了實(shí)施科學(xué)采礦的重要性，為積極響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的號(hào)召，減緩礦產(chǎn)資源的枯竭，采礦行業(yè)必須做好相關(guān)的調(diào)整工作，實(shí)施科學(xué)、高效的采礦策略。充填采礦法作為一種現(xiàn)代化采礦方案，憑借自身獨(dú)特的采礦特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在采礦領(lǐng)域有了一定的發(fā)展。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，現(xiàn)階段一些國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家最先意識(shí)到充填采礦法的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而積極將充填采礦法引入國(guó)外礦業(yè)開采作業(yè)中，并獲得了較好的成效。該項(xiàng)采礦技術(shù)在國(guó)內(nèi)礦業(yè)開采中的應(yīng)用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的礦業(yè)開采，這一點(diǎn)是我國(guó)礦業(yè)開采領(lǐng)域所需要深思的。充填采礦法能夠給我國(guó)企業(yè)和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，其推廣和研究空間較為廣泛。我國(guó)采礦行業(yè)必須及時(shí)找準(zhǔn)自身發(fā)展存在的不足，及時(shí)做好相關(guān)的政策調(diào)整，加快落實(shí)充填采礦法在采礦作業(yè)中的應(yīng)用，做好該項(xiàng)全新采礦技術(shù)的推廣工作，讓我國(guó)采礦技術(shù)應(yīng)用水平獲得穩(wěn)步提升，提高世界認(rèn)可度。