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

?摘 要 在礦產(chǎn)資源消耗日漸增加的整體形勢下，采礦行業(yè)發(fā)展過程面臨著諸多問題，表現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害、技術(shù)經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等方面?，F(xiàn)如今公眾的環(huán)保意識顯著增強，采礦工程中充填采礦法的應(yīng)用較為常見，該方法能夠促進綠色采礦的實現(xiàn)，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。新時期下，我們應(yīng)把握時代形勢，明確采礦需求，深入研究并積極改進采礦技術(shù)，在保證采礦質(zhì)量的同時提高采礦效率，并為礦產(chǎn)資源的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 充填采礦技術(shù) 充填材料 生態(tài)保護

中圖分類號：TD82 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0067-03

1 充填采礦技術(shù)的概念與特點

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回礦區(qū)進行充填，這樣可以大大提高采礦作業(yè)的安全性。充填采礦技術(shù)也是一種人工支護采礦方法。

1.2 充填采礦技術(shù)的特點

在采礦過程中，由于充填采礦技術(shù)在采礦作業(yè)過程中對充填體有保護作用，安全性高，充填材料在新的充填過程中同時運輸。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是安全性高，由于在采礦過程中對礦區(qū)進行了有效的保護，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)。這是因為在充填采礦技術(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實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提高。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，從而進一步提高采礦過程中的經(jīng)濟效益[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)境保護作用。

2 我國充填采礦技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與國外情況對比

充填采礦法從20世紀70年代開始在中國使用，但當(dāng)時，由于中國許多礦產(chǎn)資源開采機構(gòu)有著更為傳統(tǒng)的想法，只有少數(shù)礦產(chǎn)開采機構(gòu)使用這種方法開采礦產(chǎn)資源。隨著時代的發(fā)展，我國越來越多的礦業(yè)機構(gòu)采用充填采礦法開采各種礦產(chǎn)資源。通過對中國現(xiàn)有礦業(yè)機構(gòu)使用的采礦方法的統(tǒng)計，我們可以發(fā)現(xiàn)，目前中國約70%的礦業(yè)機構(gòu)在開采礦產(chǎn)資源時仍然使用其他采礦方法，只有約30%的礦業(yè)機構(gòu)采用充填采礦法開采礦產(chǎn)資源。與中國相比，美國、加拿大等國約50%的礦產(chǎn)開采機構(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)缺乏先進性，進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)境特點和具體條件，注重人員專業(yè)素質(zhì)和技能的培養(yǎng)，切實提高礦山作業(yè)效率，確保礦山企業(yè)穩(wěn)定運行[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)人員有必要對充填材料進行研究。礦業(yè)企業(yè)在開采過程中，不可能只在一個地區(qū)或幾個地區(qū)進行開采作業(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行礦山回填。而在其技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，在我國礦產(chǎn)勘查開發(fā)過程中，充填采礦技術(shù)應(yīng)用中對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充填材料進行相應(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)不愿意進行新材料的研發(fā)。

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

充填材料的質(zhì)量直接影響充填采礦技術(shù)的應(yīng)用價值。一旦充填材料質(zhì)量不達標(biāo)，就會影響充填區(qū)域，難以控制支護強度，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)量能夠達到相關(guān)標(biāo)準，在保證充填作業(yè)質(zhì)量的同時，適當(dāng)降低成本投資，促進采礦作業(yè)機械化。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，可以促進填料的快速凝固和固化。高水性材料可實現(xiàn)無重力排水，實際輸送具有遠距離、低濃度的特點，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)新型高強度充填材料。

4 充填采礦法在我國推廣的迫切性

4.1 礦產(chǎn)資源危機

盡管充填采礦法在我國仍存在應(yīng)用率低的問題，但由于諸多因素，充填采礦法在我國仍需推廣。首先，我國礦產(chǎn)資源危機是充填采礦法需要在我國大規(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。隨著我國的逐步發(fā)展，我國礦產(chǎn)資源的消耗量越來越大。同時，我國一些礦產(chǎn)資源開采機構(gòu)在開采礦產(chǎn)資源時，由于采用了較為傳統(tǒng)的開采方法，必然會給礦產(chǎn)資源造成一定的損失。正是這兩個原因?qū)е铝宋覈V產(chǎn)資源危機的現(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。為了實現(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，可以有效緩解我國目前的礦產(chǎn)資源危機。2E5913FE-6496-4F9E-8063-22E4A17A7F99

4.2 加強新型充填采礦工藝研發(fā)

礦場與礦山環(huán)境存在差異，對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。實際開采過程中可選擇中深孔和淺孔空場采礦法，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，促進礦區(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)緊隨時代形勢加以創(chuàng)新研發(fā)，結(jié)合實際環(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)效率的同時減少成本消耗。

4.3 進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)采礦隊對礦巖相對穩(wěn)定的礦脈進行開采時，緩傾斜極薄礦脈開采中采用的削壁充填采礦法和劇烈運礦采礦法已不能再使用，需要根據(jù)礦山實際情況進行開采。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，在開采過程中，對采空區(qū)也進行了相應(yīng)的處理。此外，當(dāng)工作人員設(shè)計采礦現(xiàn)場時，他們必須綜合考慮各種情況，這是因為采場設(shè)計與充填采礦技術(shù)的質(zhì)量密切相關(guān)。目前，許多采場在設(shè)計過程中采用幾何設(shè)計方案。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，采場設(shè)計未考慮充填材料的質(zhì)量以及充填和卸料點的便利性。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，充填點和卸料點的位置對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，有必要對采礦過程中的技術(shù)進行改革和創(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

在我國礦產(chǎn)資源不斷開發(fā)的過程中，也對周邊生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞。生態(tài)環(huán)境的破壞不僅會嚴重影響人類的正常生活，而且會嚴重影響礦產(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，必須加強充填采礦技術(shù)的推廣，這是因為利用充填采礦技術(shù)開采礦產(chǎn)資源可以有效緩解對生態(tài)環(huán)境的污染，從而更好地保護當(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，為物料運輸提供支持。同時，要注意對填料和設(shè)備的管理，確保填料運輸?shù)暮侠硇浴Ｒ环矫?，?yīng)準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，科學(xué)控制材料成本。在充填采礦技術(shù)管理中，定期對機械設(shè)備和電子設(shè)備進行檢查，確保設(shè)備的良好使用性能和安全運行，規(guī)范充填材料的運輸，為充填工作的開展創(chuàng)造良好條件。

4.6 推進礦業(yè)技術(shù)進步

為了有效促進我國采礦技術(shù)的進步，還需要提高充填采礦技術(shù)的推廣效率。如上所述，我國許多礦業(yè)機構(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，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，不可避免地會出現(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)機構(gòu)的收入，而且對礦業(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)資源將嚴重阻礙我國采礦技術(shù)的進步。

因此，為了避免此類事故的發(fā)生，需要進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，促進我國采礦技術(shù)的進步[4]。

4.7 針對礦山填充設(shè)備進行研發(fā)

在充填采礦技術(shù)的應(yīng)用過程中，礦山充填設(shè)備的自動化程度和充填速度直接影響礦山的工作效率。目前，我國礦山充填設(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控制和自動化水平，進而發(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)，建立起真正的自動控制系統(tǒng)，從而促進充填采礦技術(shù)的發(fā)展。

4.8 安全生產(chǎn)

為了加強礦產(chǎn)開采過程中的安全生產(chǎn)，我們也需要加強對充填采礦技術(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，因此常常會出現(xiàn)各類安全事故。這不僅會對礦產(chǎn)資源開采人員的生命健康安全造成嚴重威脅，同時還會使得礦產(chǎn)開采機構(gòu)因此而造成一定的經(jīng)濟損失。為了有效避免此類問題的出現(xiàn)，我們必須對傳統(tǒng)的開采技術(shù)進行更換。而充填式采礦技術(shù)由于其在開采過程中需要對開采區(qū)域進行填充，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，我國已經(jīng)意識到了實施科學(xué)采礦的重要性，為積極響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的號召，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，憑借自身獨特的采礦特點和優(yōu)勢在采礦領(lǐng)域有了一定的發(fā)展。與此同時，數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，現(xiàn)階段一些國外發(fā)達國家最先意識到充填采礦法的優(yōu)勢，進而積極將充填采礦法引入國外礦業(yè)開采作業(yè)中，并獲得了較好的成效。該項采礦技術(shù)在國內(nèi)礦業(yè)開采中的應(yīng)用率遠遠低于國外發(fā)達國家的礦業(yè)開采，這一點是我國礦業(yè)開采領(lǐng)域所需要深思的。充填采礦法能夠給我國企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟、社會效益，其推廣和研究空間較為廣泛。我國采礦行業(yè)必須及時找準自身發(fā)展存在的不足，及時做好相關(guān)的政策調(diào)整，加快落實充填采礦法在采礦作業(yè)中的應(yīng)用，做好該項全新采礦技術(shù)的推廣工作，讓我國采礦技術(shù)應(yīng)用水平獲得穩(wěn)步提升，提高世界認可度。

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