浅析采矿理念与充填采矿

赵亮

关键词：采矿；理念；充填

1引言

传统采矿理念认为采矿是矿产资源开发利用的前端工序。矿区生态恢复和环境治理是末端工序。在矿床开采过程中，人们通常注重于矿床开采的经济活动，较少结合开采过程考虑矿床开采对自然环境的严重负而影响。往往在矿区出现严重的生态破坏和环境污染甚至存在重大危险源的情况下再进行末端治理，较少按照矿产资源开发与生态环境相协调的理念，将矿床开采的各工序作为一个系统从源头解决开采与环保问题。

2现代采矿理念

采矿是自地壳内和地表开采矿产资源的技术和科学。广义的采矿还包括煤和石油的开采。采矿工业是一种重要的原料工业，金属矿石是冶炼工业的主要原料，非金属矿石是重要的化工原料和建筑材料。显而易见，传统采矿理念的核心缺陷是矿床开采(前端)与环境治理(末端)的不协调，分割处理，治标不治本。于是，多年来的开发造成大量土地受到破坏、大量固体废料堆放地表、井下存在大量采空区等给自然生态与社会经济生活带来负而影响的系列问题。

3充填采矿

中国在西周末年已使用支架充填采矿法，并且一直到20世纪50年代以前，还大量使用干式充填采矿法。60年代干式充填采矿法逐渐被其他高效率采矿法所代替。70年代逐步使用尾砂充填和胶结充填技术。以及自行式无轨采掘设备，大力发展水砂充填采矿法和胶结充填采矿法，从而使充填采矿法的矿石产量比重逐渐增大。1990年有色金属地下矿山采用充填采矿法采出的矿石比重为16.92%。其他国家金属矿山采用充填采矿法采出的矿石比重也在增大。

3.1允填采矿概述

充填采矿法是指伴随落矿、运搬其他作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法。充填的目的是支护采空区两帮岩石，并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。它适用于矿石和围岩不稳固，不允许有较大暴露面的矿床；地表需要保护的矿床；稀有贵金属或高品位的矿床；有自燃性的硫化矿床；赋存条件复杂的矿床等。

3.2允填采矿发展趋势

充填采矿技术具有消除采动引起的地表下沉和改善采矿应力环境功能，具有低贫损开采、提高资源综合利用率功能和“采富保贫”远景资源保护功能，具有降低废石尾砂等固体废料排放、甚至根本消除采矿末端处理达到无废开采的功能，具有适应各种复杂难采矿床开采的功能。充填采矿法的发展趋势是提高分层高度，发展分段充填和阶段充填，简化充填工艺，提高胶结充填体强度．使用管道水力输送高浓度充填材料。寻找新充填材料和研究新输送工艺。

由于充填采矿法能够最大限度地回收矿产资源，保护地下、地表环境，特别是近些年来，而随着充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步，充填采矿法在有色金属矿山和贵重金属矿山得到了广泛应用。随着充填成本的不断降低和矿产品价格的持续走高，充填法因其无可替代的优势，在煤矿、铁矿等传统上不宜采用充填法的矿山，应用比重也越来越大。

3.3允填采矿方法

3.3.1上向水平分层充填法

这个是国内外应用最广泛的充填采矿法之一，其特征是：将矿块划分为矿房、矿柱，先采矿房，后采矿柱。矿房自下而上分层（水平分层或倾斜分层）回采，每回采一个或若干个分层后，及时进行充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件；矿柱按合理的回采顺序用充填法或其他合适的方法开采。

3.3.2下向进路充填法

对于矿石价值特高、但矿岩均不稳固的金属矿床，上向水平分层充填法不能保证回采作业安全时，可以考虑采用下向进路充填法。其主要特征是：在阶段内，自上而下在分层人工假顶保护下顺序分层进路（巷道）回采、进路充填。该方法由于生产环节多，人工假顶要求强度高、整体性好，因此生产成本较高。

3.3.3分层充填采矿法

这个方法虽然具有回收率高、贫化率低等突出优点，但由于充填次数较多，不仅工艺复杂，而且每次充填后都需要一定的养护时间，才能进入下一个回采作业循环，致使成本增加，生产能力受到影响。在矿岩稳固性较好的条件下，可以采用嗣后（事后）充填法，其主要特征是：在阶段内，将矿体交替划分为矿房和矿柱，先用空场法回采矿柱，待整个矿块回采完毕后，进行一次胶结充填，形成人工矿柱，胶结体达到养护时间后，在人工矿柱保护下，用同样的方法回采矿房，矿房回采完毕后，进行一次非胶结充填。由于充填工作是在矿块的整个阶段内一次完成，因此该方法亦称为阶段充填法。

4.现代采矿理念与充填采矿

4.1基于可持续发展观，本世纪初钱鸣高院士及其研究团队提出了煤炭绿色开采的理念并构建了绿色开采技术框架。绿色开采模式是针对煤炭开采造成的严重环境问题提出的，它是从广义资源的角度认识和对待煤、瓦斯、地下水、土地、矸石等一切可以利用的资源。绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，为此就要形成一种使资源与环境相互协调的开采技术，其基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。

4.2充填采矿的研究方向

矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术。基于现时期下充填工艺技术的应用与研究现状，尾砂与废石仍然是矿山充填的主体骨料，而且尾砂排放量更大。因此，矿山应着力研究并推广尾矿干排技术。重点研究尾矿高效回填采空区大规模工程化过程中尾矿低成本浓缩技术、尾矿高浓度大泵量井下输送技术、采空区快速充填关键技术和井下充填污染控制技术。须攻克选矿尾矿不入库、连续回填采空区技术及尾矿高效回填采空区成套装备及自动控制技术。因地制宜推广现有全尾砂胶结充填采矿技术。研究开发尾矿胶结充填用低成本高效新型胶凝材料大规模生产技术、尾砂膏体一似膏体胶结充填料高效制备技术、充填料大泵量高效输送技术。须研究解决复杂采空区高效密闭技术、尾矿胶结充填料在采空区快速充填及快速固化技术。

6结束语

总之，充填采矿技术的采用符合国家“绿色矿山”理念，是一种高效的采矿技术，不仅可以提高矿产资源的回采率综合利用率，还能对地表生态环境起保护作用，有利于满足时代的发展要求。采矿企业采用充填采矿技术时，应不断改善和创新该技术，并对技术使用过程中出现的问题进行归纳总结，及时采取相应措施解决这些问题，以保证充填采矿技术的有效性，全面提高采矿效率和质量。

参考文献：

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[3]黄铭洪.环境污染与生态修复[M]比京:科学出版社，2004