巴彦淖尔西部铜业有限公司内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区 015000
摘要：主要介绍了充填法采矿和充填技术的应用现状、发展趋势及其应用前景，并分析了矿山采用充填法开采所拥有的优势及面临的技术挑战。
关键词：充填采矿法；充填技术；现状；发展
一、充填技术研究进展及现状
充填法的发展过程中充填技术一直困扰着其发展，直到1957年，分级尾砂加硅酸盐水泥的胶结充填在加拿大鹰桥公司哈迪矿应用成功，使胶结技术达到了生产使用阶段，此后，充填法得到非常迅速的发展。为了及时加强学术交流，国际充填采矿大会已由过去的5年一届改为每隔3年召开一次。充填技术从主流工艺来看，胶结充填的发展大体经历了3个阶段：水力充填、高浓度充填和膏体充填。
我国充填工艺技术的发展，经历了4个阶段：
第一阶段是20世纪50年代，均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺。
第二阶段是20世纪60年代～70年代，矿山广泛采用低浓度砂浆和普通混凝土充填代替以前的干式充填。
第三阶段是20世纪80年代，高浓度砂浆充填、块石胶结充填实验研究成功并在生产中开始应用。在高浓度尾砂充填时，为了增加充填体强度和充填料浆的滤水速度、提高井下作业效率，通常采用分级尾砂充填，细粒级尾砂单独排放，但是这样增加了尾砂的处理难度和库坝的维护费用。于是人们开始研究利用全尾砂料浆作充填材料的充填工艺，20世纪90年代初，国内金川镍矿、凡口铅锌矿、招远金矿等矿山开始了全尾砂充填的实验研究工作。
第四阶段是20世纪90年代，膏体泵送充填研究成功并应用于生产，高水速凝充填技术取得了很大进展并在一些地下矿山进行了实验和工业性生产。1991年，北京有色设计研究总院(中国恩菲)和金川镍矿合作，进行了膏体充填的工业实验，并建成了相应的充填系统，1992年中国恩菲在铜绿山铜铁矿设计建成了我国第二套膏体充填系统，2006年中国恩菲在云南会泽铅锌矿设计建成我国第三套膏体充填系统。在此期间，全尾砂高浓度充填技术取得了很大的进展，冬瓜山铜矿建成了国内最大的全尾砂高浓度充填系统，水泥替代用品的研究工作也取得了很大进展，并在一些矿山得到应用。目前，我国在充填工艺技术和装备水平方面已经达到了世界矿业发达国家的先进水平。
二、充填采矿法的优势分析
2.1技术优势
随着矿山逐步转入深部开采，高应力、高温等问题日益突出，使采矿作业遇到一系列的难题。岩爆和岩层冒落是深井矿山开采时面临的一个极大难题，经过矿业界对岩爆机理的研究才取得了一定的进展，总结出减少采空区体积有3种方法，即降低回采宽度、留间隔的条形矿柱和充填采空区。降低回采宽度，生产效率会降低，与采用大型设备的趋势不符；留条形矿柱，则矿石的回收率下降，不利于充分回收资源；因此只有充填空区是最佳选择。井下热环境主要体现在对井下工作人员身体健康的危害和降低生产效率两个方面，生产实践证明井下气温过高，严重时会出现中暑死亡事故。前苏联的统计资料显示工作面温度达到30~C时，劳动效率系数为0.8，高于30℃时，劳动效率系数为0.7。可见井下热害对生产造成了极为恶劣的影响。因充填体具有隔热作用，所以对高温矿床的开采具有重要意义。崩落法和空场法开采过程中，由于生产是在已崩落的矿石和废石覆盖下进行，或者生产中会留下大量的空区，崩落层和空区的漏风会大大减少风量有效利用率，造成通风费用的增加，并会导致井下生产环境恶化，影响井下人员安全和设备的效率。采用充填法开采，能够对井下空区及时充填，有效地解决了通风漏风问题，大大提高了通风效率。
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2.2环境优势
随着采矿业的兴盛，许多地方生态环境遭到了严重的破坏，特别是一些生产环境比较脆弱的地方，其经济损失更是难以估量。充填法开采相对其他的采矿方法而言具有非常明显的环境优势，对环境保护具有重大意义。一方面可以有效防止地表出现沉降、开裂等问题，保护地表建筑物、文物、古迹、环境等免遭破坏，例如大湾钼矿，为保护矿体上方的古长城，选取充填法开采；栖霞山铅锌矿地处风景秀丽的栖霞山，采用充填法开采完全实现了无废开采，很好地保护了风景区。另一方面还可以将大部分的尾砂充填到井下空区，减少地表尾矿库的堆存量，从而减少尾矿库的潜在危险，近年来，尾矿库垮坝的事件时有发生，不仅造成了巨大的经济财产损失，而且还伴随着大量的人员伤亡，因此减少尾矿在地表的堆存，不仅有利于环境保护，而且还具有较大的社会效益。
2.3经济优势充填法
开采具有矿石回采率高、贫化小的特点，且其开采较为灵活，其首采位置可以选在矿石品位高的矿段，有利于前期快速收回投资，具有较好的经济效益。随着国家对环境保护的重视，环保成本也将显著提高，因此以成本优势著称的崩落法与充填法相比也失去了优势。以某铁矿为例，在设计过程中针对无底柱分段崩落和大直径深孔嗣后充填法进行了详细的技术经济比较。采用大直径深孔嗣后充填法，相比可为企业增加利润总额3．92亿元／a；且该方案可比净现值明显高于无底柱分段崩落法，因此采用充填法将会获得更好的经济效益。
三、充填采矿法面临的问题及发展趋势
3.1超大规模矿山的充填技术
随着机械工业的发展，采矿设备也不断大型化．从而带动矿山的生产规模不断增加，特别是地质资源量大的矿床，据不完全统计，目前国内外正处于设计或生产阶段的充填法矿山，规模超过1000万t／a的有近10座。因此还需要投入大量的人力、物力研究超大生产规模的系统设置和相应的配套设备。
3.2膏体充填料浆流变性能的研究
膏体充填料浆流变性能的研究，对充填系统的优化、充填作业经济效益的提高具有极其重要的意义。作为非牛顿流体的全尾矿膏体，特别是在添加不同比例的胶凝材料乃至部分炉渣等骨料时，其流变性能会有很大差异，而且受诸多不易估量的变量的影响，到目前为止，还缺乏对这种物料的流变性能的系统研究。膏体充填技术对于改善井下作业环境，提高充填体强度和采场生产效率都有着重要意义，因此进一步完善和推广膏体充填技术也将是发展的方向之一。
3.3降低生产成本
虽然充填采矿法具有很多的优势，但是采矿成本较高一直困扰其发展。胶结充填采矿中，充填费用一般占采矿总成本费用的20％左右，有的甚至高达40％。例如，金川镍矿充填成本就占到了采矿总成本的1／3，而充填成本中充填材料的费用占85％以上，其中水泥成本占总充填材料成本的40％～50％[4]。因此降低充填成本主要途径就是开发研制能够取代水泥并且低成本、高强度的新型充填胶凝材料。通过十多年的研究，虽然取得了大量高水平的研究成果，但是国内外的许多资料表明，我国目前采用胶结充填时的水泥消耗量远高于国外，因此仍有很大的改善空间。
结语
随着矿山资源的逐渐减少和对生态环境的保护要求不断提高，矿山开采过程中对矿石的回收率及环境影响会越来越重视，因此充填采矿法的应用比重将会不断增加。由于技术的进步，充填采矿法将会向着高效化方向发展，深孔空场嗣后充填法和分段空场嗣后充填法等高效率的充填采矿法将会进一步完善，并将得到更多的应用；高浓度全尾充填、膏体充填等充填工艺技术和设备将有较大的发展。总之，充填采矿法及其相关工艺将会有广阔的发展前景。
参考文献
[1]张大照.充填采矿法的应用及优化提高[J].科技风，2014(2).
[2]王锐.探析充填采矿法的应用现状及发展方向[J].科技展望，2015(28).
[3]万海涛，方勇，肖广哲，秦杨.充填采矿法的应用现状及发展方向[J].世界有色金属，2011（11）：34-36.
[4]张海波，宋卫东.评述国内外充填采矿技术发展现状[J].中国矿业，2012（02）：45-46.
[5]解伟，隋利军，何哲祥.基于采矿充填的尾矿处置技术应用前景[J].工业安全与环保，2013（08）：67-68.
论文作者:刘磊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/26
标签：井下论文; 矿山论文; 技术论文; 崩落论文; 尾矿论文; 成本论文; 优势论文; 《基层建设》2017年第33期论文;