楊宗澤

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井采礦施工技術(shù)也日新月異，其中采礦充填技術(shù)在各種礦井采礦工程施工技術(shù)中，以其高回采率、良好的安全性以及更加環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，甚至在我國(guó)礦井采礦工程中發(fā)揮著無(wú)可替代的作用?；诖?，文章對(duì)采礦充填技術(shù)的發(fā)展方向與前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：礦山開(kāi)采；采礦充填技術(shù)；尾砂凝結(jié)充填；水砂充填；干式填充

中圖分類(lèi)號(hào)：TD833文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）21-0075-02

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的采礦技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的滯后性，不能與新時(shí)代下的社會(huì)發(fā)展需求所匹配。而面對(duì)這樣的形勢(shì)，具有高回采率、良好的安全性以及更加環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的采礦充填技術(shù)順勢(shì)而生。采礦充填技術(shù)的核心——充填，主要是選用碎石、砂礫、煤灰渣、石塊等基質(zhì)，對(duì)在地下采礦作業(yè)時(shí)挖出的采空區(qū)進(jìn)行回填。大量實(shí)踐應(yīng)用表明，相比于傳統(tǒng)采礦技術(shù)，充填采礦法優(yōu)勢(shì)明顯：能夠有效增強(qiáng)采煤區(qū)的地層穩(wěn)定性，避免采空區(qū)發(fā)生塌陷；能夠提高礦產(chǎn)資源的回收率，大大提高可持續(xù)發(fā)展能力；而選用的填充材料都是一些廢石，經(jīng)濟(jì)性好；在尾砂回填后，能夠有效減少潛在危害以及次生災(zāi)害發(fā)生的可能；另外，還能大幅緩解礦井深處的高溫高應(yīng)力所帶來(lái)的危險(xiǎn)，確保生產(chǎn)安全。采礦充填技術(shù)的發(fā)展和成熟應(yīng)用，在大幅提高采礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能夠不斷推動(dòng)采礦相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。

1國(guó)內(nèi)外采礦技術(shù)與填充技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)內(nèi)外采礦技術(shù)的發(fā)展

國(guó)外采礦技術(shù)的自動(dòng)化和智能化程度相對(duì)較高，尤其是隨著近年來(lái)電子信息技術(shù)和智能通信技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的采礦業(yè)工作模式和管理模式已經(jīng)發(fā)生了深遠(yuǎn)的變革。在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家，自動(dòng)化的采礦技術(shù)、遙控采礦已經(jīng)應(yīng)用十分普遍，一些工作條件惡劣、危險(xiǎn)性較高的礦井，甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化開(kāi)采。高端選礦設(shè)備的引進(jìn)應(yīng)用，大大提高了采礦的經(jīng)濟(jì)性，回采率、資源綜合利用率以及選礦回收率等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于傳統(tǒng)的采礦業(yè)。

而在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求也日益膨脹，客觀上推動(dòng)了我國(guó)礦山采掘業(yè)必須不斷加強(qiáng)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，采用更高的采礦技術(shù)。其中比較有代表性的是現(xiàn)代露天采礦技術(shù)?，F(xiàn)代露天采礦技術(shù)可以根據(jù)不同的礦體、不同的礦種，在更加廣泛的區(qū)域內(nèi)靈活采用多種綜合開(kāi)采工藝，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化開(kāi)采，獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益，并不斷推動(dòng)采掘業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

1.2國(guó)內(nèi)外填充技術(shù)的發(fā)展

采礦充填法最初在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，尤其是自20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，出臺(tái)了一系列環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)，并明文規(guī)定對(duì)由于井下采礦作業(yè)造成的固體廢棄物，例如尾礦、廢石等，必須進(jìn)行妥善的無(wú)害化處理，確保符合環(huán)保要求，否則將給予罰款和停產(chǎn)處罰。例如為了保護(hù)環(huán)境，澳大利亞很少采用崩落法開(kāi)采礦物；德國(guó)政府鼓勵(lì)煤礦企業(yè)大力發(fā)展坑口電廠，對(duì)于采礦中產(chǎn)生的粉煤灰，如果企業(yè)回填至井下即可獲得5馬克/噸的獎(jiǎng)勵(lì)；而加拿大的充填率已超過(guò)40%；南非是世界上著名的黃金輸出國(guó)之一，其采礦深度已超過(guò)3000m，目前也大都采用充填法來(lái)確保礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，以確保礦區(qū)安全。

而在我國(guó)，隨著多年來(lái)采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，充填技術(shù)也逐漸得到廣泛應(yīng)用，逐漸替代崩落法，成為黑色礦山開(kāi)采中的主流技術(shù)，目前我國(guó)設(shè)計(jì)產(chǎn)能規(guī)模在1000萬(wàn)噸/年以上的大型鐵礦中已經(jīng)完全采用充填法開(kāi)采。

2采礦填充技術(shù)方法類(lèi)型

2.1尾砂凝結(jié)充填方法

所謂尾砂凝結(jié)充填方法，就是選用水泥為膠結(jié)劑，與一定比例的天然砂石、碎石塊和尾砂等進(jìn)行混合后發(fā)生凝結(jié)作用，從而形成穩(wěn)定堅(jiān)固的充填層。尾砂凝結(jié)充填技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于大大節(jié)約了工人的勞動(dòng)量，同時(shí)還提高了充填效率，該項(xiàng)方法不算高技術(shù)，目前還有部分采礦企業(yè)一直沿用該技術(shù)。

2.2水砂充填方法

水砂充填技術(shù)，顧名思義，主要是將充填物在砂漿混配區(qū)域進(jìn)行混合，然后將混合好的充填物，以砂漿泵或砂漿管道的方式，將其輸送至待充填區(qū)域。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中不斷加以改良，選擇分級(jí)后的尾砂為基材，用水利旋流器進(jìn)行脫泥，然后取懸浮液經(jīng)由砂漿管道打至采空區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠更有效地調(diào)控壓力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

2.3干式填充方法

干式填充方法有別于以上兩種方法，也是應(yīng)用歷史最悠久的一種方法。該技術(shù)的工作原理是借助于外界環(huán)境在采空區(qū)加入充填料。本方法操作工藝簡(jiǎn)單，但是其弊端也非常明顯，比如勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)成本高、工時(shí)耗時(shí)長(zhǎng)、礦區(qū)填充后無(wú)法回采等。由于這些缺點(diǎn)的存在，導(dǎo)致干式填充方法在現(xiàn)代采礦業(yè)中使用越來(lái)越少，有逐漸被淘汰的趨勢(shì)，僅在一些特殊環(huán)境下還有少量應(yīng)用。

3采礦充填技術(shù)的發(fā)展方向與前景

3.1充填材料的進(jìn)一步研發(fā)

采礦充填技術(shù)不斷發(fā)展的重要標(biāo)志之一，就是充填材料的革新變化。主要體現(xiàn)在更加具有成本優(yōu)勢(shì)、填充效果更好。例如利用的新型充填材料往往選擇礦渣水泥、普通水泥等價(jià)格相對(duì)便宜的材料為骨料，選擇高水速凝材料并適當(dāng)摻入熟石灰為膠結(jié)劑。

3.2先進(jìn)填充采礦技術(shù)的運(yùn)用

傳統(tǒng)的采礦工程施工，對(duì)作業(yè)周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境甚至可能造成難以修復(fù)的破壞，這與現(xiàn)代社會(huì)的環(huán)境保護(hù)要求以及可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相符。而在先進(jìn)充填采礦技術(shù)中，也將環(huán)保、綠色節(jié)能的要求涵蓋在內(nèi)，并不斷加強(qiáng)相關(guān)采礦新技術(shù)的研發(fā)。環(huán)保型的采礦充填技術(shù)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是在采礦工程中加以綠色概念，注重環(huán)境保護(hù)，選用更加綠色無(wú)污染的環(huán)保型填充材料，例如礦石廢料等；另外一個(gè)則是施工過(guò)程中的更加節(jié)能、更加經(jīng)濟(jì)，盡量減少能源的消耗和資源的消耗。

3.3充填設(shè)備的改進(jìn)

充填采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，也體現(xiàn)在作業(yè)方式以及相關(guān)操作設(shè)備、充填儀器的更新?lián)Q代上。其中在各類(lèi)充填設(shè)施中，充填料貯倉(cāng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗苯記Q定了充填材料的質(zhì)量以及最終的充填效果，然而在傳統(tǒng)的充填工藝中卻未對(duì)其給予足夠的重視。而在新型充填技術(shù)中，則采用了加以改良的立式充填料貯倉(cāng)，能夠有效保證充填料質(zhì)量。而在尾砂處理環(huán)節(jié)則采用精度非常高的水力旋流器。在漿料輸送環(huán)節(jié)也廣泛采用各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不斷提高作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

3.4生態(tài)化充填技術(shù)理念的滲入

充填技術(shù)的不斷發(fā)展帶來(lái)的是更加高效、更加經(jīng)濟(jì)的全方位收益。而隨著自動(dòng)化、生態(tài)化充填技術(shù)的不斷發(fā)展，大大解放了井下勞動(dòng)的工人，改善了他們的工作環(huán)境，降低了他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)卻又大大提高了他們的勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)能力。而隨著采礦工業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)程度的不斷提高，人類(lèi)的資源索取能力大大增強(qiáng)。而人類(lèi)社會(huì)不斷膨脹的資源需求，無(wú)疑會(huì)給自然環(huán)境帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，由此導(dǎo)致的資源開(kāi)發(fā)利用以及相關(guān)環(huán)保問(wèn)題，已經(jīng)成為全球社會(huì)共同面對(duì)的問(wèn)題。根據(jù)工業(yè)生態(tài)學(xué)理論的要求，需要在礦石環(huán)境保護(hù)以及礦石廢料有效使用上下大力氣。由此也決定了充填模式應(yīng)該充分考慮：內(nèi)循環(huán)技術(shù)、高經(jīng)濟(jì)效益和低廢料產(chǎn)出量。其中第一部分是構(gòu)建新模式的首要條件，施工的核心應(yīng)圍繞著提高效率、提高充填效果、降低充填成本來(lái)開(kāi)展。第二部分則是充分條件，充填應(yīng)充分考慮到經(jīng)濟(jì)收益最大化。第三部分則是為了提高廢料使用率，降低廢料產(chǎn)出。從根本上講，新型技術(shù)遵循了上述原則，既是為了促進(jìn)作業(yè)效果，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也是為了提高環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)價(jià)值和可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井采有關(guān)礦施工技術(shù)也日新月異，尤其是充填技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了更加高效、自動(dòng)化和智能化更高的采礦作業(yè)方法普及，從而提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。尤其是對(duì)于一些工作環(huán)境特殊、珍稀礦床的開(kāi)采，充填采礦法更是得到了廣泛的應(yīng)用，不斷滿(mǎn)足新形勢(shì)下的采礦資源需求。

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