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[摘要] 介绍了充填采矿法在国内外的发展现状[1]及其安全性高、回采率高、对地表生态环境破坏较小等一系列优点, 论述了干式充填法、水砂充填法、胶结充填法和充填法的适用条件、发展方向, 提出了随着科学技术的进步, 充填采矿法必将成为矿床地下开采中的最主要的采矿方法。
[关键词] 充填采矿法干式充填水砂充填胶结充填膏体充填
引言
近年来, 由于矿产资源日渐萎缩, 矿山生产能力有逐年下降的趋势。为了保证矿山生产的连续性和资源的有效回收利用,因此,充填采矿目前作为一种高效的开采方法[1]被应用到各个矿山。
1.国内外充填法采矿的现状
1.1 国外充填法采矿的现状
充填采矿法的研究在国外发展较早[2]。1930年霍恩矿山公司首次试验磁黄铁矿尾砂和炼铜炉渣干式充填获得成功。20世纪50年代，澳洲一些地下金属矿山，以水力充填取代了早期使用的干式充填。1962年加拿大Food矿首次采用尾砂和水泥胶结充填。1969年澳大利亚芒特艾萨铜矿首次采用水泥胶结充填回采底柱，同时进行铅锌铜冶炼炉渣代替水泥的研究。20世纪70年代，尾砂胶结充填工艺开始在金属矿山推广应用。1993年加拿大发展了膏体充填技术，膏体充填技术的出现只是近10年的事，但发展极为迅速。一些矿业发达国家，如澳大利亚，1997年8月建成的大型地下矿山坎宁顿(Cannington)矿，就采用了膏体充填系统，而芒特艾萨矿业公司为开采深部的3500m矿体，在1998年底建成一个膏体充填系统。
1.2 国内充填采矿法的应用
中国矿山数量多,开发与应用的充填工艺与技术类型多,尤其是近十余年来,在新的充填技术的研究开发和推广应用方面均取得了长足的进步[2]。我国充填采矿法的发展经历了四个阶段：第一阶段为20世纪50年代的干式充填；第二阶段为20世纪60、70年代以分级尾砂、河砂、风砂、碎石等为集料的水砂充填和胶结充填工艺；1960年，湘潭锰矿为了防止矿坑内因火灾，采用了碎石水力充填技术，1965年锡矿山南矿为了控制采场大面积地压，使用了尾砂水力充填工艺，1968年凡口铅锌矿为了满足采矿工艺要求，首次采用分级尾砂和水泥胶结充填工艺；第三阶段为20世纪80年代发展起来的全尾砂高浓度胶结充填、高水速凝全尾砂固化胶结充填和块石胶结充填工艺，上世纪80年代末， 1988年大厂铜坑矿采用了块石胶结充填工艺；第四阶段为20世纪90年代发展起来的膏体泵送充填工艺， 1999年大冶有色金属公司也采用了膏体泵送充填技术。此后，随着各种新型充填工艺、新型胶结材料的成功应用，极大地推进了我国充填采矿技术的发展[3]。
2.充填采矿法的分类
充填采矿法依据充填材料的不同可分为：干式充填法；水砂充填法；胶结充填法[10]。其发展经历了由干式充填到最初为不含胶结剂的水砂充填，以后发展了胶结充填（见图一）。
图一充填采矿法分类
2.1 干式充填法
干式充填采矿法用矿车、风力或其它机械输送干充填料(如废石、砂石等)充填采空区，也是充填采矿技术最早采用的方法[11]。
图二 煤矸石干式充填构筑挡墙示意图
采用此法应注意以下几个问题。
(1)填料不能有太高的含硫量和放射性物质，含泥量亦不宜超过15％。
(2)充填料井的位置应选择在便于运输和稳固地层中。
(3)充填时宜有序分层装填，层间可视情况铺垫人工织物或荆巴、柴棍类填充物，以增加填料稳定性。
(4)在回采区中可用人工隔离墙替代自然间柱，宜利用钢筋混凝土假巷替代底柱和用水泥砂浆垫板作底板，以减少矿物贫化。
(5)加强采场内通风，如有氧气析出应将氡气浓度降至对人体无害标准，一般可以1爱曼为标准(如图二)。
2.2 水砂充填法
利用砂浆泵或自流方式，将选厂尾砂、冶炼场炉渣、碎石砂石等固液两相浆体输送到井下，作为充填料来充填采空区[13]。为提高水砂充填的工艺效果应注意以下几点：
(1)尽量采用混料硐室制备砂浆，使混料工艺达到机械化、自动化。
(2)使充填料输送自动化，以提高水砂充填的速度。
2.3 胶结充填法
胶结充填法一般采用以碎石、河砂或尾砂或戈壁集料为骨料(间或掺入块石)，与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区充填。
2.3.1 尾砂胶结充填
20世纪60-70年代，中国开始开发和应用尾砂胶结充填技术[9]。这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填，即完全按建筑混凝土的要求和工艺制备和输送胶结充填料，到20世纪70—80年代，几乎被细砂胶结充填完全取代。细砂胶结充填以尾砂、天然砂和棒磨砂等材料作为充填骨料，以水泥为主要胶结剂，集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后，以两相流管道输送方式输入采场进行充填[7]。
2.3.2 膏体泵送充填
膏体充填在最近的10多年中发展极为迅速，世界上一些矿业发达的国家投入了大量的人力、物力、研究和开发应用膏体充填技术[6]。由于膏体充填料浆可使用全尾砂，充填料充入采场后浆无需脱水，又不会出现离析现象，因而减少了井下充填水污染及排水费用，充填体强度高且水泥耗量小，可以适当降低充填成本，凝固时间相对于自流充填短，可以减小充填作业循环周期，充填体易于接顶，有利于采场稳定和采矿作业安全性，膏体的稳定性、和易性和可泵性，决定了进行长距离输送时不会造成堵管，从而解决了实际操作中长距离管道输送的问题等。水泥的添加方式通常有两种，其一将水泥制成砂浆后在井下泵站内添加；其二在膏体出口前约30m处安装一个45。角的喷射头，由压风吹入干水泥，使之与膏体混合。但该系统目前也存在一些缺点，如充填系统投资高，充填倍线要求大或需大功率泵送设备，充填管道容易堵塞等。从世界范围以及长远发展来看，膏体充填技术是充填采矿技术发展的方向。
3.充填技术的发展
矿山充填技术在地下采矿中一直发挥着重要的作用，完善充填工艺技术及发明新型充填材料，是采矿技术的重要发展方向[8]：①要大力发展和使用低成本的可靠充填物料；②要做好尾砂、全尾砂高浓度、自流输送和膏体泵送的研究，以减少充填成本，减少环境污染，建设无废料矿山；③在推广充填采矿的同时，注意采矿能力的适应，加大机械化采矿进程，综合提高采矿能力；④要注意影响充填采矿效率，降低成本；⑤采用新型的胶结固化材料替代水泥，改善充填料浆的输送条件，是胶结充填采矿今后研究的重要课题。
4.结语
随着科学技术的进步,充填法已成为高效采矿方法之一, 并且具有安全回采率高、对地表生态环境破坏较小等一系列不可替代的优点。尤其随着今后开采深度的日益加大, 冲击地压或岩爆采矿地震采矿场和巷道围岩失稳等潜在地质灾害增多,充填法可以有效地预防和控制这些灾害, 保证井下安全高效开采。虽然充填技术存在一些弊端和不足, 但是它正朝着机械化自动化和智能化方向发展, 日益完备。由于充填采矿在安全、效率、环境保护等方面具有的明显优越性因此, 其发展的前景必然会是十分广阔的。
参考文献：
[1] 郭金峰.我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势[J].金属矿山,2000,284(2):4 2 7 .
[2]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, 2008, 34 (8) : 37 - 39.
[3] 闫少宏,张华兴.我国目前煤矿充填开采技术现状[J].煤矿开采,2008(3).
[4]《采矿手册》编辑委员会. 采矿手册(第4卷) [M ]. 北京:冶金工业出版社, 1990.
[5]胡华，孙恒虎．矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术[J]．中国矿业．2001．10．
[6] 黄志伟．张炳旭．全尾砂分级充填新工艺的研究[J]．金属矿山，2004，(6)：65．
[7] 李翁然，扬耀亮．罗元新．我国地下金属矿山全尾砂胶姑充填技术述评[J]．矿业研究与开发，1996，16(8)．
[8] 孙恒虎黄玉诚杨宝贵．当代胶结充填技术[M]．北京：冶金工业出版社，2002.
[9] 孙恒虎,黄玉诚,杨宝贵. 当代胶结充填技术[M] . 北京:冶金工业出版社,2002.
[10] 王新民，肖卫国。张饮礼．深井矿山充填理论与技术[M].长沙：中南大学出版社，2005．
[11] 杨小聪。贯鸿林．全尾砂高水速凝充填材料特性的研究[J].矿冶．1995．4．
[15] 郝永月，秦海峰．煤矿井下矸石填充工艺流程的探讨[J].河北煤炭，2004.
[关键词] 充填采矿法干式充填水砂充填胶结充填膏体充填
引言
近年来, 由于矿产资源日渐萎缩, 矿山生产能力有逐年下降的趋势。为了保证矿山生产的连续性和资源的有效回收利用,因此,充填采矿目前作为一种高效的开采方法[1]被应用到各个矿山。
1.国内外充填法采矿的现状
1.1 国外充填法采矿的现状
充填采矿法的研究在国外发展较早[2]。1930年霍恩矿山公司首次试验磁黄铁矿尾砂和炼铜炉渣干式充填获得成功。20世纪50年代，澳洲一些地下金属矿山，以水力充填取代了早期使用的干式充填。1962年加拿大Food矿首次采用尾砂和水泥胶结充填。1969年澳大利亚芒特艾萨铜矿首次采用水泥胶结充填回采底柱，同时进行铅锌铜冶炼炉渣代替水泥的研究。20世纪70年代，尾砂胶结充填工艺开始在金属矿山推广应用。1993年加拿大发展了膏体充填技术，膏体充填技术的出现只是近10年的事，但发展极为迅速。一些矿业发达国家，如澳大利亚，1997年8月建成的大型地下矿山坎宁顿(Cannington)矿，就采用了膏体充填系统，而芒特艾萨矿业公司为开采深部的3500m矿体，在1998年底建成一个膏体充填系统。
1.2 国内充填采矿法的应用
中国矿山数量多,开发与应用的充填工艺与技术类型多,尤其是近十余年来,在新的充填技术的研究开发和推广应用方面均取得了长足的进步[2]。我国充填采矿法的发展经历了四个阶段：第一阶段为20世纪50年代的干式充填；第二阶段为20世纪60、70年代以分级尾砂、河砂、风砂、碎石等为集料的水砂充填和胶结充填工艺；1960年，湘潭锰矿为了防止矿坑内因火灾，采用了碎石水力充填技术，1965年锡矿山南矿为了控制采场大面积地压，使用了尾砂水力充填工艺，1968年凡口铅锌矿为了满足采矿工艺要求，首次采用分级尾砂和水泥胶结充填工艺；第三阶段为20世纪80年代发展起来的全尾砂高浓度胶结充填、高水速凝全尾砂固化胶结充填和块石胶结充填工艺，上世纪80年代末， 1988年大厂铜坑矿采用了块石胶结充填工艺；第四阶段为20世纪90年代发展起来的膏体泵送充填工艺， 1999年大冶有色金属公司也采用了膏体泵送充填技术。此后，随着各种新型充填工艺、新型胶结材料的成功应用，极大地推进了我国充填采矿技术的发展[3]。
2.充填采矿法的分类
充填采矿法依据充填材料的不同可分为：干式充填法；水砂充填法；胶结充填法[10]。其发展经历了由干式充填到最初为不含胶结剂的水砂充填，以后发展了胶结充填（见图一）。
图一充填采矿法分类
2.1 干式充填法
干式充填采矿法用矿车、风力或其它机械输送干充填料(如废石、砂石等)充填采空区，也是充填采矿技术最早采用的方法[11]。
图二 煤矸石干式充填构筑挡墙示意图
采用此法应注意以下几个问题。
(1)填料不能有太高的含硫量和放射性物质，含泥量亦不宜超过15％。
(2)充填料井的位置应选择在便于运输和稳固地层中。
(3)充填时宜有序分层装填，层间可视情况铺垫人工织物或荆巴、柴棍类填充物，以增加填料稳定性。
(4)在回采区中可用人工隔离墙替代自然间柱，宜利用钢筋混凝土假巷替代底柱和用水泥砂浆垫板作底板，以减少矿物贫化。
(5)加强采场内通风，如有氧气析出应将氡气浓度降至对人体无害标准，一般可以1爱曼为标准(如图二)。
2.2 水砂充填法
利用砂浆泵或自流方式，将选厂尾砂、冶炼场炉渣、碎石砂石等固液两相浆体输送到井下，作为充填料来充填采空区[13]。为提高水砂充填的工艺效果应注意以下几点：
(1)尽量采用混料硐室制备砂浆，使混料工艺达到机械化、自动化。
(2)使充填料输送自动化，以提高水砂充填的速度。
2.3 胶结充填法
胶结充填法一般采用以碎石、河砂或尾砂或戈壁集料为骨料(间或掺入块石)，与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区充填。
2.3.1 尾砂胶结充填
20世纪60-70年代，中国开始开发和应用尾砂胶结充填技术[9]。这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填，即完全按建筑混凝土的要求和工艺制备和输送胶结充填料，到20世纪70—80年代，几乎被细砂胶结充填完全取代。细砂胶结充填以尾砂、天然砂和棒磨砂等材料作为充填骨料，以水泥为主要胶结剂，集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后，以两相流管道输送方式输入采场进行充填[7]。
2.3.2 膏体泵送充填
膏体充填在最近的10多年中发展极为迅速，世界上一些矿业发达的国家投入了大量的人力、物力、研究和开发应用膏体充填技术[6]。由于膏体充填料浆可使用全尾砂，充填料充入采场后浆无需脱水，又不会出现离析现象，因而减少了井下充填水污染及排水费用，充填体强度高且水泥耗量小，可以适当降低充填成本，凝固时间相对于自流充填短，可以减小充填作业循环周期，充填体易于接顶，有利于采场稳定和采矿作业安全性，膏体的稳定性、和易性和可泵性，决定了进行长距离输送时不会造成堵管，从而解决了实际操作中长距离管道输送的问题等。水泥的添加方式通常有两种，其一将水泥制成砂浆后在井下泵站内添加；其二在膏体出口前约30m处安装一个45。角的喷射头，由压风吹入干水泥，使之与膏体混合。但该系统目前也存在一些缺点，如充填系统投资高，充填倍线要求大或需大功率泵送设备，充填管道容易堵塞等。从世界范围以及长远发展来看，膏体充填技术是充填采矿技术发展的方向。
3.充填技术的发展
矿山充填技术在地下采矿中一直发挥着重要的作用，完善充填工艺技术及发明新型充填材料，是采矿技术的重要发展方向[8]：①要大力发展和使用低成本的可靠充填物料；②要做好尾砂、全尾砂高浓度、自流输送和膏体泵送的研究，以减少充填成本，减少环境污染，建设无废料矿山；③在推广充填采矿的同时，注意采矿能力的适应，加大机械化采矿进程，综合提高采矿能力；④要注意影响充填采矿效率，降低成本；⑤采用新型的胶结固化材料替代水泥，改善充填料浆的输送条件，是胶结充填采矿今后研究的重要课题。
4.结语
随着科学技术的进步,充填法已成为高效采矿方法之一, 并且具有安全回采率高、对地表生态环境破坏较小等一系列不可替代的优点。尤其随着今后开采深度的日益加大, 冲击地压或岩爆采矿地震采矿场和巷道围岩失稳等潜在地质灾害增多,充填法可以有效地预防和控制这些灾害, 保证井下安全高效开采。虽然充填技术存在一些弊端和不足, 但是它正朝着机械化自动化和智能化方向发展, 日益完备。由于充填采矿在安全、效率、环境保护等方面具有的明显优越性因此, 其发展的前景必然会是十分广阔的。
参考文献：
[1] 郭金峰.我国地下矿山采矿方法的进展及发展趋势[J].金属矿山,2000,284(2):4 2 7 .
[2]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, 2008, 34 (8) : 37 - 39.
[3] 闫少宏,张华兴.我国目前煤矿充填开采技术现状[J].煤矿开采,2008(3).
[4]《采矿手册》编辑委员会. 采矿手册(第4卷) [M ]. 北京:冶金工业出版社, 1990.
[5]胡华，孙恒虎．矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术[J]．中国矿业．2001．10．
[6] 黄志伟．张炳旭．全尾砂分级充填新工艺的研究[J]．金属矿山，2004，(6)：65．
[7] 李翁然，扬耀亮．罗元新．我国地下金属矿山全尾砂胶姑充填技术述评[J]．矿业研究与开发，1996，16(8)．
[8] 孙恒虎黄玉诚杨宝贵．当代胶结充填技术[M]．北京：冶金工业出版社，2002.
[9] 孙恒虎,黄玉诚,杨宝贵. 当代胶结充填技术[M] . 北京:冶金工业出版社,2002.
[10] 王新民，肖卫国。张饮礼．深井矿山充填理论与技术[M].长沙：中南大学出版社，2005．
[11] 杨小聪。贯鸿林．全尾砂高水速凝充填材料特性的研究[J].矿冶．1995．4．
[15] 郝永月，秦海峰．煤矿井下矸石填充工艺流程的探讨[J].河北煤炭，2004.