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[摘 要]随着我国经济的高速发展，矿产开采也转向更深和复杂的矿体，这也带来了地面沉降、地下水污染等一系列环境问题。充填开采技术成为解决资源开采与保护环境之间矛盾的有效方法之一，本文从充填技术的现实意义开始，详细阐述了分级尾砂充填技术、高浓度充填技术、高水速凝尾砂胶结充填技术和膏体胶结充填技术，并对充填材料应用进行分析，进一步证明了矿山充填技术已不仅仅局限于满足地下采矿的地压管理，还将在充分利用矿产资源和环境保护等方面焕发出新的生机。
[關键词]矿山开采 充填技术 应用
中图分类号：TD823.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0262-01
随着我国经济的高速发展，矿产开采也转向更深和复杂的矿体，这也带来了地面沉降、地下水污染等一系列环境问题。为了我国小康社会能有青山绿水，堪称绿色开采的充填采矿法和充填工艺技术在越来越多的矿山企业中生根发芽。充填开采技术成为解决资源开采与保护环境之间矛盾的有效方法之一，本文从充填开采的意义开始，进一步阐述了充填技术的发展和充填材料的发展，正是在此基础上，展望了矿山充填技术发展的趋势。
1 采用充填技术的现实意义
矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，那么采用这种技术又有哪些现实意义呢。
1.1 减小对地表的影响
矿山开采随着开采技术的发展其开采深度逐步加深，这样采空区也逐年扩大，地下开采过程中遗留的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，一旦出现坍塌直接威胁地面的建筑物的稳定性。一些矿山采空区出现井下大面积冒落、岩移及地表塌陷后，造成山体滑坡裸露，植被被破坏，使当地发生不可逆转的生态环境危机。
1.2 减少对地下水资源的破坏
在深井矿山开采中常伴随着地下水的大量抽排，当这些矿山开采结束后采矿区内基岩含水层的水体要重新回流到采矿区内，而这些含水层水体属于孔隙裂隙水，当这些孔隙裂隙水被疏干，进而形成空洞加剧采空区的塌陷，同时也直接影响到地下水水位下降。而矿区的洗矿选矿的废水如果进入生活用水水源地更会造成水源的大面积污染水质污染。
2 矿山充填技术
充填技术按照充填材料的状态可以简单的将充填法分为干式充填法和湿式充填法。
2.1 干式充填技术
干式充填法是最早的井下充填方法，最初就是简单的将无法处理固体废弃物和尾矿， 堆放在留矿法和房柱法采空区，后来才通过天井用矿车或人工送到采场进行充填的，这种充填法充填劳动力需求大，作业成本高，采场充填时间长，矿石贫化率高，井下粉尘污染严重，采场进行充填时不能进行生产。 在机械化程度低、工人劳动强度大的采矿背景下，干式采矿法效率低、生产能力小，满足不了工业化发展的需要，被以无底柱崩落法和水砂充填采矿所替代。
2.2 湿式充填技术
湿式充填技术又根据充填材料的性质可分为分级尾砂充填技术、高浓度充填技术、高水速凝尾砂胶结充填技术和膏体胶结充填技术。
2.2.1分级尾砂充填技术
分级尾砂充填技术就是将分级脱泥的天然或人工细磨尾砂掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制成胶结充填料浆，在沿钻孔、管等向采空区输送和堆放料浆，然后使浆体在采空区中脱去多余的水（或不脱水），形成具有一定强度和整体性的充填体。
充填料浆的重量浓度一般处于55～68%，一般以自流输送为主也有砂泵输送。
分级尾砂充填的尾砂利用率只有50%～60%（-37um）。而含泥及细粒级尾砂被排放到尾砂库，一方面增加了库坝的维护费用，另一方面造成环境污染。现代充填技术不仅考虑采矿工艺的需要，还要考虑矿山开采废弃物的综合利用与处理，环境保护，减少污染等社会要求，实现无废害开采。因此，应完全、彻底地将全部尾砂用于井下充填。但由于传统的分级尾砂充填的浓度较低，料浆充入采场后的脱水过程中会发生离析、分层现象，导致充填体的整体性不好，强度不高，同时采场内脱水也难免会带走部分水泥和细粒级尾砂，污染井下作业环境，水泥的流失也会降低充填体的强度。此外，由于充填体的沉缩率较大常造成充填体难以接顶。
2.2.2 高浓度充填技术
高浓度充填技术是以全尾砂作为充填骨料，通过活化搅拌，在高浓度状态下输送到采空区。该技术把全部尾砂作为充填料，因而适用于充填料来源不足、在地表不能建尾砂库、尾砂中含有害物质需要处理或尾砂中含有将来可以利用的有用物质而需要保存在井下的矿山。但是这种技术不能用常规方法搅拌，必须用活化搅拌技术，才能制备出高质量的全尾砂胶结充填料。
2.2.3 高水速凝尾砂胶结充填技术
高水速凝尾砂胶结充填技术是将高水材料（以铝矾土为主要原料，配以多种无机原料和外加剂，经烘干、配料、煅烧等工艺，制成甲、乙两种固体粉料，其使用比例为1：1）与全尾砂等惰性材料加水混合成的低浓度充填料浆，用钻孔、管道输送到井下，两种料浆在进入充填空区前混合，不脱水，便可迅速凝结为具有一定强度的胶结充填体。
高水速凝尾砂胶结充填技术中高水速凝尾砂胶结充填料浆是由甲、乙两种料粉，分别与尾砂搅拌制成2种料浆，分别沿两条管道输送到井下。这两种料浆的浓度一般在60%～80% ，在井下混合后进人采空区，无需脱水，可以调节凝结时间。
其优点是可以使用全尾砂作惰性充填材料，避免了使用分级尾砂过程产生的细粒级尾砂筑坝及坝体维护的困难，减少了尾砂库的建造，同时料浆在井下不脱水使得充填体早强、速凝，整体性能和接顶效果好，缩短了采场生产循环周期，实现了资源、环境、作业条件对采矿工艺的要求。
2.2.4 膏体泵送胶结充填技术
膏体泵送胶结充填技术中将充填料用粗骨料（分级尾砂、河砂等）与细骨料（溢流尾砂、粘土、淤泥等）按一定的比例混合形成膏体状。膏体充填的特点是料浆浓度大，其重量浓度可达75%～85%。由于膏体的塑性粘度和屈服切应力大，必须采用加压输送。膏体料浆象塑性结构体（柱塞流）一样在管道中作整体运动，膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀，层间也不出现交流，膏体在管路中呈柱塞状流动。膏体充填料的内摩擦角较大，凝固时间短，能迅速对围岩和矿柱产生作用，减缓空区闭合。膏体充填工艺的尾砂利用率高，一般为90%～95%，主要取决于脱水设备和技术。
在这种技术中由于充填料浆浓度高，减少了水泥用量，降低了充填成本；充填体沉缩率小，接顶率高，充填质量好，强度高；采场无任何溢流水，改善了井下作业环境节省了排水及清理污泥的费用。但全尾砂膏体泵送充填一次性投资大，尾砂脱水浓缩、储存和膏体泵压输送技术难度大。
3 充填材料的种类
在矿山充填技术中，充填材料的成本占整个充填技术成本中80%以上。因此选用经济且合适的充填材料是湿式充填技术的关键，目前我国充当充填材料的材料主要有以下几种。
3.1 尾砂
尾砂是最为常见的充填材料，这样既可以减少尾矿的存储空间，又可以做到废物利用，在采用高浓度全尾砂充填技术后，更可以将全部尾砂加以利用，利用率在95%以上。
3.2 粉煤灰
粉煤灰是煤炭燃烧的废弃物，具有火山灰性质的潜在活性材料，是一种能够就地取材变废为宝的廉价建材资源。近年来，经过粉煤灰部分代替水泥的试验研究，采用水泥：粉煤灰：江砂=1：2：8的原料配比充填，完全能达到水泥充填的效果，可以大大降低对水泥的需求。
4 结束语
以前矿山充填技术只是为满足采场地压管理的要求，现在我国能源政策的转变和保护生态环境的要求，矿山充填技术已不仅仅局限于满足地下采矿的地压管理，还将在充分利用矿产资源和环境保护等方面焕发出新的生机。
参考文献
[1] 孙恒虎， 刘文永等， 高水固结充填采矿[ M]， 机械工业出版社，北京， 1998 年.
[2] 蔡嗣经编著， 矿山充填力学基础[ M]， 冶金工业出版社， 北京，
[3] 张闽祥.全尾砂胶结充填方案的评析[J].甘肃冶金，2007（O3）：36—37.
[關键词]矿山开采 充填技术 应用
中图分类号：TD823.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0262-01
随着我国经济的高速发展，矿产开采也转向更深和复杂的矿体，这也带来了地面沉降、地下水污染等一系列环境问题。为了我国小康社会能有青山绿水，堪称绿色开采的充填采矿法和充填工艺技术在越来越多的矿山企业中生根发芽。充填开采技术成为解决资源开采与保护环境之间矛盾的有效方法之一，本文从充填开采的意义开始，进一步阐述了充填技术的发展和充填材料的发展，正是在此基础上，展望了矿山充填技术发展的趋势。
1 采用充填技术的现实意义
矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，那么采用这种技术又有哪些现实意义呢。
1.1 减小对地表的影响
矿山开采随着开采技术的发展其开采深度逐步加深，这样采空区也逐年扩大，地下开采过程中遗留的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，一旦出现坍塌直接威胁地面的建筑物的稳定性。一些矿山采空区出现井下大面积冒落、岩移及地表塌陷后，造成山体滑坡裸露，植被被破坏，使当地发生不可逆转的生态环境危机。
1.2 减少对地下水资源的破坏
在深井矿山开采中常伴随着地下水的大量抽排，当这些矿山开采结束后采矿区内基岩含水层的水体要重新回流到采矿区内，而这些含水层水体属于孔隙裂隙水，当这些孔隙裂隙水被疏干，进而形成空洞加剧采空区的塌陷，同时也直接影响到地下水水位下降。而矿区的洗矿选矿的废水如果进入生活用水水源地更会造成水源的大面积污染水质污染。
2 矿山充填技术
充填技术按照充填材料的状态可以简单的将充填法分为干式充填法和湿式充填法。
2.1 干式充填技术
干式充填法是最早的井下充填方法，最初就是简单的将无法处理固体废弃物和尾矿， 堆放在留矿法和房柱法采空区，后来才通过天井用矿车或人工送到采场进行充填的，这种充填法充填劳动力需求大，作业成本高，采场充填时间长，矿石贫化率高，井下粉尘污染严重，采场进行充填时不能进行生产。 在机械化程度低、工人劳动强度大的采矿背景下，干式采矿法效率低、生产能力小，满足不了工业化发展的需要，被以无底柱崩落法和水砂充填采矿所替代。
2.2 湿式充填技术
湿式充填技术又根据充填材料的性质可分为分级尾砂充填技术、高浓度充填技术、高水速凝尾砂胶结充填技术和膏体胶结充填技术。
2.2.1分级尾砂充填技术
分级尾砂充填技术就是将分级脱泥的天然或人工细磨尾砂掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制成胶结充填料浆，在沿钻孔、管等向采空区输送和堆放料浆，然后使浆体在采空区中脱去多余的水（或不脱水），形成具有一定强度和整体性的充填体。
充填料浆的重量浓度一般处于55～68%，一般以自流输送为主也有砂泵输送。
分级尾砂充填的尾砂利用率只有50%～60%（-37um）。而含泥及细粒级尾砂被排放到尾砂库，一方面增加了库坝的维护费用，另一方面造成环境污染。现代充填技术不仅考虑采矿工艺的需要，还要考虑矿山开采废弃物的综合利用与处理，环境保护，减少污染等社会要求，实现无废害开采。因此，应完全、彻底地将全部尾砂用于井下充填。但由于传统的分级尾砂充填的浓度较低，料浆充入采场后的脱水过程中会发生离析、分层现象，导致充填体的整体性不好，强度不高，同时采场内脱水也难免会带走部分水泥和细粒级尾砂，污染井下作业环境，水泥的流失也会降低充填体的强度。此外，由于充填体的沉缩率较大常造成充填体难以接顶。
2.2.2 高浓度充填技术
高浓度充填技术是以全尾砂作为充填骨料，通过活化搅拌，在高浓度状态下输送到采空区。该技术把全部尾砂作为充填料，因而适用于充填料来源不足、在地表不能建尾砂库、尾砂中含有害物质需要处理或尾砂中含有将来可以利用的有用物质而需要保存在井下的矿山。但是这种技术不能用常规方法搅拌，必须用活化搅拌技术，才能制备出高质量的全尾砂胶结充填料。
2.2.3 高水速凝尾砂胶结充填技术
高水速凝尾砂胶结充填技术是将高水材料（以铝矾土为主要原料，配以多种无机原料和外加剂，经烘干、配料、煅烧等工艺，制成甲、乙两种固体粉料，其使用比例为1：1）与全尾砂等惰性材料加水混合成的低浓度充填料浆，用钻孔、管道输送到井下，两种料浆在进入充填空区前混合，不脱水，便可迅速凝结为具有一定强度的胶结充填体。
高水速凝尾砂胶结充填技术中高水速凝尾砂胶结充填料浆是由甲、乙两种料粉，分别与尾砂搅拌制成2种料浆，分别沿两条管道输送到井下。这两种料浆的浓度一般在60%～80% ，在井下混合后进人采空区，无需脱水，可以调节凝结时间。
其优点是可以使用全尾砂作惰性充填材料，避免了使用分级尾砂过程产生的细粒级尾砂筑坝及坝体维护的困难，减少了尾砂库的建造，同时料浆在井下不脱水使得充填体早强、速凝，整体性能和接顶效果好，缩短了采场生产循环周期，实现了资源、环境、作业条件对采矿工艺的要求。
2.2.4 膏体泵送胶结充填技术
膏体泵送胶结充填技术中将充填料用粗骨料（分级尾砂、河砂等）与细骨料（溢流尾砂、粘土、淤泥等）按一定的比例混合形成膏体状。膏体充填的特点是料浆浓度大，其重量浓度可达75%～85%。由于膏体的塑性粘度和屈服切应力大，必须采用加压输送。膏体料浆象塑性结构体（柱塞流）一样在管道中作整体运动，膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀，层间也不出现交流，膏体在管路中呈柱塞状流动。膏体充填料的内摩擦角较大，凝固时间短，能迅速对围岩和矿柱产生作用，减缓空区闭合。膏体充填工艺的尾砂利用率高，一般为90%～95%，主要取决于脱水设备和技术。
在这种技术中由于充填料浆浓度高，减少了水泥用量，降低了充填成本；充填体沉缩率小，接顶率高，充填质量好，强度高；采场无任何溢流水，改善了井下作业环境节省了排水及清理污泥的费用。但全尾砂膏体泵送充填一次性投资大，尾砂脱水浓缩、储存和膏体泵压输送技术难度大。
3 充填材料的种类
在矿山充填技术中，充填材料的成本占整个充填技术成本中80%以上。因此选用经济且合适的充填材料是湿式充填技术的关键，目前我国充当充填材料的材料主要有以下几种。
3.1 尾砂
尾砂是最为常见的充填材料，这样既可以减少尾矿的存储空间，又可以做到废物利用，在采用高浓度全尾砂充填技术后，更可以将全部尾砂加以利用，利用率在95%以上。
3.2 粉煤灰
粉煤灰是煤炭燃烧的废弃物，具有火山灰性质的潜在活性材料，是一种能够就地取材变废为宝的廉价建材资源。近年来，经过粉煤灰部分代替水泥的试验研究，采用水泥：粉煤灰：江砂=1：2：8的原料配比充填，完全能达到水泥充填的效果，可以大大降低对水泥的需求。
4 结束语
以前矿山充填技术只是为满足采场地压管理的要求，现在我国能源政策的转变和保护生态环境的要求，矿山充填技术已不仅仅局限于满足地下采矿的地压管理，还将在充分利用矿产资源和环境保护等方面焕发出新的生机。
参考文献
[1] 孙恒虎， 刘文永等， 高水固结充填采矿[ M]， 机械工业出版社，北京， 1998 年.
[2] 蔡嗣经编著， 矿山充填力学基础[ M]， 冶金工业出版社， 北京，
[3] 张闽祥.全尾砂胶结充填方案的评析[J].甘肃冶金，2007（O3）：36—37.