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摘要：充填采矿法是一种很符合持续发展理念、绿色矿山理念的实用技术，目前在大红山铁矿I号铜矿带深部150万t/a采矿工程、III、IV号矿体和280m小富矿体等处取得了良好的效果，不但可以减少尾矿和采切废石的排放，而且有效的降低生产成本和提高安全性能。
还有二道河矿段100万ta采矿工程未“三下”开采，也必须采用充填采矿法，目前正在建设配套的充填系统。
关键词：充填采矿法；绿色环保；安全高效
1.大红山地质和采矿方法简介
1.1地质简介
大红山铁矿根据矿体平面分布、产出部位、埋藏深度、构造边界等因素，可划分为浅部铁矿、深部铁矿、曼岗河北岸铁矿、哈姆白祖铁矿和Ⅰ号铁铜矿带等五个地段。五个地段经勘探查明有五个主要含矿带，共计71个矿体，其中大型矿体3个、中型矿体7个、小型矿体61个。共计有铁矿石总储量45825.34万t（未包含熔岩铁矿）/55790万t（含熔岩铁矿），TFe品位36.32%/33.41%，其中表内34112.75万t，TFe品位40.94%，表外11712.59万t，Tfe品位23.05%。铜矿石总储量约7567.15万t，铜平均品位0.53%，伴生铁品位TFe20.09%。
根据矿体产出层位和部位，由下而上划分为7个含矿带，其中有工业矿体的矿带5个（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。矿体的产出层位，上部以铁矿为主，下部以铜矿为主。Ⅱ矿带为主要铁矿带，Ⅳ、Ⅴ矿带为铁矿，Ⅰ、Ⅲ矿带为铁铜矿带。各矿体的空间位置如下：
1.2采矿方法简介
1.2.1无底柱分段崩落法采矿法
大红山铁矿中部采区、南翼采区和主采区等400万t/a一期已回采结束的采区及西翼采区、西上采区、东上采区等400万t/a二期正在进行的采矿工程均采用无底柱分段崩落采矿法。
主矿体整体回采顺序自上而下开采，其中主采区合采部分矿体较为厚大，从矿体中部朝南北向拉槽，边角部分辅助拉槽形成补偿空间，矿块回采时整体向切割槽两翼及侧翼后退式回采，多分段梯段式同时出矿，上分段回采工作面超前下分段回采工作面大于一个分段的距离。分采部分多从矿体上盘拉槽形成补偿空间，矿块回采时从切割槽位置后退式回采。崩落矿石采用6m?电动铲运机（3m?柴油铲运机作为辅助）铲装矿石通过矿块溜井下放至阶段（中段）有轨运输水平装车运至转运系统，矿石经破碎后通过胶带运至地表矿仓。
1.2.2点柱式上向水平分层充填采矿法
大红山铁矿I号铜矿带深部150万t/a采矿工程采用点柱式上向水平分层充填采矿法。主要开采对象是铜矿带Ⅰ3、Ⅰ2及Ⅰ1矿体。矿体间夹层厚度从零米到几十米不等。矿体整体走向近东西，向南倾斜，倾角一般在12°～55°之间，平均倾角35.7°；矿体厚度在1.7～21.4m之间，平均厚度6.9m。
I号铜深部一期采矿工程设计开采400～700m标高之间矿体，沿矿体倾向方向划分为三个阶段自下而上同时开采，阶段高度100m，分段高度20m，盘区沿矿体走向布置，每300m划分为一个盘区。采场分层回采高度4m，矿块长度50m，矿块宽度为矿体水平厚度，矿块高度按一个分段高度划分，矿块内按8～12.5m间距留设5*5～12m点柱或条柱，每个矿块上盘均布置充填回风上山贯通上分段回采联道，断面尺寸2m*2m，角度≥45°，矿块间留4m宽间柱。采场溜井、回风上山等按300m间距设置，充填回风平巷按阶段设置于矿体下盘，负责阶段的回风和充填及作为上阶段的排（集）水通道。
各中段首分层用1：4灰砂比的水泥尾砂浆充填，并在其底板铺设200*200Φ16钢筋网，以利于下中段最上分段的回采；其它分层回采结束后先用废石充填，再用分级尾砂充填，之后最上层的0.8m用1：6灰砂比的胶结尾砂浆充填，以利于铲运机和汽车运行。各中段首采分层充填厚度2.5m，留出1.5m，以留出上分层回采爆破的空间，其它分层每次充填总厚度同回采分层厚度，为4m（最后一个分层充填接顶）；为便于充填时的脱水和回采时的排水，在采场回采联道适宜位置设置滤水孔。采矿方法大样图见图2：
1.2.3分段空场法采矿法（含嗣后充填）
大红山铁矿分段空场采矿法主要应用于III、IV号矿体、720m头部、分采采区和I号铜矿带浅部（760～800mI1矿体）。矿体沿倾向方向划分为阶段自上而下开采（分采采区自下而上），阶段高度40～80m，分段高度10～30m，盘区沿走向布置，长约100～200m，沿倾向水平宽度约40～45m（含矿柱）左右，盘区内按沿走向长50-80m划分矿块，矿块宽度40～45m（含矿柱）左右矿块及盘区间沿倾向留沿倾向矿柱，盘区间沿走向留沿走向矿柱，矿柱宽度6～8m（矿体较厚时取大值，矿体较薄时取小值）。
采用嗣后充填空区的采区在盘区或矿块回采结束后及时浇筑密闭墙密闭采空区，之后采用废石或分级尾砂充填采空区，废石采用卡车运至上盘充填平巷通过充填小井对空区进行充填，分级尾砂则通过充填钻孔下放至采空区充填，尾砂质量浓度要求68～70%。采矿方法大样图见图3：
1.2.4房柱法采矿法
大红山铁矿房柱法采矿法主要应用于I号铜矿带浅部、720m头部和III、IV号矿体厚度为3～9m的缓倾斜矿体。矿块沿走向布置，矿块长50m，水平礦体矿块宽约55m，倾斜矿体按20m分段高对应的水平宽度划分。沿走向相邻4个矿块划分为一个盘区。矿块间沿走向和倾向留隔离矿柱，矿柱宽度3m，矿块内均匀留点柱，点柱间距约9～11m，点规格为3×3m，在矿体较厚的地段，矿柱应适当加大，保证矿柱能有效留设并稳定支撑。倾斜矿体的分层高度按水平宽度约9～11m对应的高度划分。
回采工作面自上而下逐步推进，回采作业采用气腿式凿岩机打浅孔爆破落矿。倾斜矿体回采时，先将各分层未掘到盘区端部的回采进路推进到盘区端部，之后各分层自盘区两端向盘区中部后退回采矿石。水平矿体回采时，利用已掘到盘区端部的回采进路作为回采通道，自盘区两端向盘区中部后退回采矿石。回采过程中，必要时应采用锚杆或锚索对顶板进行锚固，以保证生产安全。采矿方法大样图见图4： 4.充填采矿存在的问题及改进方向
以玉溪大红山矿业有限公司为例，在绿色开采过程中取得丰硕成果的同时，亦存在不少问题亟待解决。
2.大红山铁矿充填简介及应用现状
2.1充填系统简介
充填系统主要服务于Ⅰ号铜矿带深部150万t/a及III-IV矿体80万t/a采矿项目。深部I号铜矿带充填方式为废石+分级尾砂胶结充填，III、IV矿体充填方式为废石+分级尾砂水力充填。充填料选用大红山铁矿井下掘进废石和选厂产出的尾砂，采用立式砂仓和搅拌槽制备充填矿浆自流输送工艺。
选厂尾砂通过Φ53m浓缩机浓缩后，底流浓度为40%左右的尾砂浆经过渣浆泵、新增充填隔膜泵加压，输送至充填制备站2#立式砂仓顶部的旋流器，经旋流器分级后得到浓度为68%左右的尾砂浆，通过分料槽分别为4个立式砂仓给料。经过沉砂、水气联动造浆放出质量浓度67%～70%的尾砂浆进入搅拌槽搅拌。胶结充填时，按灰砂比1：4的比例加入P42.5标号的水泥，制备成质量浓度为70%～74%的砂浆，再由管道自流输送到井下进行充填；分级尾砂水力充填时则不需添加水泥。旋流器分级后溢流和立式砂仓顶部溢流细粒泥级尾砂通过立式砂仓溢流口经Φ530mm管道自流至二、三选厂浓缩池。充填系统流程如图5所示。
2.2充填采矿法的应用效果
从2013年元月充填制备站投入运行以后，充填采矿法在大红山铁矿开始应用，其中I号铜矿带深部150万t/a采矿工程采用点柱式上向水平分层充填采矿法和III-IV矿体80万t/a采矿工程采用分段空场法（嗣后充填）采矿方法。已采用废石+尾砂或尾砂充填处理采空区368万m?，处理量为70多万m?/a。井下掘进废石排入采空区，基本实现废石不出井，提高充填强度和脱水效果的同时减少了废石运输成本和运输风险，还能减少废石场建设维护。尾砂消耗量约50万m?/a，有效减少尾矿外排量。采用充填采矿法的采空区处理情况如下表：
充填采矿法与其它采矿方法对比，有一下优点：
（1）充填体充入采空区后直接与围岩接触，对围岩提供一定的侧向压力，从而可以有效地调整采场系统的能量释放速度，提高地下采矿系统中抵抗动态作用的能力，限制围岩变形的继续发展，防止采空区继续冒落。
（2）充填体具有应力隔离作用。充填体是在采场开挖后充入的，虽然其后受到开挖的影响，并承受部分转移来的应力，但在采场结构中毕竟充填体的刚度小，变形性能大，因而所承受的应力较小，这就可以对采场围岩高应力区起到一定的应力隔离作用，保证回采工作的安全。
（3）充填体可以改善礦柱的应力状态，提高矿柱的强度和支撑顶板的能力。空区充填后，充填体包裹矿柱，给矿柱表面一定的侧压力，使矿柱处于三维应力状态，提高矿柱强度。对于矿柱发生破坏的采场，如果立即进行充填，则破坏很快停止而趋于稳定状态，岩音频度迅速降低以至消失。
（4）虽然尾砂充填体承载能力有限，但其重要的作用是消除了空区，可阻止顶板变形破坏的发展，消除顶板大面积冒落的可能性，避免灾难性的地压活动。
（5）充填体在深部开采时可控制岩爆的产生，并可有效抑制地表塌陷。
2.3充填技术的发展
随着国家政策的转变，对安全生产、环境保护等的要求越来越高，充填采矿法可以较少甚至消除尾矿库、废石场等工业危害，是符合持续发展理念、绿色矿山理念的实用技术，应用和发展前景十分广阔。对于大红山铁矿而言，为降低充填采矿成本、提高充填体质量，实现充填采矿的创新发展和扩大应用成果，需进行以下方面的应用研究应用：
（1）将分级尾砂改造为全尾砂，既增大了尾砂消耗量，又减小了细粒级对尾矿库的危害；
（2）寻找水泥替代品，研究能满足充填体强度要求的新型低成本胶结材料来降低充填成本；
（3）结合边角小矿体采矿和充填的特点，设计出满足安全规范又便于充填的新工艺，实现因矿生法、因矿而异的充填采矿技术新理念；
（4）加强充填全过程的自动化和智能化改造，实现信息化、智能化的充填信息管理系统；
（5）利用尾砂和废石对塌陷区进行治理；
（6）利用充填技术对1号铜浅部，II1头部等前期形成采空区进行治理。
3.结束语
充填采矿法是实现金属矿绿色开采发展的重要载体。从当前采矿工程领域的发展中，充填技术已经成为了该领域发展中十分高效的一种方法。由于充填采矿法具有安全、高效等多个方面的优势，是其他许多方法不可取代的。然而，从实际的充填技术应用中，我们也不难看出该技术中还存在着一些不足。因此，我们必须不断的对充填技术进行研究和分析，创造出更好、更有效的应用方法来解决当前存在的问题，进而在促进充填技术应用提高的基础上，促进采矿工程领域的发展和进步。
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。
[3]彭继承.充填理论及应用[M].长沙：中南工业大学出版社，1998。
还有二道河矿段100万ta采矿工程未“三下”开采，也必须采用充填采矿法，目前正在建设配套的充填系统。
关键词：充填采矿法；绿色环保；安全高效
1.大红山地质和采矿方法简介
1.1地质简介
大红山铁矿根据矿体平面分布、产出部位、埋藏深度、构造边界等因素，可划分为浅部铁矿、深部铁矿、曼岗河北岸铁矿、哈姆白祖铁矿和Ⅰ号铁铜矿带等五个地段。五个地段经勘探查明有五个主要含矿带，共计71个矿体，其中大型矿体3个、中型矿体7个、小型矿体61个。共计有铁矿石总储量45825.34万t（未包含熔岩铁矿）/55790万t（含熔岩铁矿），TFe品位36.32%/33.41%，其中表内34112.75万t，TFe品位40.94%，表外11712.59万t，Tfe品位23.05%。铜矿石总储量约7567.15万t，铜平均品位0.53%，伴生铁品位TFe20.09%。
根据矿体产出层位和部位，由下而上划分为7个含矿带，其中有工业矿体的矿带5个（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。矿体的产出层位，上部以铁矿为主，下部以铜矿为主。Ⅱ矿带为主要铁矿带，Ⅳ、Ⅴ矿带为铁矿，Ⅰ、Ⅲ矿带为铁铜矿带。各矿体的空间位置如下：
1.2采矿方法简介
1.2.1无底柱分段崩落法采矿法
大红山铁矿中部采区、南翼采区和主采区等400万t/a一期已回采结束的采区及西翼采区、西上采区、东上采区等400万t/a二期正在进行的采矿工程均采用无底柱分段崩落采矿法。
主矿体整体回采顺序自上而下开采，其中主采区合采部分矿体较为厚大，从矿体中部朝南北向拉槽，边角部分辅助拉槽形成补偿空间，矿块回采时整体向切割槽两翼及侧翼后退式回采，多分段梯段式同时出矿，上分段回采工作面超前下分段回采工作面大于一个分段的距离。分采部分多从矿体上盘拉槽形成补偿空间，矿块回采时从切割槽位置后退式回采。崩落矿石采用6m?电动铲运机（3m?柴油铲运机作为辅助）铲装矿石通过矿块溜井下放至阶段（中段）有轨运输水平装车运至转运系统，矿石经破碎后通过胶带运至地表矿仓。
1.2.2点柱式上向水平分层充填采矿法
大红山铁矿I号铜矿带深部150万t/a采矿工程采用点柱式上向水平分层充填采矿法。主要开采对象是铜矿带Ⅰ3、Ⅰ2及Ⅰ1矿体。矿体间夹层厚度从零米到几十米不等。矿体整体走向近东西，向南倾斜，倾角一般在12°～55°之间，平均倾角35.7°；矿体厚度在1.7～21.4m之间，平均厚度6.9m。
I号铜深部一期采矿工程设计开采400～700m标高之间矿体，沿矿体倾向方向划分为三个阶段自下而上同时开采，阶段高度100m，分段高度20m，盘区沿矿体走向布置，每300m划分为一个盘区。采场分层回采高度4m，矿块长度50m，矿块宽度为矿体水平厚度，矿块高度按一个分段高度划分，矿块内按8～12.5m间距留设5*5～12m点柱或条柱，每个矿块上盘均布置充填回风上山贯通上分段回采联道，断面尺寸2m*2m，角度≥45°，矿块间留4m宽间柱。采场溜井、回风上山等按300m间距设置，充填回风平巷按阶段设置于矿体下盘，负责阶段的回风和充填及作为上阶段的排（集）水通道。
各中段首分层用1：4灰砂比的水泥尾砂浆充填，并在其底板铺设200*200Φ16钢筋网，以利于下中段最上分段的回采；其它分层回采结束后先用废石充填，再用分级尾砂充填，之后最上层的0.8m用1：6灰砂比的胶结尾砂浆充填，以利于铲运机和汽车运行。各中段首采分层充填厚度2.5m，留出1.5m，以留出上分层回采爆破的空间，其它分层每次充填总厚度同回采分层厚度，为4m（最后一个分层充填接顶）；为便于充填时的脱水和回采时的排水，在采场回采联道适宜位置设置滤水孔。采矿方法大样图见图2：
1.2.3分段空场法采矿法（含嗣后充填）
大红山铁矿分段空场采矿法主要应用于III、IV号矿体、720m头部、分采采区和I号铜矿带浅部（760～800mI1矿体）。矿体沿倾向方向划分为阶段自上而下开采（分采采区自下而上），阶段高度40～80m，分段高度10～30m，盘区沿走向布置，长约100～200m，沿倾向水平宽度约40～45m（含矿柱）左右，盘区内按沿走向长50-80m划分矿块，矿块宽度40～45m（含矿柱）左右矿块及盘区间沿倾向留沿倾向矿柱，盘区间沿走向留沿走向矿柱，矿柱宽度6～8m（矿体较厚时取大值，矿体较薄时取小值）。
采用嗣后充填空区的采区在盘区或矿块回采结束后及时浇筑密闭墙密闭采空区，之后采用废石或分级尾砂充填采空区，废石采用卡车运至上盘充填平巷通过充填小井对空区进行充填，分级尾砂则通过充填钻孔下放至采空区充填，尾砂质量浓度要求68～70%。采矿方法大样图见图3：
1.2.4房柱法采矿法
大红山铁矿房柱法采矿法主要应用于I号铜矿带浅部、720m头部和III、IV号矿体厚度为3～9m的缓倾斜矿体。矿块沿走向布置，矿块长50m，水平礦体矿块宽约55m，倾斜矿体按20m分段高对应的水平宽度划分。沿走向相邻4个矿块划分为一个盘区。矿块间沿走向和倾向留隔离矿柱，矿柱宽度3m，矿块内均匀留点柱，点柱间距约9～11m，点规格为3×3m，在矿体较厚的地段，矿柱应适当加大，保证矿柱能有效留设并稳定支撑。倾斜矿体的分层高度按水平宽度约9～11m对应的高度划分。
回采工作面自上而下逐步推进，回采作业采用气腿式凿岩机打浅孔爆破落矿。倾斜矿体回采时，先将各分层未掘到盘区端部的回采进路推进到盘区端部，之后各分层自盘区两端向盘区中部后退回采矿石。水平矿体回采时，利用已掘到盘区端部的回采进路作为回采通道，自盘区两端向盘区中部后退回采矿石。回采过程中，必要时应采用锚杆或锚索对顶板进行锚固，以保证生产安全。采矿方法大样图见图4： 4.充填采矿存在的问题及改进方向
以玉溪大红山矿业有限公司为例，在绿色开采过程中取得丰硕成果的同时，亦存在不少问题亟待解决。
2.大红山铁矿充填简介及应用现状
2.1充填系统简介
充填系统主要服务于Ⅰ号铜矿带深部150万t/a及III-IV矿体80万t/a采矿项目。深部I号铜矿带充填方式为废石+分级尾砂胶结充填，III、IV矿体充填方式为废石+分级尾砂水力充填。充填料选用大红山铁矿井下掘进废石和选厂产出的尾砂，采用立式砂仓和搅拌槽制备充填矿浆自流输送工艺。
选厂尾砂通过Φ53m浓缩机浓缩后，底流浓度为40%左右的尾砂浆经过渣浆泵、新增充填隔膜泵加压，输送至充填制备站2#立式砂仓顶部的旋流器，经旋流器分级后得到浓度为68%左右的尾砂浆，通过分料槽分别为4个立式砂仓给料。经过沉砂、水气联动造浆放出质量浓度67%～70%的尾砂浆进入搅拌槽搅拌。胶结充填时，按灰砂比1：4的比例加入P42.5标号的水泥，制备成质量浓度为70%～74%的砂浆，再由管道自流输送到井下进行充填；分级尾砂水力充填时则不需添加水泥。旋流器分级后溢流和立式砂仓顶部溢流细粒泥级尾砂通过立式砂仓溢流口经Φ530mm管道自流至二、三选厂浓缩池。充填系统流程如图5所示。
2.2充填采矿法的应用效果
从2013年元月充填制备站投入运行以后，充填采矿法在大红山铁矿开始应用，其中I号铜矿带深部150万t/a采矿工程采用点柱式上向水平分层充填采矿法和III-IV矿体80万t/a采矿工程采用分段空场法（嗣后充填）采矿方法。已采用废石+尾砂或尾砂充填处理采空区368万m?，处理量为70多万m?/a。井下掘进废石排入采空区，基本实现废石不出井，提高充填强度和脱水效果的同时减少了废石运输成本和运输风险，还能减少废石场建设维护。尾砂消耗量约50万m?/a，有效减少尾矿外排量。采用充填采矿法的采空区处理情况如下表：
充填采矿法与其它采矿方法对比，有一下优点：
（1）充填体充入采空区后直接与围岩接触，对围岩提供一定的侧向压力，从而可以有效地调整采场系统的能量释放速度，提高地下采矿系统中抵抗动态作用的能力，限制围岩变形的继续发展，防止采空区继续冒落。
（2）充填体具有应力隔离作用。充填体是在采场开挖后充入的，虽然其后受到开挖的影响，并承受部分转移来的应力，但在采场结构中毕竟充填体的刚度小，变形性能大，因而所承受的应力较小，这就可以对采场围岩高应力区起到一定的应力隔离作用，保证回采工作的安全。
（3）充填体可以改善礦柱的应力状态，提高矿柱的强度和支撑顶板的能力。空区充填后，充填体包裹矿柱，给矿柱表面一定的侧压力，使矿柱处于三维应力状态，提高矿柱强度。对于矿柱发生破坏的采场，如果立即进行充填，则破坏很快停止而趋于稳定状态，岩音频度迅速降低以至消失。
（4）虽然尾砂充填体承载能力有限，但其重要的作用是消除了空区，可阻止顶板变形破坏的发展，消除顶板大面积冒落的可能性，避免灾难性的地压活动。
（5）充填体在深部开采时可控制岩爆的产生，并可有效抑制地表塌陷。
2.3充填技术的发展
随着国家政策的转变，对安全生产、环境保护等的要求越来越高，充填采矿法可以较少甚至消除尾矿库、废石场等工业危害，是符合持续发展理念、绿色矿山理念的实用技术，应用和发展前景十分广阔。对于大红山铁矿而言，为降低充填采矿成本、提高充填体质量，实现充填采矿的创新发展和扩大应用成果，需进行以下方面的应用研究应用：
（1）将分级尾砂改造为全尾砂，既增大了尾砂消耗量，又减小了细粒级对尾矿库的危害；
（2）寻找水泥替代品，研究能满足充填体强度要求的新型低成本胶结材料来降低充填成本；
（3）结合边角小矿体采矿和充填的特点，设计出满足安全规范又便于充填的新工艺，实现因矿生法、因矿而异的充填采矿技术新理念；
（4）加强充填全过程的自动化和智能化改造，实现信息化、智能化的充填信息管理系统；
（5）利用尾砂和废石对塌陷区进行治理；
（6）利用充填技术对1号铜浅部，II1头部等前期形成采空区进行治理。
3.结束语
充填采矿法是实现金属矿绿色开采发展的重要载体。从当前采矿工程领域的发展中，充填技术已经成为了该领域发展中十分高效的一种方法。由于充填采矿法具有安全、高效等多个方面的优势，是其他许多方法不可取代的。然而，从实际的充填技术应用中，我们也不难看出该技术中还存在着一些不足。因此，我们必须不断的对充填技术进行研究和分析，创造出更好、更有效的应用方法来解决当前存在的问题，进而在促进充填技术应用提高的基础上，促进采矿工程领域的发展和进步。
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。
[3]彭继承.充填理论及应用[M].长沙：中南工业大学出版社，1998。