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充填开采:矿业绿色发展的关键技术

发布时间:2025年05月10日 浏览量:64

在矿产资源开采领域,充填开采作为一种重要的采矿方法,正日益受到关注。它不仅能有效解决采矿过程中的地压控制、地表沉陷等问题,还在资源回收、环境保护等方面发挥着关键作用,为矿业的可持续发展提供了有力支撑。

充填开采:矿业绿色发展的关键技术

二、充填开采的基本概念与目的
充填开采,顾名思义,是在采矿过程中,将特定的充填料输送到采空区,以实现对采空区的填充和支撑。其主要目的包括:一是控制地压活动,采空区的存在会导致围岩失去支撑,易引发地压灾害,而充填体能够有效支撑围岩,减少地压对采矿作业的威胁;二是防止地表沉陷,对于一些地表有重要建筑、设施或需要保护生态环境的矿区,充填开采可大大降低地表沉陷的风险,保护地表生态;三是为后续采矿作业创造安全稳定的工作平台,确保采矿工作能够顺利进行;四是改善矿柱受力状态,提高矿产资源的回收率,避免资源浪费。
三、充填开采的发展历程
充填采矿法历史悠久,古代就有将采掘废石留在采空区的做法。在我国,西周末年已使用支架充填采矿法,一直到 20 世纪 50 年代以前,干式充填采矿法被大量应用。随着时代发展,60 年代干式充填采矿法逐渐被其他高效率采矿法替代。70 年代,尾砂充填和胶结充填技术逐步得到应用,同时自行式无轨采掘设备的使用,推动了水砂充填采矿法和胶结充填采矿法的大力发展,使得充填采矿法的矿石产量比重不断增加。如今,随着充填材料、工艺及管道输送装备和技术的持续进步,充填采矿法在各类矿山中的应用愈发广泛。
四、充填开采的分类
(一)按充填料性质分类
  1. 干式充填法:这是充填采矿技术最早应用的方法,通过风力、矿车等运输设施,将砂石、废石等干充填料输送到采空区。该方法简单易行,但劳动强度大,充填效率相对较低。

  1. 水砂充填法:利用砂浆或自流方式,将冶炼场炉渣、尾砂、碎石等固液两相浆体输送到井下采空区。在应用时,需充分考虑围岩矿体的稳固性、回采巷道尺寸以及地表沉陷可能性等因素。

  1. 胶结充填法:将材料制成浆体或膏体,通过管道泵送或重力输送到充填区。具有工艺简单、充填料强度大、充填速度快、充填量大等优点。其中又包括尾砂胶结充填、块石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填、膏体泵送充填以及高水速凝充填等多种形式。

(二)按矿体回采方向和充填方式分类
  1. 上向分层(或进路)充填法:将矿块划分为矿房、矿柱,先采矿房,后采矿柱。矿房自下而上分层回采,每回采一个或若干个分层后,及时进行充填,以维护上下盘围岩,创造持续上采的作业条件。这是国内外应用最广泛的充填采矿法之一。

  1. 下向分层(或进路)充填法:适用于矿石价值特高、但矿岩均不稳固的金属矿床。在阶段内,自上而下在分层人工假顶保护下顺序分层进路回采、进路充填。不过,该方法生产环节多,人工假顶要求高,成本相对较高。

  1. 嗣后充填采矿法:在矿岩稳固性较好的条件下采用。将矿体交替划分为矿房和矿柱,先用空场法回采矿柱,待整个矿块回采完毕后,进行一次胶结充填形成人工矿柱,养护后在人工矿柱保护下用同样方法回采矿房,矿房回采完毕后进行一次非胶结充填。此方法充填工作在整个阶段内一次完成,也称为阶段充填法。

五、充填开采的优缺点
(一)优点
  1. 矿石损失、贫化小:能够较为精准地控制采矿过程,减少矿石在开采过程中的损失,同时降低贫化率,提高资源利用率。

  1. 有效维护围岩:充填体可对围岩提供有力支撑,减少围岩的移动和冒落风险,保障采矿作业安全。

  1. 适应复杂矿体:对于赋存条件复杂、矿石或围岩有自燃发火危险、地表或围岩需特殊保护等情况的矿床,充填开采具有良好的适应性。

  1. 可进行选别回采:对于薄矿脉或多品种矿石,能够实现选别回采,提高资源的综合利用价值。

  1. 环保效益显著:能有效减少地表沉陷,处理矿山固体废料,减少对环境的污染和破坏。

(二)缺点
  1. 工艺复杂:回采工艺和充填工艺都较为复杂,涉及多个环节和技术,对操作和管理要求较高。

  1. 成本较高:充填料的开采、加工、输送等一系列消耗使得矿石成本增加,其中开采运输与堆积充填料的费用占采矿成本的 40 - 50%。

  1. 生产效率受限:充填和采矿相互影响,如果回采作业机械化不能妥善解决,会导致生产效率和生产能力较低。

  1. 劳动强度大:部分充填作业,如干式充填,劳动强度较大,对工人的体力和耐力要求较高。

六、充填开采的应用前景
随着社会对资源可持续利用和环境保护的要求日益提高,充填开采技术具有广阔的应用前景。一方面,它能够提高矿物回采率,降低贫化率,在资源回收利用方面发挥重要作用。另一方面,通过有效控制地压和减少地表沉陷,能更好地保护矿区生态环境。未来,充填开采技术将朝着发明新型充填材料、完善充填工艺技术、实现信息化和智能化等方向发展。例如,利用城市垃圾等作为充填料,既能解决矿山采空区的充填问题,又能处理城市固体垃圾,实现一举两得。同时,随着矿山向深部发展,对充填体强度、充填工艺等提出更高要求,相关研究也将不断深入,为深部开采提供技术保障。总之,充填开采作为一种绿色、高效的采矿技术,将在矿业发展中扮演愈发重要的角色。