礦山充填技術的發(fā)展與應用摘要：隨著采礦科學技術的發(fā)展、開采技術條件的變化以及環(huán)保的要求，充填采礦法在國內外礦山得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，這對于促進礦山的安全生產、改善礦井勞動作業(yè)條件、提高礦山的綜合經濟效益起到了極大的促進作用。本文著重對礦山充填技術的研究與應用進行介紹，以期望借鑒這些經驗為日后礦山充填技術進行優(yōu)化升級。

關鍵詞：礦山充填技術采礦發(fā)展應用

1.引言：

隨著經濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對環(huán)境的要求也越來越高?，F(xiàn)有探明的礦產資源不斷消耗，采礦向深部發(fā)展，傳統(tǒng)的采礦方法往往會在采礦后形成較大的采空區(qū)，隨著時間的推移，很容易形成地表塌陷，山體開裂或者坍塌等地質災害。同時，傳統(tǒng)的采礦方法由于會留下大量的礦柱而無法回收，造成了資源的浪費。充填采礦法恰好能解決這些問題，充填采礦法采完礦石后用廉價的材料填充了采空區(qū)，防止了地面的塌陷，充填采礦法不需要留下礦柱，因此提高了礦石回收率，保護礦產資源，具有良好的經濟效益，因此絕大部分礦山都在應用充填技術。

2.充填技術研究現(xiàn)狀：

2.1發(fā)展歷程

充填技術已成為采礦領域最引人注目的前沿研究課題，充填工藝和設備日益完善。發(fā)展歷程大致為：20世紀50年代為廢石干式充填，60年代發(fā)展為應用分級尾砂水力充填與碎石水力充填，膠結充填技術開始于70～80年代，那時為以分級尾砂和天然砂作為充填料的細砂膠結充填技術。膠結充填技術在90年代得到推廣，它發(fā)展了全尾砂膠結充填，塊石砂漿膠結充填，碎石水泥漿膠結充填和膏體泵壓輸送膠結充填等新技術。進入21世紀以來，又研究出了密實性高、流動性好、含水量高的超高水充填材料。

2.1主要充填技術

2.2.1混凝土充填

混凝土膠結充填是以碎石、戈壁集料、河砂或分級尾砂為充填骨料摻和水泥加水制備成低標號混凝土進行井下充填?；炷脸涮罴夹g在我國應用較早。豐山銅礦采用下向分段碎石混凝土充填法,碎石由露天礦廢石破碎而成,用溜井下放至地下混合碉室,水泥漿在地表制備,用管道輸送至混合碉室。采用自淋混合工藝,鏟運機將混合料運走,直接卸入采空區(qū)進行充填。富家礦采用破碎后的露天礦廢石為充填骨料。充填料用溜井下放至地下攪拌站,水泥在地表制成水泥漿用管道輸送至攪拌站,靠溜槽自重下放混合制成混凝土,然后用電耙接力方式輸送到充填地點,在采場內自流充滿采空進路。

混凝土膠結充填工藝復雜,系統(tǒng)建設投資較大,但充填體強度高是混凝土充填主要特點?？捎糜谙孪蚰z結充填,也可用來制做人工礦壁、人工底柱。目前存在的主要問題是水平輸送不能管道化,用電耙輸送環(huán)節(jié)多、水泥離析嚴重,充填體成本高等。

2.2.2塊石膠結充填

塊石膠結充填是以膠凝材料包裹充填骨料,并相互粘結形成充填體,增大充填骨料粒度,減少其比表面積,可提高充填體強度。在細砂膠結充填中按比例加入塊石,形成塊石砂漿膠結充填,或以塊石為充填骨料加入水泥漿的無砂塊石膠結充填,均能形成高強度充填體,并降低充填成本。塊石膠結充填在我國大廠銅坑揚礦已試驗成功并用于生產。該礦有兩套充填系統(tǒng):棒磨砂膠結充填系統(tǒng)和塊石破碎及轉運系統(tǒng)。地表設采石場,巖石破碎后用皮帶輸送到充填井上口,同時棒磨砂和水泥混合料漿用管道輸送到天井口,砂漿與塊石同時連續(xù)下料,兩者在料堆斜面上滾動、混合、滲透,形成膠結充填體。

塊石膠結充填生產能力大,塊石用皮帶輸送,料漿用管道輸送便于計量,充填體強度高,成本比混凝土充填低。該技術最適宜空場法嗣后充填,也可用于分段充填和處理采空區(qū)。

2.2.3高濃度全尾砂膠結充填

高濃度全尾砂膠結充填工藝是以物化力學和膠體化學理論為基礎,直接采用選廠的尾砂礦漿,經脫水裝置獲取含水率20%左右的濕尾砂濾餅,通過強力機械攪拌裝置,將全尾砂與適量的水泥和水混合制備成高濃度均質膠結充填料,以管道輸送賓漢流體的方式或膏體泵壓輸送方式充入采空區(qū),形成高質量充填體。凡口鉛鋅礦是我國利用尾砂膠結充填最早的礦山,先后建設了幾套尾砂膠結充填系統(tǒng)。為解決尾砂不足和充填濃度低等問題,進行了高濃度全尾砂膠結充填試驗,現(xiàn)已推廣應用

2.2.4高水速凝固化膠結充填

高水速凝固化膠結充填技術是充填技術的新發(fā)展,在我國研究、設計單位和礦山企業(yè)的共同努力下,已在許多礦山試驗成功和應用,如招遠金礦、龍首礦、棲霞山鉛鋅銀礦、大廠礦務局、雞冠嘴金礦、凡口鉛鋅礦、焦家金礦、富家礦等。高水充填材料有雙漿和單漿兩種。高水速凝固化充填最突出的特點是初凝快、充填體早期強度高,充填體不收縮、不泄水,破壞后有自愈能力。最適宜澆注上向分層充填法的工作面地板,可縮短采場循環(huán)周期,提高開采強度。存在的主要問題是高水材料價格比普通水泥高30%～50%,而且特種水泥廠數(shù)量少,在全國的布局也不均衡,存在供貨、運輸和儲存問題。

2.2.5全尾砂細石膏體泵送膠結充填

這種新工藝的實質是將尾砂或其它用作充填的骨料經濃密機濃縮和真空過濾機過濾后,形成濃度達85%左右的膏體,再用往復式活塞泵經管道壓送到待充地點。金川公司為解決全尾砂高濃度輸送問題,進行了全尾砂細石膏體泵送充填試驗,并獲得成功。該工藝是將全尾砂經高效濃密機和過濾機濃縮成含水率為22%的濾餅,再用高效攪拌機與水泥、細石和水混合,形成濃度為75%～76%的膏體,用PM泵經管道輸送到采空區(qū)。這種充填工藝特點是充填體不脫水,加上細石骨料,充填體強度高。由于采用泵壓輸送,不受充填倍線限制,水平輸送距離長。存在的主要問題是PM泵尚需從國外引進,全尾砂脫水設備多,初期投資大,目前僅適用于大型礦山推廣應用。

3.未來發(fā)展趨勢改進方向：

（1）雖然充填采礦法具有很多的優(yōu)勢，但是采礦成本較高一直困擾其發(fā)展。膠結充填采礦中，充填費用一般占采礦總成本費用的20％左右，有的甚至高達40％。例如，金川鎳礦充填成本就占到了采礦總成本的1／3，而充填成本中充填材料的費用占85％以上，其中水泥成本占總充填材料成本的40％～50。因此降低充填成本主要途徑就是開發(fā)研制能夠取代水泥并且低成本、高強度的新型充填膠凝材料。通過十多年的研究，雖然取得了大量高水平的研究成果，但是國內外的許多資料表明，我國目前采用膠結充填時的水泥消耗量遠高于國外，因此仍有很大的改善空間。

（2）繼續(xù)研制與現(xiàn)有工藝配套的高效充填設備,在提高充填作業(yè)機械化、自動化程度的同時,促進充填工藝進一步改進,全面實現(xiàn)充填參數(shù)自動檢測、分析與控制,確保充填體質量達到設計標準。

（3）進一步完善膏體泵送充填技術,徹底解決盤區(qū)進路機械化充填采礦法中進路充填接頂?shù)膯栴},以實現(xiàn)高效采礦。

（4）有利于環(huán)境保護的全尾砂膠結充填技術受到普遍重視,其工藝進一步完善后,將得到大范圍推廣應用。

參考文獻：

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