摘 要：到目前为止，我国已经进入煤矿资源消耗高峰期。煤矿开采同时也面临着许多地质灾害问题，比方说深部岩爆、冲击地压等灾害；由于煤矿开采时会产生大量的废气、废料、废水，致使生态环境恶化，加强矿山环保和矿产资源利用，是改变矿区生态环境的重要途径之一。因此，采用充填采矿法，能够提高矿石回采率、减少矿石贫化率，使现有资源得到充分利用，对地压和地表塌陷有一定的控制作用。随着现代工业技术的不断发展和改进，充填矿技术在原有技术的基础上，也得到了快速的发展，加之井下无轨自行设备的广泛使用，充填采矿技术已成为高效的开采方法。
关键词：充填采矿技术；煤矿；应用
1 充填采矿法的发展趋向
在可以预见的将来一段时期内，地下采矿方法变革的总趋向是：把矿房、矿柱回采和采空区处理作为一个整体予以考虑，有步骤地全面回来，既减少矿石的损失贫化，又消除采空区隐患。同时，改革采矿方法结构，实现机械化的强化开采，降低开采成本并提高劳动生产率。因此，充填采矿法是21世纪的最主要的采矿方法之一。可以认为，对于我国大中型地下矿山来说，充填采矿法的发展趋向在目前主要集中在下述几个方面。在中段上实现无间柱连续采矿，被认为是矿床地下开采技术的一个重大进展。
1.1 大规模的机械化盘区开采
传统的上向水平分层充填采矿法的主要缺点之-是采场生产能力低以及工人劳动生产率低。采矿作业全部使用大型自行设备：凿岩作业为芬兰生产的MonoMATICHSI05X型上向自动接杆凿岩台车，装药作业为芬兰生产的NT30/NBBl50型井下装药车，采场装运为美国生产的ST-31/2型3m3铲运机和德国的LF-4.1型2m3铲运机，采场顶板处理为瑞典Brokk300型撬毛车，井下破碎大块为长沙矿山研究院制造的SYG-2.5型井下自行式碎石机，坑内材料运送及采场顶板和帮壁的安全检查为南昌通用机械厂生产的井下服务车等。由6名工人组成采矿作业队操作所有种类的机械设备，经7个采场16个分层共生产约15万t矿石的工业试验。
1.2 充填采矿法与空场采矿法或崩落采矿法联合开采
为充分发挥充填采矿法和空场法或崩落法各自的优点，国内外很多矿山都设计使用了这种联合开采方案。如澳大利亚的芒特・艾萨矿1100号巨型矿体的开采，在平面上划分成40m×40m的棋盘式采场，在垂直方向上不划分中段，矿体全高90-260m为采场高度，使用分段空场法开采，然后用胶结块石充填。
1.3 全尾砂膏体胶结充填技术
鉴于传统的分级尾砂充填的一些缺点，20世纪70年代末德国和苏联等国家开展了全民砂膏体充填泵送技术研究。所谓“膏体”，是指料浆浓度很高，在管道排料口以牙膏状被挤出。全尾砂膏体充填技术的主要优点有： （1）层砂利用率高。膏体胶结充填可以使用全尾砂；膏体非胶结充填尾砂利用率-般为90%-95%，个别情况下可达到99%，取决于脱水设备和脱水技术；而水力充填分级尾砂的利用率一般只有50%-60%，致使充填材料数量不足，许多煤矿只好采集地表天然砂或将块石磨碎成砂用作充填料。（2）减少尾砂库经营和维护费用。全尾砂膏体充填的溢流水在满足环保要求的排放标准时，矿山可不建层矿库或只建小型的尾矿库。（3）充填料浆浓度高，大大减少了水泥用量，降低了充填成本。据德国格隆德矿的统计资料，当设计的充填体强度相同时，全尾砂膏体胶结充填料的充填成本比分级尾砂胶结充填料的充填成本降低23.6%。（4）全尾砂膏体充填料在采场一般无渗流水排出，改善了井下作业环境，节省了井下排水及清理污泥等方面的费用。
全尾砂膏体充填技术的主要缺点是一次性投资较大，充填系统设备多、结构复杂，系统的可靠性较低。全尾砂膏体充填的技术关键，据认为主要是下列几点：（1）尾砂脱水浓缩技术。按照全尾砂膏体充填的技术要求，尾砂脱水后的重量浓度应达到75%-80%以上。因此，需采用大型脱水设备，有的还需进行二级浓缩脱水；选厂送来的尾砂先经浓缩机脱水后，再送至过滤机脱水。（2）膏体的泵压输送技术。全尾砂膏体充填料需用高浓度砂浆泵或混凝土泵输送。目前，国内使用的输送泵主要有德国生产的PM双缸活塞泵以及沈阳工程机械厂生产的混凝土泵。PM泵为普茨迈斯特机械有限公司（简称PM公司）的产品，电动液压装置为HAl32型，电动机132kw，转速1500r/min，380v，50Hz。设备只需平放在平整的混凝土地面上即可。由电动机带动液压油泵，油压随泵的出口压力而自动升降，达到250×105Pa后，流量会自动降低。油压升到300×105Pa时，不会再升高。KOS4170泵的结构简单，泵的主要环节安全保护系统完善，采用了严密密封的s转向管来分配双缸的给排料，能适应大流量长时间连续工作的膏体充填作业，其有关技术性能见表1。（3）膏体管道输送系统的监控技术。全尾砂膏体充填的浓度要求高。因此，需准确控制充填料各组分的给料量并监测管道输送过程中的有关参数。整个充填系统应组成闭路循环控制系统，自动协调和处理作业过程中某个环节出现的问题，诸如压力过高或过低以及管道堵塞等，并应装备遥控和遥测仪表。
2 充填采矿的优势
2.1 降排功能
充填采矿的意义和作用早已经不是简单地矿山开采。世界各地都有无废料排弃的矿山。比方说，德国格隆德铅锌矿利用浮选后的全尾砂和重选碎石制备膏体填料回填下向充填进路，已经不存在尾矿排弃到尾矿库；有的矿区是在自然保护区或风景名胜区采矿，比如奥地利的布莱堡铅锌矿及南京栖霞山铅锌银矿等等。这些矿山开采的首先条件就是对生态环境的保护，也就是能否将大量的工业废物回填到地下。如何处理好工业固体废物是矿山设计首先要考虑的因素之一，也是解决矿区环境污染的办法之一。
2.2 消除地表变形及下沉功能
充填采空区可以利用充填技术，对阻止围岩变形及支撑围岩都起着很重要的作用；充填可以使采空区形成新的工作面，利用以后的煤矿作业，提高煤矿综合生成能力；充填技术对阻止岩层大规模移动也有很大的效用，以达到建筑物下或水体下采矿的实现，对保护地表不被破坏，改善生态环境起直接的作用。
2.3 低贫损开采功能和远景资源保护功能
缓倾斜矿体和水平矿体也可以应用充填技术，对于厚大矿体，能大幅度提高矿柱回收率及出矿品位；充填技术采矿可以对某些需要优先开采下部或底盘富矿的矿山实现“采富保贫”，能更好的保护矿产资源，减少破坏和损失；三废中（尾矿、废渣、废石）仍旧有一些有用物质，只是当前的技术水平不能够被回收，放在地表面上不容易被保存，不能看出，充填就是一种非常可靠安全的保护方式。
3 结论
随着科学技术的进步，充填法已逐渐被大家所接受，并成为高效安全的采矿方法之一，其对地表生态环境破坏程度小且回采率高等优点。另外它的大量工艺已被自动化和机械化，操作起来也很简单。在既能够保护环境又能利用资源的同时对地下矿山进行挖掘，充填采矿技术必将得到优先发展。
参考文献
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