充填法

充填法是以充填材料充满采空区，支撑两帮围岩，防止岩石移动，达到控制地压的目的。凡是随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的方法叫做充填采矿法。充填采矿法也将矿块划分为矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱。矿柱回采可用填法，也可以考虑用其他方法。

简介

以充填材料充满采空区，支撑两帮围岩，防止岩石移动，达到控制地压的目的。

发展情况

充填采矿法在国内外金属矿山应用的历史悠久，古代就用采掘的废石留在采空区的办法来采矿，发展到现在的机械化作业的充填采矿法。

国内情况

充填采矿法在金属的矿山应用情况也是变化的，有起有落，开始应用的比较多，后来减少了，现在又兴盛起来。目前仍然有日益增加的趋势。全国约有20多个冶金山采用了充填法。

我国的红透山铜矿、凤凰山铜矿、铜录山铜矿、焦家金矿、凡口铅锌矿、湘潭锰矿、黄沙坪铅锌矿等都使用充填采矿法。

国外充填采矿法发展情况

目前，充填采矿法在国外金属矿山已获得日益广泛的应用，其所占比重正在持续上升。例如，加拿大、美国、日本、瑞典、苏联、西德等。

加拿大：1970年—分层充填法比重为22.2%; 1973年—分层充填法比重为29.1%

1974年—用充填法采出的矿石为2500万吨。深入充填料中的水泥约价值1000万元；

美国：1971年—使用充填法的金属矿山数为38个。其中用充填料回填空区的矿山有：25个。

1971年美国脉状矿日产矿石量为1200万吨以上的有色矿山，只有6个，而除一个用留矿法开采外，其余均用充填法开采。

日本：1956年占24.5%，1967年占35.2 %,1970年占39.0%。

瑞典：在45个矿山中，有13个矿山采用分层充填法开采。 ⑤ 苏联—1965年使用充填法开采的矿石量为14.9%。1975年使用充填法开采的矿石量为38.0%。

其他国家如澳大利亚、西德、印度、英国、奥地利等国家也都广泛地应用充填采矿法开采有色、稀有金属矿体。

主要用途

①矿石稳固而围岩不够稳固；

②地表不允许崩落；

③开采稀有、贵重金属或高品位富矿，要求损失率、贫化率小；

④矿床有自燃发火危险；

⑤矿体倾角一般在50°～60°以上。

分类

充填采矿法旨在利用充填体进行地压管理，抑制地表沉陷和围岩崩落，保护采矿现场生态环境平衡。从材料角度看，充填采矿法可分为3种，分别为胶结充填法、水砂充填法、干式充填法。干式充填法是充填采矿技术最早应用的方法，需借助风力、矿车或其它运输设施将砂石、废石等其它机械输送干充填料运输到采空区，由此方法采出的矿石>总矿石的1/3[2]；水砂充填法是利用砂浆或自流方式将冶炼场炉渣、尾砂、碎石、砂石等固液两相浆体运输到井下，应用此方法时应充分考虑围岩矿体的稳固性、回采巷道的尺寸以及地表沉陷的可能性。胶结充填法是最新发展的充填技术，该方法能将材料形成浆体或膏体，以官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、充填量大的优点。胶结充填法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。

应用前景

矿山开采范围大，一个矿山可对周围区域造成污染，无废采矿是采矿工作发展的必然趋势。采用充填采矿法能提高矿物回采率，降低频化率。与空场法、崩落法相比，充填采矿法更具优越性，充填采矿法既能有效控制地压，又能充分利用资源，改善矿区周围环境[3]。

在采矿工作中，矿山充填法一直发挥着十分重要的作用，从其发展趋势看，采矿技术的重要发展方向包括发明新型充填材料以及完善充填工艺技术。第一，相关工作者应继续研制与现有工艺配套的高效充填设备，实现充填参数自动连续监测、分析与控制，促进充填工艺进一步改进，还应实现信息化、智能化的充填信息管理系统。第二，相关工作者应尽量研制新的充填材料，有效降低充填成本，比如说，可以将城市垃圾作为充填料充填采空区，这样既能消除城市固体垃圾，又能实现矿山采空区的隐患治理。

第三，近年来，地表和近地表矿产资源日益枯竭，矿山的开采必定朝向深部发展，并对充填体强度、充填工艺、充填体力学、充填管道设计、管道磨损等提出了更高的要求，相关工作者有必要对以上要求进行综合研究，为实现深井开采提供技术支持。

环保意义

采矿工业在提供原材料的同时也对自然环境造成了不同程度的破坏，近年来，矿产需求不断增加，因采矿引起的废料排放问题以及环境破坏问题已经成为全球性严峻问题。矿产的开采、加工、消费过程均会破坏生态环境。矿山开采产生的废石被风蚀、水蚀后可发生风化，形成的污染物可进入地表水造成水污染，废石堆放会破坏废石区域植被，此外，废石在风的作用下可发生扬尘，对影响生态环境。矿山开采带来的尾砂被排放到江河、湖泊或海洋中，可造成江河湖水污染，影响生态平衡。矿山开采可引发地表塌陷或山体崩落，山体崩落或地表塌陷可导致崩落的岩体和石砂会毁压井巷，破坏地面构筑物，严重时还会造成人员伤亡，阻碍正常交通。疏干排水为矿山主要防治水手段，矿坑的产生可改变天然地下水流场，当地下水单元的补给量<矿坑排水量时，矿区地下水正常的流场关系就会被破坏，继而下降地下水位，严重时可导致水资源枯竭。

不向地面排放矿山固体废料或将固体废料有效充填，可在一定程度上避免自然环境受破坏，保持生态平衡。生态的充填模式需系统对待矿山的各个工序，实现矿山充填作为固体废料资源化，充填采矿法不但能用废石充填，还可容纳厂尾矿，减少采矿对周围环境的污染。现对充填法采矿的环境保护的意义阐述如下：①废石：充填法采矿中，可将废石块用作充填料，采用级配良好的块石与水泥砂浆混合充填，能获得稳定性较佳的人工壁柱，减少坑下废石的提升量，继而减轻因废石堆积造成的环境污染。块石胶结充填法的应用既减少了排土场，又实现了低废采矿。②尾矿：全尾砂充填工艺的应用，进一步实现了低废环保型采矿，以全尾砂为主的高浓度充填料充填矿山，可降低水泥消耗，减少消尾矿库，降低充填成本，还可以在很大程度上改善坑内环境。从实例看，济南铁厂应用了全尾矿充填工艺，为我国建立了一个不外排尾砂、不造尾砂坝的矿山。再如，广东凡口铅锌矿中，选择高浓度胶结全尾结充填料作为自流输送工艺，90%的尾砂得到了利用，基本上没有出现尾砂地表堆放现象。③地表塌陷：将充填体看做是采场或盘区支护方式，可减少弹性闭合速度英爱的能量释放率，有研究数据显示，一般可将释放率降低50%。充填法采矿可有效避免地表和地下巷道破坏的岩石力学问题，收获较低的贫化率和较高的回采率。目前，充填法采矿已经成为控制地表沉陷和变形的重要技术从实例看，我国抚顺矿务局曾借助水沙充填法在炼油厂、检修厂等建筑物下面进行安全采煤。④改善地下采矿环境：充填法采矿可保护开采现场的环境，矿石采出后及时充填，不仅能保护主要运输巷道，还能减少有害气体释放，降低高硫矿石自燃、自爆风险。

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