采礦工程學(xué)科前沿講座報(bào)告

1、現(xiàn)代礦山充填采礦新技術(shù) 作者：馮善良指導(dǎo)老師：劉萍單位：貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院采礦112（1108010158） 2014年7月8日現(xiàn)代礦山充填采礦新技術(shù) 作者：馮善良（貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院采礦112 貴州大學(xué)花溪新校區(qū) 550000）指導(dǎo)老師：劉萍摘要：傳統(tǒng)采礦模式下,礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中產(chǎn)生的廢石、尾砂和冶煉渣等占我國工業(yè)固體廢料排放量的85%左右.大量礦山固體廢料堆放地表易造成嚴(yán)重污染,誘發(fā)泥石流、尾礦潰壩事故.根據(jù)現(xiàn)代采礦理念,固體廢料充填工藝是解決礦山廢尾排放的最有效途徑,是綠色采礦的主體支撐技術(shù).充填采礦技術(shù)具有消除采動引起的地表下沉和改善采礦應(yīng)力環(huán)境功能,具有低貧損開采、提高資源綜合利用率功

2、能和"采富保貧"遠(yuǎn)景資源保護(hù)功能,具有降低廢石尾砂等固體廢料排放、甚至根本消除采礦末端處理達(dá)到無廢開采的功能,具有適應(yīng)各種復(fù)雜難采礦床開采的功能.文中還對實(shí)現(xiàn)綠色采礦的原則與技術(shù)保障以及充填采礦的研究方向進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：煤炭資源；生產(chǎn)效率；開采技術(shù)；安全；環(huán)境中圖分類號：TD823.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：無The new technology of modern miningAuthors: Feng Shanliang(Guizhou University School of Mines mining 112 Huaxi new campus of Guizh

3、ouUniversity, 550000)Teacher: Liu PingAbstract：The traditional mode of mining， the exploitation of mineral resources in the process of waste rock， tailings and metallurgical slag and other solid waste disposal industry in China accounts for about 85% of the mine waste dumps.A large number of surface

4、 easy to cause serious pollution, triggering landslides, tailings dam break accident.According to the modern mining concept, solid waste filling technique is the most effective way to solve the mine waste tail emission,is the subject of green mining technology. Filling mining technology with the eli

5、mination of surface subsidence caused by mining stress environment and improve the function of mining, mining has a low loss, improve the comprehensive utilization rate function and "mining the rich and poor" resource protection function of resources, reduce waste tailings and other solid

6、waste with emissions, even eliminate mining end treatment to achieve no waste mining function, have to adapt to various complicated hard to mine ore deposit mining functions. The realization principle and technical support of green mining and filling direction is discussed.Keywords：Coal resources; p

7、roduction efficiency; mining technology; safety; environmentCLC number: TD712 document code: B article ID: no引言21世紀(jì)是現(xiàn)代科學(xué)高速發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)高速增長的時期,對礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用規(guī)模是歷史上從來沒有的。金屬礦產(chǎn)資源開采深度加大，開采難度增加，開采對象將逐步轉(zhuǎn)向高應(yīng)力環(huán)境下的深部礦體、復(fù)雜條件下的“三下”難采礦體。采礦業(yè)面臨深部巖爆、沖擊地壓等地質(zhì)災(zāi)害問題，地表下沉、塌陷等生態(tài)環(huán)境問題，生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。隨著世界礦業(yè)開發(fā)的加劇，大量工業(yè)廢水、廢料、廢氣的排放造成了自

8、然生態(tài)環(huán)境的惡化，人們越來越認(rèn)識到加強(qiáng)礦山環(huán)保和礦山資源綜合利用的重要性，迫切需要實(shí)現(xiàn)綠色采礦。所謂綠色采礦模式，就是最大限度地減少廢料的產(chǎn)出、排放，提高資源綜合利用率，減輕或杜絕礦產(chǎn)資源開發(fā)的負(fù)面影響的采礦模式。綠色采礦模式是科學(xué)發(fā)展觀在礦山企業(yè)的具體體現(xiàn)，勿庸置疑，礦山固體廢料充填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術(shù)。1、 充填采礦技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀1.1國外應(yīng)用現(xiàn)狀 充填采礦法的研究在國外發(fā)展較早。1930年霍恩礦山公司首次試驗(yàn)磁黃鐵礦尾砂和煉銅爐渣干式充填獲得成功。20世紀(jì)50年代，澳洲一些地下金屬礦山，以水力充填取代了早期使用的干式充填。1962年加拿大Food礦首次采用尾砂和水泥膠結(jié)充填。1

9、969年澳大利亞芒特艾薩銅礦首次采用水泥膠結(jié)充填回采底柱，同時進(jìn)行鉛鋅銅冶煉爐渣代替水泥的研究。20世紀(jì)70年代，尾砂膠結(jié)充填工藝開始在金屬礦山推廣應(yīng)用。1993年加拿大發(fā)展了膏體充填技術(shù)，膏體充填技術(shù)的出現(xiàn)只是近10年的事，但發(fā)展極為迅速。一些礦業(yè)發(fā)達(dá)國家，如澳大利亞，1997年8月建成的大型地下礦山坎寧頓(Cannington)礦，就采用了膏體充填系統(tǒng)，而芒特艾薩礦業(yè)公司為開采深部的3500礦體，在1998年底建成一個膏體充填系統(tǒng)?？梢哉f10年內(nèi)加拿大礦山采用高濃度尾砂充填料將會成為規(guī)范。由于經(jīng)濟(jì)的需要，許多礦山應(yīng)用了空場法采礦，并進(jìn)行嗣后充填。特別是在20世紀(jì)5060年代后，各國都加大了

10、充填采礦所占的比重，有關(guān)國家還圍繞災(zāi)害控制制定了相應(yīng)規(guī)范，可以說充填采礦法將是采礦技術(shù)研究的重點(diǎn)。1.2國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀我國充填采礦法的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段：第一階段為20世紀(jì)50年代的干式充填，1955年我國干式充填采礦法在有色金屬地下開采中占38.2%，在黑色金屬地下開采中高達(dá)54.8%，但由于當(dāng)時設(shè)備比較落后，技術(shù)水平比較低，從采礦工效、生產(chǎn)能力及成本上制約了充填采礦技術(shù)的發(fā)展，至1963年，有色礦山中充填采礦法的應(yīng)用比重降至0.7%；第二階段為20世紀(jì)60、70年代以分級尾砂、河砂、風(fēng)砂、碎石等為集料的水砂充填和膠結(jié)充填工藝，1960年，湘潭錳礦為了防止礦坑內(nèi)因火災(zāi)，采用了碎石水力充填技術(shù)，

11、1965年錫礦山南礦為了控制采場大面積地壓，使用了尾砂水力充填工藝，1968年凡口鉛鋅礦為了滿足采礦工藝要求，首次采用分級尾砂和水泥膠結(jié)充填工藝；第三階段為20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的全尾砂高濃度膠結(jié)充填、高水速凝全尾砂固化膠結(jié)充填和塊石膠結(jié)充填工藝，上世紀(jì)80年代末，凡口鉛鋅礦和金川有色金屬公司開始試驗(yàn)全尾砂充填，同時高水速凝充填技術(shù)在煤礦開始應(yīng)用，1988年大廠銅坑礦采用了塊石膠結(jié)充填工藝；第四階段為20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的膏體泵送充填工藝，1997年金川有色金屬公司二礦區(qū)建成了膏體泵送充填系統(tǒng)，1999年大冶有色金屬公司也采用了膏體泵送充填技術(shù)。此后，隨著各種新型充填工藝、新型膠結(jié)材料的

12、成功應(yīng)用，極大地推進(jìn)了我國充填采礦技術(shù)的發(fā)展。2、傳統(tǒng)采礦理念及其后果傳統(tǒng)采礦理念認(rèn)為采礦是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的前端工序，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理是末端工序。在礦床開采過程中，人們通常注重于礦床開采的經(jīng)濟(jì)活動，較少結(jié)合開采過程考慮礦床開采對自然環(huán)境的嚴(yán)重負(fù)面影響。往往在礦區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染甚至存在重大危險源的情況下再進(jìn)行末端治理，較少按照礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的理念，將礦床開采的各工序作為一個系統(tǒng)從源頭解決開采與環(huán)保問題。傳統(tǒng)采礦理念認(rèn)為采礦是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的前端工序，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理是末端工序。在礦床開采過程中，人們通常注重于礦床開采的經(jīng)濟(jì)活動，較少結(jié)合開采過程考慮礦床

13、開采對自然環(huán)境的嚴(yán)重負(fù)面影響。往往在礦區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染甚至存在重大危險源的情況下再進(jìn)行末端治理，較少按照礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的理念，將礦床開采的各工序作為一個系統(tǒng)從源頭解決開采與環(huán)保問題。 顯而易見，傳統(tǒng)采礦理念的核心缺陷是礦床開采(前端)與環(huán)境治理(末端)的不協(xié)調(diào),分割處理，治標(biāo)不治本。于是，多年來的開發(fā)造成大量土地受到破壞、大量固體廢料堆放地表、井下存在大量采空區(qū)等給自然生態(tài)2傳統(tǒng)采礦理念及其后果與社會經(jīng)濟(jì)生活帶來負(fù)面影響的系列問題，已成目前亟待解決的重大課題，主要包括以下幾個方面。2.1資源浪費(fèi)與資源不足我國現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)171種礦產(chǎn)資源；有礦產(chǎn)地18000處。資料顯示，

14、我國優(yōu)勢礦產(chǎn)的查明資源利用程度高于短缺礦產(chǎn)，資源利用程度與市場配置資源原則之間存在諸多矛盾與問題。因短期利益而對優(yōu)勢資源進(jìn)行的超強(qiáng)度開發(fā)，導(dǎo)致部分優(yōu)勢礦產(chǎn)資源儲量利用程度過高，后備資源嚴(yán)重不足，資源優(yōu)勢地位岌岌可?！，F(xiàn)在世界礦業(yè)每年采掘出280億噸以上的礦巖，比地球上所有河流的浸蝕輸送量還多，有色、黑色、煤炭等固體礦產(chǎn)原料占據(jù)主要比重。近年來，礦產(chǎn)品及有關(guān)原材料進(jìn)出口額占外貿(mào)進(jìn)出口額的比例達(dá)到了25%以上。圖1.礦床開發(fā)與廢料產(chǎn)出、采空區(qū)形成關(guān)系示意圖目前我國不僅存在嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，而且面臨資源不足。從總體上看，我國礦產(chǎn)資源總量較豐富，據(jù)世界第三位，但是人均占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。在45種

15、主要礦產(chǎn)資源中，我國人均儲量僅居世界第80位，只達(dá)到世界平均水平的58%。預(yù)計(jì)未來20 年，石油、天然氣、銅、鋁礦產(chǎn)資源累計(jì)需求總量至少是目前儲量的2至5倍，我國將短缺30億噸鐵，56億噸銅和1億噸鋁。就有色金屬礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀來看，由于資源消耗量大，顯然，今后1520年是我國發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，也是礦產(chǎn)資源供需矛盾的進(jìn)一步凸顯期，全面建設(shè)小康社會對礦產(chǎn)資源保障提出了更高的要求，在相當(dāng)長時期內(nèi)，石油、天然氣和重要礦產(chǎn)資源供需形勢仍將十分嚴(yán)峻。到2020年我國短缺的礦產(chǎn)資源將增至39種，對外依存度將居高難下。2.2開采區(qū)地表塌陷造成的破壞礦區(qū)在開發(fā)建設(shè)之前與周圍環(huán)境是協(xié)調(diào)一致的，而進(jìn)行開發(fā)建設(shè)后，

16、強(qiáng)烈的人為活動便使環(huán)境發(fā)生巨大的變化，由此形成了礦區(qū)獨(dú)特的采礦生態(tài)環(huán)境問題。采礦業(yè)破壞的土地面積達(dá)1.42.0萬平方公里，并以每年200平方公里的速度增加。目前我國有近50個礦區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重地面沉陷現(xiàn)象。據(jù)估算，全國平均每采出1萬噸煤沉陷面積在2000m2（約3畝）以上。2.3安全隱患 采空區(qū)-誘發(fā)礦區(qū)塌陷、礦震、崩塌、滑坡、礦井突水等地質(zhì)災(zāi)害。我國已有30個城市發(fā)生過因采礦引起的塌陷，造成嚴(yán)重破壞的有25個。我國因采礦引起的重大塌陷事故近200起，損失慘重。礦山固體廢料堆放地表-易誘發(fā)泥石流、尾礦潰壩事故。2004年的調(diào)查表明，全國各類尾礦庫中，危庫、險庫、病庫的比例相當(dāng)大，已公布的確定了安全度

17、的1035座尾礦庫中，危庫占5.9%、險庫占6.7%、病庫占25.3%。廢石堆放引起水污染、泥石流事故使人觸目驚心。礦山開采過程中，采礦廢石及尾礦暴露于大氣中使其中的硫化物礦物氧化并形成了酸性礦山排水，水體具有較低的pH值，并且富集可溶性的Fe, Mn, Ca,Mg, Al, S042-等，以及重金屬元素(Cu, Zn, Pb, As等)。以河水為飲用水源的居民的砷暴露水平達(dá)到甚至超過國內(nèi)外重大慢性砷中毒案例的暴露水平。3、充填采礦法的分類 充填采礦法依據(jù)充填材料的不同可分為：干式充填法、水砂充填法、膠結(jié)充填法。其發(fā)展經(jīng)歷了由干式充填到最初為不含膠結(jié)劑的水砂充填，以后發(fā)展了膠結(jié)充填，并使充填體

18、的濃度逐步提高，逐步發(fā)展到高濃度的似膏體充填、膏體充填。3.1干式充填法 干式充填采礦法用礦車、風(fēng)力或其它機(jī)械輸送干充填料(如廢石、砂石等)充填采空區(qū)，也是充填采礦技術(shù)最早采用的方法。原蘇聯(lián)及日本、澳大利亞曾廣泛采用，20世紀(jì)50年代，我國有色金屬礦山50%以上使用干式充填采礦法。用此法采出的礦石占總礦石量的1/3之多。 隨著充填技術(shù)的發(fā)展，干式充填法因工藝繁雜，勞動力需求大，作業(yè)成本高，采場充填時間長，礦石貧化率高，生產(chǎn)率低，采場充填時不能進(jìn)行回采等缺點(diǎn)，已不能滿足“三強(qiáng)”(強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充)采礦生產(chǎn)的需要。因而，國內(nèi)干式充填法所占的比重逐年下降。但能適應(yīng)礦體產(chǎn)狀復(fù)雜變化的礦區(qū)，因此至今仍有

19、礦山使用此法。3.2水砂充填法 利用砂漿泵或自流方式，將選廠尾砂、冶煉場爐渣、碎石砂石等固液兩相漿體輸送到井下，作為充填料來充填采空區(qū)。1864年在美國賓夕法尼亞的一個煤礦區(qū)進(jìn)行了第一次水砂充填試驗(yàn)，以保護(hù)一座教堂的基礎(chǔ)安全。隨后南非、德國、澳大利亞等國家也先后試驗(yàn)并成功運(yùn)用了水砂充填工藝。進(jìn)入20世紀(jì)后，美國和加拿大開發(fā)了基于采用選廠分級尾砂進(jìn)行水砂充填的充填工藝，在懸浮液輸送固體物料、水力旋流器脫泥等方面取得了進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了低濃度(35%70%)泵壓或自流輸送的水力充填采礦。我國的水砂充填工藝從20世紀(jì)60年代開始采用，1965年首次采用了尾砂水力充填采空區(qū)工藝，有效地減緩了地表下沉，取得了

20、較好的效果；70年代一些礦山都先后成功應(yīng)用了尾砂水力充填工藝；進(jìn)入80年代后，分級尾砂充填工藝與技術(shù)應(yīng)用更加廣泛，有60余座有色、黑色和黃金礦山都推廣應(yīng)用了該項(xiàng)工藝技術(shù)。但是水砂充填工藝較為復(fù)雜(需砌筑溜礦井和人行濾水井，構(gòu)筑混凝土隔墻，鋪設(shè)混凝土底板等)、排水費(fèi)用高、充填量小，充填體強(qiáng)度不高，使其應(yīng)用范圍受到很大限制，發(fā)展膠結(jié)充填已成為當(dāng)今的必然趨勢。3.3膠結(jié)充填法 膠結(jié)充填法一般采用以碎石、河砂或尾砂或戈壁集料為骨料(間或摻入塊石)，與水泥或石灰類膠結(jié)材料經(jīng)拌合形成漿體或膏體，以管道泵送或重力自流方式輸送到充填區(qū)的充填。與水砂充填相比，膠結(jié)充填的充填料強(qiáng)度大，充填速度快，充填量大，工藝簡

21、單。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，目前膠結(jié)材料類型、品種多樣，加上摻合料的多樣化，使膠體、漿體或膏體的成份愈加復(fù)雜和多樣，再加上漿體泵送工藝的發(fā)展，使膠結(jié)充填出現(xiàn)了空前的繁榮局面。膠結(jié)充填又可分為：尾砂膠結(jié)充填、塊石膠結(jié)充填、高濃度全尾砂膠結(jié)充填、膏體泵送充填、高水速凝充填。由于膠結(jié)充填具有強(qiáng)度大，速度快，工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。因此目前世界各國礦山企業(yè)，特別是礦業(yè)發(fā)達(dá)的國家都在廣泛應(yīng)用這種充填方法。 4、充填采礦法的發(fā)展方向4.1向無軌機(jī)械化、回采連續(xù)化發(fā)展 現(xiàn)代充填采礦技術(shù)己將低效率的充填工藝改造成為大規(guī)模高效率的先進(jìn)的采礦工藝。斜坡道與各種類型無軌采掘設(shè)備的應(yīng)用，使井下作業(yè)面貌發(fā)生巨大變化。井下工人勞動條

22、件得到很大改善，采場生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率大幅度提高。據(jù)稱，國內(nèi)礦山已有53種型號800多臺鏟運(yùn)機(jī)(LHD)在運(yùn)行，鏟斗容積最小的0.38碼，最大的已達(dá)6.1碼，其中柴油驅(qū)動占70%，電力驅(qū)動占30%。擁有鏟運(yùn)機(jī)的礦山有56座。白銀有色金屬(集團(tuán))有限責(zé)任公司小鐵山鉛鋅礦先后引進(jìn)地下無軌采掘及輔助設(shè)備12臺(套)，實(shí)現(xiàn)了采掘無軌機(jī)械化。裝備有瑞典水星14單臂液壓鑿巖臺車4臺，美國EST 2D鏟運(yùn)機(jī)4臺，中國金川JCCY 2A鏟運(yùn)機(jī)4臺，鏟斗容積為2碼，即可每年采出礦石30萬噸，生產(chǎn)能力達(dá)到8001200噸/天；又如安慶銅礦采用120米以上高階段大孔徑崩礦嗣后一次充填采礦法，瑞典Simba-251

23、潛孔鉆機(jī)鉆鑿直徑為165毫米垂直下向深孔，美國ST-SC(斗容3.8耐)鏟運(yùn)機(jī)出礦及大規(guī)模連續(xù)振動出礦，采場綜合能力達(dá)到750800噸/天。4.2新型充填材料、化學(xué)添加劑逐步擴(kuò)大應(yīng)用 礦山充填材料主要由骨料和膠結(jié)劑兩部分組成，骨料大多數(shù)就地選取廉價的可用物料，不足部分就地選料破碎加工，而膠結(jié)劑絕大多數(shù)礦山選用普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，少量礦山摻入粉煤灰、赤泥、石灰等物料。目前適用于礦山充填特點(diǎn)的專用水泥還不多見。高水速凝材料是一種典型的專用充填膠結(jié)劑，其在硬巖礦山的應(yīng)用仍處于試驗(yàn)研究和推廣階段。 除了常規(guī)的充填材料，如砂石集料、水泥、粉煤灰、爐渣以及水之外，在充填料制備之前或混合之后直接加入的

24、材料以外加劑，己在國內(nèi)外一些礦山開始研究和試用。例如速凝劑用來縮短凝固時間，緩凝劑用來延長凝固時間，減水劑用來改善易性和提高強(qiáng)度，減阻劑用來降低高濃度物料的管道輸送阻力等，其目的是為了提高充填料的物理性能，包括強(qiáng)度、穩(wěn)定性、可輸送性、可泵性、和易性以及澆注性等，這些特性滿足于充填與采礦工程需要。特別是減水技術(shù)和水化過程控制技術(shù)已在國外礦山生產(chǎn)中應(yīng)用。許多化學(xué)添加劑如絮凝劑、減水劑、誠阻劑、泥漿雜物快速固化劑等也在礦山得到了不斷應(yīng)用，依賴水泥單一品種的局面將會得到改變。4.3充填設(shè)施、機(jī)械、監(jiān)測儀表將不斷更新 在充填設(shè)施中，充填料貯倉的作用是十分重要的，但往往被人們所忽視。貯存干料的臥式貯倉較為

25、簡單，而采用濕法處理技術(shù)產(chǎn)出的分級尾砂或全尾砂的貯存通常用立式貯倉，要求貯倉中以高濃度料漿(例如65%70%)穩(wěn)定的、可靠的排出，對制備優(yōu)質(zhì)充填料十分重要。因此，對現(xiàn)代兩相散體流動特性與理論研究十分必要。對現(xiàn)行使用的幾種立式貯倉：半球形底部結(jié)構(gòu)多點(diǎn)放砂型、錐形底部單點(diǎn)放砂型以及帶攪拌器的貯罐型進(jìn)行綜合分析評價，并開發(fā)研究和設(shè)計(jì)出無攪拌器重力排放充填料貯倉，對漿體充填系統(tǒng)或膏體充填系統(tǒng)都是十分必要的。澳大利亞Wollongong大學(xué)松散固體與顆粒技術(shù)中心已開展了這方面的研究。 充填料制備的專用混合攪拌機(jī)得到進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了立式強(qiáng)力攪拌機(jī)、臥式葉片攪拌機(jī)、臥式圓筒旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)、臥式雙軸螺旋攪拌輸送

26、機(jī)以及水泥活化攪拌機(jī)、高剪力高速攪拌機(jī)等。由于尾砂充填的廣泛應(yīng)用，處理尾砂的分級脫泥設(shè)備、各種類型、各種尺寸的水力旋流器，輸送尾砂的各種耐磨砂泵、油隔離泵、隔膜泵等，特別是全尾砂技術(shù)的開發(fā)，促進(jìn)了連續(xù)脫水技術(shù)和脫水設(shè)備的發(fā)展，大型盤式過濾機(jī)和大型水平帶式真空過濾機(jī)研制水平有了較大的提高，過濾效率和處理能力完全可以滿足生產(chǎn)需要。 充填攪拌站常規(guī)的國產(chǎn)監(jiān)測儀表己由II型發(fā)展到m型，渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、同位素密度計(jì)、各種料位計(jì)、液位計(jì)、電子秤等己經(jīng)得到普遍應(yīng)用，技術(shù)等級更高的智能化儀表、核子秤、遠(yuǎn)傳電子壓力表也在少數(shù)充填系統(tǒng)中應(yīng)用。但是選用于高濃度和高體管道輸送監(jiān)測壓力

27、的儀表還不夠完善，尤其是井下充填管網(wǎng)的監(jiān)測儀表還極少，這也是國內(nèi)外礦山需要解決的問題。4.4充填力學(xué)研究向現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測與預(yù)報(bào)發(fā)展 許多應(yīng)用充填采礦法的礦山，對充填體的作用及其對采場圍巖穩(wěn)定性影響的研究都比較重視，經(jīng)常聯(lián)合科研院校并注入了相當(dāng)多的資金開展試驗(yàn)研究，主要通過原巖應(yīng)力測量和礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)檢測及在井下采場充填體中和上、下盤圍巖中埋設(shè)各種應(yīng)力、應(yīng)變儀器來實(shí)測相關(guān)參數(shù)，再將這些參數(shù)按預(yù)定建立的數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行演算，從而得出一定的結(jié)論。 1995年，白銀有色(集團(tuán))有限責(zé)任公司和瑞典呂律歐大學(xué)合作，按上述程序完成了中國-瑞典關(guān)于小鐵山鉛鋅礦礦區(qū)的巖石力學(xué)研究報(bào)告，主要對機(jī)械化上向進(jìn)

28、路式尾砂膠結(jié)充填采礦法采場及附近圍巖進(jìn)行大量數(shù)據(jù)整理分析，得出了小鐵山鉛鋅礦的地壓基本規(guī)律。 1994年，美國礦務(wù)局月一佛巖石力學(xué)研究中心與中國合作開展礦山巖石力學(xué)研究，其中擬在金川建立一套寬頻帶微震監(jiān)測系統(tǒng)，對地下開采過程中的地壓活動進(jìn)行長期的監(jiān)測，但因?yàn)橥顿Y太大而未能實(shí)現(xiàn)。這說明類似金川這樣工程地質(zhì)條件復(fù)雜的大型礦山，建立長期的地壓活動連續(xù)監(jiān)測與GPS預(yù)報(bào)系統(tǒng)，進(jìn)行地下開采穩(wěn)定性的研究是十分必要的。4.5充填模式向生態(tài)化、無公害化發(fā)展采礦工業(yè)在提供原材料的同時也不可避免地破壞自然環(huán)境。隨著礦產(chǎn)需求量的增加，由資源開發(fā)利用引發(fā)的環(huán)境破壞和廢料排放己成為全球性的嚴(yán)峻問題。因此，盡量使礦山固體廢

29、料不向地面排放和采空區(qū)被有效地充填，已是急待研究解決的重大課題。按照工業(yè)生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)，解決礦山環(huán)境問題最有效的途經(jīng)是將礦山廢料轉(zhuǎn)化為資源被重新利用。生態(tài)的充填模式就是要將礦山的各個工序作為一個系統(tǒng)對待，把礦山充填作為固體廢料資源化的一個有效手段，實(shí)現(xiàn)礦山固體廢料排放最小化，從根本上解決礦山環(huán)境保護(hù)問題。新的充填模式由三個基本要素組成:內(nèi)循環(huán)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益廢料流量。第一要素是必要條件，即該充填模式必須以低成本、高效率和高可靠性能的充填技術(shù)作為支撐，是其核心要素；第二要素為充分條件，在該充填模式下能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)平衡甚至獲取新增效益；第三要素則表征廢料的資源化程度。這一充填模式將實(shí)現(xiàn)固體廢料排放量最小甚

30、至為零。 5、現(xiàn)代采礦理念與綠色采礦可持續(xù)發(fā)展包括生態(tài)可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)和社會可持續(xù)。其中，生態(tài)可持續(xù)發(fā)展是我國可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)是我國可持續(xù)發(fā)展的核心，社會可持續(xù)是我國可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。生態(tài)可持續(xù)是從生態(tài)環(huán)境的有限的條件出發(fā)，在環(huán)境資源和環(huán)境容量兩方面采取合理的措施，以維護(hù)和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮正常功能的過程。實(shí)現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)，要求人們利用高新技術(shù)廣泛開展資源的高效利用以及強(qiáng)化資源的循環(huán)利用。5.1綠色采礦模式與充填技術(shù)根據(jù)綠色采礦的基本內(nèi)涵，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)時期下符合科學(xué)發(fā)展觀的綠色采礦應(yīng)基本滿足資源綜合利用效率高、廢料排放最小、地表不受破壞三要素19、20。勿庸置疑，礦山固體廢料充

31、填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術(shù)。充填采礦技術(shù)具有消除采動引起的地表下沉和改善采礦應(yīng)力環(huán)境功能，具有低貧損開采、提高資源綜合利用率功能和“采富保貧”遠(yuǎn)景資源保護(hù)功能，具有降低廢石尾砂等固體廢料排放、甚至根本消除采礦末端處理達(dá)到無廢開采的功能，具有適應(yīng)各種復(fù)雜難采礦床開采的功能。5.2充填采礦技術(shù)的降排功能目前，充填采礦方法將得到越來越多的應(yīng)用，促使充填工藝技術(shù)進(jìn)步速度加快。實(shí)際上,充填采礦的作用和意義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了礦山開采的范疇。因?yàn)槔霉I(yè)廢料大量深埋地下改善環(huán)境保護(hù)，以及礦產(chǎn)資源充分、合理的綜合利用，也是我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求。建立“無廢礦山”，實(shí)現(xiàn)“綠色礦業(yè)”是完全可以

32、做到的。在世界上已經(jīng)出現(xiàn)了少數(shù)典型的無廢料排棄的礦山。例如德國格隆德鉛鋅礦利用浮選后的全尾砂和重選碎石制備膏體充填料回填下向充填進(jìn)路，不再有尾礦排棄到尾礦庫。又如德國瓦爾什姆煤礦產(chǎn)出的煤炭送到地表洗煤廠，洗出的精煤運(yùn)至旁邊的坑口電站發(fā)電，而將電站的粉媒灰和洗煤廠的煤泥返回到井口充填制備站，混合拌成膏體后再泵送到井下采空區(qū)進(jìn)行充填。又如在一些風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)內(nèi)采礦,例如奧地利的布萊堡鉛鋅礦，我國南京棲霞山鉛鋅銀礦這樣的風(fēng)景名勝區(qū)等。勿庸置疑，這類礦山開采的首先條件是能否將大量工業(yè)固體廢物回填到地下（圖3）。大量處理工業(yè)固體廢料將是礦山今后設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮的重要任務(wù),是解決礦區(qū)環(huán)境污染問題的最好

33、的方法。圖2 充填采礦與降排示意圖5.3充填采礦技術(shù)的消除地表下沉與改善采礦應(yīng)力環(huán)境功能 利用充填技術(shù)快速、有效地充填采空區(qū)，可以及時支撐采空區(qū)圍巖，阻止和抵抗圍巖進(jìn)一步變形，防止大幅度的位移發(fā)生。 充填體可以明顯改善采空區(qū)周圍二次應(yīng)力分布狀況，提高礦柱圍巖自身的穩(wěn)固性。 通過充填可以快速形成新的工作面，為后續(xù)作業(yè)創(chuàng)造條件，縮短采充循環(huán)周期，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化開采，提高采礦綜合生產(chǎn)能力。 充填體可以減緩地壓能量的釋放速度，避免或減輕深部沖擊地壓的發(fā)生。 充填采礦技術(shù)可以有效地阻止巖層發(fā)生大規(guī)模移動，實(shí)現(xiàn)水體下、建筑物下采礦，同時保護(hù)了地表不遭破壞，維持原有的生態(tài)環(huán)境。5.4充填采礦技術(shù)的低貧損開采功能和

34、遠(yuǎn)景資源保護(hù)功能 膠結(jié)充填采礦技術(shù)可以應(yīng)用到水平礦體、緩傾斜礦體、急傾斜礦體、分枝復(fù)合礦體等各種角度、各種厚薄、各種復(fù)雜多變的礦體，特別是厚大礦體，將大幅度提高礦柱回收率和出礦品位，因此可以最大限度地回收礦石。 充填采礦技術(shù)為開采復(fù)雜難采礦床（松破礦巖、形態(tài)復(fù)雜、高地應(yīng)力、大水礦床等）提供了最有力的技術(shù)支撐。 充填采礦技術(shù)可以對某些需要優(yōu)先開采下部或底盤富礦的礦山實(shí)現(xiàn)“采富保貧”而不會造成礦產(chǎn)資源的破壞和損失。 廢石、尾礦、廢碴仍含有當(dāng)前技術(shù)不能回收的有用物質(zhì)，置于地表難以長期保存，充填也是一種最為可靠的保護(hù)方式1。6、實(shí)現(xiàn)綠色采礦的原則與技術(shù)保障6.1指導(dǎo)方針和技術(shù)原則欲實(shí)現(xiàn)綠色采礦的目標(biāo)，

35、應(yīng)貫徹“污染防治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并重，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)并舉；以及預(yù)防為主、防治結(jié)合、過程控制、綜合治理”的指導(dǎo)方針。 應(yīng)推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的“污染物減量、資源再利用和循環(huán)利用”的技術(shù)原則，具體包括：發(fā)展綠色開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境無損或受損最小；發(fā)展無廢或少廢的工藝技術(shù)，最大限度地減少廢棄物的產(chǎn)生；礦山廢物按照先提取有價金屬、組分或利用能源，再選擇用于建材或其它用途，最后進(jìn)行無害化處理處置的技術(shù)原則。政府主管部門應(yīng)建立和完善礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治的考核指標(biāo)體系，將下述指標(biāo)納入考核指標(biāo)體系：采礦回采率、貧化率、選礦回收率、綜合利用率等礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用指標(biāo)；固體廢物綜合利用率、水重復(fù)利

36、用率等廢物資源化利用指標(biāo)；土地復(fù)墾率、礦山次生地質(zhì)災(zāi)害治理率等生態(tài)環(huán)境修復(fù)指標(biāo)。6.2開采設(shè)計(jì) 礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)應(yīng)制定礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，并應(yīng)進(jìn)行環(huán)境影響評價，規(guī)劃內(nèi)容包括資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害防治、水土保持、廢棄地復(fù)墾等。應(yīng)優(yōu)先選擇廢物產(chǎn)生量少、水重復(fù)利用率高，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響小的采、選礦生產(chǎn)工藝與技術(shù)。對于露天開采的礦山，宜推廣剝離排土造地復(fù)墾一體化技術(shù)；推廣應(yīng)用充填采礦工藝技術(shù)，提倡廢石不出井，利用尾砂、廢石充填采空區(qū)；推廣減輕地表沉陷的開采技術(shù)，如條帶開采、分層間隙開采等技術(shù)。礦井水、選礦水和礦山其它外排水應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃、分類管理、綜合利用。選礦廠設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮最大限度地提高礦產(chǎn)資源的回收利用率，并同時考慮共、伴生資源的綜合利用。礦山生產(chǎn)過程中應(yīng)采取種植植物和覆蓋等復(fù)墾措施，對露天坑