1、前言
21世紀(jì)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)高速增長的時期，對礦產(chǎn)品資源的開發(fā)利用規(guī)模和強度也是人類歷史上從來沒有的，各種有色、黑色金屬、煤炭、化工材料等得到了最大限度的開發(fā)利用，隨著淺部資源的日益枯竭，世界各國已逐步開始了深井開采。礦產(chǎn)資源是不可再生資源，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略也日益為人類所重視，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)條件下，人們一方面將最大限度地開采礦產(chǎn)資源以滿足當(dāng)前的社會發(fā)展需要，另一方面又要最大限度的節(jié)約和利用礦產(chǎn)資源，以維持長期的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。同時，礦產(chǎn)資源的大規(guī)模和高強度開采，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的負面影響，導(dǎo)致地表下沉、塌陷;隨著開采深度的加深，地壓活動加劇，甚至發(fā)生巖爆、巖石冒落等危害，嚴重影響了礦山生產(chǎn)的安全及正常生產(chǎn)。這一系列問題不僅給國家和企業(yè)帶來了巨大損失和沉重負擔(dān)，而且還對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的負面影響。
采礦業(yè)不僅承擔(dān)著為國民經(jīng)濟發(fā)展提供充足的原材料的任務(wù)，還承擔(dān)著綠色開采、無廢排放、資源綜合回收利用的社會責(zé)任，這既是我國基本國策的要求，也是礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。只要有礦產(chǎn)開采行為，就會形成地下采空區(qū)。我國采礦量逐年急劇攀升，相對應(yīng)的地下采空區(qū)范圍和面積也急劇擴大，形成的地質(zhì)沉陷災(zāi)害嚴重威脅著國土安全。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，我國過去幾十年因采礦引起的重大塌陷超過180處，發(fā)生采礦塌陷災(zāi)害的城市30多個，其中造成嚴重破壞的有25個。山東膠東半島地區(qū)的金礦，每年都有地表沉陷事故的發(fā)生，經(jīng)常造成房屋、建筑物的破壞和主干公路中斷，山西省約1/7面積(6000平方公里)地下因采煤造成地面塌陷，需要投入巨資進行災(zāi)害治理。我國固體廢棄物有1/4是尾礦，且現(xiàn)在每年仍排放尾礦6億噸左右。占用大量寶貴的土地資源的同時給礦區(qū)周邊造成極大的環(huán)境污染。
早在1980年的十一屆五中全會的公報中，將地質(zhì)災(zāi)害和地下采礦造成的地表沉陷列為長期監(jiān)控的重點，要求地下采礦不允許地表塌陷。同時在工業(yè)固體廢棄物處理方面，做了更加嚴格的要求，要求盡量減少尾礦排放，倡導(dǎo)無廢排放開采。在資源綜合回收利用方面，也制定一系列法規(guī)制度。近年來，由于地下采礦引起的地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，其中地面沉陷、地面塌落、巖爆、巖石冒落等災(zāi)害日益突出，嚴重影響了社會經(jīng)濟發(fā)展。2011年兩會上陜西人大代表建議國家應(yīng)考慮建立相應(yīng)法規(guī)和政策，推行充填開采技術(shù)，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，有利于有效控制地質(zhì)沉陷，有利于提高采礦生產(chǎn)安全度，有利于提高回采率，有利于生態(tài)環(huán)境保護，也有利于改善地企關(guān)系，建設(shè)和諧社會，杜絕采礦業(yè)繼續(xù)向“先破壞再治理”的粗放型方向發(fā)展。
隨著礦山資源價格不斷上漲，礦山生產(chǎn)安全和環(huán)境保護日益重要，國家對經(jīng)濟發(fā)展方式的重視和轉(zhuǎn)變，強化廢物減量化，倡導(dǎo)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟，采礦方法正逐步向安全環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟方向轉(zhuǎn)化，充填采礦法技術(shù)發(fā)展迅速，越來越受到重視，在地下開采中所占比例呈現(xiàn)大幅度上升態(tài)勢。
2、充填采礦法優(yōu)點
表1充填采礦法、空場采礦法、崩落采礦法主要特點對比表
由表1可見，充填采礦法與空場法和崩落法對比，具有礦巖穩(wěn)定性適應(yīng)廣泛、地壓控制效果好、安全性高、資源綜合利用率高、高回采率、低貧化率、環(huán)保效果好的優(yōu)點。
充填采礦法應(yīng)用條件主要是地表不允許塌陷、圍巖不穩(wěn)固或者圍巖與礦體均不穩(wěn)固的有色金屬礦或貴金屬、稀有金屬礦床，現(xiàn)在已經(jīng)逐步向“三上一下”(即村莊下、鐵路下、水體下、水體下)開采、保水采礦等領(lǐng)域發(fā)展，可以實現(xiàn) “三下”礦床、深部礦床及復(fù)雜難采礦床的開采。
該采礦方法在回采過程中，將廢石、尾砂以及其他充填材料充填到采空區(qū)，礦山可將分級尾砂或者全尾砂用于井下充填，緩解因尾砂的地表排放而帶來的環(huán)境污染，有效節(jié)約尾礦庫庫容，可解決礦山尾礦庫征地難、征地和建設(shè)投入大的問題，尾礦庫延長使用年限?？蓪⒍喾N工業(yè)廢棄物物作為充填材料，最大限度地減少礦山廢料特別是固體廢料的地表排放污染，滿足日趨嚴刻的環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)的要求。由充填體支撐采場側(cè)幫、地板或頂板，在有效控制地壓的同時可抑制圍巖崩落和地表下沉，可為回采工作面創(chuàng)造安全條件，能保護地表建筑物，抑制大面積地壓活動。充填采礦法基本杜絕了回采過程廢石混入采場，是地下開采中礦石損失與貧化最低的采礦方法，高回采率和低貧化率正是礦業(yè)開采所渴望的。
以上簡要分析可見，充填采礦法經(jīng)濟和社會長期效益明顯。隨著我國無軌設(shè)備配套能力、自動化控制水平、充填技術(shù)的大幅度進步，充填采礦綜合效益提升，充填采礦法必將進入高效、主流采礦方法行列。
3、我國利用現(xiàn)狀與國外情況對比
我國充填采礦方法自上世紀(jì)七十年代中期開始一直處于世界先進水平，但是實際應(yīng)用中有起有落，開始應(yīng)用的比較多，后來減少了，現(xiàn)比例又逐步提高。據(jù)統(tǒng)計資料，我國空場采礦法、崩落采礦法、充填采礦法的應(yīng)用比例按照礦山數(shù)量來看大致為6:3:1。下表為我國各時期金屬礦山應(yīng)用充填采礦法的比例對照表。
表2 我國各時期金屬礦山充填采礦法比例對比表
加拿大、美國、日本、瑞典、蘇聯(lián)、西德等。加拿大1970年分層充填法比重為22.2%，1973年增長到29.1%，2010年比例達到67%。美國1971年使用充填法的大型有色礦山除一個用留礦法開采外，其余均用充填法開采，2010年充填采礦法占全部采礦法的68%。瑞典45座大型礦山有13座礦山采用充填采礦法。蘇聯(lián)1965年使用充填法開采的礦石量為14.9%，1975年使用充填法開采的礦石量為38.0%。
目前，充填采礦法在國外金屬礦山已獲得日益廣泛的應(yīng)用，例如世界上已有德國、澳大利亞等較多國家立法，礦山必須采用膠結(jié)充填采礦法以解決固體廢棄物污染和地質(zhì)災(zāi)害長期隱患，膠結(jié)充填法以充填體強度高、輸送成本低、適應(yīng)性廣、綜合利用率高等特點成為充填采礦法的主要發(fā)展方向。
我國采用充填采礦法的金屬礦山比例僅為22.4%，使用膠結(jié)充填采礦的礦山不足1%，絕大部分礦山因充填成本高而被迫放棄采用。圖1為我國與部分國家采用充填法的礦山數(shù)量比例對比圖。
圖1 各國充填采礦法礦山數(shù)量比例對比圖
由圖1可見，我國使用膠結(jié)充填采礦法的礦山還較少，為緩解礦山開采產(chǎn)生的廢渣、工業(yè)固體廢棄物處理，消除礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害長期隱患，必須盡快提高膠結(jié)充填采礦法在我國礦山采礦中的比重。
4、充填采礦法在我國推廣的迫切性
4.1 礦產(chǎn)資源危機
據(jù)有關(guān)資料顯示，我國已探明的礦產(chǎn)資源總量僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位，但是人均占有量卻不及世界人均占有量的一半，居世界第80位之后。由此可以看出，我國礦產(chǎn)資源形勢并不容樂觀。據(jù)專家預(yù)測，到2020年，我國45種重要礦產(chǎn)資源中，可以保證或基本保證的僅有26種，短缺或嚴重短缺的將達19種。屆時依賴進口的礦產(chǎn)資源將達到36種，到2030年則可能增加到42至43種，關(guān)鍵礦產(chǎn)資源緊缺的狀態(tài)將會走向全面嚴峻。
我國礦業(yè)開采中存在較大一部分生產(chǎn)能力低、采礦方法落后、資源浪費現(xiàn)象嚴重的礦山企業(yè)，對礦產(chǎn)資源的盲目開采，尤其是采取丟瘦揀肥、采厚棄薄、采易棄難等采掘方式，對礦產(chǎn)資源進行掠奪式開采，以大量消耗資源、縮短礦山服務(wù)年限為代價，片面追求短期效益，給礦產(chǎn)資源造成極大的浪費，降低了資源的回采率，還容易造成對礦產(chǎn)資源的盲目開采和過度開發(fā)，造成大量資源的積壓和浪費，礦產(chǎn)資源消耗和枯竭速度過快，難以客觀反映礦產(chǎn)品市場價值，不利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。
充填采礦法由于高回采率和低貧化率，廣泛應(yīng)用對于緩解礦產(chǎn)資源危機具有極其重要的作用，必須消除礦產(chǎn)資源嚴重浪費的現(xiàn)象，強制推進充填采礦法可極好地解決資源的合理有效利用問題，這也是世界范圍內(nèi)廣泛采用充填采礦法的根本原因。
4.2 生態(tài)保護
長期以來，我國礦產(chǎn)資源開發(fā)成本中沒有包括因礦山開發(fā)而引起的資源耗費、資源破壞及環(huán)境治理成本，礦業(yè)開采準(zhǔn)入門檻過低，礦產(chǎn)資源開采活動造成了植被、山脈等一系列生態(tài)環(huán)境遭到破壞，在資源大量浪費及低效率使用的同時，污染了空氣和周邊的自然環(huán)境，個別地區(qū)生態(tài)環(huán)境的嚴重損害、污染，以至惡化，土壤質(zhì)量下降，生態(tài)系統(tǒng)退化，生物多樣性喪失，景觀受到破壞等影響深遠的環(huán)境問題。國家對環(huán)境治理壓力日趨增大。
以土地破壞為核心的生態(tài)環(huán)境問題，已對礦區(qū)人類的生存空間及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅。大量堆放的尾礦及礦碴更是蠶食了大量農(nóng)田，加劇了我國耕地人均占有率逐年遞減的尖銳矛盾。
據(jù)初步統(tǒng)計，我國采礦區(qū)每年排出廢石渣約5000萬噸，堆放占用土地近7000公頃，截止2006年全國礦業(yè)開發(fā)占用和損壞的土地面積為154.5萬公頃，其中采礦塌陷面積已達33萬公頃。采礦引發(fā)的土地占用和破壞問題日益嚴重，堅守“18億畝耕地紅線”是礦業(yè)企業(yè)必須承擔(dān)的責(zé)任。
從暴露出的問題及其負面影響可以看出，我國礦業(yè)開采必須首選環(huán)保的采礦方法，環(huán)保和綠色開采已到了強制推進的地步，否則礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展難以適應(yīng)環(huán)境污染治理水平，不足以保持礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展和維護民族利益。
4.3 推進礦業(yè)技術(shù)進步
我國礦業(yè)開采行業(yè)的門檻過低和極高的投資回報率，以強大的誘惑力吸引了方方面面的投資，經(jīng)濟落后但礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)為推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟迅速發(fā)展，極為關(guān)注礦產(chǎn)資源的開采行業(yè)，因此削弱了其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動力，除資源性經(jīng)濟之外能夠推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的支柱企業(yè)相對較少，使區(qū)域經(jīng)濟呈不均衡發(fā)展局面。
采用技術(shù)含量較高的充填采礦法可以較好地提高行業(yè)進入準(zhǔn)則，淘汰落后產(chǎn)能，有利于采礦技術(shù)進步。并且由于充填采礦法涉及材料、運輸、設(shè)備和高新技術(shù)，材料需求方面如制砂、水泥、水碎渣、粉煤灰，設(shè)備方面如機械制造、輸送管件、閥件、自控系統(tǒng)等設(shè)備，涉及自動控制、充填系統(tǒng)等一系列綜合技術(shù)，可帶動一大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
4.4 安全生產(chǎn)
安全標(biāo)準(zhǔn)較低的采礦方法，在地壓管理、采區(qū)安全風(fēng)險防范方面，技術(shù)控制手段脆弱，導(dǎo)致惡性安全事故的頻繁發(fā)生，給人民的生命財產(chǎn)造成了重大損失。
充填采礦法在礦巖穩(wěn)固和不穩(wěn)固的開采條件下，都能較好地控制地壓和采區(qū)安全。由于較小的暴露空間和充填體支撐的雙重作用，為地下采礦活動創(chuàng)造了最佳的安全作業(yè)條件，采礦風(fēng)險是三大采礦方法中最低的，為此選擇充填采礦法是安全生產(chǎn)的必然要求。
5、推廣問題及對策
5.1、充填采礦成本問題
充填采礦法在固體廢棄物治理、循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈建立、資源綜合利用率高、安全性最佳、環(huán)保為特點，雖然綜合經(jīng)濟效益和社會效益顯著，但充填成本約占采礦成本的20～60%，企業(yè)背負了過高生產(chǎn)成本，經(jīng)濟和社會長期效益難以體現(xiàn)為礦山企業(yè)經(jīng)濟效益，因此大部分礦山不愿主動采用。
鑒于充填采礦法的綜合效益巨大，礦山企業(yè)應(yīng)從替代材料選擇和工藝水平研究入手，尤其在尋求廉價膠凝劑、降低灰砂比方面深入，以有效降低充填成本。
5.2 技術(shù)支持和政策
我國雖然在充填料制備、輸送技術(shù)、充填材料研究、充填回采工藝技術(shù)等方面處于國際先進水平，但在膏體充填、漿體流變性、高水材料、膠結(jié)劑、充填料制備、充填料輸送、充填機理、深部開采“三高”、替代材料、充填成本、自動控制技術(shù)等研究領(lǐng)域，與國外礦業(yè)發(fā)達國家還有一定差距。
目前國內(nèi)充填采礦研究主要集中在少數(shù)研究機構(gòu)和一些大型礦山企業(yè)，研究范圍和方向相對獨立，缺乏協(xié)作系統(tǒng)性研究，充填采礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還不夠規(guī)范和健全，充填工藝發(fā)展還立足于經(jīng)驗技術(shù)階段，礦山企業(yè)在應(yīng)用中缺乏核心技術(shù)。
因此我國應(yīng)加強充填采礦技術(shù)人才的培養(yǎng)和政策支持，促進充填采礦技術(shù)與裝備的發(fā)展，提高礦山應(yīng)用比例，為充填采礦法的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為無廢開采提供技術(shù)支撐。國家應(yīng)制定科學(xué)合理的稅費優(yōu)惠政策，從礦石的采出、運輸、銷售、加工整個生產(chǎn)系統(tǒng)、鏈條環(huán)節(jié)分擔(dān)采用充填采礦技術(shù)所增加的生產(chǎn)成本，減輕企業(yè)行使社會責(zé)任和工藝復(fù)雜、成本高、勞動生產(chǎn)率低的壓力，對充填采礦法的推廣可以起到至關(guān)重要的作用。
5.3 立法
對環(huán)境脆弱區(qū)、耕地保護區(qū)、人口集中區(qū)等重點區(qū)域，道路、水體、重要建筑物等，應(yīng)通過立法，采用政策、法律、法規(guī)等強制措施，保證推廣運用充填采礦技術(shù)，給予較多的相對于其他采礦法的鼓勵政策。
6、結(jié)語
充填采礦法在我國采用比例還低于國外礦業(yè)發(fā)達國家，但是該采礦方法能長效給企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟、社會效益，其推廣和研究空間極為廣闊。
我國的礦山發(fā)展水平還不均衡，應(yīng)采取多種措施鼓勵和推廣充填采礦技術(shù)的應(yīng)用，使我國采礦技術(shù)應(yīng)用水平全面達到世界先進行列，提高資源占有率和綜合競爭力。
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聲明：
“充填采礦技術(shù)應(yīng)用及存在問題探討” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
1970
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司
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