充填法

充填法是以充填材料充滿採空區，支撐兩幫圍岩，防止岩石移動，達到控制地壓的目的。凡是隨著回採工作面的推進，逐步用充填料充填採空區的方法叫做充填採礦法。充填採礦法也將礦塊劃分為礦房和礦柱兩步驟回採，先採礦房，後採礦柱。礦柱回採可用填法，也可以考慮用其他方法。

中文名稱	充填法
英文名稱	stowing method
定　　義	用充填材料充填採空區的岩層控制方法。
套用學科	煤炭科技（一級學科），煤礦開採（二級學科），礦山壓力與岩層控制（三級學科）

基本介紹

• 中文名：充填法
• 外文名：filling method
• 一級學科：煤炭科技
• 二級學科：採礦工程
• 別名：充填採礦法
• 用途：煤礦開採

簡介

以充填材料充滿採空區，支撐兩幫圍岩，防止岩石移動，達到控制地壓的目的。

發展情況

充填採礦法在國內外金屬礦山套用的歷史悠久，古代就用採掘的廢石留在採空區的辦法來採礦，發展到現在的機械化作業的充填採礦法。

國內情況

充填採礦法在金屬的礦山套用情況也是變化的，有起有落，開始套用的比較多，後來減少了，現在又興盛起來。目前仍然有日益增加的趨勢。全國約有20多個冶金山採用了充填法。

我國的紅透山銅礦、鳳凰山銅礦、銅錄山銅礦、焦家金礦、凡口鉛鋅礦、湘潭錳礦、黃沙坪鉛鋅礦等都使用充填採礦法。

國外充填採礦法發展情況

目前，充填採礦法在國外金屬礦山已獲得日益廣泛的套用，其所占比重正在持續上升。例如，加拿大、美國、日本、瑞典、蘇聯、西德等。

加拿大：1970年—分層充填法比重為22.2%; 1973年—分層充填法比重為29.1%

1974年—用充填法采出的礦石為2500萬噸。 深入充填料中的水泥約價值1000萬元；

美國：1971年—使用充填法的金屬礦山數為38個。 其中用充填料回填空區的礦山有：25個。

1971年美國脈狀礦日產礦石量為1200萬噸以上的有色礦山，只有6個，而除一個用留礦法開採外，其餘均用充填法開採。

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

瑞典：在45個礦山中，有13個礦山採用分層充填法開採。 ⑤ 蘇聯—1965年使用充填法開採的礦石量為14.9%。1975年使用充填法開採的礦石量為38.0%。

其他國家如澳大利亞、西德、印度、英國、奧地利等國家也都廣泛地套用充填採礦法開採有色、稀有金屬礦體。

主要用途

①礦石穩固而圍岩不夠穩固；

②地表不允許崩落；

③開採稀有、貴重金屬或高品位富礦，要求損失率、貧化率小；

④礦床有自燃發火危險；

⑤礦體傾角一般在50°～60°以上。

分類

充填採礦法旨在利用充填體進行地壓管理，抑制地表沉陷和圍岩崩落，保護採礦現場生態環境平衡。從材料角度看，充填採礦法可分為3種，分別為膠結充填法、水砂充填法、乾式充填法。乾式充填法是充填採礦技術最早套用的方法，需藉助風力、礦車或其它運輸設施將砂石、廢石等其它機械輸送乾充填料運輸到採空區，由此方法采出的礦石>總礦石的1/3[2]；水砂充填法是利用砂漿或自流方式將冶煉場爐渣、尾砂、碎石、砂石等固液兩相漿體運輸到井下，套用此方法時應充分考慮圍岩礦體的穩固性、回採巷道的尺寸以及地表沉陷的可能性。膠結充填法是最新發展的充填技術，該方法能將材料形成漿體或膏體，以官道泵送或重力輸送到充填區，具有工藝簡單、充填料強度大、充填速度快、充填量大的優點。膠結充填法中又包括尾砂膠結充填、塊石膠結充填、高濃度全尾砂膠結充填、膏體泵送充填以及高水速凝充填。

套用前景

礦山開採範圍大，一個礦山可對周圍區域造成污染，無廢採礦是採礦工作發展的必然趨勢。採用充填採礦法能提高礦物回採率，降低頻化率。與空場法、崩落法相比，充填採礦法更具優越性，充填採礦法既能有效控制地壓，又能充分利用資源，改善礦區周圍環境[3]。
在採礦工作中，礦山充填法一直發揮著十分重要的作用，從其發展趨勢看，採礦技術的重要發展方向包括發明新型充填材料以及完善充填工藝技術。第一，相關工作者應繼續研製與現有工藝配套的高效充填設備，實現充填參數自動連續監測、分析與控制，促進充填工藝進一步改進，還應實現信息化、智慧型化的充填信息管理系統。第二，相關工作者應儘量研製新的充填材料，有效降低充填成本，比如說，可以將城市垃圾作為充填料充填採空區，這樣既能消除城市固體垃圾，又能實現礦山採空區的隱患治理。

第三，近年來，地表和近地表礦產資源日益枯竭，礦山的開採必定朝向深部發展，並對充填體強度、充填工藝、充填體力學、充填管道設計、管道磨損等提出了更高的要求，相關工作者有必要對以上要求進行綜合研究，為實現深井開採提供技術支持。

環保意義

採礦工業在提供原材料的同時也對自然環境造成了不同程度的破壞，近年來，礦產需求不斷增加，因採礦引起的廢料排放問題以及環境破壞問題已經成為全球性嚴峻問題。礦產的開採、加工、消費過程均會破壞生態環境。礦山開採產生的廢石被風蝕、水蝕後可發生風化，形成的污染物可進入地表水造成水污染，廢石堆放會破壞廢石區域植被，此外，廢石在風的作用下可發生揚塵，對影響生態環境。礦山開採帶來的尾砂被排放到江河、湖泊或海洋中，可造成江河湖水污染，影響生態平衡。礦山開採可引發地表塌陷或山體崩落，山體崩落或地表塌陷可導致崩落的岩體和石砂會毀壓井巷，破壞地面構築物，嚴重時還會造成人員傷亡，阻礙正常交通。疏乾排水為礦山主要防治水手段，礦坑的產生可改變天然地下水流場，當地下水單元的補給量<礦坑排水量時，礦區地下水正常的流場關係就會被破壞，繼而下降地下水位，嚴重時可導致水資源枯竭。
不向地面排放礦山固體廢料或將固體廢料有效充填，可在一定程度上避免自然環境受破壞，保持生態平衡。生態的充填模式需系統對待礦山的各個工序，實現礦山充填作為固體廢料資源化，充填採礦法不但能用廢石充填，還可容納廠尾礦，減少採礦對周圍環境的污染。現對充填法採礦的環境保護的意義闡述如下：①廢石：充填法採礦中，可將廢石塊用作充填料，採用級配良好的塊石與水泥砂漿混合充填，能獲得穩定性較佳的人工壁柱，減少坑下廢石的提升量，繼而減輕因廢石堆積造成的環境污染。塊石膠結充填法的套用既減少了排土場，又實現了低廢採礦。②尾礦：全尾砂充填工藝的套用，進一步實現了低廢環保型採礦，以全尾砂為主的高濃度充填料充填礦山，可降低水泥消耗，減少消尾礦庫，降低充填成本，還可以在很大程度上改善坑內環境。從實例看，濟南鐵廠套用了全尾礦充填工藝，為我國建立了一個不外排尾砂、不造尾砂壩的礦山。再如，廣東凡口鉛鋅礦中，選擇高濃度膠結全尾結充填料作為自流輸送工藝，90%的尾砂得到了利用，基本上沒有出現尾砂地表堆放現象。③地表塌陷：將充填體看做是采場或盤區支護方式，可減少彈性閉合速度英愛的能量釋放率，有研究數據顯示，一般可將釋放率降低50%。充填法採礦可有效避免地表和地下巷道破壞的岩石力學問題，收穫較低的貧化率和較高的回採率。目前，充填法採礦已經成為控制地表沉陷和變形的重要技術從實例看，我國撫順礦務局曾藉助水沙充填法在煉油廠、檢修廠等建築物下面進行安全採煤。④改善地下採礦環境：充填法採礦可保護開採現場的環境，礦石采出後及時充填，不僅能保護主要運輸巷道，還能減少有害氣體釋放，降低高硫礦石自燃、自爆風險。