矿山充填技术的演进历程与基本类别

充填采矿技术是实现矿山绿色发展的重要技术载体，在历时几十年矿山实践中有了长足发展。在综述常规矿山充填技术发展历程和基本类别的基础上，提出以矿山充填、固废处置、采空区再利用、地热开 发、战略资源储备和智能控制等为协同发展目标，以充填能效为发展主线，将矿山充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填、功能性充填和智能性充填4个阶段，分别从概念、功能和基本类别等进行了论述。 认为目前矿山充填发展阶段为结构性充填，随着矿山生产实践与科学技术的不断发展，功能性充填和智能性充填将成为矿山充填发展的新方向，进一步革新充填材料、充填工艺和充填装备，将对深地矿产资源开发与 未来矿山转型升级等产生重要而又深远的影响。     

矿山充填开采技术通过专家鉴定

邯矿集团与中国矿业大学共同完成的《超高水材料矿山充填开采技术研究与应用》成果通过了由高级专家组成的鉴定委员会鉴定。鉴定委员会认为,超高水材料充填技术属国内外首创,达到了国际领先水平。是“三下一上”煤炭资源安全有效开采和实现绿色开采、生态环保开采的新方法。据介绍,与其他充填方法相比,超高水材料矿山充填开采技术初期投入低,操作简单,易推广,且自动化程度高。该技术研究应用的是开放式充填工艺,具有充填与回采互不影响,采空区充填效率高等特点。     

煤矿负碳高效充填开采理论与技术构想

矿山安全高效绿色低碳开采是永恒的主题,近零冲击地压、近零生态损害以及低碳、零碳、负碳的绿色开采将成为保障我国能源安全供应与绿色低碳发展的新要求。充填开采是实现这一要求的必然途径。然而,现有充填开采原理与技术装备体系难以突破高产高效、低碳开采的技术瓶颈,对充填材料及充填模式进行变革已势在必行。针对“千米深井资源开发和千万吨产能矿井充填(两个一千)”与“近零生态损害和近零冲击地压(两个近零)”的煤炭绿色低碳开采战略目标,提出了负碳高效充填开采技术全新构想,系统阐述了负碳高效充填开采的定义与科学内涵,提出和建立了由CO2、矸石与快速胶结物混合而成的负碳高孔隙充填材料结构CGIF(CO2 Gangue Inorganic Framework)拓扑构型与强度理论以及CGIF混合物充填体固碳理论、快速黏凝胶结材料反应动力学理论、矿区充填开采防治冲击地压等负碳高效充填理论构想;提出了矸石快速高效胶结高孔隙充填材料制备技术、快速黏凝胶结材料绿色高效制备技术、CGIF充填体负碳高效充填开采技术、多面并采高效充填开采技术与工艺、全周期立体高效充填开采防冲技术等关键技术体系。在此基础上,明确了煤矿负碳高效充...     

金属矿露天坑与地下空区尾矿协同充填清洁生产

针对露天坑和地下空区诱发地质灾害、尾矿库存在溃坝风险和破坏区域环境等问题，以金属矿露天转地下开采矿山工程为研究对象，结合阶段空场嗣后充填法开采，发明了不均匀尾矿充填体制作与取样装 置，基于流体弗劳德准则，结合现场原位取样力学试验，提出了考虑尾矿充填强度不均匀特性的强度计算方法；基于测量学与系统工程理论，提出了露天坑与地下空区三维信息提取和尾矿协同充填与排水技术；运用 流体力学和有限元理论构建了一次充填高度和挡墙构筑位置参数优化三维模型，形成了高效—材料再用—低成本轻型挡墙尾矿充填封闭技术。研究成果在石人沟铁矿得到应用，建成了原矿200万t/a的铁矿床露天转地 下开采尾矿充填清洁技术工程示范，取得的主要技术指标为尾矿综合利用率达到100%、嗣后充填成本25元/t、挡墙构筑效率0.016道/(人·时)、构筑成本606元/m2。突破了露天坑与地下空区尾矿协同充填技术瓶颈， 完善了矿山尾矿处置理论与技术，实现了尾矿零排放，消除了露天坑与地下空区安全隐患，推动了冶金矿山生态文明建设，加快了资源绿色开采进程。     

新型高水充填液压支架的研究

随着充填开采技术的进步,充填支架作为充填开采的主要设备,应用范围越来越广。针对充填材料、充填开采技术及充填支架研究面临的问题做了充分分析,提出了高水作为充填材料的优势,阐述了ZC6000/21/42新型高水充填支架的工作原理和结构特点,为高水充填开采和充填工艺提供了有利条件。     

坑下矿山高阶段强化开采充填技术研究

安庆铜矿主矿体采矿方法为高阶段大直径深孔回采嗣后充填采矿法,分矿房、矿柱两步骤回采,采空区实行嗣后充填.简要介绍了矿山开采工艺过程,重点分析了充填工艺技术和矿山开采过程中保护充填体稳定的技术措施.     

矿山载/蓄冷功能性充填基础理论

深井热害是矿产资源开采面临的重大问题,为改善矿井降温效果、提高冷量利用效率,提出了一种结合深井降温需求与充填采矿特点的载/蓄冷功能性充填降温方法,与传统矿井降温方式相比,该方法省去了井下空气调节末端装置和载冷介质输送系统,并营造出采场整体低温环境,其经济和安全效益明显。制定了载/蓄冷功能性充填的总体实施方案,包括材料制备、充填料浆输运、充填体相变降温、充填体固结强化4个阶段。材料制备与配方优化方面提出了以料浆的流动特性,充填体的传热特性,充填体的力学强度特性为三大约束条件的优化目标;在充填体相变降温方面建立了基于焓法模型、多孔介质模型和水化放热模型的载/蓄冷相变充填体瞬态相变传热模型,并以实验验证了该相变传热模型的准确性,应用该模型计算了井下条件中载/蓄冷相变充填体相变过程中的温度和液相率随时间变化的分布特征,对比初始液相率和料浆浓度2个影响因素,计算分析得出影响降温的主要因素为初始液相率;在充填料浆输运方面,实验表明随着初始液相率减小,含冰量增加,屈服应力与塑性黏性系数均增加,采用宾汉模型以及实验测试出的屈服应力与塑性黏性系数,得出了预测工程实际中管道输运剪切应力特性的计算公式;在充填体强度方面,实验表明抗压强度与含冰量之间的关系呈现出阶段性特征,随初始液相率从100%降低到临界值,强度逐渐增加,当初始液相率低于临界值,强度随初始液相率降低而降低,对不同阶段的特征分析了各阶段占优的影响因素及影响机制。     

中国金属矿山充填技术与装备的现状和未来

随着国民经济的快速发展,工业发展与环境保护之间的矛盾日益尖锐。矿产资源开发将面临越来越严格的国家环保要求,创新采矿技术成为解决可持续采矿、生态环境及潜在灾害等问题的重要途径。矿山充填技术创新是实现绿色、安全、可持续开采的主要驱动力。介绍了近年来中国金属矿山充填工艺技术、充填材料应用及充填装备方面所取得的创新成果,展望了矿山充填技术及装备的未来发展趋势。     

新型充填材料研制成功

西北矿冶研究院经过多年研究 ,成功研制出达到国际领先水平并获得国家发明专利的“矿用高水速凝胶结充填复合材料”。据专家介绍 ,这种独创的高水速凝胶结充填复合材料性能优良 ,采用了连续制浆、管道自流输送等配套的新型充填工艺 ,具有固水性能高、快速凝结硬化、早期强度大等优点 ,可用矿山开采的废料———尾矿和废石作充填骨料进行胶结充填 ,实现了矿山“无废”开采目标 ,给矿山充填采矿工艺带来了一次新的革命。它不仅可用于矿山充填 ,还可以形成轻质建筑墙体类材料 ,也可作为新型注浆堵漏和堤坝、路基抢修材料。它的应用将对我国促进…     

影响冬瓜山铜矿充填质量的因素探讨

冬瓜山铜矿为生产能力1万t/d的大型深部开采铜矿,其开采过程中存在地压大、岩温高、有岩爆倾向等问题,采场充填质量直接影响矿山经济效益.着重分析了充填材料性质、充填材料制备及采场充填工艺对充填质量的影响,相应地提出了保证充填体质量的建议.     

深井充填管道输送系统减压技术探讨

随着开采深度的增加，深井矿山越来越多，充填采矿法已显得越来越重要。深井充填管道输送由于充填倍线小，料浆流速大对管道形成了很大的冲击磨损。文中从研究影响充填管道磨损的因素出发，总结归纳出了国内外7种深井充填系统减压技术，并分别阐述了其工作原理和实现途径，为深井矿山充填系统的设计提供了重要的理论依据。     

基于蓄热充填体深井吸附降温机理

现有深井降温系统主要存在能耗大和工作面湿度高的问题。为了解决这两个问题,提出了基于蓄热充填体深井吸附降温系统。系统由空气处理系统、充填采热系统及矿井水系统3个子系统组成。充填采热系统为空气处理系统中的转轮除湿机提供再生热源。矿井水系统用于给空气处理系统的表面式冷却器提供冷源。研究了系统的工作原理、热力学过程、热力计算和热性能分析。对某矿井工作面设计了基于蓄热充填体深井吸附降温系统,热力计算结果表明:系统降温前后的空气温度降低了8.9 ℃,相对湿度降低了52.9%。这种降温系统改善了井下工作面环境,并具有能耗低的优点,可应用于采用充填法控制地压的高温矿井。     

基于多元非线性回归的井下采场充填体强度预测及评价

充填系统试运行期间各采场充填配合比变化非常大,如何准确掌握井下各采场充填体强度对相邻采场开采的安全至关重要。采用L25(56)正交试验,开展25组充填配合比室内试验,测得了各配合比不同龄期充填体强度值,采用EXCEL及SPSS相结合的方法,推导出了充填体强度与料浆体积分数、水泥掺量、人工砂尾砂比的回归方程;根据136个充填配合比室内实验充填体强度值与实际生产测定值的统计,获得了两者之间的强度折减系数。采用上述回归方程及强度折减系数,计算出了充填系统试运行期间200余条不同充填配合比进路的充填体强度值。     

构造充填开采基础理论与地下空间利用构想

为应对充填采煤面临的成本逐渐增高、效率相对低下、地下空间资源被大量浪费等挑战，提出了构造充填开采思想。构造充填是一种充填率低、结构稳定性强、充填效果好的充填开采，其目标为:高效利用矿区固废资源、降低充填成本，改进充填材料与工艺、提高充填效率，合理进行采充规划、实现对地下开采空间的再利用。构造充填的设计原则为:直接顶不发生破断且变形量在允许范围内、充填体抗压强度足够大且能长期稳定承载。根据此原则确定了构造充填的关键位置为:特殊地质构造区、围岩应力集中区、直接顶最大受力处、直接顶最大变形处和充填体自身薄弱点等。构造充填的关键技术主要包括:通过优化煤矸石骨料形态与颗粒级配、研发新型低成本胶凝材料、开发新型外加剂、发展多种替代原材料等手段进一步开发新型固废充填材料;通过构建不同形态高强构造充填体和直接顶自承结构构建“构造充填体-直接顶”复合承载结构;通过研发智能化充填材料制备系统、可视化充填料浆输送系统、独立式充填体构筑系统、移动式充填材料浇注系统、立体化充填效果监测系统构建井下一体化构造充填系统。基于“三下”压煤资源的开采需求，在构造充填开采思想的引领下，提出了在城市下建设地下综合体、在村镇与农田下建设地下农业基地、在铁路(公路)与水体下建设地下储库等构想。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究（增刊）

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。     

工业固体废弃物制备充填胶结剂的研究进展

充填胶结剂是胶结充填技术在矿产资源大规模开发和深度开采中得到广泛应用的关键。水泥作为最常用的胶结剂，存在生产能耗大和充填成本高等问题。使用具有潜在胶凝活性的工业固体废弃物制备胶结剂不仅可以降低成本、提高充填材料的性能且可以增加固体废弃物的综合利用率。按照工业固体废弃物的类别分别介绍了钢渣、高炉矿渣、粉煤灰和有色冶金渣在胶结剂中的应用。工业固体废弃物胶凝活性的激发方法主要为物理激发和化学激发，分别讨论了2种激发方法的激发机理和应用。最后，分析了工业固体废弃物制备胶结剂时对充填材料的强度、稳定性和环境安全性等性能的影响。     

金属矿山深井开采中的力学问题研究进展

针对国内外金属矿山深井开采的发展现状和迫切需求,在分析相关矿山深井开采存在问题的基础上,分别从正在开展的研究工作、已取得的研究成果和经验、尚待解决的技术难题等方面论述了当前金属矿山深井开采的相关力学问题。研究表明,深井开采及灾害控制与相关力学基础理论密切相关。综述了深井开采中的岩石力学、充填体力学、热力学、流体力学及材料力学研究的最新理论、技术和成果,可为国内外深井开采矿山和相关研究人员提供借鉴和参考。     

The differences in underground mines dewatering with the application of caving or backfilling mining methods

Zambia Consolidated Copper Mines Ltd. (ZCCM) is planning a substantial increase in ore production in several of their underground mines on the Zambian Copperbelt over the next 10 years. The future production strategy is based on development of productive and economic mining methods through the application of mechanization and backfilling. Mechanization is designed to provide the production capability and the backfilling is designed to reduce water inflow into the mines. A similar trend can be seen in world-wide changes in mining methods from open stoping and sub-level caving to cut-and-fill stoping. Backfill is being employed worldwide, including in Australia, Canada, Sweden, Latin America, Zambia, and the U.S.A. Plans for backfill mining methods are underway for future operations in Chile, Canada, Zambia, and Mexico. The principal reasons for these changes in mining methods are twofold:

? Increased ore recovery, and

? Decreased environmental impact.

The main difference in the environmental impacts between mining with sub-level caving or open stoping and mining with backfilling methods is the reduction in subsidence or the potential for subsidence. Backfilling reduces ground movements in the rock overlying and adjacent to mine openings as well as subsidence at the surface. Reduced ground movement decreases the number and size of fracture-controlled hydraulic flow paths into a mine and, thereby, the impact of mining on surface and ground water resources. This paper deals with: 1) The impacts caused by open stoping and sub-level caving in comparison to backfilling methods; 2) The approximate impact of backfill on dewatering strategies, and; 3) The environmental benefits of backfill mining. The differences in mine drainage strategies are supported by case histories from various mines.     

金属矿山充填体与围岩体相互作用研究综述

尾矿库失稳和采空区地表沉陷是采矿生产过程的主要伴生灾害,充填采矿法的运用可同时解决上述难题。充填体以自流、泵送或混合输送至地下采场可确保采场围岩体稳定性。其中,充填体如何与围岩体相互作用以维持围岩体的稳定性,是实现充填采矿安全开采的核心问题。从充填体充入采场后受采场条件的影响其自身发生的硬化机理和如何维持围岩稳定性两方面入手,重点论述了当前在充填体与围岩体相互作用关系方面国内外研究现状及其产生的机理,分析了充填体作为自立型人工矿柱、充填体与矿柱组合系统对围岩体的承载能力特性,并对未来重点研究方向进行了总结和展望。研究表明:研究充填体充入采场后与围岩体的相互作用过程,需充分理解充填体充入采场后所体现出的多场环境影响下的材料力学行为;分析充填体的稳定性及其功能,需要探究其力学性质的多元信息表征方法,这是实现对充填体失稳灾害可靠性预警的前提和基础;充填体充入采场后可对围岩体产生局部和区域支护作用,充填体与围岩体的相互作用关系可间接通过充填体的应力分布特征、变形特征反演围岩体的活动信息,充填体可有效控制围岩体的冒顶片帮及其岩爆灾害;通过监测充填体内部应力等信息,实现对岩体活动信息的反演和预测是未来需要研究的重点,地下采场动力扰动特性对充填体内部应力演化的影响、充填体与矿柱组合系统的稳定性和承载特性需要进一步研究,最终实现对深地充填开采方案的改进和优化,为深地矿产资源安全高效开采保驾护航。