1、前言
21世紀是現代科學技術高速發展和現代工業生產高速增長的時期，對礦產品資源的開發利用規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。礦產資源是不可再生資源，可持續發展戰略也日益為人類所重視，在現代科學技術條件下，人們一方面將最大限度地開采礦產資源以滿足當前的社會發展需要，另一方面又要最大限度的節約和利用礦產資源，以維持長期的可持續發展戰略目標。同時，礦產資源的大規模和高強度開采，對生態環境產生了嚴重的負面影響，導致地表下沉、塌陷;隨著開采深度的加深，地壓活動加劇，甚至發生巖爆、巖石冒落等危害，嚴重影響了礦山生產的安全及正常生產。這一系列問題不僅給國家和企業帶來了巨大損失和沉重負擔，而且還對區域生態環境產生較大的負面影響。
采礦業不僅承擔著為國民經濟發展提供充足的原材料的任務，還承擔著綠色開采、無廢排放、資源綜合回收利用的社會責任，這既是我國基本國策的要求，也是礦業可持續發展的必然要求。只要有礦產開采行為，就會形成地下采空區。我國采礦量逐年急劇攀升，相對應的地下采空區范圍和面積也急劇擴大，形成的地質沉陷災害嚴重威脅著國土安全。據統計資料顯示，我國過去幾十年因采礦引起的重大塌陷超過180處，發生采礦塌陷災害的城市30多個，其中造成嚴重破壞的有25個。山東膠東半島地區的金礦，每年都有地表沉陷事故的發生，經常造成房屋、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害治理。我國固體廢棄物有1/4是尾礦，且現在每年仍排放尾礦6億噸左右。占用大量寶貴的土地資源的同時給礦區周邊造成極大的環境污染。
早在1980年的十一屆五中全會的公報中，將地質災害和地下采礦造成的地表沉陷列為長期監控的重點，要求地下采礦不允許地表塌陷。同時在工業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，也制定一系列法規制度。近年來，由于地下采礦引起的地質災害頻發，其中地面沉陷、地面塌落、巖爆、巖石冒落等災害日益突出，嚴重影響了社會經濟發展。2011年兩會上陜西人大代表建議國家應考慮建立相應法規和政策，推行充填開采技術，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沉陷，有利于提高采礦生產安全度，有利于提高回采率，有利于生態環境保護，也有利于改善地企關系，建設和諧社會，杜絕采礦業繼續向“先破壞再治理”的粗放型方向發展。
隨著礦山資源價格不斷上漲，礦山生產安全和環境保護日益重要，國家對經濟發展方式的重視和轉變，強化廢物減量化，倡導清潔生產和循環經濟，采礦方法正逐步向安全環保、循環經濟方向轉化，充填采礦法技術發展迅速，越來越受到重視，在地下開采中所占比例呈現大幅度上升態勢。
2、充填采礦法優點
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，具有礦巖穩定性適應廣泛、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、環保效果好的優點。
充填采礦法應用條件主要是地表不允許塌陷、圍巖不穩固或者圍巖與礦體均不穩固的有色金屬礦或貴金屬、稀有金屬礦床，現在已經逐步向“三上一下”(即村莊下、鐵路下、水體下、水體下)開采、保水采礦等領域發展，可以實現 “三下”礦床、深部礦床及復雜難采礦床的開采。
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，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境污染，有效節約尾礦庫庫容，可解決礦山尾礦庫征地難、征地和建設投入大的問題，尾礦庫延長使用年限?？蓪⒍喾N工業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，滿足日趨嚴刻的環境保護標準的要求。由充填體支撐采場側幫、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開采所渴望的。
以上簡要分析可見，充填采礦法經濟和社會長期效益明顯。隨著我國無軌設備配套能力、自動化控制水平、充填技術的大幅度進步，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、我國利用現狀與國外情況對比
我國充填采礦方法自上世紀七十年代中期開始一直處于世界先進水平，但是實際應用中有起有落，開始應用的比較多，后來減少了，現比例又逐步提高。據統計資料，我國空場采礦法、崩落采礦法、充填采礦法的應用比例按照礦山數量來看大致為6:3:1。下表為我國各時期金屬礦山應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、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，礦山必須采用膠結充填采礦法以解決固體廢棄物污染和地質災害長期隱患，膠結充填法以充填體強度高、輸送成本低、適應性廣、綜合利用率高等特點成為充填采礦法的主要發展方向。
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量比例對比圖。
圖1 各國充填采礦法礦山數量比例對比圖
由圖1可見，我國使用膠結充填采礦法的礦山還較少，為緩解礦山開采產生的廢渣、工業固體廢棄物處理，消除礦區地質災害長期隱患，必須盡快提高膠結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 礦產資源危機
據有關資料顯示，我國已探明的礦產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，我國礦產資源形勢并不容樂觀。據專家預測，到2020年，我國45種重要礦產資源中，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資源將達到36種，到2030年則可能增加到42至43種，關鍵礦產資源緊缺的狀態將會走向全面嚴峻。
我國礦業開采中存在較大一部分生產能力低、采礦方法落后、資源浪費現象嚴重的礦山企業，對礦產資源的盲目開采，尤其是采取丟瘦揀肥、采厚棄薄、采易棄難等采掘方式，對礦產資源進行掠奪式開采，以大量消耗資源、縮短礦山服務年限為代價，片面追求短期效益，給礦產資源造成極大的浪費，降低了資源的回采率，還容易造成對礦產資源的盲目開采和過度開發，造成大量資源的積壓和浪費，礦產資源消耗和枯竭速度過快，難以客觀反映礦產品市場價值，不利于產業結構的調整和經濟發展方式的轉變。
充填采礦法由于高回采率和低貧化率，廣泛應用對于緩解礦產資源危機具有極其重要的作用，必須消除礦產資源嚴重浪費的現象，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，這也是世界范圍內廣泛采用充填采礦法的根本原因。
4.2 生態保護
長期以來，我國礦產資源開發成本中沒有包括因礦山開發而引起的資源耗費、資源破壞及環境治理成本，礦業開采準入門檻過低，礦產資源開采活動造成了植被、山脈等一系列生態環境遭到破壞，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境，個別地區生態環境的嚴重損害、污染，以至惡化，土壤質量下降，生態系統退化，生物多樣性喪失，景觀受到破壞等影響深遠的環境問題。國家對環境治理壓力日趨增大。
以土地破壞為核心的生態環境問題，已對礦區人類的生存空間及社會經濟的可持續發展構成巨大威脅。大量堆放的尾礦及礦碴更是蠶食了大量農田，加劇了我國耕地人均占有率逐年遞減的尖銳矛盾。
據初步統計，我國采礦區每年排出廢石渣約5000萬噸，堆放占用土地近7000公頃，截止2006年全國礦業開發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”是礦業企業必須承擔的責任。
從暴露出的問題及其負面影響可以看出，我國礦業開采必須首選環保的采礦方法，環保和綠色開采已到了強制推進的地步，否則礦業經濟發展難以適應環境污染治理水平，不足以保持礦業可持續發展和維護民族利益。
4.3 推進礦業技術進步
我國礦業開采行業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，經濟落后但礦產資源豐富的地區為推動當地經濟迅速發展，極為關注礦產資源的開采行業，因此削弱了其他產業發展的內在動力，除資源性經濟之外能夠推動當地經濟持續穩定發展的支柱企業相對較少，使區域經濟呈不均衡發展局面。
采用技術含量較高的充填采礦法可以較好地提高行業進入準則，淘汰落后產能，有利于采礦技術進步。并且由于充填采礦法涉及材料、運輸、設備和高新技術，材料需求方面如制砂、水泥、水碎渣、粉煤灰，設備方面如機械制造、輸送管件、閥件、自控系統等設備，涉及自動控制、充填系統等一系列綜合技術，可帶動一大批相關產業的發展。
4.4 安全生產
安全標準較低的采礦方法，在地壓管理、采區安全風險防范方面，技術控制手段脆弱，導致惡性安全事故的頻繁發生，給人民的生命財產造成了重大損失。
充填采礦法在礦巖穩固和不穩固的開采條件下，都能較好地控制地壓和采區安全。由于較小的暴露空間和充填體支撐的雙重作用，為地下采礦活動創造了最佳的安全作業條件，采礦風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、循環經濟產業鏈建立、資源綜合利用率高、安全性最佳、環保為特點，雖然綜合經濟效益和社會效益顯著，但充填成本約占采礦成本的20～60%，企業背負了過高生產成本，經濟和社會長期效益難以體現為礦山企業經濟效益，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，礦山企業應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 技術支持和政策
我國雖然在充填料制備、輸送技術、充填材料研究、充填回采工藝技術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、自動控制技術等研究領域，與國外礦業發達國家還有一定差距。
目前國內充填采礦研究主要集中在少數研究機構和一些大型礦山企業，研究范圍和方向相對獨立，缺乏協作系統性研究，充填采礦技術標準還不夠規范和健全，充填工藝發展還立足于經驗技術階段，礦山企業在應用中缺乏核心技術。
因此我國應加強充填采礦技術人才的培養和政策支持，促進充填采礦技術與裝備的發展，提高礦山應用比例，為充填采礦法的快速發展奠定基礎，為無廢開采提供技術支撐。國家應制定科學合理的稅費優惠政策，從礦石的采出、運輸、銷售、加工整個生產系統、鏈條環節分擔采用充填采礦技術所增加的生產成本，減輕企業行使社會責任和工藝復雜、成本高、勞動生產率低的壓力，對充填采礦法的推廣可以起到至關重要的作用。
5.3 立法
對環境脆弱區、耕地保護區、人口集中區等重點區域，道路、水體、重要建筑物等，應通過立法，采用政策、法律、法規等強制措施，保證推廣運用充填采礦技術，給予較多的相對于其他采礦法的鼓勵政策。
6、結語
充填采礦法在我國采用比例還低于國外礦業發達國家，但是該采礦方法能長效給企業和社會帶來巨大的經濟、社會效益，其推廣和研究空間極為廣闊。
我國的礦山發展水平還不均衡，應采取多種措施鼓勵和推廣充填采礦技術的應用，使我國采礦技術應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：
“充填采礦技術應用及存在問題探討” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：吉利娜
來源：陜西煎茶嶺鎳業有限公司
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