充填采矿法基本特征、适用条件和主要类型

1.1 充填采矿法定义

充填采矿法是在回采过程中，按照回采工艺的要求，用充填料回填采空区，以控制采场地压、支撑围岩、减少或延缓采后空区围岩的破坏和移动作用，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采作业的采矿方法。这种方法的核心在于利用充填料填充采空区，从而达到一系列采矿工程目标。

1.2 充填料分类与充填方式

根据矿体开采技术条件和所采用的回采方案的不同，充填料可以分次或一次充入采空区。分次充填称为分层充填，一次充填则称为嗣后充填或事后充填。

分层充填：适用于需要逐步控制采空区稳定性的情况，通过逐层充填实现对采空区的有效支撑。

嗣后充填：适用于采空区较大、稳定性要求较高的场合，一次性充填可以简化工艺过程，但要求充填材料具有较高的强度和稳定性。

充填采矿法具有多方面的基本特征，这些特征决定了其在采矿工程中的应用范围和效果。

2.1 支撑围岩与控制地压

充填采矿法通过充填材料对采空区进行支撑，可以有效控制围岩的移动和破坏，降低地压活动的风险。充填体的存在可以分担围岩的荷载，减缓围岩变形速度，从而提高采场的稳定性。

2.2 防止地表沉陷与保护地表地物

在地下开采过程中，采空区的形成往往会导致地表沉陷和地物破坏。充填采矿法通过回填采空区，可以减少地表沉陷的风险，保护地表建筑物、道路和农田等地物不受破坏。

2.3 提供继续回采的工作平台

充填采矿法形成的充填体可以作为继续回采的工作平台，为采矿作业提供稳定的基础。这有助于降低采矿过程中的安全风险，提高采矿效率。

2.4 改善矿柱的受力状态

在采矿过程中，矿柱往往处于单轴受压状态，容易发生破坏。充填采矿法通过回填采空区，可以使矿柱由单轴受压变为三轴受压，从而提高其承载能力，保证最大限度的回收矿产资源。

2.5 保证安全回采有内因火灾危险的高硫矿床

高硫矿石遇水和空气会发热产生自燃，给采矿作业带来安全隐患。充填采矿法通过回填采空区，可以隔绝空气和水的接触，延缓自燃过程，控制火灾风险。

2.6 控制深井开采的岩爆与降低深部地温

在深井开采过程中，岩爆和高温是两大难题。充填采矿法通过回填采空区，可以减小岩体的应力集中程度，降低岩爆风险；同时，充填材料可以吸收和释放热量，有助于降低深部地温。

2.7 保证露天地下联合开采时的生产安全

在露天地下联合开采过程中，地表和地下采空区的相互影响可能导致安全隐患。充填采矿法通过回填地下采空区，可以减小地表和地下之间的相互影响，保证联合开采的生产安全。

2.8 处理固体废料与保护环境

采矿过程中产生的废石和尾砂等固体废料占用大量地表面积，对环境造成破坏。充填采矿法利用这些固体废料作为充填料回填采空区，可以减少地表尾矿库的数量和体积，降低对环境的破坏程度。

充填采矿法具有独特的优势和局限性，适用于特定的采矿技术条件。

3.1 优点与适用条件

优点：

可以实现废石不出井充填，降低废石提升成本；

选矿尾砂用于井下充填，减少废石和尾砂地面堆积压力；

保证作业安全，降低矿石损失贫化率。

适用条件：

围岩不允许崩落：当围岩稳定性较差，容易发生崩落时，采用充填采矿法可以有效控制围岩移动；

矿石品位较高、矿藏价值较大：对于高品位、高价值的矿藏，采用充填采矿法可以最大限度地回收矿产资源；

矿岩不稳固：对于矿岩稳定性较差的矿体，采用充填采矿法可以提高采场的稳定性。

3.2 缺点与局限性

缺点：

工艺复杂：充填采矿法需要建立充填系统，包括充填料的制备、运输、输送和充填等环节，工艺过程相对复杂；

成本较高：由于充填采矿法需要消耗大量的充填料和能源，同时需要维护充填系统，因此采矿成本相对较高。

局限性：

充填料来源受限：充填采矿法需要大量的充填料，而充填料的来源往往受到限制，如废石和尾砂的数量和质量可能无法满足充填需求；

充填效果受地质条件影响：充填采矿法的充填效果受到地质条件的影响，如地层倾角、岩石性质等，这些因素可能影响充填体的稳定性和密实性。

尽管充填采矿法存在一些缺点和局限性，但其在特定条件下仍具有显著的优势。因此，在选择采矿方法时，需要根据矿体的地质条件、开采技术条件以及经济因素等进行综合考虑。

根据矿岩的稳固性和矿体的赋存条件，充填采矿法可以分为多种类型。每种类型都有其特定的应用场景和优缺点。

4.1 单层充填采矿法

单层充填采矿法适用于薄矿体。在这种方法中，采空区被一次或分次充填至所需高度，然后在充填体上进行回采作业。这种方法工艺简单，但充填效率较低，适用于小规模开采。

4.2 上向分层充填采矿法

上向分层充填采矿法适用于极倾斜或倾斜矿体。根据回采工作面的推进方向，上向分层充填采矿法又可分为上向水平分层充填采矿法和上向进路分层充填采矿法。

上向水平分层充填采矿法：在回采过程中，将采空区划分为若干个水平分层，逐层进行回采和充填。这种方法可以有效控制采空区的稳定性，但工艺相对复杂，需要消耗大量的充填料。

上向进路分层充填采矿法：在回采过程中，将采空区划分为若干个进路，沿进路方向进行回采和充填。这种方法适用于矿体倾角较大、稳定性较差的情况，可以提高回采效率。

4.3 下向水平分层充填采矿法

下向水平分层充填采矿法适用于矿岩不稳固的矿体。在这种方法中，回采工作面从矿体底部开始向上推进，逐层进行回采和充填。这种方法可以有效控制围岩的移动和破坏，提高采场的稳定性。

4.4 削壁充填采矿法

削壁充填采矿法适用于极薄矿脉。在这种方法中，先沿矿脉走向切割一条壁沟，然后利用壁沟作为自由面进行回采和充填。这种方法工艺简单，但充填效率较低，适用于小规模开采。

4.5 嗣后充填采矿法

嗣后充填采矿法是将空场法和充填采矿法结合起来的一种新型采矿方法。在前期采用空场法进行回采矿石，待矿房中的矿石回采完毕后，再对空区进行一次性充填。这种方法可以充分利用空场法的优势，提高回采效率；同时，通过充填可以实现对采空区的有效支撑和地压管理。

随着科技的进步和采矿技术的不断发展，充填采矿法也在不断创新和完善。

充填采矿法作为一种重要的采矿方法，具有支撑围岩、控制地压、防止地表沉陷、提供工作平台、改善矿柱受力状态、保证安全回采高硫矿床、控制深井开采的岩爆和降低深部地温、保证露天地下联合开采时的生产安全以及处理固体废料和保护环境等优点。然而，充填采矿法也存在工艺复杂、成本较高以及充填料来源受限等缺点和局限性。

未来，随着科技的进步和采矿技术的不断发展，充填采矿法将呈现高效化、智能化、环保化、绿色化以及多样化、定制化的发展趋势。同时，充填采矿法在发展过程中也将面临技术、经济和政策等方面的挑战。

来源：矿山大课堂