1)深井矿山充填技术的发展历程

(1)国外充填技术的发展历程。

从19世纪末到20世纪30年代，许多矿山将浸出后的分级尾砂通过钻孔以浆体的形式送至井下，并通过管道或溜槽输送到采场的方框支架内，支架支撑着椰席以滞留固体物料并便于泄水。当采深超过1000m时发现钻孔容易堵塞，且发生了由于跑浆及有毒氰化物气体从尾砂中逸出而引起的安全事故，并造成了人员伤亡事故。由于安全和设施问题，以及由于矿山改用全泥浆化的选冶工艺而引起的廉价尾砂来源的减少，使水砂充填工艺在20世纪20年代到30年代明显减少。

作为代替水砂充填的方法，某些矿山采用削壁式充填采矿法。首先回采矿脉上盘或下盘围岩并直接堆于空区作为充填料。尽管这种方法在原理上很有吸引力，但由于难以控制因与矿脉一起崩落下的废石引起的过度贫化，该方法从未被长期采用。20世纪40年代到50年代又回到传统的木支护方式，这一时期对充填的兴趣明显下降，最终所有的试验在一定意义上都宣告结束。

20世纪60年代末70年代初，充填法又重新兴起，其原因之一是这段时间内开采深度不断增加，岩爆引起的伤亡事故成为主要问题，同时以明显的闭合及能量释放作为震动和岩爆事故的度量使人们对充填法控制岩爆有了更深入的认识。人们建立了各种数学模型以预测能量释放速率，进行充填设计。70年代，采用充填的原因除岩爆外，还有一些其他因素的影响，如减少木材支护消耗并预防火灾，降低支护劳动强度，改善通风质量，减少热量的聚集，提高回采率，降低贫化率，掘进废石回窿以减轻提升压力，改善上盘岩层的局部支护能力等。

将充填用于区域支护的最早尝试之一，是1973年由伊尔恩哥勒报道的。所采用的充填工艺是将掘进废石在采场内经颚式破碎机破碎至25mm以下，然后用压气增压机将废石和水吹送到采场已建好的方框中。10年后在同一矿山又进行了进一步的试验，使用颚式破碎机及离心细碎机，将石料粒度破碎至5mm以下，采用高压泵水力输送。

1977年报道的加水泥的脱水尾砂胶结充填系统的建成使用具有重要意义。该系统借助重力将全尾砂以合适密度的浆体形式，通过竖井中的管道下放到采场附近的储存点，用离心机将料浆脱水成膏体状，添加水泥后利用喷浆机通过压气高速充填。尽管这一方法避免了使用密封墙或木垛，但离心脱水机存在不少实际问题，而且在某些情况下压气充填产生大量粉尘对健康有害。在最近的一个新型系统中，采用高压泵压送，使用基础挡墙封闭且不用水泥。然而，离心机仍然存在问题，其中最大的缺点是泄出的水仍带走不少超细固体废料。目前，有一些深井矿山在坑内用真空盘式过滤机脱水。这类过滤机过滤效果好，从而避免了细泥浆处理问题。

20世纪70年代后期曾积极地探索过在坑内设一段磨矿系统将矿石磨至-3mm，磨矿系统与水力旋流分级及起泡浮选槽形成闭路，产出的废弃物料用于充填，而精矿可用水力提升至地表。然而，粗磨不能使矿岩理想分离，相对于高品位的矿山来说损失太大。80年代初，许多矿山开始采用分级尾砂为基本的充填骨料，这种系统经济简单且适用于窄而深的采场。在深井矿山使用分级尾砂的优点是所有制备工作均可在地表进行，对现有矿山基础设施影响最小。而且充填料的输送及充填不需要坑内泵脱水或机械脱水设施，充填体可控制采场地压，支撑上、下盘围岩，减少、延缓和阻止采后空区围岩的破坏和移动，并作为继续回采的工作台，或者矿房采空后，一次嗣后充填，以支撑上、下盘周围矿岩，使相邻矿柱得以顺利回采。

目前，管道自流输送的胶结充填系统已在金属矿山得到广泛应用。