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采矿工程充填技术的应用发展论文

摘要 ：近几年，我国采矿工程不断扩大，充填技术的理论和实践被广泛应用，尤其是随着胶结充填技术的不断改进，提升了充填技术在采矿工程中的地位。在采矿过程中，主要利用的还是水力和胶结作为充填技术，可以提高矿产的采矿率，促进采矿工程的总体效率以及安全性，提高采矿企业的经济效益，推动采矿工程的快速发展。这些填充技术能够适用各种煤矿环境，更好的处理采矿工程中所遇到的问题，在我国采矿工程中起着非常重要的作用。此外，采矿工程中充填技术的应用与发展，在很大程度上提升了采矿企业的经济效益，促进了采矿技术的发展。本文主要阐述了充填技术在采矿工程中的应用和发展，并且针对问题，提出合理的解决措施。

关键词 ：采矿工程；充填技术；应用与发展

随着我国科学技术的不断创新，传统的采矿技术已经不能现代化社会的发展趋势，不能顺应新形势下的社会发展要求。面对这样的局面，就要利用采矿充填技术，具备高回采率，安全性能高和环保的特点，采矿充填技术的关键是充填，主要选择砂砾，煤灰渣，碎石以及石块等物质，对在地下采矿过程中挖出来的空区进行充填。研究数据表明，与传统采矿技术相比，充填技术略显胜出，充填技术可以有效的加强采煤区地层的稳定性，以免发生倒塌。还可以提升矿产资源的回收率，提高企业的发展能力，废石是填充材料的关键，其经济性较好。在尾砂回填后，可以降低自然灾害的发生率，此外，还能够在一定程度上降低矿井深处高温带来的风险，保证生产的安全性。

1采矿工程中采用的填充技术

充填技术是对采矿工程采空区用碎石，砂子等材料进行填充，从而达到支撑的效果，以免围岩跨落和变形。如今的充填技术，应用比较多的方法有水力充填法，胶结充填法以及膏体充填法。

1.1水力充填法

水力充填法是一种应用最早的充填技术，目前这项技术已经成为“三下”煤层，特厚煤层开采的关键顶板管理技术。水力充填法的原理是把固体物料作为浆体或膏体，在通过远距离进行传送，其特点就是成本低，传送效率高，并且不会受到季节和地势的影响。如今我国也已经研究成功了高浓度浆料管道直流输送工艺。

1.2胶结充填法

胶结充填法是以尾料作为材料进行胶结充填的，被采矿工程广泛应用。充填物所选择的尾料包含很多的颗粒，对此胶结面积增大，形成了触变性质体制。目前，高浓度全尾矿胶结填充技术已经相对成熟，被采矿工程广泛应用，应用率高达80％，物料传送质量高达70％。

1.3膏体充填法

现阶段，我国膏体充填法的应用发展还不是很完善，和其他充填技术相比还处于落后状态。膏体充填法的质量会受到很多因素的影响，例如搅拌方法，水含量，搅拌质量以及颗粒成分。膏体充填法在工艺上比较繁琐，技术含量非常高，操作管理流程复杂，需要在大量的实践中深入分析和不断优化。

2我国填充技术的发展现状

根据我国煤矿以往的产矿量和充填技术有关的数据表明，可以对充填技术未来的发展作出以下分析。随着我国煤矿的不断开采，在采矿过程中造成的.土地坍塌的赔偿费用逐年增加，呈上升趋势，变得越来越高。煤矿利用充填技术开采所增加的成分得知，早在几年前发现充填采空区增加的煤开采成本约等于采煤所造成的土地坍塌赔偿所增加的吨煤成本。我国是一个矿产资源丰富，并且资源存储量以及消耗量最大的国家，在煤矿开采过程中，周围的环境和地表会受到破坏，就在矿产开采成本上升的同时，周边环境也受到了影响，容易带来安全事故。对此，研发了一项矸石充填技术，就是常说的一种绿色充填技术。采空区利用充填技术可以降低周边环境和地表的破坏程度，降低废料排放率。在煤矿开采过程中，会出现很多采空区，还会使顶板和矿柱发生变化，容易发生安全事故。在采空区应用矸石充填技术，矸石不用上井，就能很好的处理矸石污染耕地以及环境带来的严重后果。并且减少煤柱，资源回收率也明显升高。这项技术会在未来的采矿工程中应用最广泛的一种充填技术，会得到很好的推行和使用。

3填充技术的应用原则

3.1环境保护为前提

在采矿工程中使用充填技术，第一要考虑的就是环境因素。我国现阶段提出的可持续发展战略，对采矿工程来讲，不但要完成自身的可持续发展，还要重视环境的保护。对此，要选择适合的充填技术，要了解采矿工程的地势环境，并且综合分析目标地区的周围环境，掌握环境和环境之间的联系。选择适合的充填技术，可以很好的掌控环境污染，加强对环境的保护。在采矿工程中使用充填技术，要注意整理开采过程中的材料，以免浪费材料，要充分利用材料资源。对采矿工程中的尾砂和煤灰，要加强回收利用，实现可持续发展，以保护环境为前提。

3.2安全生产为基础

在工程展开中，安全是每个工程都非常重视的一个问题。所以在采矿工程实施中，必须要保证施工人员的生命安全问题，选择适合的充填技术。对此，在选择采矿充填技术过程中，首先需要对采矿地域的环境进行勘察，排除地质方面的安全问题，综合考虑低压措施以及采矿方法，确保在采矿工程利用充填技术时，不会带来安全隐患。3.3合适的充填系统在采矿工程中利用充填系统时，必须以充填量的多少来作为基本准则。在采矿工程展开之前，要严格把控好采充平衡，对采矿地进行预测和规划，合理的制定采矿地的矿产量和采矿量。确保所用的矿产量和所采出的矿产量相同，掌控好二者的产量。所以，要合理的制定充填系统，防止因过度开采导致浪费矿产资源，保证在采矿工程中不出现安全隐患问题。

4填充技术在应用过程中的问题

现如今，充填技术在我国采矿工程中被广泛应用，并且这样采矿技术已经非常成熟，对采矿工程的发展有很大的推动作用，具有很大的优势，能够取得很好的经济效益。但从总体上来讲，采矿充填技术在实际应用过程中还是存在一些问题。大多数采矿企业在采矿过程中，所选择的充填技术缺乏科学性，没有完全掌握好采矿工程所在地的实际状况，导致采矿技术的应用没有按照因地制宜的基本原理，造成采矿工程的效率下降，所取得的矿产在质量和数量上都比较低。充填采矿技术对材料的要求非常高。在采矿工程的实际施工当中，需要利用非常繁琐的采矿技术，操作性与技术性都非常强。但是矿山自身结构相对复杂，导致矿产量和预想的产量存在很大的差异。对此，在矿产开采过程中，仅仅利用充填技术是不够的，还需要融合高强度的新型填充材料，从而保证采矿的效率和产出量。然而，采矿企业要想购买大量的新型填充材料，就会影响企业的生产成本以及企业的经济效益。

5填充技术的应用与发展展望

5.1优化填充管理制度

充填站担任着采矿工程的调配管理工作。首先，充填站具有大量的先进开采机械和电子设备，这类先进的安装设备，为充填材料提供了很大的便利。同时，也要考虑充填站在管理上的不足。充填站的设备相对齐全，然而如果没有科学的管理制度，那么这类设备的系统就不能完成自身的工作，对采矿工作起不到任何推进作用。对此，就要不断优化充填站的管理制度，定期对这些设备进行检测，制定合理的检查制度，像一些分散的填充材料，要进行统一保管。定期对机械设备以及电子设备进行检测，保证设备的系统质量符合工作展开的标准要求。对充电站设备与系统的管理，有安全专门的人员去监管，并派遣专业的技术人员定期检查工作，一旦发展设备具有安全隐患，要马上实施维修，以免带来不必要的麻烦。

5.2创新采矿充填技术

我国采矿工程的不断发展，离不开采矿技术的创新与进步。在使用充电采矿技术的同时，也要对充填采矿工艺进行创新，加强采矿企业的快速发展，提高企业竞争力。关于充填采矿工艺的创新，第一要对传统的充填工艺进行详细分析，了解传统充填工艺的特点。第二，要根据本地的矿产类型和特性，研究和创新充填工艺。例如在一些大矿体的矿山，都非常稳定，但矿产的开采非常困难。在这种状况下，就要选择中深孔和浅孔空场技术，就能获取很好的采矿效果。在这种情况下，充填材料最好利用高水材料和块石胶结材料，这些材料能够更好的对采空区进行充填。利用科学合理的创新充填采矿工艺，可以减少采矿的生产成本，提高采矿效率。对此，充填工艺的创新，可以实现更好的采矿效果，提高采矿企业的经济效益。

5.3提高对创新充填技术材料的研究

在充填采矿技术中，充填材料是必备的。充填材料的不同，对充填采矿技术的应用效果也是不同的。好的充填材料不但可以提升采矿工程的工作效率和工作质量，在很大程度上也保证了采矿工程的安全性。随着采矿技术的不断创新，充填材料的应用正渐渐走向新型的充填固化材料。对此，就要不断增强新型填充固化材料的研发，全面分析充填材料的物理特征，掌握材料的成本和组织方法以及骨料框架。新型的充填固化材料强度高，成本低，对采矿行业的发展以及可持续发展都有着非常重要的意义。就目前状况来讲，我国已经研发出固化材料，其材料的固结速度非常快，效率高并且浓度低，方便使用。其自身具备轻质性，便利性等特征，能够更好的适应材料的远程传送，为采矿工程提供了便利。

5.4充填技术设备的维护

随着充填技术的快速发展，其作业方法和相关设备以及充填仪器的更新换代也非常快。在这些充填设备当中，充填料贮仓起着关键性作用，它能够直接影响充填材料的质量和充填效果，但是在传统充填工艺上却不被重视。然而在新型充填技术当中，采用了加以改过的立式充填料贮仓，可以更好的确保充填料的质量。而在尾砂处理环节，就要利用精准度非常高的水力旋流器。在浆料传送阶段利用这些先进的技术和自动化控制系统，能够提升作业质量以及作业效率。

6结语

综上所述，随着我国科学技术的蓬勃发展和采矿工程的不断扩大，采矿工程的相关采矿技术也是日新月异，而充填技术的广泛应用为采矿企业奠定了坚实的基础。采矿企业要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，就要不断优化充填站的管理制度，不断对采矿工程的充填技术以及采矿工艺进行创新研究。利用新型充填材料，提高充填材料的强度，进而较少材料成本，选择轻便的充填材料进行远程传送。充填技术的逐渐发展，推进了高效，自动化，智能化的采矿作业方式的展开，进而提高了采矿企业的经济效益，保护了生态环境的发展。并且矿区里的工作人员得到了解放，改善了他们的工作环境，减少了工作人员的工作量，在很大程度上提高了工作人员的劳动生产力和工作效率。特别是对一些工作环境复杂，稀有矿床的开采，充填技术被广泛应用，不断满足新形势下采矿资源的发展要求，促进了采矿工程中充填技术的发展。

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二十一世纪的头20年是中国经济社会发展的重要战略机遇期。根据国际经验，这一时期是实现工业化的关键时期，也是经济结构、城市化水平、居民消费结构发生明显变化的阶段。按照“十六大”提出的全面建设小康社会的目标，到2020年中国实现经济翻两番。在确保中国经济未来20年发展中，煤炭在中国能源消费结构中的主导地位不会发生明显的改变，煤炭资源将是一种非常重要的战略资源，煤炭资源的经济价值将在未来得到不断提高。\x0d\x0a\x0d\x0a从2007年到2020年，中国将实现全面小康的目标。这14年也是中国工业化和现代化的重要时期。预计未来14年GDP的年均增长速度保持在7.5%，到2020年GDP总量将由2005年的18万亿元增加到54万亿元，按现行市场汇率计算，折合6.7万亿美元；人均GDP将由2005年的1700美元提高到4800美元。改革开放以来27年能源消费的弹性系数平均为0.54，今后15年按0.5计算，能源消费年均增长速度按3.75%计算，到2020年，中国能源消费总量大约将达到38亿吨标准煤。\x0d\x0a\x0d\x0a随着我国经济持续高速增长，包括煤炭在内的能源需求增长明显加快，呈现出供不应求的局面。煤炭行业面临巨大发展机遇，其发展具有诸多有利因素：宏观经济的高速发展为煤炭需求持续增长提供了坚实的支撑；煤炭行业在能源供应中不可动摇的主导地位巩固了其作为支柱产业发展的地位；国家积极的产业政策保障了煤炭行业的可持续发展；技术创新为煤炭行业发展提供强大动力等。\x0d\x0a\x0d\x0a（1）宏观经济的高速发展，为煤炭需求持续增长提供了可能\x0d\x0a\x0d\x0a我国煤炭需求与国民经济增长特别是工业增长存在较强的正相关性，我国煤炭业的快速发展得益于我国经济的持续快速发展。由于经济增长强劲，一些工业如钢铁、电力、化工、汽车以及交通运输、建筑和居民生活等用煤相对较大，引发了煤炭需求量的快速增长，煤炭行业已经成为国民经济发展的支柱产业，并且煤炭需求旺盛的势头在相当长的时期内不会改变。\x0d\x0a\x0d\x0a国际国内多年的实践充分证明，一个国家能源消耗的多少，与一个国家的经济发展水平、工业化水平、居民的消费结构、国家的产业结构和城市化水平密切相关。当前，我国经济进入了以发电、钢铁、建材、房地产、家用电器迅速发展为代表的重工业化时期。经济的高速发展、消费结构迅速升级、我国城市化水平迅速提速，为煤炭行业发展创造了巨大的市场需求。据统计，我国1985－2005年煤炭消费量对国民经济的平均弹性系数为0.53。“十一五”期间，我国国民生产总值增长速度约为7.5-8.5%，年均煤炭消费增长量约为4－4.5%。\x0d\x0a\x0d\x0a经济的高速发展必然带动电力、钢铁工业用煤继续快速增长，建材工业用煤基本维持不变，煤化工产业成为新的增长点，这些相关下游行业的发展为煤炭行业提供了巨大的发展空间。\x0d\x0a\x0d\x0a（2）能源基础地位不可动摇\x0d\x0a\x0d\x0a《煤炭工业发展“十一五”规划》指出“煤炭是我国的主体能源，煤炭工业是关系能源安全和国民经济命脉的重要基础产业”。《国家能源发展战略规划纲要》进一步明确提出我国能源发展格局是“以煤炭为主体，以电力为中心”，将煤炭列入国家能源规划的重要位置。煤炭是确保中国未来20年经济可持续增长的战略资源，其经济价值将在未来稳步提高。\x0d\x0a\x0d\x0a我国资源禀赋的特点是富煤、贫油、少气。在未来较长的时间里，煤炭在我国能源消费中拥有绝对的主导地位，它在一次能源生产和消费中所占比重一直保持到60%以上。我国电力燃料的76%、钢铁能源的70%、民用燃料的80%、化工燃料的60%均来至于煤炭。煤炭行业已经成为国民经济发展的支柱产业，煤炭在我国能源消费中具有不可替代的地位。\x0d\x0a\x0d\x0a（3）国家产业政策有利于煤炭行业的健康发展\x0d\x0a\x0d\x0a近年来，国家加强和改善宏观调控，在控制高耗能产业过快增长、抑制不合理能源需求的同时，坚决关闭非法和不具有安全生产条件的小煤矿，推进煤炭资源整合，清理在建项目，控制超能力生产，较好地抑制了煤炭固定资产投资和生产总量的过快增长。《煤炭工业发展“十一五”规划》提出了新型煤炭工业体系的。\x0d\x0a\x0d\x0a《煤炭工业发展“十一五”规划》，提出了煤炭工业发展的主要任务，即优化煤炭布局，调控煤炭总量，建设大型煤炭基地，培育大型煤炭企业集团，整合改造中小型煤矿，淘汰资源回收率低、安全隐患大的小煤矿，加快煤炭科技创新，提高煤矿安全生产水平，建设资源节约型和环境友好型矿区。\x0d\x0a\x0d\x0a国家不仅确定了煤炭在我国基础能源的战略地位，而且指明了煤炭工业发展方向，这将有利于我国煤炭行业长期健康、可持续发展。\x0d\x0a\x0d\x0a（4）技术创新为煤炭行业发展提供动力\x0d\x0a\x0d\x0a现代科学技术的飞速发展为我国煤炭行业带来了无限生机，随着煤炭工业技术水平的提高，一大批技术含量高、生产效率高、经济效益好的现代化矿井先后建成投产，大大提升煤炭行业整体生产水平，综合机械化采煤工艺成为煤炭开采主流。目前，我国煤炭气化技术已比较成熟；煤炭间接液化技术在国外已经商业化，美国已完成第二代直接液化技术，我国目前也正在进行液化煤的性能和工艺条件试验以及商业化可行性研究；水浆煤技术在西方发达国家已经成熟，目前我国的研究开发也取得了重大进展。煤炭液化和气化技术为煤炭成为洁净能源创造了条件，煤炭清洁开采技术和洗选新技术成果的推广应用，大大提高了煤质，减少了污染，为煤炭产业开拓了广阔的市场。\x0d\x0a\x0d\x0a另外，目前全球面临能源短缺、资源类产品日益紧缺等问题，因此，未来煤炭在人类社会会显得越来越重要，其价值也会得到人类的重新认识。

煤炭行业目前的发展还可以，但是发展前景不被看好。煤炭作为一种能源，会产生环境污染，属于被淘汰的行业。虽然在能源消费中煤炭占的比例依然很高，但是现在对煤炭的使用量和比例也都正在逐步下降，发展前景其实并不被看好。

纵观煤矿行业，发展智能化是大势所趋。在全国工业制造业智能化的浪潮下，煤炭行业作为我国重要的能源行业，其智能化建设直接关系我国国民经济和社会智能化的进程。从实施细则陆续出台，可以看出国家和煤炭、科技行业均对煤矿智能化重视程度很高，推进力度很大。

煤矿市场空间巨大，供给产能难以覆盖需求增长。从智能化煤机制造企业的调研情况来看，当前供给端产能跟不上需求的增长，可以预见的是煤机智能化生产制造将迎来一轮爆发性增长期。

将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智慧煤矿管理系统。实现煤矿开拓、采掘、运输、通风、洗选、安全、管理等过程的智能化运转。

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和 GIS 的集成方案中可提供根据经纬度和海拔数据构建漫游线路，让用户以第一人称的视角按照指定线路对厂区进行巡检漫游，Hightopo在制定线路的时候可以参考重点区域或智能化水平较高的区域进行制定，给用户呈现选煤厂重点发展区域以及智能化发展成效。

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数据信息包括运行设备的振动频率、温度、故障信号、趋势信号等数据，管理人员可通过此功能，进行调用查看设备运行状态、故障属性及导致故障发生的相关联信息历史数据。

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搭建的压滤车间可视化管理系统，通过引擎将压滤车间的压滤机以及楼层分布进行 1:1 还原，可随时查看设备基本信息、运行信息、故障信息等。点击左侧面板压滤机以及楼层展开，即可查看车间楼层分布情况以及压滤机工作状态。

实时监测系统内压滤机状态信息，包括松开、压紧、进料等各进程状态，打破压滤机与压滤机之间、压滤机与智能压滤检测系统相关辅助设备之间的信息孤岛。实现智能压滤检测系统内所有设备及相关信息的统一集中监管，降低岗位巡检工的劳动强度，方便生产监管。

三维仿真的选矿场景，其中包含：选矿漫游（选矿工艺流程）、全场漫游（场景绕场查看）、浓密机和球磨机的启停动画演示、选矿设备的单独查看。当然也支持定制哦~

选矿工艺动画过程，从矿石破碎到筛分再到磨矿、分级等一系列作业的漫游动画，支持拉近视角近距离监控选矿的每一步作业。

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三维立体的巷道监管效果，有利于改善矿山环境及工程实施设计，能将巷道工程变迁情况客观无误的记录和展现。可视化巷道的搭建由点-线-面-单个巷道-多个巷道过渡延伸。点击按键可随意切换工作区视角和井内视角，方便运维人员从不同角度观察到每条巷道的名称、视点位置、设备分布及对应的数据。巷道内部漫游设有前进、倒退等功能，易于实时了解视点位置。此外，增添聚光灯的设计会让巷道整体更加真实，仿佛身临其境。

相较于传统静态模拟图式的通风机房在线监控系统，3D 可视化通风系统能更加生动形象的展现在人眼前，使其内容具有可读性与可控性。两侧 2D 面板数据提供重要运行参数的实时变化和历史趋势查询，提供自定义趋势查看、数据分析、曲线对比等功能，点击场景中的设备可显示设备属性信息。对于超限时状态设备进行及时报警，在短时间内为运维人员提供所需信息要素，提升运维监测效率。

压风自救装备系统在正常生产运作时，可为井下开拓掘进工作的风动工具提供压缩空气动力，满足井下岩石巷道掘进及煤巷支护之需；当发生灾变事故时，工作人员可进入自救装置，打开压气阀进行避灾自救。

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为完善瓦斯抽采流程的标准化，可通过可视化系统实现对瓦斯抽采泵、放空管闸阀、管道总闸阀、高低负压闸阀等设备的远程遥控监测。根据井下监测到的抽采泵站工作状态、瓦斯浓度、气体流量、工序能耗等信息通过抽采管路实时上传到监控设备中，提供瓦斯的精准研判，为下一步科学优化抽采设计提供准确分析。

当发现异常测点时，系统将启动自检诊断功能，对危险管段进行迅速定位诊断。在提高瓦斯抽放参数测量的准确性和安全性的同时，还能起到矿井上下全覆盖监测的作用，为矿井“提浓提效、高效抽采、安全生产”奠定基础保障。

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