王嘉璐

（ 辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁沈阳 110161）

1 引言

矿产资源是人类生存、 经济建设和社会发展不可或缺的重要物质基础， 采矿是国民经济中的重要基础产业。 截至2016 年底，全国共有持证金属矿山9 762 个，其中包括黑色金属矿产4 584 个（ 其中铁矿3 910 个），有色金属矿产3 301 个，贵金属矿产1 730 个，稀有、稀土和稀散元素矿产147 个。2016 年， 金属矿山企业工业总产值2 332.25 亿元，开采矿石总量94 995.56 万t，从业人员74.7 万人［1］。改革开放以来，我国采矿业发展迅猛，但矿山开采引发的环境污染和生态破坏问题也与日俱增， 主要表现为地表破坏、地面塌陷、水土流失以及采矿废水对地下水的污染等。 为了有效减缓矿山开采带来的生态环境影响，几十年来，国内外学者对井下充填技术开展了大量研究， 其中全尾砂胶结充填技术已成为地下采矿充填的重要发展方向。

2 充填采矿方法

地下金属矿的开采技术主要分为空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法， 其中充填采矿法是以充填材料为地下采空区提供有效的支撑， 防止采场围岩冒落和岩石移动， 为采矿活动提供更加有效的安全保障，从而保护矿区及周边区域的生态环境。 充填采矿法可分为三大类，分别为干式充填法、水砂充填法、胶结充填法。 干式充填法是通过井下运输设施将废石、废渣等干充填料送至采空区。 水砂充填法是以水作为载体，与充填骨料制成质量浓度较低的砂浆，利用管道等方式自流输送到采空区， 再将渗滤出的水排出地表。 胶结充填法是目前应用较广泛的充填技术，通常使用水泥作为胶凝剂，与尾砂、碎石等骨料制成充填材料， 通过管道或重力将质量浓度较高的浆体或膏体材料输送至采空区， 充填材料形成的胶结充填体的支撑能力较大，充填效果相对较好。

3 全尾砂胶结充填技术分析

全尾砂胶结充填井下采空区是属于对尾矿资源的综合利用，《 矿山生态环境保护与污染防治技术政策》鼓励采用的采矿技术中提出了“ 推广应用充填采矿工艺技术，提倡废石不出井，利用尾砂、废水充填采空区”，《 产业结构调整指导目录（ 2019 年本）》也将尾矿资源综合利用列入鼓励类项目［2-3］。

20 世纪80 年代末期， 中国开始在主要铅锌产地之一的广东凡口铅锌矿进行高浓度全尾砂胶结充填技术的攻关试验研究， 将全粒级尾砂与水泥和水合成高浓度的均质胶结充填料， 通过管线输送的方式将充填料送至采空区［4-5］。2008—2010 年，凡口铅锌矿每年约产生55 万t 尾矿， 其中60%～75%的尾矿回填至井下采空区， 取得了明显的经济效益和环境效益［6］。经过多年来持续的技术改良和推广，全尾砂胶结充填技术已成为国内矿山地下开采的主流充填技术。 全尾砂胶结充填系统工程主要包括充填站和充填站辅助工程，其中，充填站按工艺功能可划分为4 个部分：浓密机及其配套设施、水泥仓及其配套设施、搅拌装置、计量控制系统；充填站辅助工程主要包括尾砂输送工程、溢流排放工程、泵送系统、暖通工程、配电工程、运输道路工程等。 充填材料的选择主要依据矿山具体情况而定， 同时需要遵循以下几个原则：（ 1）环境保护的原则，避免充填对地下水污染，尽可能通过充填保护地表环境；（ 2）满足工艺要求的原则， 充填材料需满足输送工艺的要求和充填采矿及采空区处理对充填体强度的要求；（ 3）成本最低的原则；（ 4）材料来源充足的原则。

全尾砂胶结充填可以直接使用附近选矿厂的尾砂浆，通过浓密机实现尾砂浆快速沉降浓密，将全粒级尾砂与适量的水泥和水合成高浓度的均质胶结充填料，再由管线输送至地下采空区。这种方式可以保障充填料的充足供给， 减少尾矿库筑坝和充填料运输费用，同时大幅降低工人劳动强度。按照灰砂1∶10的比例，不考虑尾砂成本，将水泥、添加剂、水、电、人工等费用列入全尾砂胶结充填运营成本， 估算的充填料浆成本为46 元/m3。

4 全尾砂胶结充填潜在的环境影响

尾砂矿山充填存在的环境隐患主要是充填脱水渗入围岩裂隙中造成地下水污染。 普通的尾砂胶结充填质量浓度不高，一般在70%以下，充填至采空区后，泌水量较大，而且填充体的强度也相对较低［5］。采用全尾砂胶结充填， 由于充填料质量浓度相对较高，泌水量也明显减少。高浓度的充填料浆在充填过程中，固体颗粒也将充填堵塞采空区围岩裂隙，在一定程度上可以隔离采空区与外界水源。 泌出的多余水分与填充管道冲洗废水和井下涌水一同被排至地表，在此过程中，充填材料和充填体由于浸泡、淋滤等作用， 其部分有害元素可能对地下水造成二次污染，这种污染往往存在难以逆转性、长期性、迁移性、隐蔽性等特点，对矿山的环境造成威胁。 此外，充填管道冲洗废水和事故状态下管道破裂也会对地下水造成威胁。 因此，在选择充填料时，应着重对充填料浆泌水、矿井涌水、充填管道冲洗废水的水质进行分析，就特征污染因子对地下水环境影响进行论证，确保地下水，尤其是附近饮用水水源的安全。

5 结论

在经济效益方面， 虽然全尾砂胶结充填的直接成本较高，但可明显提高开采回采率，降低贫化率，延长矿山服务年限，从整体上降低企业生产成本。在环境效益方面， 该技术可以有效保护地表地物和地下环境，还可以减少排往尾矿库的尾矿，从而减少大气、水、土壤、生态等方面的影响。 因此，全尾砂胶结充填技术的推广和应用对于建设绿色矿山， 实现矿山企业可持续发展都具有重要的意义。