破解难题：环境敏感区复杂破碎资源精细化充填开采关键技术

近年来，国内矿产资源难采趋势加剧，资源结构性矛盾突出，大宗矿产资源相对不足；贫劣资源比重大，影响资源的规模开采和竞争力提高；经济可利用的资源储量少，潜力大；分布不均衡，产区与加工消费区错位；环境敏感区矿产资源的开采面临着严峻的安全和环保问题。针对性研发环境敏感区复杂破碎资源的开采技术成为当前相关领域科研和工程技术人员面临的重要考验和责任。

什么是环境敏感区？环境敏感区复杂破碎资源开采存在哪些问题？针对这些资源的精细化开采充填关键技术及开采充填过程中的注意事项有哪些？

由中南大学教授陈秋松主编、冶金工业出版社出版的《环境敏感区复杂破碎资源精细化充填开采关键技术》，针对国家矿山公园下覆或周边矿山以及城市或城边矿山等环境敏感区矿山复杂破碎资源开采难题开展了精细化充填开采技术研究，主要内容包括绪论、复杂破碎资源低扰动精细化开采技术、进路采场充填结构强化技术、水淬铜渣新型充填胶凝材料、农作物稻草秸秆充填材料、膏体充填智能化控制系统、工程案例、环境敏感区资源开采发展趋势。

矿区属于我国《建设项目环境影响评价分类管理目录（2021年版）》中认定极易对环境产生影响的建设项目区域，是典型的资源丰富但环境敏感区域。为实现环境敏感区复杂破碎资源的“安全、环保、经济、高效”开采，作者围绕“如何攻克环境敏感区大型复杂矿床的安全高效精细化开采难题”“如何突破矿山固废材料的综合利用瓶颈”“如何实现精细化智能控制充填”三个关键科学技术问题开展了科技攻关，形成了环境敏感区复杂破碎资源精细化充填开采成套理论和关键技术。

该书第2章针对环境敏感区复杂破碎资源低扰动精细化开采，以安徽某铁矿和江西某铜矿为案例，在分析原设计采矿方案的基础上，因地制宜地提出有利于提高开采安全性及经济效益的采矿方法——预控顶上向进路充填法和脉内外联合采准浅孔留矿嗣后充填法，对两种采矿方法的采场布置、采准切割、回采工艺、经济指标、方法评价等进行阐述，并对实际应用效果进行分析。

该书第3章~第6章针对环境敏感区复杂破碎资源精细化充填关键技术进行阐述：

充填材料性能的改进技术（第3章和第5章）

充填材料的性能直接影响充填体对地下采空区的支撑效果，是控制地下开采对环境敏感区地表沉降的关键，优化充填材料种类及配比参数是改善其性能最常用的方法。

针对进路采场充填，为提高进路充填质量，确保二步骤采场回采的稳定性，有效控制环境敏感区地表沉降，作者在分析柔性纤维网增强充填体力学特性及模型的基础上，提出了柔性纤维网强化采场充填体结构与充填工艺。该方法适用于采场暴露高度较小的进路式和上向分层式采场充填，是一种经济效益好、限制条件少的尾砂充填方案。

添加农作物稻草秸秆也可以改善充填体力学性能，作者详细分析了稻草秸秆对于充填体抗压、抗拉、流变性能、微观结构的影响。稻草秸秆表面粗糙，有利于胶凝产物的附着，可以提高充填体密实性，降低充填体孔隙率；添加稻草秸秆使充填体抗压、抗拉性能普遍增强。

新型充填凝胶材料——水淬铜渣（第4章）

对于环境敏感区复杂破碎资源的开采，地表环境保护要求严格，井下开采技术条件复杂，膏体充填采矿技术正是此类矿山实现尾矿的无害化处置和保证井下生产安全的重要途径。在矿山充填领域广泛应用的普通硅酸盐水泥逐渐丧失了价格与性能优势；高活性工业固废的利用趋于饱和；新型充填胶凝材料正在面临原料短缺和价格上涨的难题；铜渣、镍渣、铅渣等有色冶炼废渣由于活性较低难以直接加以利用。因此，开发高效低成本的活化技术来提高有色冶炼废渣的火山灰活性，利用活化后的废渣制备高性能充填凝胶材料具有重要意义。

作者采用机械粉磨和高温活化两种方式提高水淬铜渣的火山灰活性，分析不同活化条件下水淬铜渣的物化性质、结构特性及其复合水泥的抗压强度、水化热、水化产物等变化规律，揭示了两种活化方法的作用机制，并通过室内充填试验，分析了基于水淬铜渣复合水泥的充填材料的力学与流动性能，探究了高温活化水淬铜渣作为辅助胶凝材料用于制备充填材料的可行性。

膏体充填智能化控制系统（第6章）

膏体充填工艺中，充填物料的种类繁多，物料参数的变化范围较窄。充填时，如果采用人工控制各设备与仪表，不仅信息反馈速度会严重滞后，而且充填物料配比参数波动较大，难以满足膏体充填生产工艺要求。使用可靠、精准和安全的充填智能化控制系统对保障环境敏感区矿山充填系统运行和充填质量的稳定性至关重要。

作者研发的智能充填系统，利用先进的工业大数据采集、传输、存储和分析应用技术，实现了充填系统全景状态监测，保证系统和设备安全可靠运行，能够持续提升充填系统自动化和智能化水平；采用多维多态数据分析技术、信息化技术，能够提高充填系统运营管理水平，实现充填系统安全生产、降本增效、节能环保；具备一键充填的功能，同时具有集中自动、集中手动、就地等多种控制方式，能够满足高度自动化的要求；采用适应工艺特点的多种控制算法，保证配料精准、连续稳定，满足系统软件的先进性要求。

在第7章中，作者在对具体工程案例现有充填技术进行分析的基础上，根据案例的实际情况，优化充填材料，设计工艺流程和控制系统，目前各项目运行情况良好。

在第8章中，作者对敏感区资源开采技术发展方向进行简要介绍，包括：精细爆破、机械爆破、水力破岩等低扰动破岩开采技术；废固资源化充填利用、无害化充填处置、智能化充填决策等矿业固废全链条充填处置技术；InSAR矿区地表沉降变形监测技术；数字采矿技术。

《环境敏感区复杂破碎资源精细化充填开采关键技术》对环境敏感区复杂破碎资源开采从理论研究到工程应用进行了全流程、全链条阐述，综合理论分析、实验测试、数值模拟、设备研发、软件开发等研究手段，破解了破碎多变复杂矿体安全高效开采关键技术难题，研发了高性能绿色尾砂充填材料，建立了智能化、精准化充填计量和控制技术体系，实现了矿产资源开发与安全环保的对立统一，并在典型矿山实现工程应用。研究成果有利于推动传统矿山的绿色化、智能化转型，对提高全国类似条件矿山绿色开发利用技术水平具有一定的理论和实践意义。本书可供从事矿山绿色智能高效开采工作的科研和工程技术人员，以及高等院校相关专业的师生阅读参考。