0 引言

21世纪是现代科学高速发展和现代工业高速增长的时期, 对矿产资源的开发利用规模是历史上从来没有的.金属矿产资源开采深度加大，开采难度增加，开采对象将逐步转向高应力环境下的深部矿体、复杂条件下的“三下”难采矿体.采矿业面临深部岩爆、冲击地压等地质灾害问题，地表下沉、塌陷等生态环境问题，生产能力、生产成本等技术经济问题.随着世界矿业开发的加剧，大量工业废水、废料、废气的排放造成了自然生态环境的恶化，人们越来越认识到加强矿山环保和矿产资源综合利用的重要性，迫切需要实现绿色采矿.所谓绿色采矿模式，就是最大限度地减少废料的产出、排放，提高资源综合利用率，减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的采矿模式.绿色采矿模式是科学发展观在矿山企业的具体体现，勿庸置疑，矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术.

1 传统采矿理念及其后果

传统采矿理念认为采矿是矿产资源开发利用的前端工序，矿区生态恢复和环境治理是末端工序.在矿床开采过程中，人们通常注重于矿床开采的经济活动，较少结合开采过程考虑矿床开采对自然环境的严重负面影响.往往在矿区出现严重的生态破坏和环境污染甚至存在重大危险源的情况下再进行末端治理，较少按照矿产资源开发与生态环境相协调的理念，将矿床开采的各工序作为一个系统从源头解决开采与环保问题^[1].

显而易见，传统采矿理念的核心缺陷是矿床开采(前端)与环境治理(末端)的不协调, 分割处理，治标不治本.于是，多年来的开发造成大量土地受到破坏、大量固体废料堆放地表、井下存在大量采空区等给自然生态与社会经济生活带来负面影响的系列问题(图 1)，已成目前亟待解决的重大课题，主要包括以下几个方面.

1.1 资源浪费与资源不足

我国现已发现171种矿产资源，查明资源储量的有158种；有矿产地18000处，其中大中型矿产地7000余处.资料显示，我国优势矿产的查明资源利用程度高于短缺矿产，资源利用程度与市场配置资源原则之间存在诸多矛盾与问题.因短期利益而对优势资源进行的超强度开发，导致部分优势矿产资源储量利用程度过高，后备资源严重不足，资源优势地位岌岌可危.现在世界矿业每年采掘出280亿t以上的矿岩，比地球上所有河流的浸蚀输送量还多，仅铜和其他有色金属冶炼每年释放的就达600万t之多.目前我国矿山开发的总规模居世界第3位，年采掘量超过50亿t.目前我国已有全民矿山企业约8500个，矿山生产总值超过6500多亿元，约占全国工业总产值的7 %，其中有色、黑色、煤炭等固体矿产原料占据主要比重.我国90 %以上的能源、75 %~80 %的工业原料均来自矿物原料，矿业及矿产品加工业产值占全国GDP的30 %以上，支持了70 %以上国民经济各部门的运转，以矿产资源作为原料的相关产业产值也占到国民生产总值的1/3~1/2.近年来，矿产品及有关原材料进出口额占外贸进出口额的比例达到了25 %以上.再以有色金属工业为例，在我国现有的124个产业中，有113个产业使用有色金属，铜、铝、锌等主要有色金属矿产资源的消费水平与GDP的线性相关系数均超过了0.9，其生产量与GDP的线性相关系数也均超过了0.9^[2].

据统计，我国9种主要有色金属的采选冶综合回收率由1995年的38 %提高到2005年的64 %左右，但是，仍低于国外先进水平约20个百分点；目前，我国矿产资源的综合利用率仍处在35 %左右的水平^[3-6].如有色金属矿床大多是多金属矿床，共生和伴生着许多种有用矿物，其综合回收愈来愈受到人们的重视.美国、日本的铜、铅、锌、镍等多金属矿山综合利用率为76 %~90 %.美国杜拉尔等7座铜选厂分别综合回收了铜、金、银、铝、钼中的部分元素，综合利用率为88 %~91 %；日本的小坂内之多金属矿综合利用率为85 %以上(回收了铅、铜、锌、硫、金、银、重晶石等)；前苏联的胡杰斯克矿回收了铜、锌、镉、钴、铁、硫、碲、硒等8种有用成分，利用率为87 %以上；加拿大从曼托巴伟晶岩矿石中综合回收了铿、铯、铍、镓.这些国家的综合利用程度均达到了相当高的水平.而我国的综合利用水平还很低.据对1845个重要矿山调查统计，综合利用有用组分70 %以上的矿山仅占2 %，综合利用有用组分50 %以上的矿山不到15 %，综合利用有用组分低于25 %的矿山占75 %.在246个共生、伴生大中型矿山中，有32.1 %的矿山未综合利用有用组分.这些未被利用的有用组分都被带入尾矿中排走，造成资源的极大浪费，增加了对环境的负面影响.与发达国家相比，我国的综合利用技术及水平还有很大的差距，资源综合利用尚有许多工作要做^[3-6].

目前我国不仅存在严重的资源浪费，而且面临资源不足.从总体上看，我国矿产资源总量较丰富，据世界第三位，但是人均占有量远远低于世界平均水平.在45种主要矿产资源中，我国人均储量仅居世界第80位，只达到世界平均水平的58 %.目前能够满足国民经济发展需要的矿产资源仅有20多种，金属矿产资源缺口达到约2亿t.据我国近期的论证工作显示.45种主要矿产中优势矿产多为非大宗使用矿产，而经济建设需求量大的关键或支柱性矿产多在基本保障程度以下.据权威认识估计，在我国经济所需的45种矿产中，到2010年只有24种能满足需要，能保证2020年需求的只有6种；预计未来20年，石油、天然气、铜、铝矿产资源累计需求总量至少是目前储量的2~5倍，我国将短缺30亿t铁，5~6亿t铜和1亿t铝.就有色金属矿产资源现状来看，由于资源消耗量大，且找矿对象逐步向难发现、难识别、难勘查的隐状矿及复杂类型矿床方面转化，加上地质勘查基金的缩减，矿产资源量向储量方面的增加和升级速度很慢.在己查明的有色金属矿产资源储量中，可供利用的储量占总资源利用的比例不到30 %.据预测我国有色金属矿石量的年缺口达500万t以上，到2010年，主要依靠进口的有色金属矿产有铜、钴、铂等，需要长期进口补缺的有色金属矿产有铝、锌、镍、金、银等.从资源的角度来看，我国不少矿产资源企业都是在20世纪五六十年代就建立起来的，经过几十年的开采，近2/3的矿山已进入中晚期，而不少企业由于缺乏资金以及技术装备水平落后，使得生产勘探和矿山深部找矿受到严重限制.也严重制约了矿产资源企业的发展.据统计，由于资源枯竭，已有110座矿山闭坑，还有440座矿山面临闭坑的危险.以有色矿业为例，到目前为止，经国家批准关闭的有色矿山已近百座，预计到2020年则仅有约20 %能维持^[7-8].显然，今后15~20年是我国发展的重要战略机遇期，也是矿产资源供需矛盾的进一步凸显期，全面建设小康社会对矿产资源保障提出了更高的要求，在相当长时期内，石油、天然气和重要矿产资源供需形势仍将十分严峻.到2020年我国短缺的矿产资源将增至39种，对外依存度将居高难下.

1.2 开采区地表塌陷造成的破坏

矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的，而进行开发建设后，强烈的人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了矿区独特的采矿生态环境问题.采矿业破坏的土地面积达1.4~2.0万km²，并以每年200 km²的速度增加.据对1173家国有大中型矿山调查，地下开采占68.89 %，塌陷区占地面积为84201 hm²，占我国矿山开发破坏土地面积的39.57 %.发生采矿塌陷灾害的城市30多个.据初步统计，目前我国有近50个矿区出现严重地面沉陷现象.如阳泉矿区地面沉陷面积达60多km²，焦作矿区沉陷52 km²，抚顺矿区沉陷30 km²，平顶山矿区沉陷20 km².据估算，全国平均每采出1万t煤沉陷面积在2000 m²以上^[9-16].

(1) 对地形地貌的破坏.采煤沉陷使地表变形，形成地表移动盆地，产生地裂缝和塌陷坑，破坏了原有的地表形态，使地形地貌的稳定性下降.当沉降波及到地表后，地表就从原有的标高下沉，在采空区上方形成一个比采空区面积更大的洼地，一般称为地表移动盆地.这种洼地的出现，破坏了土地的原有形态，轻者地表起伏不平，给耕种和灌溉造成困难，重者地表下沉到潜水面以下，引起地面长期积水，无法耕种，从而使土地质量降低或完全丧失使用价值.大量地表裂缝破坏了土地、岩体的连续性，给土地耕种带来了困难，并且水土流失也比较严重，同时也蕴育了大量潜在的重大地质灾害危险源.有时地表沉陷还会破坏地下含水层结构，使地下水位下降，出现地表干早，使地质生态环境质量下降.采矿塌陷使生态环境的各生态因子都不同程度的受到破坏和影响，有时甚至改变整个生态系统的类型，从而恶化生态环境.开采塌陷使森林、草原、天然植被遭受破坏，使地形地貌沉陷开裂，使水体、大气遭受污染，恶化了整个生态环境，改变了生存条件，破坏了正常的食物链和食物网.生态环境的恶化，进一步导致新的自然灾害，水土流失，土地盐渍化、沼泽化、沙漠化、最终危及人类社会的发展，从而使自然生态系统和社会经济系统进入恶性循环，引起更大的危害.

(2) 对土地资源的破坏.采空塌陷造成地表变形，严重地影响了土地的自然形态，破坏了土地的营养成分，使土地在物理性状上呈现为沼泽地或干旱地，在化学性质上表现为土壤酸化或营养物流失，从而使土地质量降低或完全丧失使用价值.至1991年底，我国由于采矿造成的沉陷面积以达到10亿m².据有关统计资料表明，我国每开采万吨煤就造成平均2000 m²土地的塌陷区，由个别地方高达10066 m²，其中有一半是可耕地.如果按现在年开采量1亿t计算，每年塌陷面积就增加2000万m²，而可耕地塌陷面积就增加1亿m².分布在我国西北、东北和华北的山地、丘陵地区的矿区，尽管塌陷区的地貌没有明显的变化，不积水，地表变形主要表现为漏斗式塌坑或裂缝.在局部地区，可能产生大裂缝、表土滑坡或地下水枯竭等损害，加速土地沙漠化.我国中东部地区的矿区如徐州矿务局，已塌陷的耕地约为5333万m²以上，其中常年积水的耕地占25 %，有的积水深达3.5 m.再如淮北矿务局，每年塌陷耕地约33330 m²，其中常年积水的耕地约35 %，最大水深达10 m^[9-15].因此，这地区是农田破坏最严重的地区，几乎使农业绝产或半绝产.可见，采煤塌陷对土地资源的破坏是巨大的，而由此又引起一系列的社会问题，造成的民房损坏和村庄搬迁问题，不仅造成巨大的经济问题，使本来人均耕地紧张的矛盾进一步加剧.

(3) 对水资源破坏.传统采煤过程中进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，破坏了地下水资源，导致地下水源干枯.采空区沉降使地面河道、水渠、池塘、机井等变形或干枯，使矿区居民饮水困难.开采区塌陷不仅改变了地表水、地下水的径流条件，而且改变了水质，造成水污染.地表塌陷的存在，破坏了地下含水层的结构，改变了地下水流量和流向，地下水位大幅度下降，导致水源地干涸，可灌溉农田变为旱地.地表、地下水系统的改变，致使工农业生产用水和生活用水受到严重影响.地表移动盆地常使地表低洼的平地矿区常年大面积积水，水深几米到十几米不等，有的地方水深甚至达15 m以上，地表积水常因大量矿山污水、废水的排放而受到污染，成为污垢、病菌汇集之地.而污染的地面积水又常常沿井巷、岩石裂隙倒灌入地下采空区，使地下含水层受到污染，形成恶性环流.各矿区及其附近水源、水体被污染后，对人类和生物的危害甚为严重；使农作物减产，甚至绝收；使鱼类及水生生物大量死亡，给水产养殖业带来厄运；使人体产生急性或慢性中毒，或成为各种流行病的滋生地，使人类的安全健康和生物的生存受到严重的威胁.

(4) 对地面公用设施、建筑物的破坏.地下开采引起的地表变形(下沉、倾斜、弯曲、扭曲)，水平方向的移动变形(水平移动、拉伸与压缩变形)，以及地表平面内的剪应变形3类.地表产生的移动和变形，破坏建筑物和地基之间的初步平衡状态，伴随着力与平衡的重新建立，使建筑物中产生附加应力，而导致建筑物发生变形，直至损害和破坏.地表沉陷对公路、铁路的正常运输造成的危害也较大，表现在公路路面下沉，甚至积水，铁路路基陷落，铁轨弯曲或悬空.地表沉陷对桥涵的损害，往往比对公路或铁路本身的损害要大，因为桥涵整体性强，稳定性要求严格，单位长度造价高，所以一旦受损则难以修复，甚至完全报废，造成巨大损失.此外，开采引起的地表移动会使输电、通信线路杆塔歪斜，线路松弛度变化.对高压输电线路来说，不仅陷落本身容易遭受破坏，而且周围人畜生命也受到很大的威胁.大范围地表下沉将严重影响堤坝，水平位移能破坏坝体的完整性，使之出现张裂带和破碎带，从而降低了堤坝的强度和防渗能力.坝体的下沉，降低了坝顶高程，降低或丧失了堤坝拦截汛期洪峰的能力.

近年来，随着我国矿业尤其是个体采矿的不断发展，我国的采矿塌陷灾害频频发生.从各省的统计数字上看，造成采空塌陷最多的是个体业，其次是集体企业，再后是国营企业.从全国来看，采空塌陷和采矿量呈直线关系，采的越多，塌陷越严重，给社会经济系统和自然生态环境造成的危害也就越大.因此，必须用生态经济的观点来处理和协调好资源开发和环境保护这对矛盾，使资源开发和环境保护协调发展，以取得最好的经济效益、社会效益和环境效益.

1.3 废料排放造成环境破坏

截止2005年底，全国共有各类矿山企业183069个.据不完全统计，1949-2005年底，全国各类矿山产出各类矿废石162.3亿t，其中煤矸石35.6亿t，铁矿废石94亿t，有色金属矿废石25亿t，金矿废石4.6亿t，化工矿废石3亿t.我国现有尾矿库12718座，其中在建尾矿库为1526座，占总数的12 %，已经闭库的尾矿库1024座，占总数的8%，截止2007年，全国尾矿堆积总量为80.46亿t.仅2007年，全国尾矿排量近10亿t.此外，全国堆存粉煤灰12亿t.矿产资源开发利用过程中产生的煤矸石、废石、粉煤灰和冶炼渣已成为我国排放量最大的工业废弃物，占固体废弃物总量的85 %左右.尾砂是金属矿山加工过程中产生的主要废弃物，金属矿山排放的尾砂积存以每年2.8亿t的速度增长，占地9.33×10⁷ m²，每年新增占地约1.33 ×10⁶ m²，而目前尾砂利用率仅为1.5 % ^[9-10].

煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的8 % ~20 %左右.据有关部门统计，目前全国大中型煤矿有矸石山1500多座，煤矸石积存超过34亿t，占地1.33×10⁸ m²，并以每年2亿t的速度增长.是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一.每年处置煤矸石就需投入10亿元，利用率仅为40 %左右.煤矸石、废石、尾砂、废水等废料长期堆存，占用大量土地，同时造成自燃，污染大气和地下水质.

1.4 安全隐患

采空区—诱发矿区塌陷、矿震、崩塌、滑坡、矿井突水等地质灾害.我国已有30个城市发生过因采矿引起的塌陷，造成严重破坏的有25个.我国因采矿引起的重大塌陷事故近200起，损失惨重.以云锡公司为例，云锡公司矿体开采历史上百年，采矿方法包括空场法、留矿法、崩落法、房柱法和充填法等十几种方法，矿山巷道纵横交错、采空区星罗棋布、十分复杂.再加上地质构造复杂、发育，空区地压活动影响大，在采矿过程中存在着较大的安全隐患，包括氧化矿和硫化矿并存，氧化矿松散破碎，硫化矿致密坚硬，造成开采难度加大；节理裂隙发育使得顶板在采矿过程中极易冒落，支护难度大；随着开采深度的增加，地压显现突出，硬岩中具有岩爆倾向等.采空区失稳问题越来越成了影响矿山安全生产的最主要危险源之一.如2004年在山东峄城石膏矿区发生一次矿区顶板大面积塌陷事故，所释放能量相当于一次3.6级地震.塌陷造成的冲击波掀掉了井架的顶盖，在很短的时间内使得井口周围形成了一座矿石山，矿区塌陷面积达14.47万m²、总重量超过230万t，冒落的体积约100万m³.据不完全统计，在全国20个省(区)内，共发生大规模采空区灾害180处以上，累计塌陷面积超过70万hm²，造成的损失达500亿元之巨^[11-14].

矿山固体废料堆放地表—易诱发泥石流、尾矿溃坝事故.2004年的调查表明，全国各类尾矿库中，危库、险库、病库的比例相当大，已公布确定了安全度的1035座尾矿库中，危库占5.9 %、险库占6.7 %、病库占25.3 %.废石堆放引起水污染、泥石流事故使人触目惊心.矿山开采过程中，采矿废石及尾矿暴露于大气中使其中的硫化物矿物氧化并形成了酸性矿山排水，水体具有较低的pH值，并且富集可溶性的Fe, Mn, Ca, Mg, Al, SO₄^2-等，以及重金属元素(Cu, Zn, Pb, As等).矿业废水通过地表径流或下渗到地下水中，造成整个矿区甚至大区域上水体污染，并影响到整个生态系统.南昌有色冶金设计院对我国5个铜矿污水水质分析发现，这些铜矿废水流入河、湖后，被引灌农田，致使土壤中重金属含量显著增加，污灌区土壤铜含量为对照区土壤铜含量的16.5倍.铜矿附近农田累积受害面积近4.67×10⁶ m²，造成水稻产量急剧下降.湖北大冶铜绿山铜矿尾矿排水造成大冶湖水中Cu的浓度是国家环保标准的2倍，显著高于大冶湖其它部分水域的Cu的浓度，同时还造成湖水不同程度的Co, Ni, Zn等污染.有300多年开采历史的我国湖南石门雄黄矿，发生了严重的砷污染，河水砷含量达0.5~14.5 mg/L，居民头发砷含量为0.972~2.45911 g/L，以河水为饮用水源的居民的砷暴露水平达到甚至超过国内外重大慢性砷中毒案例的暴露水平^[15-16].

2 现代采矿理念与充填采矿

可持续发展是划时代的全新发展观, 是20世纪人类观念的根本性变革之一.可持续发展包括生态可持续、经济可持续和社会可持续.其中，生态可持续发展是我国可持续发展的前提和基础，经济可持续是我国可持续发展的核心，社会可持续是我国可持续发展的目标.生态可持续是从生态环境的有限条件出发，在环境资源和环境容量两方面采取合理的措施，以维护和促进生态系统发挥正常功能的过程.实现生态可持续，要求人们利用高新技术广泛开展资源高效利用以及强化资源循环利用.1989年联合国环境与发展委员会又提出实施了清洁生产计划和ISO14000环境管理系列标准(1996).这两项行动计划，对矿业可持续发展进程产生了积极的推进作用.目前清洁生产已成为产业界可持续发展的重要战略举措.

基于可持续发展观，本世纪初钱鸣高院士及其研究团队提出了煤炭绿色开采的理念并构建了绿色开采技术框架^[17]。绿色开采模式是针对煤炭开采造成的严重环境问题提出的，它是从广义资源的角度认识和对待煤、瓦斯、地下水、土地、矸石等一切可以利用的资源.绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，为此就要形成一种使资源与环境相互协调的开采技术，其基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益.构建的绿色开采技术框架包括保水开采、减沉开采、煤与煤层气(瓦斯)共采、矸石减排、煤炭地下气化等(见图 2^[17]).指出在技术方面，应该将研究岩层运动对工作面的影响转为研究开采后岩层运动对岩体内形成空隙与地表沉陷的影响，以及研究采动岩体中气体、液体的渗流规律，为保水开采、煤与瓦斯共采、减沉开采、矸石减排等绿色开采技术的发展提供理论基础.在政策方面，应研究适合不同矿区特点的绿色开采模式和经济评价体系及其与企业成本的关系，综合研究煤炭资源经济特点，为政府制定政策提供建议.国家应在政策与税收等方面对绿色开采加以支持，以使煤炭企业得到持续健康的发展.

由上可见，基于现代采矿理念的绿色采矿模式，就是最大限度地减少废料的产出、排放，提高资源综合利用率，减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的采矿模式.绿色采矿模式是科学发展观^[18-19]在矿山企业的具体体现.实行绿色采矿，就要求矿山企业将矿区资源利用、人文环境、生态环境、经济因素联系起来，构成有机的工业系统，以系统论观点研究解决.绿色采矿的基本内涵应包括：

(1) 提高资源综合利用程度，回收低品位矿石.针对资源不可再生性特点, 既要充分回收有用矿物，提高资源综合利用程度，又必须实行保护性开采.

(2) 实现废料产出最小化.即要求采选过程中应最大限度地降低废尾产出排放量，减少废尾排放污染环境、消除地表沉降造成人文生态环境破坏.

(3) 推动废料资源化.一方面要求将废尾作为二次资源进行利用，另一方面是否将废尾作为二次资源加以保护.

(4) 研究高技术的特殊采矿方法，适应绿色采矿需求.

2.1 绿色采矿模式与充填技术

根据绿色采矿的基本内涵，不难发现，现时期下符合科学发展观的绿色采矿应基本满足资源综合利用效率高、废料排放最小、地表不受破坏三要素.勿庸置疑，矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术.充填采矿技术具有消除采动引起的地表下沉和改善采矿应力环境功能，具有低贫损开采、提高资源综合利用率功能和“采富保贫”远景资源保护功能，具有降低废石尾砂等固体废料排放、甚至根本消除采矿末端处理达到无废开采的功能，具有适应各种复杂难采矿床开采的功能.

2.2 充填采矿技术的降排功能

目前，充填采矿方法将得到越来越多的应用，促使充填工艺技术进步速度加快.实际上, 充填采矿的作用和意义已经远远超出了矿山开采的范畴.因为利用工业废料大量深埋地下改善环境保护，以及矿产资源充分、合理的综合利用，也是我国国民经济可持续发展战略的基本要求.建立“无废矿山”，实现“绿色矿业”是完全可以做到的.在世界上已经出现了少数典型的无废料排弃的矿山.例如德国格隆德铅锌矿利用浮选后的全尾砂和重选碎石制备膏体充填料回填下向充填进路，不再有尾矿排弃到尾矿库.又如德国瓦尔什姆煤矿产出的煤炭送到地表洗煤厂，洗出的精煤运至旁边的坑口电站发电，而将电站的粉媒灰和洗煤厂的煤泥返回到井口充填制备站，混合拌成膏体后再泵送到井下采空区进行充填.又如在一些风景名胜区、自然保护区内采矿, 例如奥地利的布莱堡铅锌矿，我国南京栖霞山铅锌银矿这样的风景名胜区等.勿庸置疑，这类矿山开采的首先条件是能否将大量工业固体废物回填到地下(图 3).大量处理工业固体废料将是矿山今后设计优先考虑的重要任务, 是解决矿区环境污染问题的最好方法.

2.3 充填采矿技术的消除地表下沉与改善采矿应力环境功能

(1) 利用充填技术快速、有效地充填采空区，可以及时支撑采空区围岩，阻止和抵抗围岩进一步变形，防止大幅度的位移发生.

(2) 充填体可以明显改善采空区周围二次应力分布状况，提高矿柱围岩自身的稳固性.

(3) 通过充填可以快速形成新的工作面，为后续作业创造条件，缩短采充循环周期，实现强化开采，提高采矿综合生产能力.

(4) 充填体可以减缓地压能量的释放速度，避免或减轻深部冲击地压的发生.

(5) 充填采矿技术可以有效地阻止岩层发生大规模移动，实现水体下、建筑物下采矿，同时保护了地表不遭破坏，维持原有的生态环境.

2.4 充填采矿技术的低贫损开采功能和远景资源保护功能

(1) 胶结充填采矿技术可以应用到水平矿体、缓倾斜矿体、急倾斜矿体、分枝复合矿体等各种角度、各种厚薄、各种复杂多变的矿体，特别是厚大矿体，将大幅度提高矿柱回收率和出矿品位，因此可以最大限度地回收矿石。

(2) 充填采矿技术为开采复杂难采矿床(松破矿岩、形态复杂、高地应力、大水矿床等)提供了最有力的技术支撑.

(3) 充填采矿技术可以对某些需要优先开采下部或底盘富矿的矿山实现“采富保贫”而不会造成矿产资源的破坏和损失.

(4) 废石、尾矿、废碴仍含有当前技术不能回收的有用物质，置于地表难以长期保存，充填也是一种最为可靠的保护方式.

3 实现绿色采矿的原则与技术保障探讨 3.1 指导方针和技术原则

欲实现绿色采矿的目标，应贯彻“污染防治与生态环境保护并重，生态环境保护与生态环境建设并举；以及预防为主、防治结合、过程控制、综合治理”的指导方针.应推行循环经济的“污染物减量、资源再利用和循环利用”的技术原则，具体包括：发展绿色开采技术，实现矿区生态环境无损或受损最小；发展无废或少废的工艺技术，最大限度地减少废弃物的产生；矿山废物按照先提取有价金属、组分或利用能源，再选择用于建材或其它用途，最后进行无害化处理处置的技术原则.

政府主管部门应建立和完善矿山生态环境保护与污染防治的考核指标体系，将下述指标纳入考核指标体系：采矿回采率、贫化率、选矿回收率、综合利用率等矿产资源综合开发利用指标；固体废物综合利用率、水重复利用率等废物资源化利用指标；土地复垦率、矿山次生地质灾害治理率等生态环境修复指标.

3.2 开采设计方面

矿产资源开发企业应制定矿产资源综合开发规划与设计，并应进行环境影响评价，规划内容包括资源开发利用、生态环境保护、地质灾害防治、水土保持、废弃地复垦等.应优先选择废物产生量少、水重复利用率高，对矿区生态环境影响小的采、选矿生产工艺与技术.对于露天开采的矿山，宜推广剥离—排土—造地—复垦一体化技术；推广应用充填采矿工艺技术，提倡废石不出井，利用尾砂、废石充填采空区；推广减轻地表沉陷的开采技术，如条带开采、分层间隙开采等技术.矿井水、选矿水和矿山其它外排水应统筹规划、分类管理、综合利用.选矿厂设计时，应考虑最大限度地提高矿产资源的回收利用率，并同时考虑共、伴生资源的综合利用.矿山生产过程中应采取种植植物和覆盖等复垦措施，对露天坑、废石场、尾矿库、矸石山等永久性坡面进行稳定化处理，防止水土流失和滑坡.鼓励采用生物工程进行废弃地复垦时，宜对土壤重构、地形、景观进行优化设计，对物种选择、配置及种植方式进行优化.

4 充填采矿的研究方向

综前所述，矿山固体废料充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术.基于现时期下充填工艺技术的应用与研究现状，尾砂与废石仍然是矿山充填的主体骨料，而且尾砂排放量更大.因此，矿山应着力研究并推广尾矿干排技术.重点研究尾矿高效回填采空区大规模工程化过程中尾矿低成本浓缩技术、尾矿高浓度大泵量井下输送技术、采空区快速充填关键技术和井下充填污染控制技术.须攻克选矿尾矿不入库、连续回填采空区技术及尾矿高效回填采空区成套装备及自动控制技术.因地制宜推广现有全尾砂胶结充填采矿技术.研究开发尾矿胶结充填用低成本高效新型胶凝材料大规模生产技术、尾砂膏体—似膏体胶结充填料高效制备技术、充填料大泵量高效输送技术.须研究解决复杂采空区高效密闭技术、尾矿胶结充填料在采空区快速充填及快速固化技术.

废石是矿山企业的又一大宗工业废料且不存在来源不足问题，而现有矿山废石充填工艺技术还远不能满足矿山环境保护的要求.目前仍然以自然级配采掘废石作为充填集料、水泥浆为胶结介质，并且只能利用采空区落差条件，通过充填料分流输送和自淋混合方式实现胶结充填，因而废石的利用率有限，只能在少数矿山推广，而采用分层充填法的矿山(如金川公司所属矿山、凡口铅锌矿等)还不能有效利用废石进行充填.因而需要研究矿山废石充填新模式，须重点研究废石破碎集料长距离管输充填工艺技术，以降低充填成本和减少矿山废料向地表的排放.