12 工程科学学报，第44卷，第1期 intelligent backfill and performance of intelligent algorithms in the backfill field.In terms of the future trend of solid waste backfill,we feel that it can enrich green mining,explore the realization of modular,scale,and intelligent backfill,and actively examine and serve the needs of deep mining.Thus,the backfill method appears as the optimal choice for deep mining and green mining. KEY WORDS metal mine;filling mining method;solid waste;green mining;intelligent mining;deep mining 中国矿业的强劲开发为中国经济的高速发展 公示的《2017年国家先进污染防治技术目录（固体 提供了原始动力，同时受开发水平和经济条件制 废物处理处置领域)》中将“矿山采空区尾矿膏体 约，在环境、安全等方面付出了巨大代价.我国由 充填技术”列为示范技术.充填技术以“一充治 于采选形成的尾砂积存量达到了146亿吨，侵占 三废，一废治两害”的思路创造性的将矿山固体 土地面积8700km2,相当于4个深圳市面积；矿山 废弃物高效利用，消除尾矿库并治理采空区，形成 污水排放量超过100亿ta,造成了江河流域性污 了高回收率、低贫化率的采矿方法，在深部地应 染，导致大面积粮食重金属超标 力控制、环境污染防治方面形成了独特优势，被加 随着国家“绿水青山”理念的提出与实践，由 拿大矿业协会列为矿业工业领域100项重要创新 粗放式开采引发的环境和安全问题正得到逐步解 之一 决川2018年，自然资源部发布《有色金属行业绿 1充填采矿发展现状 色矿山建设规范》等9项行业标准，标志着我国绿 色矿山建设进入了“有法可依”的新阶段.2019年， 1.1充填采矿发展历史 根据遥感监测数据统计，全国新增矿山恢复治理 充填采矿法已有半个多世纪的发展历史，最 面积已达到4.8×10°hm22020年，自然资源部将 初以简单处理废石等矿山固体废弃物为目的，逐 沙溪铜矿等555家矿山纳入全国绿色矿山名录， 渐发展为一种控制地压、改善采矿环境、降低贫 全国绿色矿山数量达到953家 损指标、形成完整回采工艺的综合性技术 金属矿绿色矿山建设的重要内涵是尾矿不人 按照充填材料和充填方式的不同，充填采矿 库、废石不出坑，废水不外流.充填采矿法是国家 经历了干式充填、水砂充填、低浓度胶结充填、高 绿色矿山建设和无废矿山建设的重要手段和支撑 浓度充填、膏体充填等阶段，每一个发展阶段都有 技术)工信部于2017年1月已明确指出（工信部 着其特殊的时代特征和技术特点，如图1所示.不 原〔2017)10号)：十三五期间，应当重点加强尾渣 仅在惰性材料方面有所发展，在新型胶凝材料研 膏体充填技术的研究工作.2017年12月，环保部 发、使用等方面也进行了诸多尝试和探索 Dry filling L-conc cemented filling Tailings cemented filling H-conc cemented filling Sand filling Tailings+multi-material Paste-like filling cemented filling Hydraulic filling Paste cemented filling New cementing material cemented filling 图1充填采矿技术演化历程 Fig.1 Evolution of backfill mining technology 20世纪40年代以前，很多矿山在不了解充填 水砂充填是将尾砂、炉渣、碎石等充填料以固- 材料性质和使用效果的情况下将矿山废料填入采 液两相流的方式输送到井下采空区，本质上没有 空区、处理废石，并逐渐发展为一种地压控制方 改善充填功能，但改变了传统的输送方式，是充填 法.1864年，美国宾夕法尼亚州一煤矿为保护教堂 采矿技术的一次大胆尝试，为后续充填技术的发 基础首次采用了水砂充填.1909年，南非韦特瓦特 展提供了创新平台，促进了充填采矿技术的繁荣 斯兰、澳大利亚北莱尔矿相继开展了水砂充填 发展.20世纪初，美国和加拿大发展了基于分级 我国在20世纪50年代有50%的有色金属矿山采 尾砂的水砂充填工艺，在悬浮液输送固体物料、水 用干式充填采矿法 力旋流器脱泥等方面取得了突破阿intelligent backfill and performance of intelligent algorithms in the backfill field. In terms of the future trend of solid waste backfill, we feel that it can enrich green mining, explore the realization of modular, scale, and intelligent backfill, and actively examine and serve the needs of deep mining. Thus, the backfill method appears as the optimal choice for deep mining and green mining. KEY WORDS    metal mine；filling mining method；solid waste；green mining；intelligent mining；deep mining 中国矿业的强劲开发为中国经济的高速发展 提供了原始动力，同时受开发水平和经济条件制 约，在环境、安全等方面付出了巨大代价. 我国由 于采选形成的尾砂积存量达到了 146 亿吨，侵占 土地面积 8700 km2 ，相当于 4 个深圳市面积；矿山 污水排放量超过 100 亿 t·a−1，造成了江河流域性污 染，导致大面积粮食重金属超标. 随着国家“绿水青山”理念的提出与实践，由 粗放式开采引发的环境和安全问题正得到逐步解 决[1] . 2018 年，自然资源部发布《有色金属行业绿 色矿山建设规范》等 9 项行业标准，标志着我国绿 色矿山建设进入了“有法可依”的新阶段. 2019 年， 根据遥感监测数据统计，全国新增矿山恢复治理 面积已达到 4.8×104 hm2[2] . 2020 年，自然资源部将 沙溪铜矿等 555 家矿山纳入全国绿色矿山名录， 全国绿色矿山数量达到 953 家. 金属矿绿色矿山建设的重要内涵是尾矿不入 库、废石不出坑，废水不外流. 充填采矿法是国家 绿色矿山建设和无废矿山建设的重要手段和支撑 技术[3] . 工信部于 2017 年 1 月已明确指出 (工信部 原〔2017〕10 号)：十三五期间，应当重点加强尾渣 膏体充填技术的研究工作. 2017 年 12 月，环保部 公示的《2017 年国家先进污染防治技术目录（固体 废物处理处置领域）》中将“矿山采空区尾矿膏体 充填技术”列为示范技术. 充填技术以“一充治 三废，一废治两害”的思路创造性的将矿山固体 废弃物高效利用，消除尾矿库并治理采空区，形成 了高回收率、低贫化率的采矿方法[4] ，在深部地应 力控制、环境污染防治方面形成了独特优势，被加 拿大矿业协会列为矿业工业领域 100 项重要创新 之一. 1    充填采矿发展现状 1.1    充填采矿发展历史 充填采矿法已有半个多世纪的发展历史，最 初以简单处理废石等矿山固体废弃物为目的，逐 渐发展为一种控制地压、改善采矿环境、降低贫 损指标、形成完整回采工艺的综合性技术. 按照充填材料和充填方式的不同，充填采矿 经历了干式充填、水砂充填、低浓度胶结充填、高 浓度充填、膏体充填等阶段，每一个发展阶段都有 着其特殊的时代特征和技术特点，如图 1 所示. 不 仅在惰性材料方面有所发展，在新型胶凝材料研 发、使用等方面也进行了诸多尝试和探索. Hydraulic filling Dry filling Sand filling L-conc cemented filling Tailings cemented filling Tailings+multi-material cemented filling New cementing material cemented filling H-conc cemented filling Paste-like filling Paste cemented filling 图 1    充填采矿技术演化历程 Fig.1    Evolution of backfill mining technology 20 世纪 40 年代以前，很多矿山在不了解充填 材料性质和使用效果的情况下将矿山废料填入采 空区、处理废石，并逐渐发展为一种地压控制方 法. 1864 年，美国宾夕法尼亚州一煤矿为保护教堂 基础首次采用了水砂充填. 1909 年，南非韦特瓦特 斯兰、澳大利亚北莱尔矿相继开展了水砂充填. 我国在 20 世纪 50 年代有 50% 的有色金属矿山采 用干式充填采矿法. 水砂充填是将尾砂、炉渣、碎石等充填料以固‒ 液两相流的方式输送到井下采空区，本质上没有 改善充填功能，但改变了传统的输送方式，是充填 采矿技术的一次大胆尝试，为后续充填技术的发 展提供了创新平台，促进了充填采矿技术的繁荣 发展. 20 世纪初，美国和加拿大发展了基于分级 尾砂的水砂充填工艺，在悬浮液输送固体物料、水 力旋流器脱泥等方面取得了突破[5] . · 12 · 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期