智能充填采矿，破解尾矿难题

矿山开采是工业发展的重要支撑，但传统粗放式采矿模式长期面临着尾矿堆积、资源浪费、生态破坏等突出难题，其中尾矿处置更是行业痛点。据《中国矿产资源报告(2024)》数据显示，我国每年因采矿活动产生的尾矿排放量超过15亿吨，不仅占用大量土地资源，还易引发土壤污染、地质灾害等风险，严重制约矿山行业绿色转型。在此背景下，智能充填采矿技术应运而生，以“尾砂资源化、开采绿色化、管控智能化”为核心，成为破解尾矿难题、推进“无废矿山”建设的关键路径，推动矿山行业从“粗放开采”向“生态友好”的根本性转变。

▼  一、尾矿困境：传统采矿的“生态包袱”与行业痛点

尾矿作为矿山选矿后产生的固体废弃物，其处置难题长期困扰着行业发展，主要体现在三个方面。

一是资源浪费严重，传统模式下尾矿多采用露天堆存或建库填埋，其中蕴含的有用矿物未被充分利用，据统计传统粗放式采矿模式下矿产资源综合利用率平均仅为65%，较国际先进水平低约20个百分点;

二是生态风险突出，尾矿库占地面积大，且易发生渗漏、溃坝等安全事故，污染土壤、地下水和地表水，破坏周边生态环境;

三是合规压力加剧，随着生态环保政策趋严，《“十四五”矿产资源保护和利用规划》《无废矿山建设指南》等政策明确要求提升尾矿综合利用率，传统处置方式已难以满足合规要求，矿山企业面临着巨大的转型压力。

传统充填技术虽能部分消纳尾矿，但存在诸多局限：材料配比依赖人工经验，导致充填体强度波动系数达15%-20%;浆体输送系统堵管事故率高，维护成本居高不下;采场稳定性监测滞后，安全风险突出，这些问题严重制约了尾矿资源化利用的效率和质量。

▼  二、智能充填采矿：技术革新破解尾矿难题的核心路径

智能充填采矿技术是在传统充填采矿基础上，融合人工智能、物联网、大数据、自动化控制等前沿技术，构建“感知-决策-执行”闭环控制体系，实现尾矿资源化利用与采矿作业智能化、绿色化的有机结合。其核心逻辑是将尾矿经过智能化加工处理后，配制成符合要求的充填材料，通过智能输送系统填充至采矿后形成的采空区，既解决了尾矿堆存难题，又利用尾矿实现采空区支护，一举两得，为“无废矿山”建设提供了全链条解决方案。

(一)智能感知：构建全维度监测网络，筑牢安全防线

智能充填系统的感知层采用分布式光纤传感技术(DTS)与工业级传感器阵列，构建“天地一体”多维度监测网络，实现数据实时采集与传输。在充填材料环节，配置高精度激光粒度仪、超声波浓度计及流变仪，精准监测尾砂粒径、浓度等关键指标;在浆体输送环节，部署压力变送器、电磁流量计及管道超声波探伤仪，实时监控管道压力、流速等参数;在采场稳定性环节，采用三维激光扫描仪与微震监测系统，全方位捕捉采场变形数据，为后续决策提供精准数据支撑。

(二)智能决策：大数据驱动优化，提升处置效率

决策支持层基于Hadoop分布式计算平台与TensorFlow深度学习框架，构建多目标优化决策模型库，破解传统充填依赖人工经验的痛点。其中，充填材料配比优化模型采用改进的NSGA-III算法，结合Box-Behnken响应面设计方法，实现充填体强度与成本的双重优化，例如某铅锌矿通过该模型确定最优配比，使充填体28d抗压强度提升50%，成本降低18.7%;浆体输送参数优化模型融合模糊控制与PID算法，建立管道压力-流速-浓度耦合调控机制，大幅降低堵管风险;采场稳定性预测模型采用LSTM神经网络，实现采场位移量72小时超前预测，预测精度达92%，提前预警安全风险。

(三)智能执行：自动化精准操控，降低人力成本

执行控制层采用工业级PLC控制器，搭载工业总线，实现充填全流程自动化控制，控制周期达10ms。系统配置全自动配比站、变频调速渣浆泵及智能支护机械臂，可实现充填材料配比精度±0.5%、浆体流量调控范围0-150m³/h、支护强度动态调节响应时间<30s的精准控制。相较于传统人工操作，智能执行系统不仅大幅降低了人力投入，还提升了充填效率和质量，例如某矿山改造后，月均堵管事故由5次降至0.8次，输送效率提升25%。

▼  三、实践成效：经济效益与生态效益双向共赢

近年来，智能充填采矿技术已在多个矿山落地应用，取得了显著的经济效益和生态效益，成为“无废矿山”建设的成功实践。

(一)生态效益：破解尾矿困境，守护生态环境

智能充填采矿技术实现了尾矿的高效资源化利用，尾矿利用率可提升至90%以上，部分项目甚至实现100%全消纳。例如，中国五矿水口山有色金属有限公司通过智能充填系统，每年将25万立方米尾砂回填至采空区，实现尾矿库零排放，同时构建“充填水循环-尾矿再利用-废水零排放”生态链，充填水循环利用率达95%，避免地表植被破坏，有效降低地质灾害风险。山东黄金集团应用该技术后，2021至2023年累计减少地表尾矿堆存233万吨，显著减轻了尾矿堆存对生态环境的压力。此外，充填体可有效支撑采空区，控制地表沉陷，某铅锌矿改造后，地表沉陷量从300mm/年降至50mm/年以内，符合绿色矿山建设标准。

(二)经济效益：降本增效，拓展盈利空间

智能充填采矿技术不仅解决了尾矿处置的环保成本，还能通过资源回收、效率提升实现降本增效。一方面，尾矿的资源化利用减少了尾矿库建设、维护及土地占用成本，例如某矿山年减少尾矿排放10万吨，节约土地复垦成本500万元;另一方面，智能系统优化了充填配比和输送流程，降低了材料消耗和维护成本，同时提升了矿石回采率，某铅锌矿矿石回采率由75%提高至87%，年增加金属产值8000万元，综合年直接经济效益达8600万元，静态投资回收期仅2.1年。山东黄金集团的相关技术应用三年间创造直接经济效益达3.88亿元，实现了环保与效益的良性循环。

▼  四、发展展望：推动“无废矿山”建设走向常态化

随着生态环保政策的持续收紧和矿山智能化水平的不断提升，智能充填采矿技术的应用场景将进一步拓展，成为矿山行业绿色转型的必由之路。《无废矿山建设指南》明确要求，矿山企业应通过优化开采工艺、提高资源综合利用率，实现固体废物源头减量、充分资源化利用，而智能充填采矿技术正是践行这一要求的核心技术支撑。

未来，智能充填采矿技术将朝着“更智能、更高效、更低碳”的方向发展：一方面，进一步融合5G、数字孪生等技术，构建全流程数字化充填系统，实现采场、充填站、输送管道的可视化监控和智能调控;另一方面，持续优化充填材料配方，拓展尾矿资源化利用场景，推动尾矿从“废弃物”向“再生资源”的彻底转变，同时降低碳排放，助力矿山行业实现“碳达峰、碳中和”目标。

智能充填采矿技术的推广应用，不仅破解了长期困扰矿山行业的尾矿难题，更重塑了矿山开采的生态模式，推动“无废矿山”建设从理念走向实践。相信在技术创新与政策引导的双重驱动下，越来越多的矿山将采用智能充填技术，实现资源开发与生态保护的双向共赢，推动矿山行业迈入绿色、可持续发展的新阶段。

来源：矿山技术交流。