韋才壽 陳慶發(fā)

（1.南寧學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，廣西南寧530200；2.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西南寧530004）

充填采礦技術(shù)因在提高采場穩(wěn)定性、控制地壓活動(dòng)、提高礦產(chǎn)資源回收率、保護(hù)地下及地表環(huán)境等方面具有顯著優(yōu)勢，在我國金屬礦床地下開采中得到了廣泛應(yīng)用［1］。自20 世紀(jì)七八十年代以來，我國充填采礦技術(shù)取得了重大進(jìn)步，發(fā)展了多種不同類型的充填采礦方法，該類方法根據(jù)礦體回采方向和充填方式的不同，可分為單層充填法、分層（進(jìn)路）充填法和嗣后充填法等；按充填料性質(zhì)和輸送方式的不同，可分為干式充填采礦法、水砂充填采礦法、尾砂充填采礦法、膠結(jié)充填采礦法、膏體充填法等［2-3］。

人類進(jìn)入21世紀(jì)，可持續(xù)發(fā)展的理念深入人心。礦業(yè)在可持續(xù)發(fā)展理念指引下，正在朝向安全、高效、無廢、綠色的方向發(fā)生變革，一些新興的采礦技術(shù)理念、概念如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，如“綠色開采”、“采礦環(huán)境再造”、“協(xié)同開采”、“同步充填”、“流態(tài)化開采”等?！巴匠涮睢笔顷悜c發(fā)教授繼“協(xié)同開采”理念［4-6］之后于2010年提出的一項(xiàng)采礦技術(shù)理念。該理念提出后，我國學(xué)者陸續(xù)提出了一些具有“同步充填”性質(zhì)的采礦技術(shù)，且在理論研究方面也取得了一些新進(jìn)展。這些研究成果在一定程度上促進(jìn)了我國采礦技術(shù)的進(jìn)步。至今，“同步充填”理念已提出10 a，本研究通過對該方向的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)歸納與分析，并對其發(fā)展方向進(jìn)行討論，為后續(xù)研究提供有益參考。

1 “同步充填”理念及與傳統(tǒng)充填方式的區(qū)別

1.1 “同步充填”理念

2010年，陳慶發(fā)教授在“無廢開采”、“綠色開采”和“協(xié)同開采”等理念的聯(lián)合指導(dǎo)下，突破傳統(tǒng)“嗣后充填”的思想限制提出了“同步充填”理念，并發(fā)明了大量放礦同步充填無頂柱留礦采礦方法［7］。2015年，陳教授再次撰文對“同步充填”采礦技術(shù)理念進(jìn)行細(xì)致與全面地論述［8］?！巴匠涮睢崩砟畹幕舅悸肥牵涸诓煽諈^(qū)空間尚未全部釋放時(shí)，將采空區(qū)部分空間先行作為轉(zhuǎn)換空間，將充填工序前移至采場出礦工序環(huán)節(jié)同步實(shí)施。由此可見，“同步充填”的一個(gè)基本特點(diǎn)是充填工序提前且與放礦工序是在同一個(gè)礦塊內(nèi)同步實(shí)施的。其技術(shù)實(shí)質(zhì)是：利用充填料對圍巖或巖層進(jìn)行有效支撐，減小空區(qū)暴露面積，避免出現(xiàn)圍巖大量片落引起礦石貧化、漏斗堵塞等不利于采礦順利進(jìn)行的現(xiàn)象發(fā)生；同時(shí)該技術(shù)能夠有效降低因空區(qū)充填不及時(shí)而引發(fā)的地壓突出、巖層大范圍移動(dòng)、地表沉陷等災(zāi)害發(fā)生。此外，該模式將采空區(qū)作為轉(zhuǎn)換空間，對采空區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，如若充填的廢石具有一定的品位，則充填的廢石資源若干年后可能等同于再造一座新型礦山。

一般來說，開采概念大于回采，充填工藝可視為回采工藝流程的一部分，同時(shí)考慮到“同步充填”是基于“協(xié)同開采”理念提出的，因此，也可將“同步充填”視為“協(xié)同開采”理念的重要組成部分，或看作是“協(xié)同開采”理念的延伸與發(fā)展?！巴匠涮睢崩砟顚?yīng)的技術(shù)模式，使得開采行為與災(zāi)害處理行為、環(huán)境保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源安全、高效、綠色、和諧開采，可體現(xiàn)出“協(xié)同開采”理念所追求的目標(biāo)。

1.2 “同步充填”與“嗣后充填”的區(qū)別

“嗣后充填”是回采結(jié)束后再用充填料對空區(qū)進(jìn)行充填，具有工藝簡單、回采強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)［9-10］。但若嗣后充填不及時(shí)，當(dāng)圍巖穩(wěn)固性較差時(shí)，暫留的空區(qū)可能會出現(xiàn)圍巖崩塌現(xiàn)象，引發(fā)各種災(zāi)害事故發(fā)生［11-12］。相對于“嗣后充填”，“同步充填”強(qiáng)調(diào)充填時(shí)機(jī)的選擇提前，表現(xiàn)出出礦工序與充填工序同步進(jìn)行的特點(diǎn)；在可能發(fā)生采空區(qū)垮落、巖層移動(dòng)、地面沉陷等不良現(xiàn)象前完成充填工序，使得圍巖無空間可以崩塌，可顯著降低采動(dòng)損害與災(zāi)害處理成本。

1.3 “同步充填”與“單層充填”、“跟隨充填”的區(qū)別

“單層充填”是指在開采緩傾斜薄礦體時(shí)，對礦體一次按全厚回采，在回采工作面推進(jìn)一定距離后，有計(jì)劃地用水力或膠結(jié)充填采空區(qū)，以控制頂板崩落；根據(jù)回采工作面的不同形式可以分為長壁單層充填法、短壁單層充填法和進(jìn)路單層充填法［13］。在采場頂板巖層破碎、穩(wěn)固性差以及深井高地壓等環(huán)境下，需將回采留下的空區(qū)進(jìn)行快速充填，且不影響正?；夭勺鳂I(yè)時(shí)，也可稱為“跟隨充填”［14-17］?！皢螌映涮睢被颉案S充填”具有礦石回收率高、貧化率低的優(yōu)點(diǎn)；但需設(shè)置隔離構(gòu)筑物，存在工藝復(fù)雜、生產(chǎn)能力低、采礦成本高等不足。

“同步充填”與“單層充填”、“跟隨充填”的主要區(qū)別在于，“同步充填”是在同一空間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)充填與出礦完全同步進(jìn)行，出礦結(jié)束空區(qū)隨即被充滿，能夠嚴(yán)格控制采空區(qū)暴露面積和暴露時(shí)間，工序相對簡單、效率更高、采礦成本更低。

1.4 “同步充填”與“分層（進(jìn)路）充填”的區(qū)別

“分層（進(jìn)路）充填”包括上向或下向分層（進(jìn)路）充填兩種［18-20］。上向分層充填的實(shí)質(zhì)是對礦體自下而上分層回采時(shí)，采用充填料對每一個(gè)或若干個(gè)分層的空區(qū)及時(shí)進(jìn)行充填，空區(qū)不充滿，為不斷上采創(chuàng)造作業(yè)條件；上向進(jìn)路充填就是自下而上進(jìn)路式分層回采時(shí)，采用充填材料完全充滿每層空區(qū)，盡量接觸頂板。下向分層充填就是對礦體自上而下分層回采時(shí)，采用充填料完全充滿上一個(gè)分層的空區(qū)，為回采下一分層構(gòu)筑人工假頂，如分層內(nèi)采用的進(jìn)路式回采，也可以稱為下向進(jìn)路充填法。分層（進(jìn)路）充填法具有礦石損失貧化率低、采場穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；但充填次數(shù)較多，工藝復(fù)雜，每次充填后都需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，才能進(jìn)入下一個(gè)回采作業(yè)循環(huán)，充填作業(yè)與出礦作業(yè)無法同步進(jìn)行，生產(chǎn)效率低、成本高。

“同步充填”與“分層充填”、“進(jìn)路充填”的區(qū)別在于，“同步充填”是在回采單元內(nèi)進(jìn)行大量放礦時(shí)才進(jìn)行充填，其出礦工序與充填工序同步和諧有序進(jìn)行，形成正向匹配合作，生產(chǎn)效率高。

2 “同步充填”采礦技術(shù)研究進(jìn)展

通過檢索與“同步”、“充填”二詞相關(guān)數(shù)據(jù)庫、文獻(xiàn)資料，可查詢到多種名稱為“同步充填”（或名稱相當(dāng)）的采礦技術(shù)，如表1所示。

由表1 可知：自2010年“同步充填”理念提出以來，我國學(xué)者共提出了11 種命名為“同步充填”的采礦技術(shù)，其中金屬礦山4種，煤礦7種。

以下分別對金屬礦山、煤礦方面的“同步充填”技術(shù)進(jìn)行分析。

2.1 金屬礦山領(lǐng)域

2010年，陳慶發(fā)等提出了一種大量放礦同步充填無頂柱留礦采礦法［7］，其原理如圖1 所示。該方法主要特點(diǎn)是采礦采場結(jié)構(gòu)方面不留頂柱，在礦房大量放礦的同時(shí)利用廢石等干式充填料對上部空區(qū)進(jìn)行同步充填，減小放礦過程的空區(qū)暴露面積；同時(shí)采用柔性隔離層將廢石和礦石隔開，在廢石和礦石同步下沉過程中避免廢石等充填料混入礦石。該方法能夠有效克服傳統(tǒng)淺孔留礦法在大量放礦過程中易出現(xiàn)圍巖大量片落或圍巖大范圍巖移而造成礦石貧化、漏斗堵塞、地表沉陷、地表生態(tài)環(huán)境破壞等不利現(xiàn)象的不足，具有礦石貧化率低、回采率高、地壓和巖移控制效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2016年，陳慶發(fā)等提出了一種底部結(jié)構(gòu)下卡車直接出礦后期放礦充填同步的水平深孔留礦法［21］，其原理如圖2 所示。該方法主要特點(diǎn)是將采場底部設(shè)計(jì)成卡車出礦底部結(jié)構(gòu)，大量放礦時(shí)在礦堆鋪設(shè)水平柔性隔離層并在上方用廢石充填，整個(gè)過程維持放礦與充填相協(xié)調(diào)，采空區(qū)暴露面積較小。該方法可以適當(dāng)增大礦房長度，克服傳統(tǒng)深孔留礦法留存礦柱礦量比重大、礦柱回采貧化損失率大的不足；同時(shí)能有效防止大量放礦時(shí)因采空區(qū)大面暴露而出現(xiàn)地壓活動(dòng)突出、大面積圍巖冒落、地表沉陷等災(zāi)害發(fā)生，具有作業(yè)安全性好、生產(chǎn)效率高、礦石貧化率低、礦石回收率高、圍巖穩(wěn)定性控制效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2016年，武漢理工大學(xué)雷濤等引入“同步充填”理念，提出了一種厚大礦體無采空區(qū)同步放礦充填采礦方法［22］，其原理如圖3 所示。該方法主要特征是：對于同一階段內(nèi)沿走向布置的連續(xù)礦塊，先在回采礦塊的底部布置出礦塹溝和拉底巷道，并爆破形成補(bǔ)償空間；對頂部全面切頂形成鑿巖空間，鑿下向中深孔貫穿補(bǔ)償空間；在相臨礦塊處開切垂直空間；在切頂空間與垂直空間內(nèi)鋪設(shè)水平和豎向柔性隔離層；回采時(shí)采用下向平行爆破強(qiáng)制崩落礦體，放礦過程中從上部階段平巷向柔性隔離層下放充填料，無大空區(qū)出現(xiàn)。該方法應(yīng)用于厚大礦體開采，能有效克服傳統(tǒng)采礦方法存在的不足，如崩落法易引起地表塌陷、空場法開采礦柱回收困難礦石損失量大、嗣后充填法充填不及時(shí)易出現(xiàn)地壓突出等，具有安全性高、采礦效率高、礦石回收率高、礦石貧化損失率小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

2016年，武漢理工大學(xué)雷濤等提出了一種垂直深孔兩次放礦同步充填階段采礦法［23］，其原理如圖4所示。該方法的特點(diǎn)在于：在同一階段沿走向布置連續(xù)回采單元不留間柱，先回采上階段的底部結(jié)構(gòu)形成回采單元的鑿巖硐室，在硐室兩端安裝可拆卸鋼柱支護(hù)和鋼絲網(wǎng)維護(hù)頂板安全；對底部進(jìn)行拉低擴(kuò)漏形成底部結(jié)構(gòu)；采用垂直平行深孔分兩次爆破，第一次爆破后部分出礦，第二次爆破后拆卸上部鋼柱的固定裝置，下放鋼絲網(wǎng)并鋪設(shè)在礦堆上，大量放礦時(shí)將充填料均勻鋪設(shè)在隔離層上，保持充填與放礦同步，放礦結(jié)束后采用壓力注漿形成膠結(jié)充填體；采用“隔一采一”回采方式進(jìn)行連續(xù)開采。該方法用于開采礦巖穩(wěn)固性較差或者深部礦體時(shí)，能夠有效克服空場嗣后充填采礦法存在因充填不及時(shí)易出現(xiàn)圍巖崩塌、礦柱失穩(wěn)、巖爆等災(zāi)害事故的不足，具有采場結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)安全性高、開采效率高、礦石回采率高、礦石貧化率低、地壓控制效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 煤礦領(lǐng)域

2012年，文志杰等［24］提出了一種采煤與矸石膠結(jié)條帶充填同步進(jìn)行的方法。該方法特點(diǎn)是：在井下采煤工作面液壓支架的后探梁下方布置有挖掘機(jī)和拖板車，拖板車拖掛在挖掘機(jī)后面，拖板車上布置有充填系統(tǒng)，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到一定距離時(shí)，將挖掘機(jī)和充填設(shè)備運(yùn)至充填支架下組裝、調(diào)試；采煤機(jī)采煤的同時(shí)，挖掘機(jī)同時(shí)掘底，挖掘出的底板巖石經(jīng)充填系統(tǒng)輸送至充填包中；凝固定型后形成支護(hù)采空區(qū)頂板的充填條帶；邊采煤邊充填，直至采煤工作面采完。該方法可有效解決充填料來源問題，減少充填材料的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)邊采煤邊高效同步充填。

2013年，黃福昌等［25］發(fā)明了一種充填支護(hù)同步式預(yù)防頂板異常來壓的綜放采煤方法。該方法的特點(diǎn)是：采煤時(shí)工作面安裝端頭液壓支架，工作面中段安裝加固液壓支架，工作面其余部位安裝普通液壓支架，加固液壓支架靠近采空區(qū)一側(cè)突出于其他液壓支架，突出部安裝高速動(dòng)力拋矸機(jī)并配有矸石輸送機(jī)，高速動(dòng)力拋矸機(jī)可向工作面后中段采空區(qū)拋矸石塊；工作面推進(jìn)時(shí)，在中段采空區(qū)形成沿走向沿伸的長壩形矸石支撐墩，能有效減輕采空區(qū)頂板下沉?xí)r對工作面中段加固液壓支架的負(fù)擔(dān)。該方法可有效避免深井開采立柱壓爆、油缸變形、支架壓垮等礦壓異?，F(xiàn)象的發(fā)生，極大保護(hù)井下人員和設(shè)備的安全。

2014年，石建新等［26］發(fā)明了一種料漿真空袋式多點(diǎn)同步充填裝置及充填工藝。該工藝特點(diǎn)是：充填時(shí)，按設(shè)計(jì)要求在無支護(hù)式隔離和沒有冒落的采空區(qū)橫臥放置若干個(gè)真空復(fù)合袋與料漿注入器的組合體，使真空復(fù)合袋位于頂板和底板之間，采用快接件將料漿注入器與分支管路連接為一體，形成真空袋式多點(diǎn)同步充填系統(tǒng)；啟動(dòng)料漿制備與輸送裝置，向料漿接收器的進(jìn)漿口注入充填料漿，料漿通過料漿分配器和料漿注入器同步快速注入分布在不同地點(diǎn)的每一個(gè)真空復(fù)合袋，料漿在充填結(jié)束后能夠快速固化膨脹接頂，支撐上覆頂板。該工藝能有效克服傳統(tǒng)注漿隔離擋墻設(shè)置與撤除、頂板支護(hù)與撤除等輔助作業(yè)環(huán)節(jié)多的不足，具有拆裝方便、充填效率高、能夠充分接頂?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

2014年，楊希中等［27］提出了一種水力采煤和充填同步進(jìn)行的系統(tǒng)。該系統(tǒng)特點(diǎn)是：注漿充填組件的主體結(jié)構(gòu)設(shè)置在地面上，水力采煤組件的主體結(jié)構(gòu)位于地下巷道內(nèi)；采用水槍對采煤區(qū)進(jìn)行水采，在水力采煤組件完成采煤時(shí)，采用人工安裝擋墻模板，注漿充填組件啟動(dòng)工作，通過注漿通道立即對空區(qū)注入配制好的粉煤灰膏體狀漿料進(jìn)行回填；注漿充填組件和水力采煤組件協(xié)同工作。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是水力采煤同時(shí)可進(jìn)行快速注漿回填，不會引起頂板垮塌和地面塌陷，不受煤塊形狀的影響，可有效解決井下“三下”壓煤和邊角煤的開采難題，提高煤炭資源的回采率。

2015年，許家林等［28］提出了一種長壁墩柱同步充填開采技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是：通過設(shè)計(jì)合理的墩柱尺寸和間排距、最優(yōu)的充填率，在工作面每推進(jìn)一定距離后，在后方采空區(qū)間隔設(shè)置一定形狀布袋并灌注漿體膨脹復(fù)合材料，待充填體凝固后形成多個(gè)獨(dú)立墩柱，從而共同支撐覆巖亞關(guān)鍵層。該技術(shù)能夠有效提高單面采煤生產(chǎn)力，提高充填效率，降低充填成本，可有效控制地表沉陷。

2018年，徐友寧等［29］提出了一種基于減輕采煤塌陷程度的綜采煤矸石同步充填系統(tǒng)及方法。該方法的特點(diǎn)是：在綜合機(jī)械化采煤工作面，利用煤與煤矸石密度的差異，將所采出的煤通過干法跳臺分揀機(jī)進(jìn)行分選，使煤與煤矸石分離，煤矸石進(jìn)入矸石自動(dòng)運(yùn)輸傳送帶上；通過自移式綜采液壓支架后邊的聯(lián)動(dòng)刮板，將煤矸石充填到液壓支架后面綜采形成的上覆巖石尚未冒落的采空區(qū)中，形成邊采煤、邊將產(chǎn)生的煤矸石同步充填到液壓支架后的采空區(qū)，利用煤矸石支撐空區(qū)上覆巖層。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是井下煤矸石分離減少矸石出井提升費(fèi)用，減輕矸石對地表環(huán)境污染，減小地下采煤采空區(qū)面積，減少采空區(qū)上覆巖石冒落量，減輕地下采煤地表塌陷的破壞程度。

2019年，楊世凡［30］提出了一種與割煤同步的采空區(qū)快速注漿充填袋及其采煤方法。該方法的特點(diǎn)是：在液壓支架上設(shè)計(jì)前后頂梁，前頂梁下為采煤作業(yè)面，后頂梁下為充填作業(yè)面，后頂梁下懸掛注漿管；注漿前按要求安裝固定好充填袋，注漿時(shí)將注漿槍插入充填袋前側(cè)的注漿孔進(jìn)行注漿；充填袋體的頂部設(shè)計(jì)成可升頂?shù)鸟薨櫧Y(jié)構(gòu)，可二次注漿使其升起直至與頂板充分接觸，使充填體能在不同厚度煤層或采高變化條件下實(shí)現(xiàn)充分接頂，注漿材料固化后形成有效支撐框架，實(shí)現(xiàn)對頂板的有效支撐。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：充填全部工序采用正規(guī)循環(huán)作業(yè)，充填效率高，充填與割煤工藝進(jìn)度匹配同步；充填袋安裝簡單快捷，可升頂結(jié)構(gòu)可適用于不同煤層采高，提高對采空區(qū)充填支撐效果，能有效控制頂板地層及地表移動(dòng)下沉；掛袋、注漿等充填作業(yè)在液壓支架后頂梁的保護(hù)下進(jìn)行，作業(yè)的安全性高。

2.3 綜合分析

截至目前，金屬礦山領(lǐng)域共提出的4種同步充填采礦方法均屬于同步放礦類采礦技術(shù)，其共同特點(diǎn)是：將充填工序前移至采場出礦工序環(huán)節(jié)同步實(shí)施，在大量放礦時(shí)利用隔離層將礦石和廢石隔開，實(shí)現(xiàn)充填與放礦同步，通過減少采空區(qū)大面積暴露，有效維護(hù)空區(qū)或采場的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)圍巖大量片落引起礦石貧化、漏斗堵塞等現(xiàn)象；能有效降低因空區(qū)充填不及時(shí)而引發(fā)地壓突出、巖層大范圍移動(dòng)、地表沉陷等災(zāi)害發(fā)生的概率，有利于實(shí)現(xiàn)礦體安全高效回采；與傳統(tǒng)采礦方法相比在提高礦石回采率、降低損失貧化率、維護(hù)采場穩(wěn)定等方面具有顯著優(yōu)勢，充分體現(xiàn)了“同步充填”的技術(shù)思路。

煤礦領(lǐng)域問世的“同步充填”方法，其基本思路是隨著割煤工作面向前推進(jìn)時(shí)同時(shí)向后方的采空區(qū)進(jìn)行充填，充填與割煤作業(yè)是相對獨(dú)立的工序，將工作面上的煤炭全部運(yùn)出后才能進(jìn)行充填，從出煤結(jié)束到完成充填過程，采空區(qū)有一定的暴露時(shí)間和暴露面積；按照充填與割煤作業(yè)面的空間關(guān)系，可分為兩大類：一類屬于充填作業(yè)是在割煤工作面向前推進(jìn)一定的距離才進(jìn)行充填，本質(zhì)上類似于金屬礦山中的“單層充填”方式；另一類屬于充填作業(yè)緊跟著割煤工作同步推進(jìn)方式，本質(zhì)上類似于金屬礦山中的“跟隨充填”方式。因此，從采礦工藝協(xié)調(diào)的角度分析認(rèn)為，煤礦領(lǐng)域“同步充填”技術(shù)與本研究提出的“同步充填”技術(shù)在思路上有一定的區(qū)別。

綜合以上分析，本研究將我國已問世涉及“同步充填”的采礦技術(shù)按所屬具體充填方式范疇進(jìn)行了初步界定，結(jié)果如表2所示。

3 同步充填放礦理論取得的新進(jìn)展

3.1 同步充填柔性隔離層下散體介質(zhì)流理論

自2010年起，陳慶發(fā)教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開展了同步充填柔性隔離層下散體介質(zhì)流理論研究，形成了一套比較完整的放礦理論體系，在一定程度上促進(jìn)了我國放礦學(xué)理論的發(fā)展。相關(guān)研究的主要結(jié)論有：

（1）借助于物理和數(shù)值試驗(yàn)相結(jié)合的手段，全面分析了同步充填柔性隔離層下單漏斗放礦過程散體礦巖顆粒流動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了放出體由“橢球體”向“陀螺體”演化的現(xiàn)象，形成了“橢球體—陀螺體”放礦新理論［31-34］。

（2）通過開展同步充填柔性隔離層下全漏斗放礦試驗(yàn)研究，掌握了放礦過程散體礦巖顆粒流動(dòng)規(guī)律，闡明了不同放礦時(shí)期隔離層界面演化規(guī)律，即放礦初期隔離層界面近似在同一水平并保持平緩下移，放礦中期界面受模型邊壁影響整體呈“凹圓弧”形下移，接近漏斗口時(shí)界面呈波浪形下移至放礦結(jié)束［35-38］。同時(shí)掌握了同步充填放礦柔性隔離層移動(dòng)規(guī)律、受力特性及其物理力學(xué)參數(shù)取值范圍等［39-42］。

（3）通過分析非同步放礦陀螺體再現(xiàn)規(guī)律，揭示了橢球體向陀螺體轉(zhuǎn)化的必要條件為放礦過程中產(chǎn)生的隔離層橫向摩擦效應(yīng)［43］。

3.2 放礦規(guī)律的力鏈表征研究新進(jìn)展

2019年，陳慶發(fā)教授引入《顆粒物質(zhì)物理與力學(xué)》［44］的力鏈知識，開展放礦規(guī)律的力鏈表征研究，申報(bào)的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“柔性隔離層下散體介質(zhì)流動(dòng)規(guī)律的力鏈表征研究”獲得批準(zhǔn)立項(xiàng)（批準(zhǔn)號51964003），標(biāo)志著放礦學(xué)理論力鏈表征研究進(jìn)入實(shí)施階段。

2020年，陳慶發(fā)教授發(fā)表了《Quantitative study on the contact force and force chain characteristics of ore particle systems during ore drawing from a single drawpoint under the influence of a flexible barrier》［45］一文，揭示了同步充填條件下柔性隔離層單漏斗放礦過程中的接觸力與力鏈特性演化規(guī)律。

4 “同步充填”發(fā)展方向展望

（1）“同步充填”采礦方法實(shí)踐應(yīng)用。基于“同步充填“采礦技術(shù)理念提出的4種采礦方法的技術(shù)優(yōu)勢明顯，在現(xiàn)場實(shí)踐中具有較大的應(yīng)用潛力。

（2）“同步充填”有望成為金屬礦山“三下”采礦有效的采礦技術(shù)，對于解決其它復(fù)雜礦體開采難題也有一定的參考價(jià)值。未來各種具有同步充填性質(zhì)的采礦方法將會被提出和應(yīng)用，有助于促進(jìn)原有開采模式與工藝的深刻變革，形成“同步充填”采礦技術(shù)體系。

（3）“同步充填”理論研究將進(jìn)一步深化。如開展同步充填材料與圍巖相互作用力學(xué)關(guān)系、不同條件下隔離層材料運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其受力特征、充填材料和隔離層材料性能優(yōu)化等研究，將進(jìn)一步完善“同步充填”理論體系，為礦山生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)指導(dǎo)。

（4）隨著充填機(jī)械裝備的研發(fā)（如研發(fā)智能化無人化礦廢運(yùn)輸設(shè)備、出礦與充填數(shù)字化調(diào)度系統(tǒng)、礦廢運(yùn)輸共用循環(huán)系統(tǒng)、同步充填監(jiān)測系統(tǒng)等），將有助于大幅度提高充填效率，實(shí)現(xiàn)充填與出礦作業(yè)同步。

5 結(jié) 論

（1）對“同步充填”技術(shù)內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)進(jìn)行了論述，評述了其與“協(xié)同開采”理念之間的關(guān)系，并對“同步充填”與傳統(tǒng)充填方式的區(qū)別進(jìn)行了探討。

（2）系統(tǒng)回顧了近10 a來我國“同步充填”采礦技術(shù)研究發(fā)展進(jìn)程，對金屬礦山4種同步充填采礦方法的技術(shù)特點(diǎn)以及煤炭領(lǐng)域命名為“同步充填”的采礦技術(shù)的基本原理進(jìn)行了討論；總結(jié)了“同步充填”理念在理論研究方面取得的成果，初步形成了一套完整的柔性隔離層下散體介質(zhì)流理論，推動(dòng)了金屬礦床放礦學(xué)理論的發(fā)展。

（3）從實(shí)踐應(yīng)用、技術(shù)創(chuàng)新、理論研究、機(jī)械裝備等角度對“同步充填”發(fā)展方向進(jìn)行了展望，在一定程度上指明了“同步充填”理論及技術(shù)的發(fā)展方向。