CN103590851A

CN103590851A - 一种井下废石混凝土制备及泵送充填系统及方法

Info

Publication number: CN103590851A
Application number: CN201310509575.1A
Authority: CN
Inventors: 余健; 吴东旭; 孙宏生; 艾春龙; 吕振江; 汪德文; 顾迎春
Original assignee: YUXI MINING CO Ltd; Central South University
Current assignee: YUXI MINING CO Ltd; Central South University
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明是一种井下废石混凝土制备及泵送充填系统及方法。该系统由三部分组成，即以井下掘进废石为原料的多段废石破碎部分，由三段溜井及破碎硐室组成；以地表水泥浆制备和运输，振动给料和搅拌设备组成的废石混凝土制备部分；以混凝土输送泵和输送管道组成的泵送混凝土部分组成。实现废石混凝土连续、高效、低成本的管道输送充填。以解决现有废石胶结充填运输不连续、效率低、石料与水泥等胶结料混合不均匀及充填接顶效果差等技术难题。

Description

一种井下废石混凝土制备及泵送充填系统及方法

技术领域

本发明涉及金属矿床地下开采技术领域，是一种适用于分层充填采矿或空场开采嗣后充填采矿的井下废石混凝土制备及泵送充填系统及方法。

背景技术

采矿方法是金属矿床地下开采的技术核心，主要包括空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法三大类。其中充填采矿法可将选矿排放的尾矿、采掘过程中排出的废石等回填采空区，使得这种采矿方法不仅具有矿石回收率高、回采作业安全等优点，还解决了工业废料地表排放的难题，保护了地表环境。因此，充填采矿法是一种绿色、环保可持续的采矿方法，具有广阔的发展前景。

根据回采工艺不同，采空区充填分为边采边充和采后一次充填两种方式。前者不仅将充填体用作控制采场地压，同时还用作工作平台；后者的充填体仅用于控制采场地压，具有充填体积大、周期长的特点。利用充填体作为人工矿柱支撑采空区顶板，维护回采作业的安全，最大限度地回收矿石资源，是充填采矿法最重要的特点。为保障生产作业的安全，充填体必须具有足够的强度。

目前金属矿床地下开采所用的充填材料主要有尾砂和废石两种。尾砂充填技术发明于上世纪70年代，当时只是采用水砂充填，而且是用分级尾砂，并没有在尾砂中加入水泥等胶结材料。后来为了提高充填体强度，向尾砂充填料中添加水泥或具有胶结性能的水泥代用材料。众所周知，尾砂粒度很小与水泥属同一数量级，为提高充填体强度需要加入的水泥量很大，这就大幅度提高了充填成本，限制了它的使用范围。此外，由于尾砂充填料浆制备站建在地表，与井下待充空区距离较远，料浆的输送浓度（重量浓度）一般都在75%以下，这就使得料浆中的水量大大超过了水泥水化作用所需的水量，严重影响充填体的强度；同时，由于充填料浆的含水量过大，进入空区后水泥会与尾砂发生分层离析，使得水泥分布严重不均，也严重影响了尾砂胶结充填体的强度。因此，近几十年来如何降低尾砂充填料浆的含水量，成了尾砂充填技术研究的主攻方向，同时全尾砂充填技术也是这些年研究的方向之一。近年来，全尾砂泵送膏体胶结充填技术、高速活化搅拌高浓度全尾砂胶结充填技术等的研究都取得了突破性进展。现在可做到进入空区的料浆不需脱水，避免了水泥与尾砂分层离析对充填体强度的影响。但如何降低水泥或水泥代用材料用量以降低充填成本，并仍保持充填体有足够的强度，一直是未能解决的技术难题。

利用废石充填采空区在上世纪50年代就开始了。当时的水平分层废石充填采矿法，将废石充填体用作工作平台边采边充填，直到最上部分层采完才将整个空区充满。后来，为了提高废石充填体的强度，以便相临矿体的开采，又在废石充填料中添加了水泥浆（或水泥砂浆），发明了废石胶结充填技术。目前，这种充填技术在国内外已得到广泛应用，主要用于空场开采后一次充填采空区。废石胶结充填最大的优点是水泥用量节省、充填体强度高，充填料含水量少，干凝后收缩变形量小，特别适用于矿柱开采后充填。形成的高强度充填体可作为人工矿柱，为下一步矿房开采提供较好的安全保障。但是这种充填方案，目前还存在三个技术难题有待解决，一是如何提高废石胶结充填料在井下的运输效率，实现高效率、连续输送；二是如何实现废石与水泥浆（水泥砂浆）的均匀混合；三是如何使废石胶结充填料与采空区接顶。对于这三个技术难题，目前国内外所采用的两种充填方案都不可靠，不能令人满意。一是采用皮带输送废石。从废石溜井出来的废石由皮带输送到待充空区入口，在此加入水泥浆，由折返式溜槽将废石与水泥浆混合后充入空区；二是用汽车运输废石。从异地运来的废石经过一个专门的水泥浆装载站，将水泥浆撒在车斗的废石堆上运到待充空区入口，卸入折返式溜槽将废石与水泥浆混合后充入空区。很显然，汽车运输废石不连续效率低，皮带运输灵活性差；用折返式溜槽混合废石与水泥浆可靠性差，可能出现少数废石无法与水泥浆混合，造成充填体强度不均匀的情况；关于充填体接顶问题，目前主要是控制空区顶板的形状利用重力接顶。此外，上述两种充填方式，还存在废石粒级级配不适当影响充填体强度的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下废石混凝土制备及泵送充填系统及方法，发挥废石胶结充填体强度高、稳定性好的特点，解决传统废石胶结充填料输送不连续、效率低，废石与水泥浆（水泥砂浆）搅拌混合不均匀，充填接顶效果差等技术难题。

本发明的技术方案为：

井下废石混凝土制备及泵送充填系统由三部分组成，一是废石破碎部分：由三段溜井及破碎硐室组成，即上部的废石溜井、中部的粗碎石井、下部的细碎石井，废石溜井上面布置卸载硐室，废石溜井下端布置粗碎硐室，粗碎硐室与粗碎石井相连，粗碎石井下端布置细碎硐室，细碎硐室与细碎石井相连，通过上述工程及相应的破碎设备，将井下掘进废石破碎到适合制作混凝土的骨料；二是混凝土搅拌部分：细碎石井的下端为混凝土搅拌硐室，混凝土搅拌硐室内置振动给料机和搅拌机，振动给料机将骨料送入搅拌机内与水泥浆混合形成混凝土；三是混凝土泵送部分：搅拌好的混凝土通过置于搅拌机出料斗下部的混凝土拖泵，经由管道将混凝土泵送到采空区充填。

所述的卸载硐室与废石溜井连接处设置格筛。

所述的粗碎硐室置有振动给料机Ⅰ和鄂式破碎机。

所述的细碎硐室置有振动给料机Ⅱ和锤式破碎机。

所述的振动给料机Ⅱ前端安装有篦条。

所述的鄂式破碎机和锤式破碎机下部都设有溜槽。

工作原理：

井下掘进是矿床开采实现开拓和采准工程的主要技术手段，其凿岩爆破方法主要是浅孔爆破，崩下岩石的块度一般较小，特别是掏槽孔布置密度很大，崩下的岩石粒径更小。因此，井巷掘进排出的废石块度不大且含有大量的石粉砂。本发明的工作原理是充分利用掘进废石已有的石粉砂，加上多段破碎形成混凝土骨料。这种混凝土骨料的制备方法，不但减少了掘进废石排放的提升运输费用，地表环境污染，还降低了混凝土制备过程中，沙、碎石的购置运输费用。再利用建筑工程机械中的混凝土搅拌和泵送设备，将制作好的废石混凝土经由管道泵送到采空区，实现废石混凝土连续、高效、低成本的管道输送充填。

废石混凝土制备及泵送充填的工艺流程，首先是废石混凝土骨料制备。从异地运来的废石由卸载硐室经过格筛（筛上大块废石破碎后再卸入）卸入井内，该井的主要作用是废石储存；废石溜井底部安装有振动给料机和鄂式破碎机，振动给料机将废石井内的废石送入鄂式破碎机进行第一段破碎，初碎后的碎石由溜槽溜到粗碎石井储存；粗碎石井的底部也安装有振动给料机，该给料机的前端安装有篦条，安装的破碎机与上部不同，这里是锤式破碎机（反击式破碎机），振动给料机送来的粗碎石，进入锤式破碎机（反击式破碎机）前，先经过篦条漏掉部分细颗粒，直接进入细碎石井，留下的较粗的颗粒进行第二段破碎，细碎后由溜槽溜到细碎石井储存。其次，是废石混凝土的制备。废石混凝土由水泥浆与细碎石搅拌制成，在准备好细碎骨料后还要准备水泥浆。水泥浆由地表散装水泥仓下面的搅拌站制成，用混凝土搅拌运输车运到井下废石混凝土搅拌硐室，将搅拌好的水泥浆按配比加入到搅拌机上的水泥浆斗内，由细碎石井底部的振动给料机，按配比将细碎石送到搅拌机上的细碎石斗内，先放水泥浆再放细碎石到搅拌机内搅制成废石混凝土。最后，是泵送混凝土充填。搅拌好的废石混凝土由搅拌机下部的出料斗放入混凝土拖泵入口处，再由混凝土泵经由管道泵送到采空区进行充填。

本发明是一种利用井下废石经过多段破碎制成混凝土骨料，加入水泥浆搅拌制成废石混凝土，并用混凝土泵输送到采空区充填的技术。这种充填系统及方法获得的高强度充填体作为人工矿柱是提高矿床开采回收率，保障回采作业安全的重要技术措施。它解决了现有尾砂胶结充填体强度低、成本高的技术难题；同样解决了现有废石胶结充填运输不连续、效率低、石料与水泥等胶结料混合不均匀及充填接顶效果差等技术难题。

附图说明

图1是本发明的井下废石混凝土制备及泵送充填系统示意图。

图中，1―卸载硐室，2―格筛，3―废石溜井，4―振动给料机Ⅰ，5―粗碎硐室，6―鄂式破碎机，7―溜槽，8―粗碎石井，9―细碎硐室，10―振动给料机Ⅱ，11―锤式破碎机（反击式破碎机），12―溜槽， 13―细碎石井，14―振动给料机Ⅲ，15―搅拌机，16―混凝土拖泵，17—混凝土搅拌硐室。

具体实施方式

如图1所示，本发明的井下废石混凝土制备及泵送充填系统由三部分组成，一是废石破碎部分：由三段溜井及破碎硐室组成，即上部的废石溜井3、中部的粗碎石井8、下部的细碎石井13，废石溜井上面布置卸载硐室1，废石溜井下端布置粗碎硐室5，粗碎硐室5与粗碎石井8相连，粗碎石井下端布置细碎硐室9，细碎硐室与细碎石井13相连，通过上述工程及相应的破碎设备，将井下掘进废石破碎到适合制作混凝土的骨料；二是混凝土搅拌制备部分：细碎石井的下端为混凝土搅拌硐室17，混凝土搅拌硐室内置振动给料机Ⅲ14和搅拌机15，振动给料机Ⅲ14将碎石骨料按配比加入，由混凝土搅拌运输车将运到的水泥浆也按配比加入搅拌机15内，搅拌混合制成混凝土；三是混凝土泵送部分：搅拌好的混凝土通过置于搅拌机15出料斗下部的混凝土拖泵16，经由管道将混凝土泵送到采空区充填。

所述的卸载硐室1与废石溜井3连接处设置格筛2。

所述的粗碎硐室置有振动给料机Ⅰ4和鄂式破碎机6。

所述的细碎硐室置有振动给料机Ⅱ10和锤式破碎机11。

所述的振动给料机Ⅱ10前端安装有篦条。

所述的鄂式破碎机6和锤式破碎机11下部都（分别）设有溜槽7和12。

实例：在玉溪矿业公司大红山铜矿井下实施情况。该系统布置的具体位置在矿区井下385中段B24线附近，上部卸载硐室底板高程504.0m，废石溜井直径4.5m深22.0m；鄂式破碎机安装硐室底板高程480.0m，粗碎石井直径4.0m深11.0m；反击破碎机安装硐室底板高程467m，细碎石井直径4.0m深9.5m；搅拌机硐室底板高程455.0m，混凝土泵安装硐室底板高程450m，系统总高度54m。

废石溜井上部格筛通过最大块度400mm，480m水平安装的鄂式破碎机型为PE-500

750，振动给料机型号为GZD-300×90；467m水平安装的反击破碎机型号为PF-1010，振动给料机型号为GZD-300×90；455m水平安装的混凝土搅拌机型号为JS1000，振动给料机型号为ZSW-380×96，水泥浆搅拌运输车型号为BJ5143GJB-1；450m水平安装的混凝土拖泵型号为HBT60C-1816。

井下现场试验表明，本系统碎石的制备能力大于60t/h；在细碎石料备足的情况下，系统混凝土搅拌及泵送充填的能力大于30m³/h；废石混凝土28天的强度可达C10（每立方碎石加入水泥269kg、水150kg，碎石最大粒径小于50mm，粒径小于5mm的细颗粒大于37%）。

Claims

1.一种井下废石混凝土制备及泵送充填系统，其特征在于井下废石混凝土制备及泵送充填系统由三部分组成；一是废石破碎部分：由三段溜井及破碎硐室组成，即上部的废石溜井、中部的粗碎石井、下部的细碎石井，废石溜井上面布置卸载硐室，废石溜井下端布置粗碎硐室，粗碎硐室与粗碎石井相连，粗碎石井下端布置细碎硐室，细碎硐室与细碎石井相连，形成的多段废石破碎系统；二是混凝土搅拌部分：细碎石井的下端为混凝土搅拌硐室，混凝土搅拌硐室内置振动给料机和搅拌机，将碎石骨料与水泥浆在搅拌机内混合形成混凝土；三是混凝土泵送部分：搅拌好的混凝土通过置于搅拌机出料斗下部的混凝土拖泵，经由管道将混凝土泵送到采空区充填。

2.根据权利要求1所述的井下废石混凝土制备及泵送充填系统，其特征在于所述的粗碎硐室置有振动给料机和鄂式破碎机。

3.根据权利要求1所述的井下废石混凝土制备及泵送充填系统，其特征在于所述的细碎硐室置有振动给料机和锤式破碎机。

4.根据权利要求1所述的井下废石混凝土制备及泵送充填系统，其特征在于所述的鄂式破碎机和锤式破碎机下部都设有溜槽。

5.根据权利要求1所述的井下废石混凝土制备及泵送充填系统，其特征在于所述的卸载硐室与废石溜井连接处设置格筛。

6.一种权利要求1所述的井下废石混凝土制备及泵送充填方法，其特征在于废石混凝土由水泥浆与细碎石搅拌制成，用混凝土搅拌运输车将水泥浆运到井下废石混凝土搅拌硐室，将搅拌好的水泥浆按配比加入到搅拌机上的水泥浆斗内，由细碎石井底部的振动给料机，按配比将细碎石送到搅拌机上的细碎石斗内，先放水泥浆再放细碎石到搅拌机内搅拌形成废石混凝土；搅拌好的废石混凝土由搅拌机下部的出料斗放入混凝土拖泵入口处，再由混凝土泵经由管道泵送到采空区进行充填。