CN105179008A - 全尾砂膏体充填脱水系统及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全尾砂膏体充填脱水系统及其建造方法，该系统包括矿山的采空区和设置在采空区底部通道口处的密闭墙，滤水管布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部，滤水管在采空区内部采用“井”型布置，并相互连通构成网状脱水结构，在靠近密闭墙处，滤水管汇合成数根主滤水管并穿过密闭墙接入沉淀池。本发明解决了现有尾砂填充脱水技术存在的脱水效率低、容易拥堵等问题，具有脱水速度快，性能稳定的优点。

Description

全尾砂膏体充填脱水系统及其建造方法

技术领域

本发明涉及矿山采空区充填技术，特别是指利用全尾砂膏体来充填脱水的系统及其建造方法。

背景技术

矿山开采活动往往造成山体内部架空，为了防止地表沉陷，需要对矿山采空区进行填充处理，全尾砂膏体充填是常用的充填办法。全尾砂膏体充填是通过机械设备将膏体或似膏体尾砂填充进矿山采空区内，待其脱水、硬化后反过来支撑矿山山体，从而达到防止地表沉陷的目的。充填过程所用的膏体或似膏体尾砂是浓度大于70%的高浓度尾砂浆，其含水量约30%，膏体尾砂只有充分脱水稳定后才能有效控制空区地压，因此全尾砂膏体脱水是非常重要的环节。

非胶结充填技术是全尾砂膏体充填技术中的一种，即采用全尾砂膏体（或近似膏体）充填采空区，不加胶结材料，依靠尾砂自然沉降脱水，非胶结充填技术操作简单，成本低廉，为许多矿区所青睐。但是非胶结充填往往存在安全隐患，因为自然沉降脱水时间较长，尾砂水不能及时排出，使得充填体长时间处在高含水状态，会造成采空区底部密闭墙承受压力较大，影响密闭墙的稳定，对人员及设备安全构成威胁，增加井下作业风险。如何将膏体或似膏体尾砂浆体中的重力水尽快滤出，使充填体达到稳定，是矿山井下尾砂非胶结充填的一个难题。

国内专利数据库也有一些关于的矿山采空区尾砂填充脱水技术的公开文献报道：

例如：【申请号】CN201210565190.2，【申请日】2012.12.24，【名称】一种大范围采空区群充填处理方法，其技术方案是：划分充填单元，选择充填材料，布置充填管道；根据计算确定充填挡墙厚度并进行现场施工，充填挡墙内部预留排水孔和滤水孔，并在充填挡墙后面堆置废石堆反滤层；布置滤水管，并通过充填挡墙的滤水孔伸出墙外；在最高点处施工充填钻孔，直径133mm-150mm，作为高位放料点，确保接顶，同时应根据实际情况施工相应数量的充填钻孔，进行交替充填。但是该发明不适用于非胶结充填，因为数量有限的滤水管达不到快速脱水的目的，过长的脱水期，增加地表沉陷风险。

例如：【申请号】CN201420161397.8，【申请日】2014.04.04，【名称】尾砂胶结充填脱排水装置，公开了一种尾砂胶结充填脱排水装置，它包括充填隔墙和互相平行设置的若干根排水管，排水管的一端从充填隔墙穿出；在每一根排水管上分别通过三通连接有若干根滤水管；所述的滤水管走向均与排水管垂直。保证了滤水管路与充填体能够均匀接触，且接触面积较大，确保了充填体有良好的透水性。排水管与滤水管底部直接联通，滤水效果更好。同样的，该实用新型的若干根滤水管也达不到快速脱水的目的，而且弯曲、冗长的排水通道极易发生堵塞。

例如：【申请号】CN201320446777.1，【申请日】2013.07.25，【名称】一种尾砂充填模袋筑坝排水装置，该装置包括尾砂充填模袋筑坝，尾砂充填模袋筑坝包括用尾砂充填土工模袋构成的多层模袋坝，在每层模袋坝上表面间隔设软式透水管。所述软式透水管由弹性材料弯成螺旋状后外包一层透水性土工材料。通过软式透水管将尾砂充填模袋筑坝过程中及结束后模袋坝体内部的渗水及时有序集中排出。所述尾砂充填模袋筑坝是利用尾砂造浆后通过水力输送充填入铺设在坝基上的土工模袋内而形成坝体的一种新型筑坝方法。该实用新型能起到脱水作用，但是操作繁琐，排水效率不高。

因此，现有尾砂填充脱水技术存在脱水效率低，容易拥堵的问题，达不到快速脱水的目的，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有尾砂填充脱水技术的脱水效率低、容易拥堵的问题，提供了一种快速、稳定的全尾砂膏体充填脱水系统，同时给出了相应的建造方法。

本发明的全尾砂膏体充填脱水系统，包括矿山的采空区和设置在采空区底部通道口处的密闭墙，滤水管布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部，滤水管在采空区内部采用“井”型布置，并相互连通构成网状脱水结构，在靠近密闭墙处，滤水管汇合成数根主滤水管，主滤水管从采空区底部接出，穿过密闭墙接入沉淀池，滤水管由带排水孔的承压管和包裹在承压管外壁的滤布组合而成。

构成网状脱水结构的两两交汇的滤水管之间采用垂直三通管连通，滤水管采用聚氯乙烯承压管（可选用PE100（SDR11）聚氯乙烯承压管），承压管的直径为50mm，厚度为4.6mm，承压值为1.6MPa。

所述排水孔直径为15—20mm，采用梅花型布置，排水孔之间间隔30mm。所述滤布目数为60—80目，其目的是只允许水通过，阻止尾砂进入滤水管，从而实现尾砂脱水。敷设在采空区底部的滤水管采用废石挤压固定，在倾斜底板的滤水管采用锚固方式固定。

所述密闭墙的墙体嵌入岩体，与岩体结合为一体，提高密闭墙的强度，防止尾砂尾水渗漏。墙体采用C20以上强度的混凝土墙、废石、细砂和棕垫组成，密闭墙厚度根据采空区高度、膏体尾砂性质和通口断面大小等计算确定。

本发明的全尾砂膏体充填脱水系统是让充填尾砂中的水以渗透的方式脱水，分两个主要过程排出采空区，一是在尾砂浆排入采空区时，尾砂与滤水管网接触时存在压差，尾砂水从尾砂浆中进入滤水管后排出采空区；二是尾砂自然沉降时，尾砂水从在充填体的顶部进入滤水管网排出采空区。

本发明的全尾砂膏体充填脱水系统的建造方法，采用由于滤水管的管网、密闭墙和沉淀池整体结合成为充填脱水系统，步骤如下：

（1）在充填采空区前，在采空区底部通道口处构筑巷道密闭墙。

（2）采用聚氯乙烯承压管和滤布制作滤水管，在承压管壁四周均匀开设排水孔，在滤水管外包裹滤布。

（3）将滤水管布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部，所述滤水管采用“井”型布置，间隔15—20m，并相互连通构成网状脱水结构。

（4）在采空区外适宜位置设沉淀池，将主滤水管从采空区底部接出，再穿过密闭墙接入沉淀池。

所述密闭墙由C20以上强度的混凝土墙、废石、细砂和棕垫组成，建造过程中，密闭墙厚度根据采空区高度、膏体尾砂性质和通口断面大小等计算确定。

本发明与现有技术相比具有以下进步：

1、本发明的全尾砂膏体充填脱水系统，将滤水管集结成网，一方面增大滤水管与尾砂的接触面积提高脱水效率，另一方面，即使部分滤水管发生拥堵，由于管道众多，仍然不影响本系统正常排水，稳定性较强。

2、使充填采空区尾砂快速沉降，大大缩短尾砂达到稳定的时间，并且滤出的尾砂水为清水，无需处理，可回收再循环利用。

3、全尾砂膏体充填脱水系统，应用于全尾砂膏体或似膏体充填的采空区滤排水，解决了非胶结尾砂充填的脱水难题，且工艺投资成本低，操作容易，脱水效果好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的滤水管结构示意图。

图2为本发明的滤水管网系统示意图。

图3为本发明的采空区密闭墙结构示意图。

图4为本发明的全尾砂膏体充填滤水系统示意图。

图中，1—排水孔；2—滤水管；3—滤布；4—垂直三通管；5—密闭墙；6—采空区；7—沉淀池。

具体实施方式

如图1～4所示，本发明的全尾砂膏体充填脱水系统包括矿山的采空区6和设置在采空区底部通道口处的密闭墙5，滤水管2布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部（如图4所示），所述滤水管在采空区内部采用#型布置，并相互连通构成网状脱水结构（如图2所示），在靠近密闭墙5处，滤水管汇合成数根主滤水管，主滤水管从采空区底部接出，穿过密闭墙（如图3所示）接入沉淀池7。所述滤水管由带排水孔1的承压管和包裹在承压管外壁的滤布3组合而成（如图1所示）。

两两交汇的滤水管2之间采用垂直三通管4连通。所述滤水管采用聚氯乙烯承压管，承压管的直径为50mm，厚度为4.6mm，承压值为1.6MPa。所述排水孔1直径为15—20mm，采用梅花型布置，排水孔之间间隔30mm。所述滤布3目数为60—80目。敷设在采空区底部的滤水管2采用废石挤压固定，在倾斜底板的滤水管采用锚固方式固定。

密闭墙修筑过程中，选取围岩较稳固、断面较小的位置构筑密闭墙，在构筑混凝土墙位置需向围岩四周开挖基础，密闭墙5的墙体嵌入岩体，与岩体结合为一体，提高密闭墙的强度，防止尾砂尾水渗漏。混凝土前应堆砌废石细砂墙。砌混凝土前应堆砌废石细砂墙，这些工程可起到缓冲和滤水的作用。

本发明的全尾砂膏体充填脱水系统的建造方法先将承压管四周开设排水孔（如图1所示），孔径15—20mm，间距30mm，经开设排水孔后，用工业滤布包裹在承压管外并缝制成一个整体形成滤水管。根据采空区的情况，将滤水管布置在采空区底部及沿斜底板敷设至采空区顶部，形成网状的滤水结构（如图2所示）。

选取围岩较稳固、断面较小的位置构筑密闭墙，在构筑混凝土墙位置需向围岩四周开挖基础，让墙体嵌入岩体，使密闭墙与岩体结合为一体，提高密闭墙的强度，防止尾砂尾水渗漏。混凝土前应堆砌废石细砂墙，这些工程可起到缓冲和滤水的作用。在构筑采空区密闭墙时，按设计在密闭墙中布置6—8根滤水管（如图3所示），滤水管从密闭墙接出后汇集接入沉淀池（如图4所示），采空区排出的尾水直接排入沉淀池。

Claims (9)

1.一种全尾砂膏体充填脱水系统，包括矿山的采空区（6）和设置在采空区底部通道口处的密闭墙（5），滤水管（2）布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部，其特征在于：所述滤水管在采空区内部采用“井”型布置，并相互连通构成网状脱水结构，在靠近密闭墙（5）处，滤水管汇合成数根主滤水管，主滤水管从采空区底部接出，穿过密闭墙接入沉淀池（7）,所述滤水管由带排水孔（1）的承压管和包裹在承压管外壁的滤布（3）组合而成。

2.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：两两交汇的滤水管（2）之间采用垂直三通管（4）连通。

3.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：所述滤水管采用聚氯乙烯承压管，承压管的直径为50mm，厚度为4.6mm，承压值为1.6MPa。

4.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：所述排水孔（1）直径为15—20mm，采用梅花型布置，排水孔之间间隔30mm。

5.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：所述滤布（3）目数为60—80目。

6.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：敷设在采空区底部的滤水管（2）采用废石挤压固定，在倾斜底板的滤水管采用锚固方式固定。

7.根据权利要求1所述的全尾砂膏体充填脱水系统，其特征在于：所述密闭墙（5）的墙体嵌入岩体，与岩体结合为一体。

8.一种如权利要求1所述全尾砂膏体充填脱水系统的建造方法，其特征在于采用由滤水管（2）的管网、密闭墙（5）和沉淀池（7）整体结合成为充填脱水系统，步骤如下：

A、在充填采空区前，在采空区底部通道口处构筑巷道密闭墙；

B、采用聚氯乙烯承压管和滤布（3）制作滤水管，在承压管壁四周均匀开设排水孔（1），在滤水管外包裹滤布；

C、将滤水管（2）布置在采空区底部并沿采空区斜底板延伸敷设至采空区顶部，所述滤水管采用“井”型布置，间隔15—20m，并相互连通构成网状脱水结构；

D、在采空区外设沉淀池，将主滤水管从采空区底部接出，再穿过密闭墙接入沉淀池（7）。

9.根据权利要求8所述的全尾砂膏体充填脱水系统的建造方法，其特征在于：所述密闭墙（5）由C20以上强度的混凝土墙、废石、细砂和棕垫构成，密闭墙厚度根据采空区高度、膏体尾砂性质和通口断面大小的计算而确定。