CN105781612A - 矿井采空区的填筑方法与系统 - Google Patents

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CN105781612A CN201610183430.0A CN201610183430A CN105781612A CN 105781612 A CN105781612 A CN 105781612A CN 201610183430 A CN201610183430 A CN 201610183430A CN 105781612 A CN105781612 A CN 105781612A
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柳建国
吴剑波
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Zhongyan Technology Co Ltd
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Abstract

本发明为一种利用流塑态高含固量固化土混合料填筑矿井采空区的装置及施工方法。通过将填充料和固化剂注入主体管道中以及在主体管道中注入压缩空气,以利用压缩空气将填充料和固化剂传输至填筑地,其中,填充料与固化剂在传输过程中充分混合以形成混合料。本方案可拌合并高效长距离传输固化剂与填充料进行矿井采空区的填充,从而实现了降低采空区填筑施工成本、提高填筑效率的目的。

Description

矿井采空区的填筑方法与系统
技术领域
本发明属于矿井建设领域,尤其涉及一种矿井采空区的填筑方法和系统。
背景技术
开采出矿石之后在矿山中留下的采空区,常常需要进行填充。采空区填充技术在不断的进步。目前,比较先进的技术主要有两类:
1)将胶凝材料与填充料(土料、尾矿泥砂、以及碎石等)拌合形成均质的、高流动度的混合料浆体,采用完全借助重力使混合料浆体自行流动、经管道输入至采空区的输送方式进行充填。采用这种技术,因混合料浆体的含水量大,所形成的固化体孔隙率大、抗压强度低;因此,在满足同样固化体强度的条件下,固化剂的掺量比低含水量的混合料需要的固化剂用量大;且为了达到在重力下自流的要求,要求混合料中的含水量足够高,而为了保证高含水量的混合料在传输过程不发生离析沉淀,必然要增加一些可维持混合料流动性而对固化体强度无贡献的外掺剂;这些特点必然增加了固化剂的经济成本;且经一定时间输送后沉积在输送管壁上的沉积物会硬化而堵塞管道,增加了清理维护检修的成本。
2)将固化剂与填充料制备成膏状的砂浆,通过泵送输入至采空区进行充填。该技术因采用泵送装置为输送动力,虽然填充料的含固量有所提高,但含水量仍然较高,同样存在前述技术存在的技术缺陷;且输送效率有限,仅为50-180m3/h。
总之,在现有技术中的采空区回填项目中,存在为保证固化剂与填充料的混合料浆体的高流动性,混合料中含水量大、含固量低而导致的固化剂成本高、回填过程中带入矿井过量水分而增加安全隐患、输送效率低等缺陷。
发明内容
本发明涉及一种矿井采空区的填筑方法,解决了现有技术中为保证固化剂与填充料的混合料浆体的高流动性,混合料中含水量大、含固量低而导致的固化剂成本高、回填过程中带入矿井过量水分而增加安全隐患、输送效率低等问题。
本发明一方面提供一种矿井采空区的填筑方法,包括:
S1.将填充料和固化剂注入主体管道中;以及
S2.在主体管道中注入压缩空气,以利用压缩空气将填充料和固化剂传输至填筑地,其中,填充料与固化剂在传输过程中充分混合以形成混合料。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区的填筑方法还包括:
S3.将混合料摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,步骤S1还包括:
将固化剂与填充料初步混合后注入主体管道中,并使二者在主体管道中充分混合;或者
将填充料与固化剂分别注入主体管道中,并使二者在主体管道中充分混合;或者
将固化剂与填充料充分混合后注入主体管道中。
根据本发明的一个实施例,步骤S3包括采用可移动的皮带运输机将混合料传输并采用振捣装置将混合料摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区的填筑方法还包括在主体管道上增设至少一个二级压缩空气注压管,以向主体管道中注入压缩空气。
根据本发明的一个实施例,固化剂为粉体状态或浆体状态,并且固化剂包括无机胶凝材料或者无机胶凝材料与化学外掺剂的混合物。
根据本发明的一个实施例,固化剂与填充料的比例为10~60wt.%:40~90wt.%。
根据本发明的一个实施例,主体管道中的压缩空气的压力为50-1500kN/m2
根据本发明的一个实施例,浇注固化土中含固量为2~9wt.%,其中含固量为混合料在105℃充分烘干后与原混合料中所含水的质量百分比;浇注固化土以JG3021混凝土坍落度仪测得的塌落度为100~280mm;并且浇注固化土以GBT_2419-2005水泥胶砂流动度测定方法测得的流动度为105~150mm。
根据本发明的一个实施例,填充料包括矿山开采产生的尾矿泥砂、矿山开采产生的砂石、天然土料或砂石料中的任一种或多种的混合物。
根据本发明的一个实施例,主体管道由金属材料、合金材料及有机材料构成,内径为300~2000mm,最低输送长度为20m。
根据本发明的一个实施例,用于向主体管道中注入压缩空气的压缩气体注入管内径为10~200mm,数量为2~20支,压缩气体注入管与主体管道的输送方向的夹角的补角在10°~60°范围内,并且压缩气体注入管由金属材料、合金材料或硬质塑料制成。
根据另一个方面,本发明还提供一种矿井采空区填筑系统,包括:
具有填充料注入端和固化剂注入端的物料掺入装置;以及
与物料掺入装置的出口连接的固化土拌合传输装置,固化土拌合传输装置设置有压缩空气供给装置并且用于将填充料和固化剂的混合物拌合并传输至填筑地。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区填筑系统还包括摊铺装置,摊铺装置与固化土拌合传输装置连接并用于接收混合物并将混合物摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,物料掺入装置包括:与填充料注入端连接的填充料制备输入装置、以及与固化剂注入端连接的固化剂制备输入装置。
根据本发明的一个实施例,压缩空气供给装置为空气压缩机并且固化土拌合传输装置还包括主体管道,空气压缩机设置在主体管道的压缩空气输入端,填充料注入端和固化剂注入端分别与主体管道的物料输入端连接。
根据本发明的一个实施例,物料掺入装置还包括用于将填充料与固化剂进行初步混合的混合装置,填充料注入端和固化剂注入端分别设置在混合装置上并且混合装置与固化土拌合传输装置连接。
根据本发明的一个实施例,固化土拌合传输装置还包括压缩气体注入管,压缩气体注入管一端连接空气压缩机,另一端连接主体管道的压缩空气输入端。
根据本发明的一个实施例,摊铺装置还包括集料斗,集料斗的入口与主体管道的物料输出端连接,另一端连接至物料输送装置。
根据本发明的一个实施例,固化土拌合传输装置还增设至少一个二级压缩空气注压管,二级压缩空气注压管设置在主体管道的管体上。
本发明的矿井采空区的填筑方法与系统的有益效果在于:
本发明的矿井采空区的填筑方法与系统,通过将填充料和固化剂注入主体管道中以及在主体管道中注入压缩空气,以使压缩空气将填充料和固化剂混合形成混合料并传输至填筑地。本方案可拌合并高效长距离传输固化剂与填充料进行矿井采空区的填充,从而实现了降低采空区填筑施工成本、提高填筑效率的目的。
附图说明
图1为本发明的矿井采空区的填筑系统的实施例的结构示意图;
图2为本发明的矿井采空区的填筑方法的实施例的流程示意图;
图3为固化剂直接输入主体管道的装置的结构示意图;
图4为内部具有一定几何形状轨道的容器的填充料与固化剂混合装置的结构示意图;
图5为主体管道中部设置的二级压缩空气注压管的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的矿井采空区的填筑系统的结构示意图,图2为本发明的矿井采空区的填筑方法的实施例的流程示意图,如图1和图2所示,本实施例的矿井采空区的填筑方法可以包括如下步骤。
S1.将填充料和固化剂注入主体管道4中;以及
S2.在主体管道4中注入压缩空气,以利用压缩空气将填充料和固化剂传输至填筑地,其中,填充料与固化剂在传输过程中充分混合以形成混合料。
具体地,在本实施例中,将固化剂与填充料的混合料注入主体管道4中,同时向主体管道4中注入一定压力的压缩气体,利用压缩气体推动固化剂与填充料的混合料传输至拟填筑点;流塑态、粘稠的固化剂与填充料的混合料在压缩空气的推动下在主体管道4中行进过程中,受到管道壁的摩擦等作用,使空气与粘稠的流塑态的混合料在主体管道4中的流动产生湍流,从而将固化剂与填充料的混合料拌合均匀。然后通过适当的公知的摊铺技术进行混合料的摊铺,待混合料固化后就可以获得满足强度要求的固化体,实现采空区的填充。
其中,填充料包括但不限于矿山开采产生的,土料的来源可以是天然土,也可以是人工制备的土料,如用多种不同粒径分布的土料混合制备的土料,石料破碎后得到的土料等,也可以是工业废弃物如尾矿泥砂、矿山开采产生的砂石、砂石料或煤矸石等,以及上述填充料中一种或多种的混合物。当填充料颗粒粒径比较大,不含或少含粘土和粉土,类似于混凝土的颗粒级配时(给出粒径分布区间),成为石料。
本实施例的矿井采空区的填筑方法,通过将填充料和固化剂注入主体管道4中并在主体管道4中注入压缩空气,将填筑料和固化剂的混合料传输至填筑地,并将填筑料和固化剂的混合料摊铺于填筑地。本方案可拌合并高效长距离传输固化剂与填充料进行矿井采空区的填充,从而实现了降低采空区填筑施工成本、提高填筑效率的目的。
根据上述图1和图2所示的矿井采空区的填筑方法的实施例的基础之上,本发明还可以包括如下具体内容。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区的填筑方法还包括:
S3.将混合料摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,步骤S1还包括:将固化剂与填充料初步混合后注入主体管道4中,并使二者在主体管道4中充分混合;或者将填充料与固化剂分别注入主体管道4中,并使二者在主体管道中充分混合;或者将固化剂与填充料充分混合后注入主体管道中。
在实际应用中,固化剂的输入方式可以是:1)在填充料与固化剂初步或完全混合的填充料与固化剂混合装置中加入,也可以是2)直接向固化土拌合传输装置B的主体管道4中直接输入,图3为固化剂直接输入主体管道4的装置的结构示意图,如图3所示。具体地,当混合料需要输送的距离较长,则可以采用直接向固化土拌合传输装置B的主体管道4中直接输入固化剂的方法,由于有较长的输送距离,固化剂和填充料在主体管道4中运行过程所形成的湍流可以充分地将两者混合。当混合料需要输送的距离较短时,固化剂与土料在主体管道4输送过程中来不及充分拌合,因此固化剂需要采用填充料与固化剂初步或完全混合后的填充料与固化剂混合后注入的方法。
根据本发明的一个实施例,步骤S3包括采用可移动的皮带运输机将混合料传输并采用振捣装置将混合料摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区的填筑方法还包括在主体管道4上增设至少一个二级压缩空气注压管6,以向主体管道4中注入压缩空气。
根据本发明的一个实施例,固化剂为粉体状态或浆体状态,并且固化剂包括无机胶凝材料或者无机胶凝材料与化学外掺剂的混合物。
可以理解,固化剂的加入可以是以粉体状态输入,也可以将固化剂与水制备成浆体输入。其中上述无机胶凝材料为:硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料,硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料包括以下三种:1)硅酸盐系列水泥,包括普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥;2)潜在水硬性胶凝材料,包括碱(或者硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、氯盐、氟化物)激发的非晶态的矿渣或者钢渣胶凝材料;3)火山灰或人造火山灰胶凝材料,包括碱激发的活性硅或者活性铝的混合物组成的天然火山灰或粉煤灰。化学外掺剂为现有公知的混凝土外掺剂。对于固化剂以粉体状态输入的,可采用公知的干料定量输入技术,如带有螺旋输入杆的斗仓,带有若干抓料斗的链条传送机的斗仓,以及类似于粉喷桩施工所使用的以压缩空气为输送动力喷粉罐等;当固化剂以浆体输入时可以采用现有公知的浆料定量输入技术,如定量泵等。
根据本发明的一个实施例,固化剂与填充料的比例为10~60wt.%:40~90wt.%。
根据本发明的一个实施例,主体管道4中的压缩空气的压力为50-1500kN/m2
根据本发明的一个实施例,浇注混合料中含固量为2~9wt.%,其中含固量为混合料在105℃充分烘干后与原混合料中所含水的质量百分比;浇注固化土以JG3021混凝土坍落度仪测得的塌落度为100~280mm;并且浇注固化土以GBT_2419-2005水泥胶砂流动度测定方法测得的流动度为105~150mm。可以理解,上述含固量视填充料的粒径分布不同而有所不同,且上述浇注固化土粘聚性、保水性合格,不出现泌水或离析。
根据本发明的一个实施例,填充料包括矿山开采产生的尾矿泥砂、矿山开采产生的砂石、天然土料或砂石料中的任一种或多种的混合物。
根据本发明的一个实施例,主体管道4由金属材料、合金材料及有机材料构成,内径为300mm~2000mm,最低输送长度为20m。例如,主体管道4为内径300~2000mm的材质可为钢材、硬质塑料等满足抗拉强度为30~100MPa、且冲击韧性与管内径的比值不低于65J/m的圆管,所述的一定压力的压缩空气,其压力为50~1500kN/m2
根据本发明的一个实施例,用于向主体管道4中注入压缩空气的压缩气体注入管内径为10mm~200mm,数量为2~20支,压缩气体注入管与主体管道4的输送方向的夹角的补角在10°~60°范围内,并且压缩气体注入管由金属材料、合金材料或硬质塑料制成。
如图1所示的本发明的矿井采空区的填筑系统的结构示意图,本实施例的矿井采空区的填筑系统可以包括具有填充料注入端a和固化剂注入端b的物料掺入装置A;以及与物料掺入装置A的出口连接的混合料拌合传输装置B,固化土拌合传输装置B设置有压缩空气供给装置并且用于将填充料和固化剂的混合料拌合并传输至填筑地。
本实施例的矿井采空区的填筑系统,通过将填充料和固化剂注入主体管道4中以及在主体管道4中注入压缩空气,以使压缩空气将填充料和固化剂混合形成混合料并传输至填筑地。本方案可拌合并高效长距离传输固化剂与填充料进行矿井采空区的填充,从而实现了降低采空区填筑施工成本、提高填筑效率的目的。
根据上述图1所示的矿井采空区的填筑系统的实施例的基础之上,本发明还可以包括如下具体内容。
根据本发明的一个实施例,上述矿井采空区填筑系统还包括摊铺装置C,摊铺装置C与固化土拌合传输装置B连接并用于接收混合料并将混合料摊铺于填筑地。
根据本发明的一个实施例,物料掺入装置A包括:与填充料注入端a连接的填充料制备输入装置、以及与固化剂注入端b连接的固化剂制备输入装置2。其中,可以理解填充料制备输入部分可以根据填充料的粒径分布,采用不同的制备与输入方式。在实际应用中,填充料的输入方法可以为通过皮带运输机(可计重量)、刮板输送机(可计重量)等公知运输方法。固化剂制备输入装置2是可定时定量输入(向填充料中加入)固化剂的装置。
根据本发明的一个实施例,压缩空气供给装置为空气压缩机5并且固化土拌合传输装置B还包括主体管道4,空气压缩机5设置在主体管道4的压缩空气输入端,填充料注入端a和固化剂注入端b分别与主体管道4的物料输入端连接。在实际应用中,主体管道4可以为公知的满足强度、刚度并具有足够耐磨性的金属、合金以及有机材料构成。可以是由一种材质构成,也可以在管内附加一层可以减少管道内壁摩擦阻力的材料或耐磨材料构成。依据固化剂与填充料混合点与采空区距离设定主体管道4的总长度。管道内径可根据需要的输送量确定,范围为300-2000mm。最低输送长度为20米。另外,可采用公知的空气压缩机,压缩机功率:10~200kW;压送压力:50~1500kN/m2,即主体管道4中的压力为50~1500kN/m2;压缩空气量:1~500m3/min。
根据本发明的一个实施例,摊铺装置C包括物料输送装置8和振捣装置,物料输送装置8和振捣装置相连,且物料输送装置8与主体管道4的物料输出端连接。
根据本发明的一个实施例,物料掺入装置A还包括用于将填充料与固化剂进行初步混合的混合装置3,填充料注入端a和固化剂注入端b分别设置在混合装置3上并且混合装置3与固化土拌合传输装置B连接。在实际应用中,该混合装置3可以为一个具有满足使用需要的容积、任意几何形状外形容器,容器可为金属或硬质塑料等材质制作,其内设有具有搅拌作用的装置,例如:容器内具有一定功率的带旋转叶片(叶片的材质可为金属或聚四氟乙烯)的搅拌装置,如可为纵向或横向布置的带拌合叶片的搅拌轴的斗仓构成;或该容器内部设有一定的几何形状的轨道,图4为内部具有一定几何形状轨道的容器的填充料与固化剂混合装置的结构示意图,如图4所示(a表示填充料注入端,b表示固化剂注入端),土料因重力沿不同轨道下落时发生相互交错而达到混合的目的。
根据本发明的一个实施例,固化土拌合传输装置B还包括压缩气体注入管6,压缩气体注入管6一端连接空气压缩机5,另一端连接主体管道4的压缩空气输入端。在实际应用中需满足一定内径尺寸要求(10~200mm)的数只压缩气体注入管6(2~20支,金属或合金或硬质塑料材质),压缩气体注入管6与主体管道4输送方向的夹角的补角在10°~60°范围内,压缩气体注入管6可与主体管道4外壁或端部的预留孔以机械方式连接,接口处做密封处理。
根据本发明的一个实施例,摊铺装置C还包括集料斗7,集料斗7的入口与主体管道4的物料输出端连接,另一端连接至物料输送装置8。可采用公知的摊铺系统一般包括集料斗7和可移动的皮带运输机8,以及具有一定功率的振捣装置。
根据本发明的一个实施例,固化土拌合传输装置B还增设至少一个二级压缩空气注压管6,二级压缩空气注压管6设置在主体管道4的管体上。当主体管道4超过30m时或空气压送压力衰减至60kN/m2以下时,可在管道中部安装二级或多级注压管,并注入压缩空气以保持气压,图5为主体管道4中部设置的二级压缩空气注压管6的结构示意图,如图5所示。
在图1、图2所示的实施例及上述的具体内容的基础之上,本发明的工艺流程如下所述:当填充料是土料时,通过物料掺入装置A的填充料制备输入装置1,根据对填充料的流动度、粘聚性和保水性的要求以及可用原材料资源,调整填充料的颗粒组成和含水率,并经可计重量的填充料制备输入装置1输入至物料掺入装置A的混合装置3;同时根据填充料的输入量,通过物料掺入装置A的固化剂制备输入装置2,将固化剂干粉或浆液按设计要求的固化剂掺入量定量输入到符合流动度、粘聚性及保水性要求的填料中。经物料掺入装置A的混合装置3混合后,输入到固化土拌合传输装置B的主体管道4中。根据填充料与固化剂混合均匀的难以程度以及用需要用B的主体管道4输送的距离远近,也可采用将填充料与固化剂不经初步拌合而分别直接输送至固化土拌合传输装置B的主体管道4中的方法。当填充料是石料时,采用类似于混凝土搅拌站的设备将填充料与固化剂拌合成均匀的混合料,直接输送至固化土拌合传输装置B的主体管道4中。
当填充料与固化剂的混合料输入到固化土拌合传输装置B的主体管道4中的同时,使用空气压缩机5经压缩气体注入管6向主体管道4中注入气体压力为50~1500kN/m2压缩空气,压缩空气注入量1~500m3/min。使填充料与固化剂的混合料在压缩气体的驱动下在主体管道4中快速行进,并形成湍流,从而被输送并被拌合。当主体管道4超过30m时或空气压送压力衰减至60kN/m2以下时,可在管道中途安装二级压缩空气注压管6,并注入压缩空气以保持气压。当固化土混合物被输送至拟填筑地点后,可因重力作用下落在公知的物料输送装置8(如皮带运输机)上,使物料沿皮带运输机落入填筑地点,并用振捣装置进行摊铺平整。
本发明相比现有技术具有性能、效率、安全性和经济性的优势:
从性能上,本技术输送的固化土混合料与现有技术相比,含水量大幅下降。因此为达到相同等级的固化土,降低了固化剂用量及固化剂的技术性能要求;
从效率上,本发明的输送效率可达500m3/h以上,明显高于现有技术中利用泵送装置输送的效率60~100m3/h。采用含水量较低材料的初凝时间(3~4小时)明显低于灌浆材料初凝的时间(8小时),可以缩短施工工期;
从安全性上,现有技术固化土混合料普遍具有较大含水量,回填后物料在沉积中会产生大量的积水而增加矿井安全隐患。而本发明输入的回填物料含水量大幅度降低,因此不会在矿井中产生大量的积水,减小了安全隐患;
从经济性上,本发明除前述固化剂成本降低、输送效率提高而节省了回填成本外,还因不会有过量的水沉积下来,节省了排除矿井中积水的费用;且本发明中固化土混合料采用压缩空气传输,在固化土混合料传输过程中由高速气流推动,因此物料不会沉积在管道中淤塞管道,又减少了设备的检修费用。
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明的矿井采空区的填筑方法与系统的实例一中,某铜尾矿矿山采空区,使用本发明的回填施工装置,固化剂与填充料的输送距离为100m。具体包含的装置及各装置的规格参数及工艺如下:
选用天然土样,采用标准《GBT_2419-2005水泥胶砂流动度测定方法》中的方法,通过试验测定土料与固化剂拌合均匀后的混合料的流动度,以混合料流动度为120mm,且粘聚性与保水性符合要求为标准,调整土料的含水量。将调整好的土料采用图1所示方式,通过带有称重装置的皮带运输机定时定量传输(带宽800mm,输送量546t/s)。
固化剂中胶凝材料选用普通硅酸盐水泥,分散剂选用聚羧酸系减水剂,掺量为水泥的0.5wt.%;固化剂存于带中心螺旋杆的斗仓中先拌合均匀,通过螺旋叶片的机械推进,按填充料的10wt.%连续向皮带运输机上行进的土料上输入固化剂。土料与固化剂的混合物经过初步混合装置,注入固化土拌合传输装置B的主体管道4中。主体管道4为管径600m长105m的钢管。空气压缩机5功率为37kW;压送压力:900kN/m2;压缩空气量:7m3/min。2支直径为20mm的钢质压缩气体注入管6,连接于主体管道4的前端,与主体管道4的传输方向的夹角为0°,于中途添加二级压缩空气注压管2支(直径为20mm的钢质压缩气体注入管6),连接于主体管道4的上端,与主体管道4的传输方向夹角的补角为60°。当固化土混合物被输送至拟填筑地点后,通过钢材集料斗7因重力作用下落在皮带运输机上,按需要的地点与高度设定皮带运输机,使物料沿皮带运输机落入填筑地点,并用振捣设备进行摊铺平整。
在本发明的矿井采空区的填筑方法与系统的实例二中,某铁尾矿矿山采空区,使用本发明的回填施工装置,固化剂与填充料的输送距离为25m。具体包含的装置及各装置的规格参数及工艺如下:
选用铁尾矿,采用标准《GBT_2419-2005水泥胶砂流动度测定方法》中的方法,通过试验测定铁尾矿与固化剂拌合均匀后的混合料的流动度,以混合料流动度为110mm,且粘聚性与保水性符合要求为标准,调整土料的含水量。将调整好的土料采用图1所示方式,通过带有称重装置的皮带运输机定时定量传输(带宽500mm,输送量191t/s)。
固化剂中胶凝材料选用矿渣硅酸盐水泥,分散剂选用聚羧酸系减水剂,掺量为水泥的0.4wt.%;固化剂存于带抓料斗的链条传送机的斗仓中先拌合均匀,通过压缩空气为输送动力喷粉管喷粉,按填充料的12wt.%连续向刮板运输机(可计重量)上行进的土料上输入固化剂。土料与固化剂的混合物经过初步混合装置,如图3,注入固化土拌合传输装置B的主体管道4中。主体管道4为管径400m长28m的钢管。空气压缩机5功率为40kW;压送压力:800kN/m2;压缩空气量:6m3/min。2支直径为20mm的钢质压缩气体注入管6,连接于主体管道4的前端,与主体管道4的传输方向夹角为0°。当固化土混合物被输送至拟填筑地点后,通过钢材集料斗7因重力作用下落在皮带运输机上,按需要的地点与高度设定皮带运输机,使物料沿皮带运输机落入填筑地点,并用振捣设备进行摊铺平整。
在本发明的矿井采空区的填筑方法与系统的实例三中,某铜尾矿矿山采空区,使用本发明的回填施工装置,固化剂与填充料的输送距离为600m。具体包含的装置及各装置的规格参数及工艺如下:
选用石料,采用标准《JG3021混凝土坍落度仪》中测定混凝土坍落度的方法测定,混合料的坍落度为260mm,且粘聚性与保水性符合要求为标准,调整土料的含水量。将调整好的土料采用图1所示方式,通过带有称重装置的皮带运输机定时定量传输(带宽1200mm,输送量2202t/s)。
固化剂中胶凝材料选用粉煤灰硅酸盐水泥,分散剂选用聚羧酸系减水剂,掺量为水泥的0.3wt.%;固化剂存于带抓料斗的链条传送机的斗仓中先拌合均匀,通过压缩空气为输送动力喷粉管喷粉,按填充料的13wt.%连续向刮板运输机(可计重量)上行进的土料上输入固化剂。石料与固化剂的混合物不经过初步混合装置,如图2,注入固化土拌合传输装置B的主体管道4中。主体管道4为管径900m长605m的钢管。空气压缩机5功率为120kW;压送压力:1200kN/m2;压缩空气量:25m3/min。4支直径为30mm的钢质压缩气体注入管6,连接于主体管道4的前端,与主体管道4的传输方向夹角为0°,于中途添加二级压缩空气注压管4支(直径为40mm的钢质压缩气体注入管6),连接于主体管道4的上端,与主体管道4的传输方向夹角的补角为60°。当固化土混合物被输送至拟填筑地点后,通过钢材集料斗7因重力作用下落在皮带运输机上,按需要的地点与高度设定皮带运输机,使物料沿皮带运输机落入填筑地点,并用振捣设备进行摊铺平整。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种矿井采空区的填筑方法,包括:
S1.将填充料和固化剂注入主体管道中;以及
S2.在所述主体管道中注入压缩空气,以利用所述压缩空气将所述填充料和所述固化剂传输至填筑地,其中,所述填充料与所述固化剂在传输过程中充分混合以形成混合料。
2.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,还包括:
S3.将所述混合料摊铺于所述填筑地。
3.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述步骤S1还包括:
将所述固化剂与所述填充料初步混合后注入所述主体管道中,并使二者在所述主体管道中充分混合;或者
将所述填充料与所述固化剂分别注入所述主体管道中,并使二者在所述主体管道中充分混合;或者
将所述固化剂与所述填充料充分混合后注入所述主体管道中。
4.根据权利要求2所述的填筑方法,其特征在于,所述步骤S3包括采用可移动的皮带运输机将所述混合料传输并采用振捣装置将所述混合料摊铺于所述填筑地。
5.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,还包括在所述主体管道上增设至少一个二级压缩空气注压管,以向所述主体管道中注入压缩空气。
6.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述固化剂为粉体状态或浆体状态,并且所述固化剂包括无机胶凝材料或者无机胶凝材料与化学外掺剂的混合物。
7.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述固化剂与所述填充料的比例为10~60wt.%:40~90wt.%。
8.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述主体管道中的压缩空气的压力为50-1500kN/m2
9.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述浇注固化土中含固量为2~9wt.%,其中所述含固量为所述混合料在105℃充分烘干后与原混合料中所含水的质量百分比;所述浇注固化土以JG3021混凝土坍落度仪测得的塌落度为100~280mm;并且所述浇注固化土以GBT_2419-2005水泥胶砂流动度测定方法测得的流动度为105~150mm。
10.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述填充料包括矿山开采产生的尾矿泥砂、矿山开采产生的砂石、天然土料或砂石料中的任一种或多种的混合物。
11.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,所述主体管道由金属材料、合金材料及有机材料构成,内径为300~2000mm,最低输送长度为20m。
12.根据权利要求1所述的填筑方法,其特征在于,用于向所述主体管道中注入压缩空气的压缩气体注入管内径为10~200mm,数量为2~20支,所述压缩气体注入管与所述主体管道的输送方向的夹角的补角在10°~60°范围内,并且所述压缩气体注入管由金属材料、合金材料或硬质塑料制成。
13.一种矿井采空区填筑系统,包括:
具有填充料注入端和固化剂注入端的物料掺入装置;以及
与所述物料掺入装置的出口连接的固化土拌合传输装置,所述固化土拌合传输装置设置有压缩空气供给装置并且用于将所述填充料和所述固化剂的混合物拌合并传输至填筑地。
14.根据权利要求13所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,还包括摊铺装置,所述摊铺装置与所述固化土拌合传输装置连接并用于接收所述混合物并将所述混合物摊铺于所述填筑地。
15.根据权利要求13所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述物料掺入装置包括:与所述填充料注入端连接的填充料制备输入装置、以及与所述固化剂注入端连接的固化剂制备输入装置。
16.根据权利要求13所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述压缩空气供给装置为空气压缩机并且所述固化土拌合传输装置还包括主体管道,所述空气压缩机设置在所述主体管道的压缩空气输入端,所述填充料注入端和所述固化剂注入端分别与所述主体管道的物料输入端连接。
17.根据权利要求13所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述物料掺入装置还包括用于将所述填充料与所述固化剂进行初步混合的混合装置,所述填充料注入端和所述固化剂注入端分别设置在所述混合装置上并且所述混合装置与所述固化土拌合传输装置连接。
18.根据权利要求16所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述固化土拌合传输装置还包括压缩气体注入管,所述压缩气体注入管一端连接所述空气压缩机,另一端连接所述主体管道的所述压缩空气输入端。
19.根据权利要求14所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述摊铺装置还包括集料斗,所述集料斗的入口与所述主体管道的所述物料输出端连接,另一端连接至物料输送装置。
20.根据权利要求16所述的矿井采空区填筑系统,其特征在于,所述固化土拌合传输装置还增设至少一个二级压缩空气注压管,所述二级压缩空气注压管设置在所述主体管道的管体上。
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