CN106939796A - 利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法及系统，主要包括以下三大步骤：第一，‑10mm粒级风化山砂的制备；第二，粒级合格的山砂、胶结料及调浓水经各自的供料线进入计量装置计量后供至搅拌设备混合，经搅拌均匀后制备成高浓度、流动性良好的结构流充填料浆，转存至缓存待料仓；第三，充填料浆通过充填泵的压力输送，经充填钻孔及井下充填管网，输送至井下采空区进行充填。本发明既能满足矿山充填采矿安全要求，又有利于环境保护。充填料来源广泛，可就近就地取材，充填工艺流程简单，设备运行可靠，投资少，充填成本低，经济效益好。采用高浓度山砂胶结充填工艺，可减少充填体泌水量和胶结料的析出，充填体强度高。

Description

利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种井下采空区胶结充填技术，尤其是涉及一种利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法及系统。

背景技术

胶结充填技术已经成为当今充填采矿法的重要组成部分，代表着充填技术的发展方向，既能满足采矿安全要求，减少地质灾害，又有利于环境保护。可以有效降低采矿贫化率和损失率，提高有用矿物的回收率，具有良好的经济效益和社会效益。

在胶结充填采矿法中，目前尾砂胶结充填占有相当大的比重，能充分利用尾矿资源，减少固体废料向地表排放，是实现节地、节能、环保的有效途径，但并不是所有矿山尾砂都适宜用作充填骨料。

目前，大多数矿山倾向于采用成熟的尾砂胶结充填工艺，这一典型的充填工艺具体实现如下：

首先，将选矿厂的尾砂直接泵送至立式砂仓，并在立式砂仓中进行沉降脱水，待沉降至浓度达到设计要求时，开始在立式砂仓底部进行高压气或高压水造浆，造浆均匀后底部开始放砂，从立式砂仓底部流出的高浓度砂浆进入双轴搅拌机，经与胶结料混合及搅拌后，再由高速活化搅拌机进行活化搅拌，然后将搅拌均匀的浆体经充填钻孔及井下管网充填至井下。

然而，上述传统的典型尾砂胶结充填工艺也存在难以解决的问题：

随着选矿尾砂粒级越来越细，使得沉降速度越来越慢，脱水过程中大部分细粒级尾砂来不及沉降就溢出，导致尾砂利用率低，尾砂量不足以填满井下采空区。

其次，立式砂仓底流浓度难以控制，浓度偏高时，造浆困难，下料不畅，容易堵塞充填管；浓度偏低时，井下滤水增加，胶结料也随水流失，降低了充填体强度，同时容易造成水砂分离，充填管道容易磨损。

再次，由于要在立式砂仓底部造浆，所以立式砂仓的体积大而且内部结构很复杂。由于在立式砂仓底部的造浆需供高压气或者高压水，所以辅助设备也多。而且立式砂仓底部放出的高浓度砂浆与胶结料经双轴搅拌机混合及搅拌后，还需经高速活化搅拌机进行活化搅拌，才能产生合格充填料浆。所以此类型充填站，工艺设备复杂，投资较大，充填系统运营成本相对较高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种利用风化山砂制备充填料浆，充填井下采空区的方法及该方法的实施系统，以解决采用尾砂胶结充填成本高、投资大、工艺复杂的问题。

本发明提供的这种利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法，具体包括三个大的步骤：

步骤一，将风化山砂制取粒级-10mm以下的合格山砂；

步骤二，将合格山砂、胶结料和浓度调节水分别计量后混合搅拌，制取结构流充填料浆；

步骤三，将充填料浆压力输送至井下采空区进行充填。

步骤一中所述合格山砂，为0.074mm粒径以下颗粒含量小于10%，2mm以下颗粒含量累计79%～87%之间，0.5mm以下颗粒含量累计为35%～41%。

步骤二中所述胶结料为PC32.5R水泥，浓度调节水为自来水。

步骤二中所述充填料浆中，胶结料和合格山砂的质量比在1:6～1:10之间，质量浓度在78%～82%之间。

这三个步骤的实现，需要用到的主要设备有：颚式破碎机、冲击式破碎机、振动筛、配料机、骨料缓存仓、水计量称、水泥计量称、螺旋输送机、双卧轴搅拌机、缓存待料仓、充填泵及多台皮带机。

为了实现步骤一，需要用到设备：颚式破碎机、冲击式破碎机、振动筛和四台皮带机。具体过程如下：风化山砂从原料仓进入颚式破碎机粗破后经第一台皮带机输送至冲击式破碎机进行再破碎，然后经第二台皮带机输送至振动筛进行筛分，粒级-10mm以下的合格山砂通过第三台皮带机输送至下一处理工序，不合格山砂则通过第四台反向输送的皮带机送回冲击式破碎机进行破碎，如此反复，直至达到合格山砂的要求，经第三台皮带机输送下一处理工序。

为了实现步骤二，需要用到设备：配料机、骨料缓存仓、水计量称、水泥计量称、螺旋输送机、双卧轴搅拌机及一台皮带机。为了实现合格山砂的顺利放料及计量，采用如下图3中结构的配料机：包括储料仓、出料皮带机和计量斗。浓度调节水通过储水池提供。具体过程如下：配料机的储料仓接收步骤一第三台皮带机输送过来的合格山砂后，卸入计量斗中，计量后的合格山砂经出料皮带机卸至皮带机上输送至骨料缓存仓中。通过管道泵将浓度调节水输送至水计量称进行计量。胶结料采用PC32.5R水泥，储存于圆筒形的胶结料仓中，胶结料通过螺旋输送机输送至水泥计量称进行计量。分别计量好的合格山砂、胶结料和浓度调节水，导入双卧轴搅拌机中混合后均匀搅拌成充填料浆，搅拌好的充填料浆，送入方形的缓存待料仓中。为了避免缓存待料仓中的料浆沉降离析，在缓存待料仓中设置搅拌装置。

为了实现步骤三，需要用到充填泵。为了节能，将骨料缓存仓、水计量称和胶结料计量称布置于第一平台上，将双卧轴搅拌机布置于第一平台下方的第二平台上，将缓存待料仓和充填泵布置于第二平台下方的平台上。为了减小管道泵的功率，将储水池设置于水计量称的上方。上述布置可使计量好的各配料导入双卧轴搅拌机中，搅拌好的充填料浆导入缓存待料仓中，最后充填泵将充填料浆，通过预先钻好的充填孔，压力输送至井下采空区进行连续充填。

本发明采用高浓度山砂胶结充填工艺，将风化山砂制取粒级-10mm以下的合格山砂，与胶结料及浓度调节水混合搅拌，制取高浓度的结构流充填料浆，通过充填泵连续输送至井下采空区进行充填，可减少充填体泌水量和胶结料的析出，充填体强度高。本发明既能满足矿山充填采矿安全要求，又有利于环境保护。充填料来源广泛，可就近就地取材，充填工艺流程简单，设备运行可靠，投资少，充填成本低，经济效益好。本发明特别适用于矿山尾砂不宜用作充填骨料或者尾砂量不足以填满采空区，而又必须采用胶结充填采矿法的矿山企业。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为本发明的充填系统设备布置示意图。

图3为图2中配料机的结构示意图。

图2中序号：1、原料仓；2、颚式破碎机；3、第一皮带机；4、冲击式破碎机；5、第二皮带机；6、第三皮带机；7、振动筛；8、第四皮带机；9、配料机；16—第五皮带机、10、储水池；11、骨料缓存仓；12、水计量称；13、水泥计量称；14、水泥仓；15、螺旋输送机、 17、双卧轴搅拌机、18、缓存待料仓、19、充填泵。

具体实施方式

如图2所示，本实施例公开的这种采用风化山砂制备充填料浆的充填系统，其设计能力为80m³/h，主要设备有：颚式破碎机、冲击式破碎机、振动筛、10m³配料机（含1.5m³计量斗）、800mm带宽皮带输送机、3m³骨料缓存仓、1.5m³水泥计量称、1.5m³水计量称、3m³强制式的双卧轴搅拌机、Φ273mm螺旋输送机、200t水泥仓、30m³方形的缓存待料仓、ZBG120/8型高压充填泵（泵送流量120m³/h，出口压力8MPa）。

本实施例充填料浆的配料确定：

配料合格山砂选用比重2.62 t/m³，粒级-10mm风化山砂试样，0.074mm粒径以下颗粒含量小于10%，2mm以下颗粒含量累计79%～87%之间，0.5mm以下颗粒含量累计为35%～41%；配料胶结料采用PC32.5R水泥；配料浓度调节水采用普通自来水。

上述配料的灰、砂质量比优选为1:6，然后制备不同质量浓度的料浆进行实验，发现质量浓度76%的料浆有水泥离析现象，不能形成流动性良好的结构流，质量浓度在78%～82%的料浆为流动性良好的结构流，为高强度充填体，基本无水泥离析现象，可以作为充填料浆。具体的实验参数如下表：

本实施例采用78%的料浆来充填采空区。

充填系统的组成包括山砂制备及供料分系统、胶结料供料分系统、浓度调节水供料分系统及充填料浆制备及输送分系统、充填分系统、自动化控制系统。

一、山砂制备及供料分系统，

设备：颚式破碎机、冲击式破碎机、振动筛、四台皮带机、配料机；

风化山砂从原料仓进入颚式破碎机粗破后，经第一台皮带机输送至冲击式破碎机进行再破碎，然后经第二台皮带机输送至振动筛进行筛分，粒级-10mm以下的合格山砂，通过第四台皮带机输送至配料机，不合格山砂则通过第二台反向输送的皮带机，送回冲击式破碎机进行破碎，如此反复，直至达到合格山砂要求；

本发明配料机9的结构如图3所示，包括储料仓91、出料皮带机92、计量斗93。出料仓和计量斗均配置有振动电机，计量斗采用拉力传感器进行数据采集。合格山砂经过配料机计量后，通过第五皮带机16输送至骨料缓存仓11中。

二、胶结料供料分系统，

设备：水泥仓、螺旋输送机、水泥罐车；

胶结料散装水泥由水泥罐车运至充填站后，通过吹灰管压入水泥仓中；水泥仓直径4.5m，高度12m，可储存水泥200t，以满足充填系统连续运行要求，水泥仓顶设置人行检查孔、雷达料位计及透气式除尘器；水泥仓底部设置螺旋输送机，充填时启动螺旋输送机，将水泥输送至水泥计量称，再由水泥计量称向搅拌机定量供给水泥，灰砂比在1:6~1:20可调，以满足不同充填体强度要求。

三、浓度调节水供料分系统，

设备：水计量称、管道泵、储水池；

充填站设一条供水管路，由储水池供给，以调节充填料浆浓度、冲洗设备和疏通管道，浓度调节水由储水池通过管道泵输送至水计量称进行计量。

四、充填料浆制备及输送分系统，

设备：骨料缓存仓、水计量称、水泥计量称、双卧轴搅拌机、缓存待料仓；

为了减小管道泵的功率，将水计量称设置于储水池的下方。骨料缓存仓、水计量称、水泥计量称布置于充填站的第一平台上，双卧轴搅拌机布置于第一平台下方的第二平台上，缓存待料仓和充填泵布置于第二平台下方的平台上；

骨料缓存仓的合格山砂料、水计量称计量后的浓度调节水、水泥计量称计量后的水泥分别导入双卧轴搅拌机中，混合后均匀搅拌成质量浓度为78%的充填料浆，充填料浆导入缓存待料仓中。为了避免缓存待料仓中的料浆沉降离析，在缓存待料仓中设置搅拌装置。

五、充填分系统，

缓存待料仓中的充填料浆通过导料槽卸料至充填泵，充填料浆最终通过充填泵的压力输送，经充填钻孔及井下充填管网输送至井下采空区进行充填。充填主管为DN125mm陶瓷复合钢管。

六、自动化控制系统，

为了保证充填料浆质量浓度、配比的准确并且稳定，实现料浆顺利输送，充填站设立较为完善的自动化控制系统，完成从配料至充填泵运行的所有电气设备的自动化控制；控制系统由以下四部分组成：

电机控制系统：构成生产线所有电机的主回路控制系统。

PLC控制系统：采用可编程控制器和以太工业网络通讯，实现对操作台、生产线仪表及电气设备的控制。

上机位监控系统：采用配有监控组态软件的台式机进行实时监控。

就地手动控制系统：用于主要设备的就地调试、检修及事故急停。

Claims (5)

1.一种利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法，包括以下步骤：

（1）将风化山砂制取粒级-10mm以下的合格山砂；

（2）将合格山砂、胶结料和浓度调节水分别计量后混合搅拌,制取结构流充填料浆；

（3）将充填料浆压力输送至井下采空区进行充填。

2.如权利要求1所述的利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法，其特征在于：所述合格山砂为0.074mm以下颗粒含量小于10%，2mm以下颗粒含量累计79%～87%之间，0.5mm以下颗粒含量累计为35%～41%。

3.如权利要求2所述的利用风化山砂制备充填料浆充填井下采空区的方法，其特征在于：所述胶结料为PC32.5R水泥，浓度调节水为自来水。

4.如权利要求3所述的利用自然风化山砂制备充填料浆的工艺，其特征在于：所述充填料浆中胶结料和合格山砂的质量比在1:6～1:10之间，质量浓度在78%～82%之间。

5.一种利用权利要求1所述的方法进行井下充填的系统，其特征在于：该系统包括颚式破碎机、冲击式破碎机、振动筛、配料机、储水池、骨料缓存仓、水计量称、胶结料计量称、螺旋输送机、双卧轴搅拌机、缓存待料仓、充填泵及多台皮带机；

骨料缓存仓、水计量称和胶结料计量称布置于第一平台上，双卧轴搅拌机布置于第一平台下方的第二平台上，缓存待料仓和充填泵位于第二平台下方的平台上，储水池位于第一平台的上方；

所述风化山砂依次经颚式破碎机和冲击式破碎机破碎后,经皮带机输送至振动筛，振动筛筛分出合格山砂及不合格山砂，合格山砂经皮带机输送至配料机计量后,再经皮带机输送至骨料缓存仓，不合格山砂经反向皮带机，送回冲击式破碎机进行冲击破碎至合格后送入骨料缓存仓；

所述胶结料存储于圆筒形的胶结料仓中，通过螺旋输送机输送至胶结料计量称进行计量；

所述浓度调节水由储水池供给，浓度调节水通过管道泵输送至水计量称进行计量；

所述充填料浆通过双卧轴搅拌机制取，分别计量后的合格山砂、胶结料和浓度调节水导入双卧轴搅拌机中混合后均匀搅拌为所述结构流充填料浆，然后导入方形的缓存待料仓中连续供料给充填泵，缓存待料仓中设置有搅拌装置。