CN107965349B - 水固混合料浆加载预压脱水固结方法 - Google Patents

水固混合料浆加载预压脱水固结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法,包括以下步骤:a、在待充填区域构筑排水设施;b、对待充填区域进行围挡以构成封闭区域;c、在封闭区域内布设用于朝向封闭区域内的水固混合料浆方向加载预压的预压组件;d、采用水固混合料浆填充封闭区域;e、启动预压组件朝向水固混合料浆施加压力荷载,并实时监测水固混合料浆固结参数;f、逐步提高预压组件的加载压力,直至固结参数达到设计要求,停止加载。加载预压能促进水固混合料浆的脱水固结进程,缩短固结周期。预压作用能提高固结体的密实度和强度;能实现无胶结或者胶结剂低耗量水固混合料浆固结,降低固结成本。适用于矿山尾废处理和土工工程等水固混合料浆的脱水固结。

Description

水固混合料浆加载预压脱水固结方法
技术领域
本发明涉及矿山采矿工程和土工工程技术领域,特别地,涉及一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法。
背景技术
国内有色金属矿山和黄金矿山的选矿尾砂,粒度多在1mm以下,部分矿山尾矿含5μm以下的泥达到30~50%。而全尾砂充填采用全粒级的尾砂充填于井下,当尾砂含泥量大时,水泥胶结性能差,胶结困难,部分矿山不得不采用分级尾砂进行充填,但溢流的细粒级尾砂排放于尾矿库,不能筑坝,尾矿库堆坝工艺将发生改变,需要改建,部分矿山铤而走险,为矿山埋下重大安全隐患。
采用水力充填时,若不能使充入采场的水与充填料迅速分离而脱出,充填料浆长期呈液态,可能压垮密闭墙,造成跑浆;另一方面充填料浆长期不固化,不能达到相邻采场回采要求的充填体设计强度,影响回采作业循环周期。
解决上述问题一般通过如下两种方式:
一种方式,是大幅提高水泥用量,其是最直接有效的方式,但是随之是成本提高,对充填采矿效益影响显著。
另一种方式,是解决充填料浆的排水固结问题,一般采用滤水墙、滤水窗、滤水井、滤水筒、滤水管等各种脱水构筑物,使水以重力形式由脱水构筑物中自由脱出;采用电渗,机械,负压等外载荷作用脱出。但存在如下问题:(1)采用脱水构筑物利用自然水头压差脱水时,脱水速度慢,构筑物材料消耗高,而且随着脱水工作的继续,滤水材料慢慢被细泥堵死,脱水效果会越来越差;(2)采用动电脱水存在产生有害气体、漏电、脱水效果受充填材料颗粒导电率及电荷等因素影响等问题;(3)采用在空区附近脱水浓缩而后将高浓度尾矿浆用机械或高压风运送进入采空区的方法,存在输送成本高,充填效率低,尾砂利用率低,脱出的大量的水还要专设系统泵出地表等问题;(4)负压强制脱水技术,由于空区通道多和断面大,密闭空间形成难度大,实施难度大,能耗高。
发明内容
本发明提供了一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法,以解决现有空区充填方法,存在水固混合料浆不脱水、脱水速度慢、固结周期长、难固结和固结成本高的技术问题。
本发明提供一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法,包括以下步骤:a、在待充填区域构筑排水设施;b、对待充填区域进行围挡以构成封闭区域;c、在封闭区域内布设用于朝向封闭区域内的水固混合料浆方向加载预压的预压组件;d、采用水固混合料浆填充封闭区域;e、启动预压组件朝向水固混合料浆施加压力荷载,并实时监测水固混合料浆固结参数;f、逐步提高预压组件的加载压力,直至固结参数达到设计要求,停止加载。
进一步地,步骤b,具体为:待充填区域具有周边开放面时,对开放面构筑围挡挡墙,构筑的围挡挡墙不透固体物料,或者构筑的围挡挡墙的固体物料透过率小于5%;或者待充填区域具有周边开放面时,对开放面构筑用于阻隔固体物料和透水排水的透水围挡,透水围挡的外侧面留有用于排水和施工操作的预留空间;或者在充填区域布置封闭的柔性充填袋,充填袋的袋体作为封闭围挡;或者利用已固结充填料浆与待采矿体围合形成封闭区域。
进一步地,步骤c中的预压组件的预压件的布置方式为:根据水固混合料浆的预压加载面的面积,在预压加载面上布设至少一个预压件以覆盖预压加载面;根据水固混合料浆的压缩固结特性和预压件在加载面法向方向的有效行程,在预压加载面的法向方向上布设至少一层预压件。
进一步地,步骤c中的预压组件采用囊体式柔性膨胀加载预压装置;囊体式柔性膨胀加载预压装置为气囊式囊体加载预压固结装置,所采用的气囊为橡胶气囊,橡胶气囊内灌装的充填物为集中制备的高压风、移动式空压机充灌气体或可管道输送的流体;或者囊体式柔性膨胀加载预压装置为布袋式囊体加压预压固结装置,所采用的布袋为土工布加工而成,土工布布袋内灌装的充填物为水固混合料浆。
进一步地,步骤c中的预压组件采用囊体式柔性膨胀加载预压装置;囊体式柔性膨胀加载预压装置为气囊式囊体加载预压固结装置,所采用的气囊为橡胶气囊,气囊囊体的外形为矩形或楔形;使得预压结束后,加载作用的加载面为直立面或倾斜面,面倾角根据固结体的稳定性确定。
进一步地,根据加载面的面积,在充填于待充填区域内的水固混合料浆的预压加载面上平行布设一个气囊或多个气囊以覆盖预压加载面;根据水固混合料浆的压缩固结特性和气囊径向的有效行程,在垂直于预压加载面的方向上布设一层气囊或多层气囊。
进一步地,气囊朝向预压加载的一面布设有用于保护气囊并防止气囊破裂的护板或者覆膜。
进一步地,采用多级加载的方式向囊体式柔性膨胀加载预压装置的囊体内灌装填充物,囊体膨胀向水固混合料浆施加压力荷载,通过调节囊体内的填充度控制加载值。
进一步地,步骤c中的预压组件采用刚性加载预压装置;刚性加载预压装置为冲压设备,冲压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,冲压设备的冲头朝向填充水固混合料的待充填区域布设;或者刚性加载预压装置为推压设备,推压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,推压设备的推板朝向填充水固混合料的待充填区域布设,推压设备采用气缸或液压推杆连接并驱动推板。
进一步地,预压组件采用多级加载的方式,逐级向水固混合料浆施加压力荷载。
进一步地,预压组件采用线型连续加载的方式向水固混合料浆施加压力荷载,加载速率根据水固混合料浆的固结特性和固结参数确定。
进一步地,步骤c中预压组件布设的位置为待充填封闭区域的周边壁面上;或者预压组件布设的位置为待充填区域的内部腔体中。
进一步地,步骤d中的水固混合料浆采用不含胶结剂充填料浆的水和固体构成的混合物;或者步骤d中的水固混合料浆采用含胶结充填料浆的水和固体的混合物。
进一步地,步骤d中的水固混合料浆采用全尾砂充填料浆。
进一步地,步骤f中的固结参数包括孔隙水压力、饱和度、固结度、压缩量或固结强度中的至少一个。
本发明具有以下有益效果:
本发明水固混合料浆加载预压脱水固结方法,通过对待充填区域的水固混合料浆实施加载预压,能够提高水固混合料浆内的孔隙水压力,促进水固混合料浆的脱水固结进程,有利于缩短固结周期,提高生产效率。通过在待充填区域内布设排水设施,以便于水固混合料浆在预压组件施加的预压力状态下渗出的水快速排出充填区域,达到充填后的水固混合料浆迅速脱水固结的目的。预压作用能够提高固结体的密实度和强度;能够实现无胶结或者胶结剂低耗量水固混合料浆固结,降低固结成本。对空区内的水固混合料浆固结程度进行实时监测,确保水固混合料浆所含水分及时和充分排出,确保水固混合料浆的固结参数达到设计要求,从而实现水固混合料浆快速固结并使水固混合料浆固结强度达到设计要求的目的。适用于矿山尾废处理和土工工程等水固混合料浆的脱水固结。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例的管道脱水充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;
图2是本发明优选实施例的靠近待采矿体布设围挡并通过围挡面脱水和加载预压固结方法的结构示意图;
图3是本发明优选实施例的管道脱水已固结充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;
图4是本发明优选实施例的靠近待采矿体布设围挡并通过围挡面脱水已固结充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;
图5是本发明优选实施例的管道脱水充填料浆顶部加载预压固结方法的结构示意图;
图6是本发明优选实施例的管道脱水围挡空区通道位置加载预压固结方法的结构示意图。图例说明:
1、已固结充填料浆;2、待充填区域;3、排水管;4、预压组件;5、待采矿体;6、充填模袋;7、透水围挡;8、预留空间;9、空区通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的管道脱水充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;图2是本发明优选实施例的靠近待采矿体布设围挡并通过围挡面脱水和加载预压固结方法的结构示意图;图3是本发明优选实施例的管道脱水已固结充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;图4是本发明优选实施例的靠近待采矿体布设围挡并通过围挡面脱水已固结充填料浆一侧加载预压固结方法的结构示意图;图5是本发明优选实施例的管道脱水充填料浆顶部加载预压固结方法的结构示意图;图6是本发明优选实施例的管道脱水围挡空区通道位置加载预压固结方法的结构示意图。
如图1所示,本实施例的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,包括以下步骤:a、在待充填区域2构筑排水设施;b、对待充填区域2进行围挡以构成封闭区域;c、在封闭区域内布设用于朝向封闭区域内的水固混合料浆方向加载预压的预压组件4;d、采用水固混合料浆填充封闭区域;e、启动预压组件4朝向水固混合料浆施加压力荷载,并实时监测水固混合料浆固结参数;f、逐步提高预压组件4的加载压力,直至固结参数达到设计要求,停止加载。本发明水固混合料浆加载预压脱水固结方法,通过对待充填区域2的水固混合料浆实施加载预压,加载预压能够提高水固混合料浆内的孔隙水压力,促进水固混合料浆的脱水固结进程,有利于缩短固结周期,提高生产效率。通过在待充填区域2内布设排水设施,以便于水固混合料浆在预压组件4施加的压力作用下渗出的水快速排出充填区域,达到充填后的水固混合料浆迅速脱水固结的目的。利用待充填区域2的周边环境,利用自然形成的围合腔体与围挡构筑物相结合,从而快速形成封闭区域,封闭区域只要求不透固体颗粒,施工难度低。预压作用能够提高固结体的密实度和强度;能够实现无胶结或者胶结剂低耗量水固混合料浆固结,降低固结成本。对空区内的水固混合料浆进行实时监测,确保水固混合料浆所含水分及时和充分排出,确保水固混合料浆的固结参数达到设计要求,从而实现水固混合料浆快速固结并使水固混合料浆固结强度达到设计要求的目的。适用于矿山尾废处理和土工工程等水固混合料浆的脱水固结。本发明水固混合料浆加载预压脱水固结方法,能够解决水固混合料浆不脱水、脱水速度慢、固结周期长、难固结和固结成本高的技术问题。可选地,可采用土工充填袋作为柔性围挡,袋体在井上定制加工成型后,只需将其放置在待充填区域2,构筑高效快捷。可选地,预压组件4采用气囊囊体,气囊囊体能够回收循环利用,成本分摊小,空心囊体安装移除方便。可选地,排水设施连通自流排放系统管网中,统一排放至采场水仓中集中排除。可选地,排水设施采用平行间隔排布于待充填区域2底面的管道。可选地,排水设施采用纵横交错排布于待充填区域2底面的管网。可选地,排水设施还包括沿竖向固定于待充填区域2侧壁面上的排水管3。可选地,排水设施还包括竖立于待充填区域2内腔中的排水管3。以发明方法利用于壁式充填采矿法为例,要求充填体接顶能够自立,考虑充填体的凝结时间对采矿循环生产周期的影响,矿山采用灰砂比为1:10的尾砂充填料浆进行充填,要求充填固结体龄期在7天时能自立,达到采矿工艺对充填体强度的要求,每个立方米充填体的水泥耗量约为120Kg,按水泥价格400元/t计算,每立方的水泥耗材成本为48元,按矿山充填生产能力100万m3计算,每年仅水泥成本为4800万元。而采用加载预压固结技术,在不添加胶结剂的情况,3天时充填体能自立,满足采矿工艺的要求,由于预压作用,固结体密实度提高,以及不消耗水泥,能够将更多尾矿废弃物充填于井下空区。国内还有众多矿山采用这种采矿方法进行回采,该技术的经济效益、社会效益和环境效益显著。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,本实施例中,步骤b,具体为:待充填区域2具有周边开放面时,对开放面构筑围挡挡墙,构筑的围挡挡墙不透固体物料。可选地,构筑的围挡挡墙的固体物料透过率小于5%。可选地,待充填区域2具有周边开放面时,对开放面构筑用于阻隔固体物料和透水排水的透水围挡7,透水围挡7的外侧面留有用于排水和施工操作的预留空间8,如图2和图4所示。可选地,在充填区域布置封闭的柔性充填袋,充填袋的袋体作为封闭围挡,预压组件布置在充填袋的一侧。利用透水围挡7围合形成封闭空区体,以利于充填料浆,同时便于充填料浆受到压力作用脱出的水从透水围挡7向外快速渗出,以达到充填的水固混合料浆快速脱水和排水的目的。
本实施例中,步骤c中的预压组件4的预压件的布置方式为:根据水固混合料浆的预压加载面的面积,在预压加载面上布设至少一个预压件以覆盖预压加载面。根据水固混合料浆的压缩固结特性和预压件在加载面法向方向的有效行程,在预压加载面的法向方向上布设至少一层预压件。满足挤压水固混合料浆的要求,使得水固混合料浆快速脱水,达到水固混合料浆固结设计参数的要求。预压件采用囊体能够回收循环利用,成本分摊小,空心囊体安装移除方便。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,本实施例中,步骤c中的预压组件4采用气囊式囊体加载预压固结装置,根据加载面的面积,在充填于待充填区域2内的水固混合料浆的预压加载面上布设一个气囊或多个气囊以覆盖预压加载面。根据水固混合料浆的压缩固结特性和气囊在加载面法向方向的有效行程,在预压加载面上布设一层气囊或多层气囊。满足挤压水固混合料浆的要求,使得水固混合料浆快速脱水固结,达到水固混合料浆固结设计参数的要求。气囊式囊体加载预压固结装置采用的囊体能够回收循环利用,成本分摊小,空心囊体安装移除方便。
本实施例中,气囊侧面布设有用于保护气囊并防止气囊破裂的护板。利用护板直接与水固混合料浆接触并向水固混合料浆施加压力,避免气囊囊体直接与水固混合料浆和囊体支撑面接触时而受到尖锐部作用破裂,有效提高气囊囊体的使用寿命以及回收率。可选地,护板可以采用贴合于气囊表面布设的多个彼此活动拼合构成的硬质板,也可以采用贴合于气囊表面的整块硬质板,也可以采用覆盖于气囊表面的表面柔性附着层。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,本实施例中,步骤c中的预压组件4采用囊体式柔性膨胀加载预压装置。囊体式柔性膨胀加载预压装置为气囊式囊体加载预压固结装置,所采用的气囊为橡胶气囊,橡胶气囊内灌装的充填物为集中制备的高压风、移动式空压机充灌气体或可管道输送的流体。可选地,囊体式柔性膨胀加载预压装置为布袋式囊体加压预压固结装置,所采用的布袋为土工布加工而成,土工布布袋内灌装的充填物为水固混合料浆。采用多级加载的方式向囊体内灌装充填物,囊体膨胀向水固混合料浆施加压力荷载,多级加载的加载值根据囊体的填充度进行调节。
本实施例中,步骤c中的预压组件4采用刚性加载预压装置;刚性加载预压装置为冲压设备,冲压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,冲压设备的冲头朝向填充水固混合料的待充填区域布设;或者刚性加载预压装置为推压设备,推压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,推压设备的推板朝向填充水固混合料的待充填区域布设,推压设备采用气缸或液压推杆连接并驱动推板。可以采用机械化形式对待充填区域2充填的水固混合料浆施加压力,能够提高水固混合料浆的脱水率并密实水固混合料浆,增加水固混合料浆固化强度。预压组件4采用多级加载的方式逐级向水固混合料浆施加压力荷载。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,本实施例中,步骤c中的预压组件4布设的位置为封闭区域的周边壁面上或者内部腔体中,具体可为封闭区域的顶面、底面、已固结充填料浆1的侧壁面、待采矿体5的侧壁面、矿道侧壁、围挡挡墙内侧壁、透水围挡7内侧壁、柔性封闭体的侧壁中的至少一处。可以根据待充填区域2的侧壁状况以及待充填区域2的空间尺寸,选择不同的壁面布设一次性的或者可回收的预压组件4。在方便对充填后的水固混合料浆施加压力以达到快速水固混合料浆快速脱水目的的同时最大化的节约施工作业成本。如图1所示,在充填料浆(水固混合料浆)侧面设置预压加载固结系统(预压组件4),在空区内设置排水通道(排水管3),该方式排水通道(排水管3)少,固结相对时间长,但无需构筑大断面排水围挡墙(透水围挡7),操作简单,工艺可靠性高。如图2所示,在充填料浆(水固混合料浆)侧面设置预压加载固结系统(预压组件4),构造挡墙并预留有工作面(预留空间8),该方式不影响后续矿体的回采,构造的挡墙为排水挡墙(透水围挡7),具有排水断面,有利于进一步缩短排水固结时间。如图3所示,在充填料浆(水固混合料浆)侧面设置预压加载固结系统(预压组件4),预压加载固结系统(预压组件4)靠近固结充填体(已固结充填料浆1)侧设置,充填体面更平整,对预压加载固结系统(预压组件4)的损伤小。如图4所示,在充填料浆(水固混合料浆)侧面设置预压加载固结系统(预压组件4),构造挡墙可作为排水挡墙(透水围挡7),排水挡墙(透水围挡7)的排水断面大,排水更易,有利于缩短排水固结时间。如图5所示,在充填体(水固混合料浆)顶部设置预压加载固结系统(预压组件4),不需克服料浆重力,荷载要求低,布置和回收方便。如图6所示,在与空区相通的巷道(空区通道9)位置设置预压加载固结系统(预压组件4)。该方案在与空区相通的巷道(空区通道9)设置预压加载系统(预压组件4),设置方案灵活,可根据空区巷道(空区通道9)分布以及空区的赋存条件选择部分巷道进行设置。
本实施例中,步骤d中的水固混合料浆采用不含胶结剂充填料浆的水和固体构成的混合物;或者步骤d中的水固混合料浆采用含胶结充填料浆的水和固体的混合物。可选地,水固混合料浆充填方式采用管道输送,以方便充填输送,能够提高充填效率。
本实施例中,步骤d中的水固混合料浆采用全尾砂充填料浆。能够采用全尾砂充填料浆直接充填,并通过预压力实现全尾砂充填料浆的快速脱水,从而使得全尾砂充填料浆的固结参数达到设计要求,从而节约成本。
本实施例中,步骤f中的固结参数包括孔隙水压力、饱和度、固结度、压缩量或固结强度中的至少一个。
实施时,提供一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法,水固混合料浆加载预压固结法,以解决充填料浆脱水固结的技术问题。
实施例一:
如图1、图3和图5所示,为充填料浆加载预压脱水固结方案。适用于进路式充填法、分层充填采矿法,壁式充填采矿法等巷道型采空区的充填料浆固结。
(1)构筑排水设施。沿待充填区域2的长度方向布置土工盲沟(排水管3),为防止细颗粒流失,土工盲沟(排水管3)外包土工布。土工盲沟(排水管3)外径为30mm~80mm。优选地,土工盲沟(排水管3)外径为50mm。土工盲沟的间距为1m~5m。优选地,土工盲沟的间距为2m。
(2)安装囊体预压加载系统(预压组件4)。为防止气囊囊体漂浮和方便取出,将气囊囊体内气体排空,使囊体处于压缩状态,并安装贴合在采空区侧,如图1所示为四条气囊囊体,图示气囊囊体处于膨胀加载状态;在待充填区域2内安装孔隙水压、固结体压缩量等固结参数传感器,实时监测充填料浆(水固混合料浆)固结状态;在待充填区域2两端设置滤水充填挡墙(透水围挡7),将待充填区域2封闭形成一个透水封闭体;并将监测设备数据采集线和气囊囊体的填充管引出滤水充填挡墙(透水围挡7)固定,将填充管采用三通与高压风管和排气管分别连接,在三个分支管上分别设置填充管阀门,高压风管阀门和排气管阀门,填充管上安装压力表。
(3)采空区充填。关闭高压风管阀门,开启填充管阀门和排气管阀门,进一步排空气囊。采取管道输送充填料浆(水固混合料浆),对待充填区域2进行充填。充填料浆为不含胶结剂的全尾砂料浆,料浆质量浓度为60%。
(4)充填料浆加载预压固结。关闭排气管阀门,打开高压风管阀门,保持填充管阀门开启状态,向气囊囊体内灌装高压风,当填充管上压力表示数达到设计值,关闭填充管阀门,停止灌装,囊体膨胀向充填料浆施加垂向压力,保持气囊囊体压力,充填料浆在压力作用下,其中的孔隙水向土工盲沟(排水管3)汇聚,并经土工盲沟(排水管3)排除,固结体内孔隙水压减小,固结体压缩量增大,固结体的强度不断得到提高。
(5)观察土工盲沟(排水管3)排水情况,查看监测设备示数,查看填充管上压力表示数,当压力小于设计时,向囊体充气达到设计压力。
(6)重复步骤(4)和步骤(5),并逐步提高加载压力,每级荷载增加值≥1KPa,每级荷载保持≥0.5小时,最终荷载≥10KPa,直到充填料浆固结后的参数达到设计要求值。
(7)充填体强度达到设计要求,拆除充填区域两端的透水围挡7,移除加载气囊囊体,继续相邻的待采矿体5的回采。
实施例二:
图2和图4为预留空间8围挡面脱水充填料浆加载预压脱水固结方案。适用于进路式充填法、分层充填采矿法以及壁式充填采矿法等巷道型采空区的充填料浆固结。
进行待充填区域2的透水围挡7隔离,构筑排水设施,在空区内构筑透水围挡7,将空区划分为待充填区域2和预留空间8,使待充填区域2形成一个透水封闭体。透水围挡7构筑工艺:沿待充填区域2周全长安装液压支柱,支柱间距为0.5m/根~3m/根。优选地,支柱间距为1.5m/根。在支柱靠近待充填区域2一侧全高和全长挂金属网,金属网规格为100mm×100mm矩形方格网,然后在待充填区域2内铺设与待充填空区体积稍大的定制充填模袋6,封闭待充填区域2。充填料浆填充于充填模袋6内,在充填料浆充满待充填区域2时,与待充填区域2四周紧密贴合,靠近金属网侧为充填料浆空隙水排水面。充填模袋6由土工布加工而成,要求透水不透骨料。其余步骤与实施例一类似。
与实施例一比,优点:透水围挡7的排水面积大,加载预压后充填料浆脱水速度快,有利于缩短固结时间;透水围挡7的支柱可以支撑采空区顶板,围挡将采空区为待充区和预留区,采矿和充填两个工序互不影响,可实现连续开采。缺点是:需要构筑透水围挡7,构筑时间长,工艺比实施例一复杂。
实施例三:
如图1、图3和图5所示,为充填料浆加载预压脱水固结方案。主要适用于进路式充填法、分层充填采矿法以及壁式充填采矿法等巷道型采空区的充填料浆固结。
首先在待充填区域2底面构筑排水管道3,然后在待充填区域2侧面布置气囊预压加载装置,再在待充填区域2内铺设与待充填空区体积稍大的定制充填模袋6。充填料浆填充于充填模袋6内,在充填料浆充满待充填区域2时,充填模袋6与待充填区域2四周紧密贴合。充填模袋6由土工布加工而成,要求透水不透骨料。其余步骤与实施例一类似。
实施例四:
如图6,大空区充填料浆加载预压脱水固结方案,适用于采空区体积大和通道多的采空区充填料浆加载预压固结,主要适用于如留矿法、分段空场法、阶段空场法、分段充填法、阶段充填法。
进行待充填区域2的透水围挡7隔离,构筑排水设施,在待充填区域2的所有空区通道9位置构筑透水围挡7,将待充填区域2封闭形成一个透水封闭体。上述空区通道主要是指与空区相通的联络道,出矿进路等井巷工程。根据充填空区的高度和体积在空区通道9位置安装加载预压固结囊体,根据充填料浆的压缩特性和囊体的有效行程,囊体采取至少一层结构。其余步骤与实施例一类似。
实施例五:
待充填区域2为充填模袋6围成的封闭区域,在充填模袋6腔体内布置气囊囊体(预压组件4),充填前气囊囊体处于压缩状态,然后采用充填料浆填充于充填模袋6内,在充填料浆充满充填模袋6后,向气囊充气,气囊膨胀向尾砂料浆施压,孔隙水从充填模袋6周边渗出,达到充填料浆脱水固结的目的。充填模袋6由土工布加工而成,要求透水不透骨料。其余步骤与实施例一类似。矿山领域主要适用于尾矿固结堆存和处理。
本发明水固混合料浆加载预压脱水固结方法,能够解决水固混合料浆不脱水、脱水速度慢、固结周期长、难固结和固结成本高的技术问题。加载预压能够提高水固混合料浆内的孔隙水压力,促进水固混合料浆的脱水固结进程,有利于缩短固结周期,提高生产效率。预压作用能够提高固结体的密实度和强度;能够实现无胶结或者胶结剂低耗量水固混合料浆固结,降低固结成本。气囊加压预压固结装置采用的囊体能够回收循环利用,成本分摊小,空心囊体安装移除方便。以壁式充填采矿法为例,要求充填体接顶能够自立,考虑充填体的凝结时间对采矿循环生产周期的影响,矿山采用灰砂比为1:10的尾砂充填料浆进行充填,要求充填固结体龄期在7天时能自立,达到采矿工艺的要求,则每个立方米充填体的水泥耗量约为120Kg,按水泥价格400元/t计算,则每立方的水泥耗材成本为48元,按矿山生产能力100万m3计算,每年水泥成本为4800万元。而采用加载预压固结技术,在不添加胶结剂的情况,3天时充填体能自立,满足采矿工艺的要求,由于预压作用,固结体密实度提高,以及不消耗水泥,能够将更多尾矿废弃物充填于井下空区。国内还有纵多矿山采用这种采矿方法进行回采,充填采矿法是采矿技术发展趋势所向,该技术的经济效益、社会效益和环境效益显著。
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 (10)

1.一种水固混合料浆加载预压脱水固结方法,用于水力充填料浆的排水固结,其特征在于,包括以下步骤:
a、在待充填区域构筑排水设施;
b、对待充填区域进行围挡以构成封闭区域;
c、在封闭区域内布设用于朝向封闭区域内的水固混合料浆方向加载预压的预压组件;
d、采用水固混合料浆填充封闭区域;
e、启动预压组件朝向水固混合料浆施加压力荷载,并实时监测水固混合料浆固结参数;
f、逐步提高预压组件的加载压力,直至固结参数达到设计要求,停止加载。
2.根据权利要求1所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤b,具体为:
待充填区域具有周边开放面时,对开放面构筑围挡挡墙,构筑的围挡挡墙不透固体物料,或者构筑的围挡挡墙的固体物料透过率小于5%;或者
待充填区域具有周边开放面时,对开放面构筑用于阻隔固体物料和透水排水的透水围挡,透水围挡的外侧面留有用于排水和施工操作的预留空间;或者
在充填区域布置封闭的柔性充填袋,充填袋的袋体作为封闭围挡;或者
利用已固结充填料浆与待采矿体围合形成封闭区域。
3.根据权利要求1所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤c中的预压组件的预压件的布置方式为:
根据水固混合料浆的预压加载面的面积,在预压加载面上布设至少一个预压件以覆盖预压加载面;
根据水固混合料浆的压缩固结特性和预压件在加载面法向方向的有效行程,在预压加载面的法向方向上布设至少一层预压件。
4.根据权利要求1所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤c中的预压组件采用囊体式柔性膨胀加载预压装置;
囊体式柔性膨胀加载预压装置为气囊式囊体加载预压固结装置,所采用的气囊为橡胶气囊,橡胶气囊内灌装的充填物为集中制备的高压风、移动式空压机充灌气体或可管道输送的流体;或者
囊体式柔性膨胀加载预压装置为布袋式囊体加压预压固结装置,所采用的布袋为土工布加工而成,土工布布袋内灌装的充填物为水固混合料浆。
5.根据权利要求1所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤c中的预压组件采用刚性加载预压装置;
刚性加载预压装置为冲压设备,冲压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,冲压设备的冲头朝向填充水固混合料的待充填区域布设;或者
刚性加载预压装置为推压设备,推压设备固定在待充填的封闭区域的一侧,推压设备的推板朝向填充水固混合料的待充填区域布设,推压设备采用气缸或液压推杆连接并驱动推板。
6.根据权利要求4或者5所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
预压组件采用多级加载的方式,逐级向水固混合料浆施加压力荷载。
7.根据权利要求1所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤c中预压组件布设的位置为待充填封闭区域的周边壁面上;或者
预压组件布设的位置为待充填区域的内部腔体中。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤d中的水固混合料浆采用不含胶结剂充填料浆的水和固体构成的混合物;或者
所述步骤d中的水固混合料浆采用含胶结充填料浆的水和固体的混合物。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤d中的水固混合料浆采用全尾砂充填料浆。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的水固混合料浆加载预压脱水固结方法,其特征在于,
所述步骤f中的固结参数包括孔隙水压力、饱和度、固结度、压缩量或固结强度中的至少一个。
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