CN108412541B - 一种用于处理采空区的胶结充填系统和充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于处理采空区的胶结充填系统，包括尾砂浆液粒度分级设备；细颗粒浓密机，与尾砂浆液粒度分级设备的细颗粒尾砂出口连通，设置有絮凝剂添加口；第一配料装置，设置有第一胶凝材料添加口；粗颗粒浓密机，与尾砂浆液粒度分级设备的粗颗粒尾砂出口连通；第二配料装置，设置有第二胶凝材料添加口。本发明的充填工艺和系统，将尾砂分离成粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂并分别进行处理，粗颗粒尾砂经过浓密和添加凝胶材料处理后用于铺设采空区下层，粗颗粒材料渗透率高，用于铺设在下层便于脱水；细颗粒尾砂经絮凝处理后，再向沉淀物中添加胶凝材料制成膏体，具有强度高、压缩率低的优点，有利于保证填充体的接顶效果。
Description
技术领域
本发明属于金属矿回收与安全领域，具体涉及一种用于金属矿采空区的胶结充填系统，本发明还提供了使用该充填系统进行采空区充填的方法。
背景技术
金属矿开采过程中，对于采空区的处理是一个非常关键的环节。以留矿法开采金属矿为例，这一方法在开采期会针对部分矿房进行开采，形成采空区，同时保留部分矿体形成矿柱，矿柱对矿房结构起到了支撑作用，可保护金属矿采空区处的地貌、地面建筑物和主要井巷。采矿产生的采空区会使矿区存在安全隐患，且留下的大量矿柱同样为优质矿产，如不进行回采会给资源带来极大的浪费。因此出于安全及经济效益的考虑，对采空区进行处理进而回收矿柱具有十分重要的意义。
现有的采空区处理方法中，胶结充填法处理采空区是一种常用的采空区处理方法，该方法将含有胶凝材料的充填料填入采空区形成具有一定强度的支撑体，从而为矿柱回采创造条件。为了提高废料的资源化利用，充填料通常会选用金属矿尾砂作为主要成分之一，同时加入胶凝材料。常用的凝胶材料有水泥，除此之外为实现废弃资源的利用，提高经济效益，还会在胶凝材料中添加矿渣等，或者采用胶固粉(炼钢/铁废渣磨粉)作为胶凝材料。如中国专利文献CN103833243A公开了一种全尾砂自流充填胶结材料，该胶凝材料按照以下配比制备而成：高炉矿渣55～80％，硅酸盐水泥熟料5～15％，半水石膏5～10％，二水石膏3～10％，生石灰3～10％，三乙醇胺0.01～0.05％；在使用时将该凝胶材料按照质量比为1:10的比例与全尾砂混合，即可制成用于采空区回填的充填料。在利用尾砂制备充填料的过程中，为了提高充填料的浓度，还可能会添加一定的絮凝剂。
为了将充填料输送至采空区，需要相应地构建一套充填系统，该充填系统包括充填料制备设备和充填料运输设备，中国专利文献CN105834012A公开了一种全粒级尾砂胶结充填料浆连续制备系统，其主要由尾砂浆汇集缓冲给料装置、深锥浓密机、絮凝剂制备及投加装置、底流渣浆泵、胶结料储仓、胶结料计量及输送装置、压气系统、供水系统、充填事故池、搅拌系统和充填料浆输出管道组成，可将充填料送至井下采空区进行充填。
使用尾砂填充料对采空区进行填充时需要重点考虑的几个问题在于：一是渗透率和脱水的问题，全尾砂的粒径范围可从微米级到毫米级，含有大量的细颗粒，这使得其渗透率较差，水分不易渗出，脱水难度较大，影响充填的效率和充填体的稳定性。二是接顶的问题，充填材料会存在一定程度的压缩和塌陷，进而导致充填体的接顶效果受到影响。为了解决这些问题，现有技术通常会对填工艺进行优化。如现有技术中CN105317458B公开了一种充填系统，该系统包括渣浆泵、水力旋流器、粗粒度级尾砂充填组件、细粒度级尾砂充填组件；所述粗粒度级尾砂充填组件包括粗粒度浓密机、第一泵体、粗粒度级浆体输送管道、粗粒度级浆体自流或泵送系统、粗粒度级充填管道；所述细粒度级尾砂充填组件包括细粒度浓密机、第二泵体、细粒度级浆体输送管道、一级搅拌机、二级搅拌机、细粒度级浆体自流或泵送系统、及细粒度级充填管道，所述水力旋流器的底流端连接粗粒度级尾砂充填组件，所述水力旋流器的溢流端连接细粒度级尾砂充填组件，从而实现粗、细砂的分别处理。该工艺分离出的细粒级尾砂添加水泥类胶凝材料后用于充填一步骤采场，满足了一步骤采场对胶结材料强度的要求；粗粒级高浓度尾砂浆体则直接充填到二步骤采场，满足二步骤采场非胶结充填尾砂脱水固结的需求。
将不同尾砂分别应用于不同场合，可依据不同场合的需求进行充填。但是从根本上看，充填材料仍旧存在着渗透性差、接顶受到影响的问题。除了对工艺进行优化，通过添加填料等方式，也可在一定程度上提升充填材料的性能，但是大量填料的添加无疑会增加填充的成分，降低工艺的经济效益。因此如何探索一种兼顾渗透率、脱水和接顶率，同时可降低填料的添加量，具有较高经济效益的充填工艺及充填系统，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的是现有技术中的胶结充填系统及工艺存在的渗透性差和接顶受到影响的问题。进而提供一种有较高经济效益的充填工艺及充填系统，具有渗透率高、脱水性能良好和接顶效果好的优点。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种用于处理采空区的胶结充填系统，包括：尾砂浆液粒度分级设备，所述尾砂浆液粒度分级设备将尾砂浆液分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液；细颗粒浓密机，与所述尾砂浆液粒度分级设备的细颗粒尾砂浆液出口连通设置，在所述细颗粒浓密机上设置有絮凝剂投加口；第一配料装置，所述第一配料装置与所述细颗粒浓密机的物料出口连通设置，在所述第一配料装置上设置有第一胶凝材料添加口，与所述第一配料装置连通设置有第一出料输送管；粗颗粒浓密机，与所述尾砂浆液粒度分级设备的粗颗粒尾砂浆液出口连通设置；第二配料装置，与所述粗颗粒浓密机的物料出口连通设置，在所述第二配料装置上设置有第二胶凝材料添加口，与所述第二配料装置连通设置有第二出料输送管。
所述第一配料装置和第二配料装置内均设置有搅拌装置。
在所述第一配料装置上还设置有膨胀剂添加口和减水剂添加口。
所述细颗粒浓密机包括：筒体，在所述筒体的上部的一侧设置有浆液入口，所述浆液入口与所述尾砂浆液粒度分级设备的细颗粒尾砂浆液出口连通设置；在与所述浆液入口相对的一侧的筒体上设置有溢流出口，所述筒体的底端设置为收缩端，所述收缩端沿由上到下的方向逐渐收缩设置，在所述收缩端的底部设置有物料出口；在所述筒体内且位于所述浆液入口和溢流出口之间设置有隔板，所述隔板将所述筒体分隔成位于所述浆液入口一侧的进料区和位于所述溢流出口一侧的出料区，在所述隔板的下方且位于所述收缩端的上方设置有浆液通道。
所述筒体的侧壁形成一个腰形合围，所述隔板为弧形板，所述进料区对应的筒体侧壁与所述隔板形成一个圆柱形的合围；在所述进料区内且位于所述浆液入口的下方设置有环形槽体，所述环形槽体围绕所述圆柱形的合围的内壁设置，所述环形槽体的底面沿远离所述浆液入口的方向逐渐向下倾斜且由所述筒体内的浆液液面的上方延伸至所述浆液液面的下方；在所述环形槽体的内环壁面上且位于与所述浆液入口相对的一侧设置有排液口，所述排液口低于所述筒体内的浆液液面设置；在所述环形槽体内设置有阻流板，所述阻流板包括外侧阻流板和内侧阻流板，其中所述外侧阻流板由所述环形槽体的外环壁面向内延伸设置，所述内侧阻流板由所述环形槽体的内环壁面向外延伸设置，在所述外侧阻流板与所述内环壁面之间以及所述内侧阻流板与所述外环壁面之间均设置有流体通道；所述细颗粒浓密机设置有两个絮凝剂投加口，两个所述絮凝剂投加口分别设置在位于所述浆液入口两侧的环形槽体的上方。
在所述环形槽体内且位于所述排液口的两侧设置有混流机构，所述混流机构包括由所述环形槽体的底面向上延伸设置的底部挡板和位于所述底部挡板上方的上部挡板，所述上部挡板沿浆液的流动方向向下倾斜设置，在所述底部挡板与所述上部挡板之间设置有流体通道。
使用所述的胶结充填系统处理采空区的胶结充填方法，包括：(1)使用所述尾砂浆液粒度分级设备将尾砂浆液分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液，粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂的分离粒径为75-100μm；(2)使用细颗粒浓密机对分离出的所述细颗粒尾砂浆液进行浓密处理，处理过程中向所述细颗粒浓密机内添加絮凝剂进行絮凝沉淀，得到细颗粒尾砂浓浆；使用粗颗粒浓密机对分离出的所述粗颗粒尾砂浆液进行浓密处理，得到粗颗粒尾砂浓浆；(3)在所述第一配料装置中，向所述细颗粒尾砂浓浆中添加第一胶凝材料，得到第一填充料；在所述第二配料装置中，向所述粗颗粒尾砂浓浆中添加第二胶凝材料，得到第二填充料；(4)在对采空区进行充填时，先通过所述第二出料输送管输出所述第二填充料进行铺底填充，再通过所述第一出料输送管输出所述第一填充料，在所述第二填充料上铺设所述第一填充料进行接顶填充。
所述第一凝胶材料和第二凝胶材料为水泥、粉煤灰、矿渣粉末中的任意一种或多种。
所述第一凝胶材料和第二凝胶材料均为水泥和粉煤灰的混合物，其中所述水泥以质量计占所述混合物的80wt％。
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
本发明中所述的用于处理采空区的胶结充填工艺和系统的优点在于：
本发明所述的胶结充填工艺和系统，将尾砂分离成粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂并分别进行处理，其中粗颗粒尾砂经过浓密和添加凝胶材料处理后用于铺设采空区下层，粗颗粒的渗透率较高，用于铺设在下层便于充填材料脱水；从而解决了充填材料排水性能差、脱水困难的问题。
细颗粒尾砂经絮凝处理后，添加絮凝剂促进沉淀，然后再向沉淀物中添加胶凝材料制成膏体，所述膏体具作为充填物，具有强度高、压缩率低的优点，有利于保证填充体的接顶效果。
本发明所述的胶结充填系统，针对细颗粒浓密机的内部结构进行了优化设置，现有技术中，细颗粒在浓密过程中普遍存在着絮凝剂与浆液混合浮均匀，易产生浮沫导致虚浮剂漂浮在表面的问题，这些问题会影响絮凝剂的作用效果，使得细颗粒难以有效沉降，本发明所述的胶结充填系统，通过设置环形槽体并在槽体内设置阻流板、混流机构等，使得絮凝剂与浆液达到良好的混合效果，有效解决了上述问题。
为了使本发明所述的用于处理采空区的胶结充填工艺和系统的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
如图1所示是本发明所述的胶结充填系统的流程图；
如图2所示是本发明所述的细颗粒浓密机的结构示意图的俯视图；
如图3所示是本发明所述的细颗粒浓密机的进料区一侧筒体的侧视图；
如图4所示是本发明所述的细颗粒浓密机的出料区一侧筒体的侧视图；
如图5所示是本发明所述的细颗粒浓密机沿腰形的筒体的长轴线方向的剖面图；
如图6所示是本发明所述的细颗粒浓密机的混合机构的结构示意图；
其中附图标记为：
1-尾砂浆液粒度分级设备；2-细颗粒浓密机；3-粗颗粒浓密机；4-第一配料装置；5-第二配料装置；6-第一出料输送管；7-第二出料输送管；
21-第一筒体；211-浆液入口；212-溢流出口；213-排液口；22-第一隔板；23-进料区；24-出料区；25-内环壁面；261-内侧阻流板；262-外侧阻流板；27-上部挡板；28-收缩端；29-环形槽体的底面；291-底部挡板。
具体实施方式
需要说明的是，本实施方式中描述方位时的“上”、“下”等方位描述是相对于设备在工作时的正常放置状态而言的。
本实施方式提供了一种用于处理采空区的胶结充填系统，如图1所示，包括：尾砂浆液粒度分级设备1，所述尾砂浆液粒度分级设备1将尾砂分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液，本实施方式中所述尾砂浆液粒度分级设备1采用水力旋流器，所述水力旋流器的分级粒径可在75-100μm之间调整；细颗粒浓密机2，与所述尾砂浆液粒度分级设备1的细颗粒尾砂浆液出口连通设置，在所述细颗粒浓密机2上设置有絮凝剂投加口；第一配料装置4，所述第一配料装置4与所述细颗粒浓密机2的物料出口连通设置，在所述第一配料装置4上设置有第一胶凝材料添加口，与所述第一配料装置4连通设置有第一出料输送管6；粗颗粒浓密机3，与所述尾砂浆液粒度分级设备1的粗颗粒尾砂出口连通设置；第二配料装置5，与所述粗颗粒浓密机3的物料出口连通设置，在所述第二配料装置5上设置有第二胶凝材料添加口，与所述第二配料装置5连通设置有第二出料输送管7。
其中，所述细颗粒浓密机2的结构如图2所示，包括第一筒体21，在所述第一筒体21的上部的一侧设置有浆液入口211，所述浆液入口211与所述尾砂浆液粒度分级设备1的细颗粒尾砂浆液出口连通设置；在与所述浆液入口211相对的一侧设置有溢流出口212，所述第一筒体21的底端设置为收缩端28，所述收缩端28沿由上到下的方向逐渐收缩设置，在所述收缩端28的底部设置有物料出口，物料在重力作用下沉降至所述收缩端28，并通过所述物料出口排出；
在所述第一筒体21内且位于所述进料口和出料口之间设置有第一隔板22，所述第一隔板22将所述第一筒体21分隔成位于所述浆液入口211一侧的进料区23和位于所述溢流出口212一侧的出料区24，在所述第一隔板22的下方且位于所述收缩端28的上方设置有浆液通道，这种设置方式使得浆液从浆液入口211进入进料区23后，再由所述第一隔板22的下方进入所述出料区24，提高了浆液的沉降浓密效果。
所述第一筒体21的侧壁形成一个腰形的合围，即如图2所示，所述筒体的侧壁由两个正相对设置的、相平行的平面侧壁，以及两个正相对设置的弧形侧壁组成，本实施方式中所述弧形侧壁的截面优选为半圆形；所述浆液入口211与所述溢流出口212分别设置在两个相对的弧形侧壁上；所述进料区23对应的第一筒体21的侧壁与所述第一隔板22形成一个圆柱形的合围；在所述进料区23内且位于所述浆液入口211的下方设置有环形槽体，所述环形槽体围绕所述进料区23的合围内壁设置，即围绕所述圆柱形的合围内壁设置，所述环形槽体的底面29沿远离所述浆液入口211的方向逐渐向下倾斜所述环形槽体的底面29由所述筒体内的浆液液面的上方延伸至所述浆液液面的下方，本实施方式中所述环形槽体的底面29采用平面设置，即所述环形槽体的底面29位于一个倾斜设置的平面上，可以理解的是，所述浆液入口211的中心应设置在所述环形槽体的底面29最高点处的正上方，这种设置方式使得由所述浆液入口211进入的浆液在落至所述环形槽体的底面29上时，可分成两股径流，分别沿位于浆液入口211两侧的环形槽体流下，如将所述环形槽体以所述环形槽体的底面29最高点所在的直径为界限，分为两个半环形槽体，那么浆液就是分别沿两个半环形槽体流下。在所述内环壁面25上且位于与所述浆液入口211相对的一侧设置有排液口213，所述排液口213低于所述筒体内的浆液液面设置，作为优选的实施方式，本实施方式中所述排液口213的中心位置与所述环形槽体的底面29最低点处以及所述环形槽体的中心位置处于同一平面上。
本实施方式中，所述细颗粒浓密机2设置有两个絮凝剂投加口，两个所述絮凝剂投加口分别设置在位于所述浆液入口211两侧的环形槽体的上方。
本发明所述环形槽体的内环壁面25设置为圆柱形，在所述内环壁面25上且位于与所述浆液入口211相对的一侧设置有排液口213，所述排液口213低于所述第一筒体21内的浆液液面设置，这种设置方式使得与絮凝剂混合后的浆液在经排液口213进入第一筒体21内时，可滤掉表面浮沫，避免因浮沫进入第一筒体21而影响细颗粒沉降效果的问题。
作为优选的实施方式，在所述环形槽体内还设置有阻流板，所述阻流板包括多个外侧阻流板262和多个内侧阻流板261，其中所述外侧阻流板262由所述环形槽体的外环壁面向内延伸设置，所述内侧阻流板261由所述环形槽体的内环壁面25向外延伸设置，在所述外侧阻流板262与所述内环壁面25之间以及所述内侧阻流板261与所述外环壁面之间均设置有流体通道；阻流板的设置可使得浆液在流动过程中产生扰动，促进絮凝剂与浆液的混合，同时防止在环形槽体内提前发生沉降。作为优选的实施方式，在所述浆液入口211两侧的环形槽体内均设置有一组阻流板，且对于每组阻流板而言，所述外侧阻流板262和内侧阻流板261采用交错设置，从而提高紊流的效果，所述两个絮凝剂投加口则分别设置在两个所述半环形槽体的所述阻流板的上游，使得投加絮凝剂后的浆液依次通过所述阻流板，且作为优选的实施方式，所述两个絮凝剂投加口分别设置在位于浆液入口211两侧的环形槽体底面位于浆液液面上方部分的正上方，从而在浆液向下冲刷时将絮凝剂投加至浆液中，促进絮凝剂与浆液的混合。
同样作为优选的实施方式，在所述环形槽体内且位于所述排液口213的两侧设置有混流机构，所述混流机构包括由所述环形槽体的底面29向上延伸设置的底部挡板291和位于所述底部挡板291上方的上部挡板27，所述上部挡板27沿浆液的流动方向向下倾斜设置，所述上部挡板27的上端露出筒体内浆液液面设置，所述上部挡板27的下端则位于所述筒体内浆液液面的下方，在所述底部挡板291与所述上部挡板27之间设置有流体通道。混流机构可有效促进下部的浆液与表面的浆液之间的混合。所述底部挡板291朝向浆液流动方向的一侧与所述环形槽体的底面29之间的角度α优选设置为100-120度，从而防止浆液中颗粒在此发生沉降。
本实施方式中，所述环形槽体的底面29由所述筒体内的浆液液面的上方延伸至所述浆液液面的下方，所述排液口213低于浆液液面设置，所述上部挡板27的下端位于所述筒体内浆液液面的下方，可以理解的是，对于所述第一筒体21内浆液液面高度的控制，可通过设置所述溢流出口212的高度来实现。
本实施方式中的细颗粒浓密机2，浆液由所述浆液入口211进入，分别沿位于浆液入口211两侧的半环形槽体流下，在每个所述半环形槽体中，浆液均通过所述阻流板和混流机构，使得浆液充分地混合，经混合均匀后在所述环形槽体的底端即所述排液口213处再次混合后排出，这种设置方式有效提高了浆液的均匀度，且减少了进入筒体内的浆液的浮沫，使得筒体内的细颗粒可有效沉降，防止了因浮沫存在而导致的絮凝剂及细颗粒被携带至表面的问题。且本实施方式设置所述环形槽体的底面29倾斜设置，这样的优点在于可防止絮凝剂与细颗粒在环形槽体内部发生沉降。
本实施方式中所述粗颗粒浓密机3的结构包括第二筒体，在所述第二筒体的上部的一侧设置有粗颗粒尾砂浆液入口，所述粗颗粒尾砂浆液入口与所述尾砂浆液粒度分级设备1的粗颗粒尾砂浆液出口连通设置；在与所述粗颗粒尾砂浆液入口相对的一侧同样设置有溢流出口，所述筒体的底端同样设置为收缩端28，所述收缩端28沿由上到下的方向逐渐收缩设置，在所述收缩端28的底部设置有第二物料出口。在所述第二筒体内且位于所述进料口和出料口之间同样设置有第二隔板。作为优选，所述第二筒体的侧壁同样形成一个腰形的合围，所述第二隔板为弧形板，所述粗颗粒尾砂浆液入口所在区域对应的第二筒体的侧壁与所述第二隔板形成一个圆柱形的合围。
本实施方式中所述第一配料装置4和第二配料装置5均为设置有搅拌装置的配料池，其中，作为优选的实施方式，在所述第一配料装置4上除了设置有第一胶凝材料添加口外，还可设置膨胀剂添加口和减水剂添加口。
基于本实施方式中所述胶结充填系统的胶结充填工艺，包括如下步骤：
(1)将金属矿选矿厂产生的固液比为20wt％的尾砂浆液送入所述尾砂浆液粒度分级设备1，将尾砂浆液分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液，粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂的分离粒径为100μm，即所述尾砂浆液被基本分离成粒径大于100μm的粗颗粒尾砂和粒径小于等于100μm的细颗粒尾砂；
(2)使用细颗粒浓密机2对所述细颗粒尾砂浆液进行浓密处理，通过所述絮凝剂投加口向所述细颗粒尾砂浆液中按照特定速度均匀投加絮凝剂，本实施方式中使用的絮凝剂为有机高分子絮凝剂，具体为聚丙烯酰胺，作为可选择的实施方式，也可选用其它现有技术中任意使用的尾砂沉降絮凝剂；本实施方式中所述絮凝剂的单位时间投加量与所述细颗粒浓密机2的浆液由所述浆液入口进入时的流量之比为(50-100)g/吨，即每进入1吨水投加50-100g絮凝剂。同时使用粗颗粒浓密机3对所述粗颗粒尾砂浆液进行浓密处理。
(3)本实施方式中经浓密处理后的细颗粒尾砂浓浆的固液比为45-50wt％，所述细颗粒尾砂浓浆由所述细颗粒浓密机2的物料出口排出进入所述第一配料装置4，通过所述第一配料装置4的第一胶凝材料添加口向所述细颗粒尾砂浓浆中添加第一胶凝材料，同时分别通过所述膨胀剂添加口和减水剂添加口向所述经浓密处理后的细颗粒尾砂浓浆中添加膨胀剂和减水剂，搅拌均匀后得到第一填充料，所述第一凝胶材料的添加量以重量计为所述经浓密处理后的细颗粒尾砂浓浆的4wt％-7wt％。所述膨胀剂为生石灰，所述生石灰的添加量为所述经浓密处理后的细颗粒尾砂浓浆的2wt％-5wt％；所述减水剂的添加量为所述经浓密处理后的细颗粒尾砂浓浆的1wt％，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
经浓密处理后的粗颗粒尾砂浓浆的固液比为50-55wt％，所述粗颗粒尾砂浓浆由所述粗颗粒浓密机3的物料出口排出进入所述第二配料装置5，通过所述第二配料装置5的第二胶凝材料添加口向所述粗颗粒尾砂浓浆中添加第二胶凝材料，搅拌均匀得到第二填充料，所述第二凝胶材料的添加量占所述粗粒尾砂浓浆的8wt％-12wt％；
本实施方式中采用的第一胶凝材料和第二凝胶材料均为水泥熟料和粉煤灰的混合物，其中水泥熟料占混合物总重量的80wt％，粉煤灰占混合物总重量的20wt％。作为可选择的实施方式，所述第一凝胶材料和第二凝胶材料可以为水泥熟料、粉煤灰、矿渣粉末中的任意一种或多种。
(4)所述第一填充料由所述第一出料输送管6输送出所述第一配料装置4进行充填，所述第二填充料由所述第二出料输送管7输送出所述第二配料装置5进行充填，在对采空区进行充填时，先填充所述第二填充料进行铺底，使用所述第二填充料进行铺底的高度占填充区总高度的90％，完成铺底后静置6-24小时待水排出，再在所述第二填充料层上继续铺设第一填充料进行接顶填充，进而完成对采空区的填充设置。
在采空区的底部铺设有排水管道，本实施方式中采用所述第二填充料进行铺底填充，第二填充料中含有粗颗粒尾砂，粗颗粒尾砂的渗透性好，经过短暂放置后即可将水排去，从而避免了因水难以排出而导致的工期受到影响，填充材料不稳定的情况。在所述第二填充料层上继续铺设第一填充料进行接顶填充，第一填充料采用细颗粒尾砂浓浆与第一胶凝材料配置成的膏体，具有压缩率低、稳定性好的优点，细颗粒尾砂浓浆在制备时添加有聚丙烯酰胺絮凝剂，聚丙烯酰胺可有效提升胶凝材料的交联效果，从而减少第一胶凝材料的用量；同时通过向所述第二填充料中添加膨胀剂和减水剂，可使得第二填充料无离析、泌水现象发生，因此采用本实施方式填充后的填充区域具有良好的接顶效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (8)
1.一种用于处理采空区的胶结充填系统，其特征在于，包括：
尾砂浆液粒度分级设备，所述尾砂浆液粒度分级设备将尾砂浆液分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液；
细颗粒浓密机，所述细颗粒浓密机包括：筒体，在所述筒体的上部的一侧设置有浆液入口，所述浆液入口与所述尾砂浆液粒度分级设备的细颗粒尾砂浆液出口连通设置；在与所述浆液入口相对的一侧的筒体上设置有溢流出口，所述筒体的底端设置为收缩端，所述收缩端沿由上到下的方向逐渐收缩设置，在所述收缩端的底部设置有物料出口；在所述筒体内且位于所述浆液入口和溢流出口之间设置有隔板，所述隔板将所述筒体分隔成位于所述浆液入口一侧的进料区和位于所述溢流出口一侧的出料区，在所述隔板的下方且位于所述收缩端的上方设置有浆液通道；所述筒体的侧壁形成一个腰形合围，所述隔板为弧形板，所述进料区对应的筒体侧壁与所述隔板形成一个圆柱形的合围；在所述进料区内且位于所述浆液入口的下方设置有环形槽体，所述环形槽体围绕所述圆柱形的合围的内壁设置，所述环形槽体的底面沿远离所述浆液入口的方向逐渐向下倾斜且由所述筒体内的浆液液面的上方延伸至所述浆液液面的下方；在所述环形槽体的内环壁面上且位于与所述浆液入口相对的一侧设置有排液口，所述排液口低于所述筒体内的浆液液面设置；在所述环形槽体内设置有阻流板，所述阻流板包括外侧阻流板和内侧阻流板，其中所述外侧阻流板由所述环形槽体的外环壁面向内延伸设置，所述内侧阻流板由所述环形槽体的内环壁面向外延伸设置，在所述外侧阻流板与所述内环壁面之间以及所述内侧阻流板与所述外环壁面之间均设置有流体通道；所述细颗粒浓密机设置有两个絮凝剂投加口，两个所述絮凝剂投加口分别设置在位于所述浆液入口两侧的环形槽体的上方；
第一配料装置，所述第一配料装置与所述细颗粒浓密机的物料出口连通设置，在所述第一配料装置上设置有第一胶凝材料添加口，与所述第一配料装置连通设置有第一出料输送管；
粗颗粒浓密机，与所述尾砂浆液粒度分级设备的粗颗粒尾砂浆液出口连通设置；
第二配料装置，与所述粗颗粒浓密机的物料出口连通设置，在所述第二配料装置上设置有第二胶凝材料添加口，与所述第二配料装置连通设置有第二出料输送管。
2.根据权利要求1所述的用于处理采空区的胶结充填系统，其特征在于，所述第一配料装置和第二配料装置内均设置有搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的用于处理采空区的胶结充填系统，其特征在于，在所述第一配料装置上还设置有膨胀剂添加口和减水剂添加口。
4.根据权利要求1所述的用于处理采空区的胶结充填系统，其特征在于，在所述环形槽体内且位于所述排液口的两侧设置有混流机构，所述混流机构包括由所述环形槽体的底面向上延伸设置的底部挡板和位于所述底部挡板上方的上部挡板，所述上部挡板沿浆液的流动方向向下倾斜设置，在所述底部挡板与所述上部挡板之间设置有流体通道。
5.使用权利要求1所述的胶结充填系统处理采空区的胶结充填方法，其特征在于，包括：
(1)使用所述尾砂浆液粒度分级设备将尾砂浆液分离成粗颗粒尾砂浆液和细颗粒尾砂浆液，粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂的分离粒径为75-100μm；
(2)使用细颗粒浓密机对分离出的所述细颗粒尾砂浆液进行浓密处理，处理过程中向所述细颗粒浓密机内添加絮凝剂进行絮凝沉淀，得到细颗粒尾砂浓浆；
使用粗颗粒浓密机对分离出的所述粗颗粒尾砂浆液进行浓密处理，得到粗颗粒尾砂浓浆；
(3)在所述第一配料装置中，向所述细颗粒尾砂浓浆中添加第一胶凝材料，得到第一填充料；在所述第二配料装置中，向所述粗颗粒尾砂浓浆中添加第二胶凝材料，得到第二填充料；
(4)在对采空区进行充填时，先通过所述第二出料输送管输出所述第二填充料进行铺底填充，再通过所述第一出料输送管输出所述第一填充料，在所述第二填充料上铺设所述第一填充料进行接顶填充。
6.根据权利要求5所述的处理采空区的胶结充填方法，其特征在于，所述第一胶凝材料和第二胶凝材料为水泥、粉煤灰、矿渣粉末中的任意一种或多种。
7.根据权利要求6所述的处理采空区的胶结充填方法，其特征在于，所述第一胶凝材料和第二胶凝材料均为水泥和粉煤灰的混合物，其中所述水泥以质量计占所述混合物的80wt％。
8.根据权利要求7所述的处理采空区的胶结充填方法，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
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