CN110630321A - 一种采空区井上充填设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采空区井上充填设备及其方法，充填设备包括提升装置、料斗和注浆泵，料斗放置在料斗支架上，料斗支架固定在采空区的地表面上，料斗的出料口位于投料孔的正上方，投料孔从地表面向下钻孔贯通至采空区，注浆泵安装在地表面上并通过注浆管贯穿投料孔后伸入到采空区内；填充作业时通过投料孔的制作、注浆管的制作安装、填充料设备的安装和填充料注浆作业四个步骤实现采空区的填充作业。本发明构思巧妙，操作方便，解决深部、大空间、积水采空区的填充作业，通过充填设备把粗骨料输送到地下空间，通过少量浆液充分混合固结填充地下空间，达到符合设计要求的治理效果，同时将废料固结在地下变废为宝，既美化了环境又节省了工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及采空区充填技术领域，尤其涉及一种采空区井上充填设备及其方法。
背景技术
随着经济的持续发展，不仅要在地质条件良好的场地上进行工程建设，而且有时也不得不在地质条件不良的场地上进行建设。在采空区上建筑时，为了保证建筑物的安全，必须对采空区进行处理。
目前比较成熟的、常用的采空区处理方法主要有灌注充填法、穿越/跨越法、砌筑法、剥挖回填法、强夯法、堆载预压法等，其中灌注充填法应用最多、适宜性最广，适合各种类型的采空区治理。灌注充填法主要以充填浆液为主，对于采空区大空洞、裂隙发育、积水时，现有的粗骨料投放装置和工艺投放骨料的数量较少且不能保证胶结浆液与骨料的充分融合，节省造价有限且结石体强度低达不到设计要求，致使复杂采空区的治理难度增加，造成浆液的极大浪费，且处理效果较差，处理成本大幅提高，甚至影响整个工程项目的推进。
发明内容
本发明的目的是提供一种采空区井上充填设备，解决现有技术采空区填充技术，不能保证胶结浆液与骨料的充分融合，且结石体强度低达不到要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种采空区井上充填设备，包括提升装置、料斗和注浆泵，所述料斗放置在料斗支架上，所述料斗支架固定在采空区的地表面上，所述提升装置支撑放置在所述料斗支架的周边，且所述提升装置的吊具位于所述料斗的正上方；所述料斗的出料口位于投料孔的正上方，所述投料孔从地表面向下钻孔贯通至采空区，所述注浆泵固定安装在所述地表面上，所述注浆泵通过注浆管贯穿所述投料孔后伸入到所述采空区内。
进一步的，所述投料孔内设置有护壁套管，所述护壁套管的顶端开口与所述料斗的出料口平齐，所述护壁套管的底部伸入到稳定基岩层。
再进一步的，所述护壁套管具体设计为阶梯状，包括顶部的扩口段和底部的直管段，所述扩口段的直径大于所述出料口的直径，所述直管段的外径与所述投料孔相配合。
再进一步的，所述注浆管的底部设置有多个喷浆孔，多个所述喷浆孔规则排布在所述注浆管的圆周侧壁上。
再进一步的，所述提升装置包括两侧的支架、顶部横梁和吊具，所述顶部横梁的两端连接在所述支架的顶部，所述吊具可滑动的连接在所述顶部横梁上。
一种利用如上所述的采空区井上充填设备进行填充的方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一、投料孔的制作：首先，采用深层地质钻机或潜孔锤成孔，钻透至采空区；然后，将所述护壁套管安装到投料孔内，护壁套管下至完整基岩；再量测采空区高度及范围，估算投料量；最后，将护壁套管与地表面的孔浇筑水泥进行固定；
步骤二、注浆管的制作、安装：所述注浆管采用直径25～32mm的薄壁钢管，每节长度3～5米，或根据需要定制，中间采用丝扣连接，所述注浆管的底端通过丝堵封闭，并通过胶带封住底部的所述喷浆孔；将注浆管伸入到所述护壁套管内并向下至采空区的底部，注浆管的上端接口从所述护壁套管的预留孔内穿出后与所述注浆泵4连接备用；
步骤三、填充料设备的安装：首先，通过将提升装置、所述料斗支架固定在投料孔周边的地表面上，将所述料斗放置在料斗支架上，使料斗的出料口正对护壁套管的顶端开口；所述提升装置提升填充料控制器将填充料倒入料斗中，并经过护壁套管均匀填入采空区内；
步骤四、填充料及注浆作业：当所述注浆管的底端带有喷浆孔的花管部分完全埋在填充料所形成的堆积体内时，开始启动注浆泵进行注浆作业，浆液从堆积体内部逐渐向外扩散同时将填充料充填范围扩大，浆液与填充料充分融合并形成结石体，实现采空区的填充作业。
进一步的，步骤一中，所述投料孔的开孔直径D1不小于200mm，终孔直径D2不小于150mm。
再进一步的，步骤二中，所述注浆管距底端500mm长度范围内对称均匀钻16个φ6的注浆孔。
再进一步的，步骤三中的所述填充料包括废石、尾矿、建筑垃圾或由废石、尾矿、建筑垃圾组成的混合料。
再进一步的，步骤四中采用填充料与注浆交替进行的作业方式，或者采用边填充料、边注浆的作业方式。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种采空区井上充填设备，包括提升装置、料斗和注浆泵，料斗放置在料斗支架上，料斗的出料口位于投料孔的正上方，投料孔从地表面向下钻孔贯通至采空区，注浆泵固定安装在所述地表面上，注浆泵通过注浆管贯穿投料孔后伸入到采空区内，设备使用方便快捷，通过提升装置实现填充料的自动提升、倒料，漏斗状的料斗可以将填充料准确的输送到护臂套管内，并下落到采空区，注浆管的设计，可以保证注浆作业位于填充料的中心并逐步向外渗透，有效保证了结石体的强度；填充作业时通过投料孔的制作，注浆管的制作、安装，填充料设备的安装，填充料及注浆作业四个步骤实现采空区的填充作业。本发明构思巧妙，操作方便，主要解决深部、大空间、积水采空区通过地上充填设备，把粗骨料(矿渣、尾矿砂、建筑垃圾粉碎颗粒等)输送到地下空间，通过少量浆液充分混合固结填充地下空间，达到符合设计要求的治理效果，同时将废料固结在地下变废为宝，既美化了环境又节省了工程投资，在矿山地质环境修复和治理中将发挥极大的社会效益和经济效益。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明采空区井上充填设备结构示意图；
图2为本发明图1中A位置放大图；
图3为本发明采空区井上充填工艺流程图；
图4为本发明投料孔结构示意图；
附图标记说明：1、提升装置；2、料斗支架；3、料斗；4、注浆泵；5、注浆管；6、护壁套管；7、喷浆孔；8、充填充料；9、水泥浆。
具体实施方式
如图1-2所示，一种采空区井上充填设备，包括提升装置1、料斗3和注浆泵4，所述料斗3放置在料斗支架2上，所述料斗支架2固定在采空区的地表面上，所述提升装置1支撑放置在所述料斗支架2的周边，且所述提升装置1的吊具位于所述料斗3的正上方；所述料斗3的出料口位于投料孔的正上方，所述投料孔从地表面向下钻孔贯通至采空区，所述注浆泵4固定安装在所述地表面上，所述注浆泵4通过注浆管5贯穿所述投料孔后伸入到所述采空区内。
具体来说，所述投料孔内设置有护壁套管6，所述护壁套管6的顶端开口与所述料斗3的出料口平齐，所述护壁套管6的底部伸入到稳定基岩层。所述护壁套管6具体设计为阶梯状，包括顶部的扩口段和底部的直管段，所述扩口段的直径大于所述出料口的直径，防止物料滑落到外边造成二次收集，保证物料全部通过直管段滑落到采空区内；所述直管段的外径与所述投料孔相配合实现定位。具体的，护壁套管根据需要进行布置，完整基岩以上护壁套管作用是保持第四系松散层的稳定，如果基岩比较完整则不需要护壁套管，如果有破碎带则需要。
所述注浆管5的底部设置有多个喷浆孔7，多个所述喷浆孔7规则排布在所述注浆管5的圆周侧壁上。
所述提升装置1包括两侧的支架、顶部横梁和吊具，所述顶部横梁的两端连接在所述支架的顶部，所述吊具可滑动的连接在所述顶部横梁上。填充料上料时，可以式该提升装置将物料提升后倒入料斗中。该提升装置也可以替换为输送带，输送带的末端位于料斗的正上方，可以将远处物料堆的无聊通过输送带直接传输过来。其中自动化旋转的驱动部件均与PLC控制器电连接，以实现自动化控制，进一步减轻工人作业强度，提高工作效率。
如图3、4所示，一种利用如上所述的采空区井上充填设备进行填充的方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一、投料孔的制作：首先，采用深层地质钻机或潜孔锤成孔，钻透至采空区；然后，将所述护壁套管6安装到投料孔内，护壁套管下至完整基岩；再量测采空区高度及范围，估算投料量；最后，将护壁套管6与地表面的孔浇筑水泥进行固定；如图4所示，所述投料孔的开孔直径D1不小于200mm，终孔直径D2不小于150mm，护壁套管6通过吊装设备下放在顶部的开孔内，护壁套管6的底面支撑在终孔与开孔的阶梯面上，护壁套管6的外周面与所述开孔的内壁之间通过填充水泥浆9实现固定。具体的，钻探中开孔直径与终孔直径一般是不同的，尤其是较深的钻孔，比如采用130mm钻头开孔，下外直径为127mm护壁套管，然后换110mm钻头继续钻进，需要护壁时可以再变径，终孔直径一般都小于开孔直径，便与加工以及护臂套管的安装固定。
同时，护壁套管6露在地表面上的部分开设有一个注浆管5安装用的预留孔或槽。
步骤二、注浆管的制作、安装：所述注浆管5采用直径25～32mm的薄壁钢管，每节长度3～5米，或根据需要定制，中间采用丝扣连接，所述注浆管5的底端通过丝堵封闭，并通过胶带封住底部的所述喷浆孔7；将注浆管伸入到所述护壁套管6内并向下至采空区的底部，注浆管5的上端接口从所述护壁套管6的预留孔内穿出后与所述注浆泵4连接备用；开始注浆后，封住底部喷浆孔7的胶带会在浆液的压力作用下自动撑开。
步骤三、填充料设备的安装：首先，通过将提升装置1、所述料斗支架2固定在投料孔周边的地表面上，将所述料斗3放置在料斗支架2上，使料斗的出料口正对护壁套管6的顶端开口；所述提升装置1提升填充料控制器将填充料倒入料斗中，并经过护壁套管均匀填入采空区内；填充料的粒径不宜过大，以免堵塞孔道，可根据经验或通过现场试填来确定。
步骤四、填充料及注浆作业：当所述注浆管5的底端带有喷浆孔7的花管部分完全埋在填充料所形成的堆积体内时，开始启动注浆泵4进行注浆作业，浆液从堆积体内部逐渐向外扩散同时将填充料充填范围扩大，浆液与填充料充分融合并形成结石体，实现采空区的填充作业。浆液与填充料也能充分融合保证了注浆质量，提高了结石体强度。填充料与注浆可以交替进行，也可根据实际情况边填充料，边注浆，以便达到更好的处理效果。
具体的，步骤二中，所述注浆管5距底端500mm长度范围内对称均匀钻16个φ6的注浆孔7，以保证浆液可以快速的流出并与填充料混合。
步骤三中的所述填充料包括废石、尾矿、建筑垃圾或由废石、尾矿、建筑垃圾组成的混合料，将废料固结在地下变废为宝，既美化了环境又节省了工程投资，在矿山地质环境修复和治理中将发挥极大的社会效益和经济效益。
步骤四中采用填充料与注浆交替进行的作业方式，或者采用边填充料、边注浆的作业方式。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种采空区井上充填设备，其特征在于：包括提升装置(1)、料斗(3)和注浆泵(4)，所述料斗(3)放置在料斗支架(2)上，所述料斗支架(2)固定在采空区的地表面上，所述提升装置(1)支撑放置在所述料斗支架(2)的周边，且所述提升装置(1)的吊具位于所述料斗(3)的正上方；所述料斗(3)的出料口位于投料孔的正上方，所述投料孔从地表面向下钻孔贯通至采空区，所述注浆泵(4)固定安装在所述地表面上，所述注浆泵(4)通过注浆管(5)贯穿所述投料孔后伸入到所述采空区内。
2.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：所述投料孔内设置有护壁套管(6)，所述护壁套管(6)的顶端开口与所述料斗(3)的出料口平齐，所述护壁套管(6)的底部伸入到稳定基岩层。
3.根据权利要求2所述的采空区井上充填设备，其特征在于：所述护壁套管(6)具体设计为阶梯状，包括顶部的扩口段和底部的直管段，所述扩口段的直径大于所述出料口的直径，所述直管段的外径与所述投料孔相配合。
4.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：所述注浆管(5)的底部设置有多个喷浆孔(7)，多个所述喷浆孔(7)规则排布在所述注浆管(5)的圆周侧壁上。
5.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：所述提升装置(1)包括两侧的支架、顶部横梁和吊具，所述顶部横梁的两端连接在所述支架的顶部，所述吊具可滑动的连接在所述顶部横梁上。
6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的采空区井上充填设备进行填充的方法，其特征在于：具体包括以下几个步骤：
步骤一、投料孔的制作：首先，采用深层地质钻机或潜孔锤成孔，钻透至采空区；然后，将所述护壁套管(6)安装到投料孔内，护壁套管下至完整基岩；再量测采空区高度及范围，估算投料量；最后，将护壁套管(6)与地表面的孔浇筑水泥进行固定；
步骤二、注浆管的制作、安装：所述注浆管(5)采用直径25～32mm的薄壁钢管，每节长度3～5米，或根据需要定制，中间采用丝扣连接，所述注浆管(5)的底端通过丝堵封闭，并通过胶带封住底部的所述喷浆孔(7)；将注浆管伸入到所述护壁套管(6)内并向下至采空区的底部，注浆管(5)的上端接口从所述护壁套管(6)的预留孔内穿出后与所述注浆泵(4)连接备用；
步骤三、填充料设备的安装：首先，通过将提升装置(1)、所述料斗支架(2)固定在投料孔周边的地表面上，将所述料斗(3)放置在料斗支架(2)上，使料斗的出料口正对护壁套管(6)的顶端开口；所述提升装置(1)提升填充料控制器将填充料倒入料斗中，并经过护壁套管均匀填入采空区内；
步骤四、填充料及注浆作业：当所述注浆管(5)的底端带有喷浆孔(7)的花管部分完全埋在填充料所形成的堆积体内时，开始启动注浆泵(4)进行注浆作业，浆液从堆积体内部逐渐向外扩散同时将填充料充填范围扩大，浆液与填充料充分融合并形成结石体，实现采空区的填充作业。
7.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：步骤一中，所述投料孔的开孔直径D1不小于200mm，终孔直径D2不小于150mm。
8.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：步骤二中，所述注浆管(5)距底端500mm长度范围内对称均匀钻16个φ6的注浆孔(7)。
9.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：步骤三中的所述填充料包括废石、尾矿、建筑垃圾或由废石、尾矿、建筑垃圾组成的混合料。
10.根据权利要求1所述的采空区井上充填设备，其特征在于：步骤四中采用填充料与注浆交替进行的作业方式，或者采用边填充料、边注浆的作业方式。
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