CN111963237A - 一种矿山采空区全尾砂多点充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，属于采空区充填技术领域。本发明采用三维扫描技术能够精准获知采空区内部结构，可以准确计算底部胶结充填量及检测充填高度，有利于提高充填效果，实现高精度充填；本发明在矿房顶部的两端同时投料进行底部全尾砂充填，能够减少胶结料浆流淌距离，降低尾砂离析程度，底部胶结充填效果好，且能够有效保护矿房底部两端设置的第一充填挡墙和第二充填挡墙；本发明在矿房顶部中间位置投料进行上部全尾砂充填，在矿房两端分别设置滤水管进行脱水，可以有效提高脱水效果。
Description
技术领域
本发明涉及采空区充填技术领域，尤其涉及一种矿山采空区全尾砂多点充填方法。
背景技术
矿房回采结束后，需要在矿房各出矿口设置充填挡墙以封闭采空区，同时从矿房顶部下放滤水管，并使滤水管底部连接到充填挡墙上，之后向采空区内投料进行充填。现有技术中采用的充填投料方式为单点充填，具体是沿矿房长度方向，在矿房一端布置充填点，另一端布置滤水管。由于矿房回采结束后各出矿口之间会有部分余矿无法回收，在采空区内会形成多个余矿堆，受余矿堆影响，现有技术中单点充填方式的充填胶结质量不佳，且脱水效果不理想。
此外，采空区内部结构也会影响充填效果。现有技术中针对充填高度较低的采空区，通常采用测绳测量充填高度，但是该方式仅能测量矿房两端充填情况；针对充填高度较高的采空区，如50m以上时，现有技术中通常直接采用肉眼观察充填情况。上述方法均无法精准获知采空区内部结构，影响充填效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，本发明提供的方法充填效果以及滤水效果好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，包括以下步骤：
对矿房回采结束后的采空区进行三维扫描，得到采空区体积及采空区内部结构；
以所述矿房的长度方向为基准，在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在所述矿房的各出矿口独立设置第三充填挡墙，且在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管；
之后根据所述采空区体积及采空区内部结构，对所述采空区依次进行底部全尾砂充填和上部全尾砂充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；其中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，所述上部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的中间位置。
优选地，所述矿山为非煤矿山；所述矿房的高度为50～90m，长度为30～80m，宽度为5～45m。
优选地，进行所述三维扫描采用的设备为三维激光扫描仪。
优选地，所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙独立地由钢筋和混凝土形成，且所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙的高度独立为3.5～7m。
优选地，所述第一充填挡墙和第二充填挡墙上均设置有带阀门的钢管。
优选地，所述第一滤水管和第二滤水管的底部分别连接在第一充填挡墙和第二充填挡墙的钢管上。
优选地，所述底部全尾砂充填形成的底部胶结层的高度比第一充填挡墙高3m以上，且所述底部胶结层的高度比第二充填挡墙高3m以上。
优选地，所述底部全尾砂充填采用的胶结料浆包括胶结材料、尾砂和水，所述胶结材料和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％。
优选地，所述上部全尾砂充填包括依次进行的非胶结充填和胶结充填。
优选地，所述非胶结充填采用的非胶结料浆包括尾砂和水，所述非胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％；
所述胶结充填采用的胶结料浆包括胶结材料、尾砂和水，所述胶结材料和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％。
本发明提供了一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，包括以下步骤：对矿房回采结束后的采空区进行三维扫描，得到采空区体积及采空区内部结构；以所述矿房的长度方向为基准，在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在所述矿房的各出矿口独立设置第三充填挡墙，且在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管；之后根据所述采空区体积及采空区内部结构，对所述采空区依次进行底部全尾砂充填和上部全尾砂充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；其中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，所述上部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的中间位置。
本发明采用三维扫描技术能够精准获知采空区内部结构，可以准确计算底部胶结充填量及检测充填高度，有利于提高充填效果，实现高精度充填；本发明在矿房顶部的两端同时投料进行底部全尾砂充填，能够减少胶结料浆流淌距离，降低尾砂离析程度，底部胶结充填效果好，且能够有效保护矿房底部两端设置的第一充填挡墙和第二充填挡墙；本发明在矿房顶部中间位置投料进行上部全尾砂充填，在矿房两端分别设置滤水管进行脱水，可以有效提高脱水效果。
附图说明
图1为现有技术中单点充填过程中胶结料浆沉降现象示意图；
图2为本发明提供的矿山采空区全尾砂多点充填方法充填过程示意图；
图3为实施例1中进行底部全尾砂充填前对采空区进行三维扫描的示意图；
图4为实施例1中进行底部全尾砂充填前对采空区进行三维扫描所得模型示意图；
图5为实施例1中进行底部全尾砂充填后对采空区进行三维扫描的实际施工照片；
图6为实施例1中进行底部全尾砂充填后对采空区进行三维扫描所得模型示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，包括以下步骤：
对矿房回采结束后的采空区进行三维扫描，得到采空区体积及采空区内部结构；
以所述矿房的长度方向为基准，在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在所述矿房的各出矿口独立设置第三充填挡墙，且在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管；
之后根据所述采空区体积及采空区内部结构，对所述采空区依次进行底部全尾砂充填和上部全尾砂充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；其中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，所述上部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的中间位置。
本发明提供的方法优选针对非煤矿山的采空区进行充填，具体可以为金属矿或非金属矿。本发明提供的方法即适用于充填高度较低的采空区，也适用于充填高度较高的采空区；本发明提供的方法优选针对大段高矿房回采结束后的采空区进行充填，所述矿房的高度优选为50～90m，长度优选为30～80m、宽度优选为5～45m；矿房回采结束后，在采空区内形成多个余矿堆(高度为10～20m)。在本发明的实施例中，具体是在会宝岭铁矿中进行实验，验证本发明方法的可行性；其中，矿房高度为70m、长度为60m，宽度为矿体厚度，具体为5～30m。下面对本发明提供的充填方法进行具体说明。
本发明对矿房回采结束后的采空区进行三维扫描，得到采空区体积及采空区内部结构。在本发明中，进行所述三维扫描采用的设备优选为三维激光扫描仪。本发明对所述三维激光扫描仪的具体型号没有特殊限定，能够实现三维扫描即可。本发明对所述三维扫描的具体操作方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。本发明通过对采空区进行三维扫描，能够精准获知采空区体积及内部结构，进而可以精确计算底部胶结充填量及检测充填高度，有利于提高充填效果。
以所述矿房的长度方向为基准，本发明在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在所述矿房的各出矿口独立设置第三充填挡墙，且在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管。在本发明中，所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙优选独立地由钢筋和混凝土形成，且所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙的高度优选独立为3.5～7m。本发明对所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法浇筑得到即可。在本发明中，所述第一充填挡墙和第二充填挡墙上优选均设置有带阀门的钢管；本发明优选在浇筑制备第一充填挡墙和第二充填挡墙过程中预留带阀门的钢管，便于固定第一滤水管和第二滤水管。
以所述矿房的长度方向为基准，本发明在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管。在本发明中，所述第一滤水管和第二滤水管具体是从矿房顶部到底部竖直布置，且所述第一滤水管和第二滤水管的底部优选分别连接在第一充填挡墙和第二充填挡墙的钢管上。本发明对所述第一滤水管和第二滤水管的具体布置方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。本发明通过在矿房的两端分别布置第一滤水管和第二滤水管，与单侧设置滤水管(即仅在矿房的一端设置滤水管)相比，脱水效果好。
完成上述操作后，本发明根据所述采空区体积及采空区内部结构，对所述采空区依次进行底部全尾砂充填和上部全尾砂充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；其中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，所述上部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的中间位置。本发明根据所述采空区体积及采空区内部结构，可以精确计算底部胶结充填量及检测充填高度，有利于提高充填效果，实现高精度充填。
在本发明中，对所述采空区进行填充包括依次进行的底部全尾砂充填和上部全尾砂充填。在本发明中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，即进行底部全尾砂充填时设置两个投料口，分别设置在矿房顶部的两端，记为第一投料口和第二投料口。在本发明中，所述底部全尾砂充填采用的胶结料浆优选包括胶结材料、尾砂和水，所述胶结材料和尾砂的质量比优选为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度优选为65～75wt％，更优选为70wt％。在本发明中，所述胶结材料优选为胶固粉或水泥，本发明对所述胶结材料的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，供货单位具体可以为莱芜先科胶固材料有限公司或山东博南胶固材料填充有限公司。本发明对所述尾砂的粒度没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知粒度的尾砂即可。
在本发明中，经底部全尾砂充填，在矿房底部形成底部胶结层，所述底部胶结层的高度优选比第一充填挡墙高3m以上，且所述底部胶结层的高度优选比第二充填挡墙高3m以上，本发明对所述底部胶结层高度的上限没有特殊限定，在保证充填效果的基础上尽量减少胶结料浆的用量，有利于降低成本。
底部全尾砂充填完成后，本发明优选进行自然养护，以确保底部胶结层充分凝固，之后对采空区再次进行三维扫描，确认底部胶结层是否达到设定高度，如未达到设定高度，应继续充填，直至到达设定高度。在本发明中，所述自然养护的时间优选为至少7天。在本发明中，若底部胶结层达到设定高度，则进行后续上部全尾砂充填。
在本发明中，所述上部全尾砂充填的投料口(记为第三投料口)设置在矿房顶部的中间位置，本发明优选在采空区上部水平沿脉巷道内施工一个直通充填矿房顶部中间位置的充填孔作为第三投料口。在本发明中，所述上部全尾砂充填优选包括依次进行的非胶结充填和胶结充填；在本发明中，所述非胶结充填采用的非胶结料浆优选包括尾砂和水，所述非胶结料浆中尾砂的浓度优选为65～75wt％，更优选为70wt％。在本发明中，所述胶结充填采用的胶结料浆中各组分种类及各组分含量的可选范围优选与底部全尾砂充填采用的胶结料浆一致，在此不再赘述。
在本发明中，进行上部全尾砂充填时，先进行非胶结充填，充填过程中当水深≥2m时，优选停止充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；待脱水完全后再继续进行充填；至距离矿房顶部0.6m时，优选进行胶结充填，完全充填后进行自然养护，以确保形成的胶结层充分凝固。在本发明中，所述自然养护的时间优选为至少7天。
本发明在矿房顶部的两端分别设置第一投料口和第二投料口，在矿房顶部的中间位置设置第三投料口，且在矿房两端分别设置滤水管进行脱水，与现有技术中单点充填以及单侧脱水相比，有利于提高充填效果及脱水效果。具体的，由于矿房回采结束后各出矿口之间会有部分余矿无法回收，在采空区内形成多个余矿堆(高度为10～20m)，若采用单点填充，胶结料浆从设置在矿房一端的投料口到矿房的另一端走向长度较长，并经过大量余矿堆，胶结料浆会发生沉降、过滤，到达矿房另一端时有离析现象，影响另一端底部胶结充填质量；且采用单点充填时，胶结料浆需要一定时间的自流，从投料口投料后，胶结料浆在流动过程中不断沉降，其中粗骨料率先沉降，最终到达矿房另一端充填挡墙(即第二充填挡墙)附近区域的胶结料浆中含水率较高，且细骨料含量较高，固结效果不能达到预设要求；同时由于余矿堆的阻隔过滤效果，在矿房一端充填挡墙(即第一充填挡墙)附近区域胶结料浆的浓度较高，第二充填挡墙区域胶结料浆质量难以保证，且余矿堆的高度、堆放形式、矿石块度等都影响底部胶结充填质量。现有技术中单点充填过程中胶结料浆沉降现象示意图如图1所示。本发明提供的方法的充填过程如图2所示，底部全尾砂充填的投料方式为沿矿房长度方向的两端同时投料，能够有效提高底部胶结充填层的固结效果，尤其是提高第一充填挡墙和第二充填挡墙附近区域的底部胶结充填层的固结效果(充填过程中第一充填挡墙和第二充填挡墙受到的压力较大，保证一充填挡墙和第二充填挡墙胶结质量的同时，也能保证其它充填挡墙的胶结质量)，起到保护各充填挡墙及矿房底部巷道围岩的作用，防止出现因底部胶结充填质量差，上部全尾砂充填体产生的压力直接作用到充填挡墙上，导致充填挡墙损坏发生跑浆事故；同时本发明通过在矿房顶部中间位置投料进行上部全尾砂充填，在矿房两端分别设置滤水管进行脱水，可以有效提高脱水效果。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例具体是在会宝岭铁矿中进行充填实验，其中，矿房高度为70m、矿房长度为60m、矿房宽度为矿体厚度(5～30m)；矿房回采结束后，在采空区内形成多个余矿堆(高度为10～20m)。
对上述采空区进行充填的方法包括以下步骤：
利用三维激光扫描仪对采空区进行扫描(如图3所示)，得到采空区体积及采空区内部结构扫描模型(如图4所示)；
以矿房的长度方向为基准，在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在矿房各出矿口设置第三充填挡墙，以封闭采空区，其中，第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙均由钢筋和混凝土形成，且浇筑形成第一充填挡墙和第二充填挡墙的过程中均预留带阀门的钢管，所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙的高度在3.5～7m范围内；同时，在所述矿房的两端分别从矿房顶部到底部竖直布置第一滤水管和第二滤水管，且所述第一滤水管和第二滤水管的底部分别连接在第一充填挡墙和第二充填挡墙的钢管上；
在所述矿房顶部的两端同时投料(即利用第一投料口和第二投料口进行投料)进行底部全尾砂充填；其中，所用胶结料浆包括胶固粉、尾砂和水，所述胶固粉和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为70wt％；底部全尾砂充填完成后自然养护7天，之后利用三维激光扫描仪对采空区再次进行扫描(实际施工照片如图5所示)，确认形成的底部胶结层是否达到设定高度，如未达到设定高度，继续充填，直至到达设定高度(如图6所示)；
在采空区上部水平沿脉巷道内施工一个直通充填矿房顶部中间位置的充填孔作为第三投料口，利用第三投料口投料进行上部全尾砂充填，具体是先进行非胶结充填，充填过程中当水深≥2m时，停止充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水，待脱水完全后再继续进行充填；至距离矿房顶部0.6m时，进行胶结充填，完全充填后进行自然养护7天；其中，非胶结充填采用的非胶结料浆包括尾砂和水，所述非胶结料浆中尾砂的浓度为70wt％，胶结充填采用的胶结料浆包括胶固粉、尾砂和水，所述胶固粉和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为70wt％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种矿山采空区全尾砂多点充填方法，包括以下步骤：
对矿房回采结束后的采空区进行三维扫描，得到采空区体积及采空区内部结构；
以所述矿房的长度方向为基准，在所述矿房底部的两端分别设置第一充填挡墙和第二充填挡墙，在所述矿房的各出矿口独立设置第三充填挡墙，且在所述矿房的两端分别竖直布置第一滤水管和第二滤水管；
之后根据所述采空区体积及采空区内部结构，对所述采空区依次进行底部全尾砂充填和上部全尾砂充填，并通过所述第一滤水管和第二滤水管进行脱水；其中，以所述矿房的长度方向为基准，所述底部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的两端，所述上部全尾砂充填的投料口设置在矿房顶部的中间位置。
2.根据权利要求1所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述矿山为非煤矿山；所述矿房的高度为50～90m，长度为30～80m，宽度为5～45m。
3.根据权利要求1所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，进行所述三维扫描采用的设备为三维激光扫描仪。
4.根据权利要求1所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙独立地由钢筋和混凝土形成，且所述第一充填挡墙、第二充填挡墙和第三充填挡墙的高度独立为3.5～7m。
5.根据权利要求1或4所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述第一充填挡墙和第二充填挡墙上均设置有带阀门的钢管。
6.根据权利要求5所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述第一滤水管和第二滤水管的底部分别连接在第一充填挡墙和第二充填挡墙的钢管上。
7.根据权利要求1所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述底部全尾砂充填形成的底部胶结层的高度比第一充填挡墙高3m以上，且所述底部胶结层的高度比第二充填挡墙高3m以上。
8.根据权利要求1或7所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述底部全尾砂充填采用的胶结料浆包括胶结材料、尾砂和水，所述胶结材料和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％。
9.根据权利要求1所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述上部全尾砂充填包括依次进行的非胶结充填和胶结充填。
10.根据权利要求9所述的矿山采空区全尾砂多点充填方法，其特征在于，所述非胶结充填采用的非胶结料浆包括尾砂和水，所述非胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％；
所述胶结充填采用的胶结料浆包括胶结材料、尾砂和水，所述胶结材料和尾砂的质量比为1:6，所述胶结料浆中尾砂的浓度为65～75wt％。
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