CN112282836A - 矸石充填料、充填方法及矿井充填系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矸石充填料、充填方法及矿井充填系统，该矸石充填料由以下材料按照重量份组成：矸石69.7‑73.5份、水泥7.3‑9.62份、粉煤灰2‑3.06份、石膏1.8‑2.52份、废水14.54‑16.68份。本发明能够有效利用煤矸石，并且进行矿山充填，填充后强度高。
Description
技术领域
本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种矸石充填料、充填方法及矿井充填系统。
背景技术
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是A l2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。
煤矸石热量降低逐步禁止利用其进行发电等用于，但是大量的煤矸石无法得到合理利用，近些年有提出利用煤矸石进行矿山充填。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种矸石充填料、充填方法及矿井充填系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种矸石充填料，由以下材料按照重量份组成：矸石69.7-73.5份、水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份。
上述方案中，所述废水采用高盐水和脱硫废水的混合废水。
上述方案中，所述矸石的最大粒度小于25mm，其中，矸石的粒径小于5mm的比重为40％。
本发明实施例还提供一种矸石充填料的充填方法，该方法为：
对于工作面按照采6留18的条带开采参数，进行实体煤的开采，条带工作面内布置掘进机，每采完一个条带，掘进移至另一条煤柱；
采用如上述方案中任意一项所述的矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的中间6m宽条带煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的右侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第二条5m煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的左侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第三条5m煤柱；
在工作面沿回采方向主体456m煤体回采完毕后，将工作面沿回采方向两端煤体内所留22m护巷煤柱各置换出12m。
上述方案中，通过矿井充填系统将水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份制成浆液；所述矿井充填系统将浆液通过浆料下料钻孔注入到矿井下；
所述矿井充填系统将矸石69.7-73.5份通过矸石投料井投放到矿井下；
在矿井下的充填工作面所述浆料和矸石混合后固化成块。
本发明实施例还提供一种矿井充填系统，该系统包括地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置、控制器，所述控制器分别与地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置连接，分别用于控制地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置的工作状态；
所述地面矸石运输装置，用于将矸石运送至待充填矿井内的工作面；
所述矿井地面灌浆装置，用于将浆液运送至待充填矿井内的工作面。
上述方案中，所述地面矸石运输装置包括井上矸石输送机、矸石投料机、投料井、缓冲器、带式输送机，所述井上矸石输送机与矸石投料机连接，所述矸石投料机位于投料井的上端，所述投料井的下端设置缓冲器，所述带式输送机设置在矿井内位于投料井的下侧。
上述方案中，所述矿井地面灌浆装置包括储料罐、给料机、螺旋输送机、第一低速搅拌罐、第二低速搅拌罐，所述储料罐、给料机、螺旋输送机依次连接，所述螺旋输送机通过水泥剂量计与第一低速搅拌罐的水泥进口连接，用于储存高盐水的罐体通过高盐水计量计与第一低速搅拌罐的高盐水进口连接，所述第一低速搅拌罐的出口通过水泥浆计量计与第二低速搅拌罐的水泥浆进口连接，用于储存粉煤灰的罐体通过粉煤灰计量计与第二低速搅拌罐的粉煤灰进口连接，所述第二低速搅拌罐的出口通过浆液计量计与下料钻孔连接。
与现有技术相比，本发明能够有效利用煤矸石，并且进行矿山充填，填充后强度高。
附图说明
图1为本发明实施例一种矿井充填系统中地面矸石运输装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一种矿井充填系统中矿井地面灌浆装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种矸石充填料，由以下材料按照重量份组成：矸石69.7-73.5份、水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份。
所述废水采用高盐水和脱硫废水的混合废水。
所述矸石的最大粒度小于25mm，其中，矸石的粒径小于5mm的比重为40％。
表1实施例
按照上述实施例的配比分别制成充填体试块进行强度测试，根据西安科技大学编写的《榆林市榆阳区上河煤矿充填开采导水裂隙带发育高度研究》，高强度膏体充填开采覆岩导水裂隙带发育高度约为采高的4.5～5.5倍，而固体充填的导水裂隙带发育高度与充实率密切相关，假定导水裂隙带范围内的岩层重量均作用于充填体，并依据相关矿井固体充填的经验，按高强度膏体充填导水裂隙带发育高度的4倍值，估算某煤矿矿井以矸石为基础的固体充填的导水裂隙带发育高度为采高的18～22倍左右，则预测实验301工作面充填体所承担载荷最大值约为2.64MPa，实验室应确保充填体强度值大于2.64MPa.。
充填体试块的抗压强度试验参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)进行。测定膏体立方体试件的单轴抗压强度所用的仪器设备为DNS600伺服压力试验机。
8种配比在养护龄期3d，7d，14d和28d的实验结果具体如表2所示。表2表明，实施例4号配比28天的强度值达到4.012MPa，可以满足现场对充填体的强度要求，但由于充填现场采用固体充填方式，矸石提前堆放，经压实后灌浆，将影响矸石在充填体中的均质度，这也是实验室受制于模具尺寸而与现场充填的最大区别；因此，现场矸石与浆体配合的均质度将显著影响充填体的强度，并可能造成现场的强度值小于实验室强度。
表2配比试块实验结果表
本发明实施例还提供一种矸石充填料的充填方法，该方法为：通过矿井充填系统将水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份制成浆液；所述矿井充填系统将浆液通过浆料下料钻孔注入到矿井下；
所述矿井充填系统将矸石69.7-73.5份通过矸石投料井投放到矿井下；
在矿井下的充填工作面所述浆料和矸石混合后固化成块。
本发明实施例还提供一种矸石充填料的充填方法，该方法为：
对于工作面按照采6留18的条带开采参数，进行实体煤的开采，条带工作面内布置掘进机，每采完一个条带，掘进移至另一条煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的中间6m宽条带煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的右侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第二条5m煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的左侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第三条5m煤柱；
在工作面沿回采方向主体456m煤体回采完毕后，将工作面沿回采方向两端煤体内所留22m护巷煤柱各置换出12m。
所述采6留18是指一个小循环工作面是四个掘进巷道，先掘进一个6米巷道，留设18米煤柱，然后进入下一个小循环；第一个循环待第一个掘进巷道充填强度达到标准后，掘进下一个巷道，以此类推，每个循环工作面分四次掘进、充填。
通过矿井充填系统将水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份制成浆液；所述矿井充填系统将浆液通过浆料下料钻孔注入到矿井下；
所述矿井充填系统将矸石69.7-73.5份通过矸石投料井投放到矿井下；
在矿井下的充填工作面所述浆料和矸石混合后固化成块。
本发明实施例还提供一种矿井充填系统，该系统包括地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置、控制器，所述控制器分别与地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置连接，分别用于控制地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置的工作状态；
所述地面矸石运输装置，用于将矸石运送至待充填矿井内的工作面；
所述矿井地面灌浆装置，用于将浆液运送至待充填矿井内的工作面。
如图1所示，所述地面矸石运输装置包括井上矸石输送机、矸石投料机、投料井、缓冲器、锚索、带式输送机，所述井上矸石输送机与矸石投料机连接，所述矸石投料机位于投料井的上端，所述投料井的下端设置缓冲器，所述带式输送机设置在矿井内位于投料井的下侧。
如图2所示，所述矿井地面灌浆装置包括储料罐、给料机、螺旋输送机、第一低速搅拌罐、第二低速搅拌罐，所述储料罐、给料机、螺旋输送机依次连接，所述螺旋输送机通过水泥剂量计与第一低速搅拌罐的水泥进口连接，用于储存高盐水的罐体通过高盐水计量计与第一低速搅拌罐的高盐水进口连接，所述第一低速搅拌罐的出口通过水泥浆计量计与第二低速搅拌罐的水泥浆进口连接，用于储存粉煤灰的罐体通过粉煤灰计量计与第二低速搅拌罐的粉煤灰进口连接，所述第二低速搅拌罐的出口通过浆液计量计与下料钻孔连接。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种矸石充填料，其特征在于，由以下材料按照重量份组成：矸石69.7-73.5份、水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份。
2.根据权利要求1所述的矸石充填料，其特征在于，所述废水采用高盐水和脱硫废水的混合废水。
3.根据权利要求1或2所述的矸石充填料，其特征在于，所述矸石的最大粒度小于25mm，其中，矸石的粒径小于5mm的比重为40％。
4.一种矸石充填料的充填方法，其特征在于，该方法为：
对于工作面按照采6留18的条带开采参数，进行实体煤的开采，条带工作面内布置掘进机，每采完一个条带，掘进移至另一条煤柱；
采用如权利要求1-3任意一项所述的矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的中间6m宽条带煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的右侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第二条5m煤柱；
采用所述矸石充填料充填置换开采18m宽条带煤柱的左侧6m宽条带煤柱，所述矸石充填料硬化后，再采用所述矸石充填料置换开采靠近充填体侧的第三条5m煤柱；
在工作面沿回采方向主体456m煤体回采完毕后，将工作面沿回采方向两端煤体内所留22m护巷煤柱各置换出12m。
5.根据权利要求4所述的一种矸石充填料的充填方法，其特征在于，通过矿井充填系统将水泥7.3-9.62份、粉煤灰2-3.06份、石膏1.8-2.52份、废水14.54-16.68份制成浆液；所述矿井充填系统将浆液通过浆料下料钻孔注入到矿井下；
所述矿井充填系统将矸石69.7-73.5份通过矸石投料井投放到矿井下；
在矿井下的充填工作面所述浆料和矸石混合后固化成块。
6.一种矿井充填系统，其特征在于，该系统包括地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置、控制器，所述控制器分别与地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置连接，分别用于控制地面矸石运输装置、矿井地面灌浆装置的工作状态；
所述地面矸石运输装置，用于将矸石运送至待充填矿井内的工作面；
所述矿井地面灌浆装置，用于将浆液运送至待充填矿井内的工作面。
7.根据权利要求6所述的一种矿井充填系统，其特征在于，所述地面矸石运输装置包括井上矸石输送机、矸石投料机、投料井、缓冲器、带式输送机，所述井上矸石输送机与矸石投料机连接，所述矸石投料机位于投料井的上端，所述投料井的下端设置缓冲器，所述带式输送机设置在矿井内位于投料井的下侧。
8.根据权利要求6或7所述的一种矿井充填系统，其特征在于，所述矿井地面灌浆装置包括储料罐、给料机、螺旋输送机、第一低速搅拌罐、第二低速搅拌罐，所述储料罐、给料机、螺旋输送机依次连接，所述螺旋输送机通过水泥剂量计与第一低速搅拌罐的水泥进口连接，用于储存高盐水的罐体通过高盐水计量计与第一低速搅拌罐的高盐水进口连接，所述第一低速搅拌罐的出口通过水泥浆计量计与第二低速搅拌罐的水泥浆进口连接，用于储存粉煤灰的罐体通过粉煤灰计量计与第二低速搅拌罐的粉煤灰进口连接，所述第二低速搅拌罐的出口通过浆液计量计与下料钻孔连接。
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