本發(fā)明涉及一種井下采空區(qū)膠結(jié)充填技術(shù)，尤其是涉及一種利用風化山砂制備充填料漿充填井下采空區(qū)的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

膠結(jié)充填技術(shù)已經(jīng)成為當今充填采礦法的重要組成部分，代表著充填技術(shù)的發(fā)展方向，既能滿足采礦安全要求，減少地質(zhì)災害，又有利于環(huán)境保護?？梢杂行Ы档筒傻V貧化率和損失率，提高有用礦物的回收率，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

在膠結(jié)充填采礦法中，目前尾砂膠結(jié)充填占有相當大的比重，能充分利用尾礦資源，減少固體廢料向地表排放，是實現(xiàn)節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保的有效途徑，但并不是所有礦山尾砂都適宜用作充填骨料。

目前，大多數(shù)礦山傾向于采用成熟的尾砂膠結(jié)充填工藝，這一典型的充填工藝具體實現(xiàn)如下：

首先，將選礦廠的尾砂直接泵送至立式砂倉，并在立式砂倉中進行沉降脫水，待沉降至濃度達到設(shè)計要求時，開始在立式砂倉底部進行高壓氣或高壓水造漿，造漿均勻后底部開始放砂，從立式砂倉底部流出的高濃度砂漿進入雙軸攪拌機，經(jīng)與膠結(jié)料混合及攪拌后，再由高速活化攪拌機進行活化攪拌，然后將攪拌均勻的漿體經(jīng)充填鉆孔及井下管網(wǎng)充填至井下。

然而，上述傳統(tǒng)的典型尾砂膠結(jié)充填工藝也存在難以解決的問題：

隨著選礦尾砂粒級越來越細，使得沉降速度越來越慢，脫水過程中大部分細粒級尾砂來不及沉降就溢出，導致尾砂利用率低，尾砂量不足以填滿井下采空區(qū)。

其次，立式砂倉底流濃度難以控制，濃度偏高時，造漿困難，下料不暢，容易堵塞充填管；濃度偏低時，井下濾水增加，膠結(jié)料也隨水流失，降低了充填體強度，同時容易造成水砂分離，充填管道容易磨損。

再次，由于要在立式砂倉底部造漿，所以立式砂倉的體積大而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復雜。由于在立式砂倉底部的造漿需供高壓氣或者高壓水，所以輔助設(shè)備也多。而且立式砂倉底部放出的高濃度砂漿與膠結(jié)料經(jīng)雙軸攪拌機混合及攪拌后，還需經(jīng)高速活化攪拌機進行活化攪拌，才能產(chǎn)生合格充填料漿。所以此類型充填站，工藝設(shè)備復雜，投資較大，充填系統(tǒng)運營成本相對較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種利用風化山砂制備充填料漿，充填井下采空區(qū)的方法及該方法的實施系統(tǒng)，以解決采用尾砂膠結(jié)充填成本高、投資大、工藝復雜的問題。

本發(fā)明提供的這種利用風化山砂制備充填料漿充填井下采空區(qū)的方法，具體包括三個大的步驟：

步驟一，將風化山砂制取粒級-10mm以下的合格山砂；

步驟二，將合格山砂、膠結(jié)料和濃度調(diào)節(jié)水分別計量后混合攪拌，制取結(jié)構(gòu)流充填料漿；

步驟三，將充填料漿壓力輸送至井下采空區(qū)進行充填。

步驟一中所述合格山砂，為0.074mm粒徑以下顆粒含量小于10%，2mm以下顆粒含量累計79%～87%之間，0.5mm以下顆粒含量累計為35%～41%。

步驟二中所述膠結(jié)料為pc32.5r水泥，濃度調(diào)節(jié)水為自來水。

步驟二中所述充填料漿中，膠結(jié)料和合格山砂的質(zhì)量比在1:6～1:10之間，質(zhì)量濃度在78%～82%之間。

這三個步驟的實現(xiàn)，需要用到的主要設(shè)備有：顎式破碎機、沖擊式破碎機、振動篩、配料機、骨料緩存?zhèn)}、水計量稱、水泥計量稱、螺旋輸送機、雙臥軸攪拌機、緩存待料倉、充填泵及多臺皮帶機。

為了實現(xiàn)步驟一，需要用到設(shè)備：顎式破碎機、沖擊式破碎機、振動篩和四臺皮帶機。具體過程如下：風化山砂從原料倉進入顎式破碎機粗破后經(jīng)第一臺皮帶機輸送至沖擊式破碎機進行再破碎，然后經(jīng)第二臺皮帶機輸送至振動篩進行篩分，粒級-10mm以下的合格山砂通過第三臺皮帶機輸送至下一處理工序，不合格山砂則通過第四臺反向輸送的皮帶機送回沖擊式破碎機進行破碎，如此反復，直至達到合格山砂的要求，經(jīng)第三臺皮帶機輸送下一處理工序。

為了實現(xiàn)步驟二，需要用到設(shè)備：配料機、骨料緩存?zhèn)}、水計量稱、水泥計量稱、螺旋輸送機、雙臥軸攪拌機及一臺皮帶機。為了實現(xiàn)合格山砂的順利放料及計量，采用如下圖3中結(jié)構(gòu)的配料機：包括儲料倉、出料皮帶機和計量斗。濃度調(diào)節(jié)水通過儲水池提供。具體過程如下：配料機的儲料倉接收步驟一第三臺皮帶機輸送過來的合格山砂后，卸入計量斗中，計量后的合格山砂經(jīng)出料皮帶機卸至皮帶機上輸送至骨料緩存?zhèn)}中。通過管道泵將濃度調(diào)節(jié)水輸送至水計量稱進行計量。膠結(jié)料采用pc32.5r水泥，儲存于圓筒形的膠結(jié)料倉中，膠結(jié)料通過螺旋輸送機輸送至水泥計量稱進行計量。分別計量好的合格山砂、膠結(jié)料和濃度調(diào)節(jié)水，導入雙臥軸攪拌機中混合后均勻攪拌成充填料漿，攪拌好的充填料漿，送入方形的緩存待料倉中。為了避免緩存待料倉中的料漿沉降離析，在緩存待料倉中設(shè)置攪拌裝置。

為了實現(xiàn)步驟三，需要用到充填泵。為了節(jié)能，將骨料緩存?zhèn)}、水計量稱和膠結(jié)料計量稱布置于第一平臺上，將雙臥軸攪拌機布置于第一平臺下方的第二平臺上，將緩存待料倉和充填泵布置于第二平臺下方的平臺上。為了減小管道泵的功率，將儲水池設(shè)置于水計量稱的上方。上述布置可使計量好的各配料導入雙臥軸攪拌機中，攪拌好的充填料漿導入緩存待料倉中，最后充填泵將充填料漿，通過預先鉆好的充填孔，壓力輸送至井下采空區(qū)進行連續(xù)充填。

本發(fā)明采用高濃度山砂膠結(jié)充填工藝，將風化山砂制取粒級-10mm以下的合格山砂，與膠結(jié)料及濃度調(diào)節(jié)水混合攪拌，制取高濃度的結(jié)構(gòu)流充填料漿，通過充填泵連續(xù)輸送至井下采空區(qū)進行充填，可減少充填體泌水量和膠結(jié)料的析出，充填體強度高。本發(fā)明既能滿足礦山充填采礦安全要求，又有利于環(huán)境保護。充填料來源廣泛，可就近就地取材，充填工藝流程簡單，設(shè)備運行可靠，投資少，充填成本低，經(jīng)濟效益好。本發(fā)明特別適用于礦山尾砂不宜用作充填骨料或者尾砂量不足以填滿采空區(qū)，而又必須采用膠結(jié)充填采礦法的礦山企業(yè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的充填系統(tǒng)設(shè)備布置示意圖。

圖3為圖2中配料機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2中序號：1、原料倉；2、顎式破碎機；3、第一皮帶機；4、沖擊式破碎機；5、第二皮帶機；6、第三皮帶機；7、振動篩；8、第四皮帶機；9、配料機；16—第五皮帶機、10、儲水池；11、骨料緩存?zhèn)}；12、水計量稱；13、水泥計量稱；14、水泥倉；15、螺旋輸送機、17、雙臥軸攪拌機、18、緩存待料倉、19、充填泵。

具體實施方式

如圖2所示，本實施例公開的這種采用風化山砂制備充填料漿的充填系統(tǒng)，其設(shè)計能力為80m3/h，主要設(shè)備有：顎式破碎機、沖擊式破碎機、振動篩、10m3配料機（含1.5m3計量斗）、800mm帶寬皮帶輸送機、3m3骨料緩存?zhèn)}、1.5m3水泥計量稱、1.5m3水計量稱、3m3強制式的雙臥軸攪拌機、φ273mm螺旋輸送機、200t水泥倉、30m3方形的緩存待料倉、zbg120/8型高壓充填泵（泵送流量120m3/h，出口壓力8mpa）。

本實施例充填料漿的配料確定：

配料合格山砂選用比重2.62t/m3，粒級-10mm風化山砂試樣，0.074mm粒徑以下顆粒含量小于10%，2mm以下顆粒含量累計79%～87%之間，0.5mm以下顆粒含量累計為35%～41%；配料膠結(jié)料采用pc32.5r水泥；配料濃度調(diào)節(jié)水采用普通自來水。

上述配料的灰、砂質(zhì)量比優(yōu)選為1:6，然后制備不同質(zhì)量濃度的料漿進行實驗，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度76%的料漿有水泥離析現(xiàn)象，不能形成流動性良好的結(jié)構(gòu)流，質(zhì)量濃度在78%～82%的料漿為流動性良好的結(jié)構(gòu)流，為高強度充填體，基本無水泥離析現(xiàn)象，可以作為充填料漿。具體的實驗參數(shù)如下表：

本實施例采用78%的料漿來充填采空區(qū)。

充填系統(tǒng)的組成包括山砂制備及供料分系統(tǒng)、膠結(jié)料供料分系統(tǒng)、濃度調(diào)節(jié)水供料分系統(tǒng)及充填料漿制備及輸送分系統(tǒng)、充填分系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)。

一、山砂制備及供料分系統(tǒng)，

設(shè)備：顎式破碎機、沖擊式破碎機、振動篩、四臺皮帶機、配料機；

風化山砂從原料倉進入顎式破碎機粗破后，經(jīng)第一臺皮帶機輸送至沖擊式破碎機進行再破碎，然后經(jīng)第二臺皮帶機輸送至振動篩進行篩分，粒級-10mm以下的合格山砂，通過第四臺皮帶機輸送至配料機，不合格山砂則通過第二臺反向輸送的皮帶機，送回沖擊式破碎機進行破碎，如此反復，直至達到合格山砂要求；

本發(fā)明配料機9的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括儲料倉91、出料皮帶機92、計量斗93。出料倉和計量斗均配置有振動電機，計量斗采用拉力傳感器進行數(shù)據(jù)采集。合格山砂經(jīng)過配料機計量后，通過第五皮帶機16輸送至骨料緩存?zhèn)}11中。

二、膠結(jié)料供料分系統(tǒng)，

設(shè)備：水泥倉、螺旋輸送機、水泥罐車；

膠結(jié)料散裝水泥由水泥罐車運至充填站后，通過吹灰管壓入水泥倉中；水泥倉直徑4.5m，高度12m，可儲存水泥200t，以滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運行要求，水泥倉頂設(shè)置人行檢查孔、雷達料位計及透氣式除塵器；水泥倉底部設(shè)置螺旋輸送機，充填時啟動螺旋輸送機，將水泥輸送至水泥計量稱，再由水泥計量稱向攪拌機定量供給水泥，灰砂比在1:6~1:20可調(diào)，以滿足不同充填體強度要求。

三、濃度調(diào)節(jié)水供料分系統(tǒng)，

設(shè)備：水計量稱、管道泵、儲水池；

充填站設(shè)一條供水管路，由儲水池供給，以調(diào)節(jié)充填料漿濃度、沖洗設(shè)備和疏通管道，濃度調(diào)節(jié)水由儲水池通過管道泵輸送至水計量稱進行計量。

四、充填料漿制備及輸送分系統(tǒng)，

設(shè)備：骨料緩存?zhèn)}、水計量稱、水泥計量稱、雙臥軸攪拌機、緩存待料倉；

為了減小管道泵的功率，將水計量稱設(shè)置于儲水池的下方。骨料緩存?zhèn)}、水計量稱、水泥計量稱布置于充填站的第一平臺上，雙臥軸攪拌機布置于第一平臺下方的第二平臺上，緩存待料倉和充填泵布置于第二平臺下方的平臺上；

骨料緩存?zhèn)}的合格山砂料、水計量稱計量后的濃度調(diào)節(jié)水、水泥計量稱計量后的水泥分別導入雙臥軸攪拌機中，混合后均勻攪拌成質(zhì)量濃度為78%的充填料漿，充填料漿導入緩存待料倉中。為了避免緩存待料倉中的料漿沉降離析，在緩存待料倉中設(shè)置攪拌裝置。

五、充填分系統(tǒng)，

緩存待料倉中的充填料漿通過導料槽卸料至充填泵，充填料漿最終通過充填泵的壓力輸送，經(jīng)充填鉆孔及井下充填管網(wǎng)輸送至井下采空區(qū)進行充填。充填主管為dn125mm陶瓷復合鋼管。

六、自動化控制系統(tǒng)，

為了保證充填料漿質(zhì)量濃度、配比的準確并且穩(wěn)定，實現(xiàn)料漿順利輸送，充填站設(shè)立較為完善的自動化控制系統(tǒng)，完成從配料至充填泵運行的所有電氣設(shè)備的自動化控制；控制系統(tǒng)由以下四部分組成：

電機控制系統(tǒng)：構(gòu)成生產(chǎn)線所有電機的主回路控制系統(tǒng)。

plc控制系統(tǒng)：采用可編程控制器和以太工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊，實現(xiàn)對操作臺、生產(chǎn)線儀表及電氣設(shè)備的控制。

上機位監(jiān)控系統(tǒng)：采用配有監(jiān)控組態(tài)軟件的臺式機進行實時監(jiān)控。

就地手動控制系統(tǒng)：用于主要設(shè)備的就地調(diào)試、檢修及事故急停。