CN109956712B - 连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 - Google Patents
连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109956712B CN109956712B CN201910382245.8A CN201910382245A CN109956712B CN 109956712 B CN109956712 B CN 109956712B CN 201910382245 A CN201910382245 A CN 201910382245A CN 109956712 B CN109956712 B CN 109956712B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filling
- concentration
- filling material
- building
- slurry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 214
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 175
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 63
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 59
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 3
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 claims 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/02—Treatment
- C04B20/023—Chemical treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
- E21F15/005—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
- E21F15/08—Filling-up hydraulically or pneumatically
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00146—Sprayable or pumpable mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00724—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺,包含建筑固料再生子***、水泥粉煤灰浆制备子***、高浓度充填材料制备子***、低浓度充填材料制备子***、高浓度充填材料泵送充填子***和低浓度充填材料泵送充填子***,将建筑固料原材料制成建筑再生骨料,制备水泥粉煤灰浆液,进行充填材料制备,最后进行采空区的泵送充填;由此,本发明将民用建筑固料经适度破碎后形成粒度与成分比例可调的物理力学性质稳定的无化学活性的惰性再生土木工程材料。其可作为工程集料与其它工程材料混合制备多类用于采空区充填治理的充填材料,使建筑再生骨料替代部分需购买的工程材料,实现建筑固料再利用与降低工程材料成本的多重效果。
Description
技术领域
本发明涉及采空区治理的技术领域,尤其涉及解决建筑固料无处堆放问题,将建筑固料变废为宝,再生材料用做采空区充填治理的充填材料,注入采空区内部防止采空区顶板垮塌或塌陷的一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺。
背景技术
我国是煤炭大国,煤炭资源分布广泛,随着对煤炭资源的开采,形成大量的采空区。一些采空区上方为棚户区,随着棚户区改造,遗留大量的建筑固料,此类建筑固料主要为烧结砖、钢筋混凝土,含少量黏土,其占比分别约为65%、30%、5%,且具有量大、处置困难等问题。而煤矿采空区充填治理工程一般需要通过在本地或外地购买大量价格低廉的工程填料,如砂、石、粉煤灰等。
为此,本发明的设计者有鉴于上述缺陷,通过潜心研究和设计,综合长期多年从事相关产业的经验和成果,研究设计出一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺,以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺,可将民用建筑固料经适度破碎后形成粒度与成分比例可调的物理力学性质稳定的无化学活性的惰性再生土木工程材料。其可作为工程集料与其它工程材料混合制备多类用于采空区充填治理的充填材料,使建筑再生骨料替代部分需购买的工程材料,实现建筑固料再利用与降低工程材料成本的多重效果。
为解决上述问题,本发明公开了
通过上述结构可知,本发明的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺具有如下效果:
1、创造性地将建筑固料结合水泥粉煤灰浆应用于煤矿采空区的充填中,实现了非常好的环保经济功能。
2、可将民用建筑固料经适度破碎后形成粒度与成分比例可调的物理力学性质稳定的无化学活性的惰性再生土木工程材料,其可作为工程集料与其它工程材料混合制备多类用于采空区充填治理的充填材料,使建筑再生骨料替代部分需购买的工程材料,实现建筑固料再利用与降低工程材料成本的多重效果。
3、充填材料适合采空区的需求,完全满足采空区充填的要求。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***的结构示意图。
图2显示了图1的俯视图。
附图标记:
1-装载机;2-振动给料机;3-颚式破碎机;4-第一皮带输送机;5-双击式粉碎机;6-第二皮带输送机;7-振动筛;8-第三皮带输送机;9-双轴搅拌机;10-输出皮带输送机;11、第四皮带输送机;12、电磁除铁器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
参见图1和2,显示了本发明的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***。
所述连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***至少包含建筑固料再生子***、水泥粉煤灰浆制备子***、充填材料制备子***和充填材料泵送充填子***,所述建筑固料再生子***对建筑固料进行处理和再生后将送至充填材料制备子***,所述水泥粉煤灰浆制备子***进行水泥粉煤灰浆液制备后送至充填材料制备子***,所述充填材料制备子***进行高(低)浓度充填材料制备并送至充填材料泵送充填子***,所述充填材料泵送充填子***进行采空区的充填。
其中,所述充填材料制备子***可包含高浓度充填材料制备子***和低浓度充填材料制备子***,所述充填材料泵送充填子***可包含高浓度充填材料泵送充填子***和低浓度充填材料泵送充填子***。
所述建筑固料再生子***可包含挖掘机、装载机1、振动给料机2、颚式破碎机3、电磁除铁器12、双击式粉碎机5和振动筛7,所述挖掘机与人工配合并对建筑固料进行挖掘和预处理,其中,根据充填治理***的充填能力设计,每小时建筑再生骨料的最大需求量为:930t÷20h=46.5t/h,挖掘机连续预处理建筑固料能力达到100t/h以上,所述装载机1为多台且负责将挖掘机预处理和挖出的建筑固料输送至振动给料机2,多台装载机配合后连续上料能力达到100t/h以上,所述颚式破碎机3位于振动给料机2的输出端从而将振动给料机2的物料进行破碎,所述振动给料机2的给料能力达到100t/h以上,所述鄂式破碎机3的进料口尺寸500×750mm以上,最大进料粒度500mm以上,排料口可调节范围80~150mm,其处理能力100t/h以上,所述颚式破碎机3的输出端和双击式粉碎机5之间设有第一皮带输送机4,且所述电磁除铁器12位于第一皮带输送机4上,从而在物料输送时进行除铁操作,且所述电磁除铁器12适应带宽1000mm以上,额定吊高300mm以上,其磁场强度为70mT以上,所述双击式破碎机5的进料口尺寸400x600以上,处理能力80t/h以上,所述双击式粉碎机5和振动筛7之间设有第二皮带输送机6,所述振动筛7的筛网层数为3~4层,筛网倾角为15~20°,振动频率为740~970r/min,其处理能力为100t/h以上,其中,所述振动筛7筛出的物料(优选粒径小于5mm)通过第三皮带输送机8供给充填材料制备子***,所述振动筛7未能筛出的物料(优选大于等于5mm)通过第四皮带输送机11返回至第一皮带输送机4进行再次破碎和筛分。
其中,第一皮带输送机根据初级破碎后的输送能力为100t/h以上,二级破碎后第二皮带输送机输送能力为80t/h以上,回料的第四皮带输送机的输送能力为30t/h以上。
其中,所述水泥粉煤灰浆液制备子***包含定量供料装置、定量供水装置、一级搅拌池、二级搅拌池和输送泵,所述定量供料装置和定量供水装置共同将浆料和水供给至一级搅拌池,进行一级搅拌后再供给至二级搅拌池进行二级搅拌,再通过输送泵提供给充填材料制备子***。
所述高浓度充填材料制备子***可包含双轴搅拌机9、储浆池和无级调速螺杆泵,所述储浆池主要作用为储存由水泥粉煤灰浆液制备子***泵送的浆液,并与复合型外加剂进行混合,其容量应达到10m3以上,所述无级调速螺杆泵对水泥粉煤灰浆进行定量输送,泵送储浆池内浆液至双轴搅拌机9,其泵送能力为30m3/h以上,所述双轴卧式搅拌机9的搅拌能力达到60m3/h以上。
还可包含输出皮带输送机10,可将双轴卧式搅拌机9的物料进行输出。
所述高浓度充填材料充填子***连接至高浓度充填材料制备子***,其包含混凝土泵和高浓度泵送管,所述混凝土泵充填能力达到80m3/h以上,最大泵压达到16MPa以上,所述高浓度泵送管泵送的充填材料的流速过高,料浆流动需要克服的水力坡降大,增大能量消耗,流速过小则充填能力不能满足生产需要或需要增加充填管道内径。在充填泵最大充填能力时,充填材料在高浓度泵送管中的流速为1.5m/s左右。
充填***能力Qj=50m3/h,按照充填***能力的需要和选择的流动速度(1.5m/s),高浓度泵送管选用内径为125mm的高压耐磨无缝钢管,此时的流动速度为1.13m/s。
所述低浓度充填材料制备子***包含依次设置的一级搅拌池和二级搅拌池,所述一级搅拌池容量应达到10m3以上,其出浆口高于二级搅拌池,二级搅拌池容量达到10m3以上。
所述低浓度充填材料泵送充填子***包含渣浆泵和低浓度泵送管,所述渣浆泵的泵送流量80m3/h以上;而低浓度泵送管为了防止浆液中颗粒沉淀,根据设计充填能力50m3/h,可计算得到管内浆体流速(m/s)与管径(m)之间关系为:
根据公式,可计算得到临界沉降速度VL=4.99×D0.5,VL应小于v,因此充填管径D<105mm,低浓度泵送管选用内径φ80mm耐磨钢管,此时管内浆液流速2.7m/s。
通过运用上述连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***,有效解决了地表建筑固料处理问题,又使得下伏采空区得到了有效治理。
本发明还涉及一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其包含如下步骤:
步骤1:通过建筑固料再生子***将建筑固料原材料制成建筑再生骨料,即将建筑固料原材料通过破碎后获得适宜于制备不同采空区条件充填治理的充填材料集料,其具体流程如下:
第一步,将建筑固料的原材料进行人工+机械(即挖掘机)组合式预处理,将其中较大杂物去除并初步将建筑固料块度破碎至小于500mm×500mm×500mm的尺寸;
第二步,将处理后的建筑固料装入装载机,并定量供送给初级破碎设备(优选为颚式破碎机)进行初次破碎;
第三步,将初级破碎加工后的建筑固料输送至二级破碎设备(优选为双击式粉碎机)进行破碎,输送过程中去除物料中铁质杂物(优选通过电磁除铁器进行铁质杂物的去除);
第四步,将二级破碎加工后的建筑固料输送至筛分设备(优选为振动筛);
第五步,将筛分出大于5mm的建筑再生骨料输送至二级破碎机进行二次破碎;
第六步,将筛分出小于5mm的建筑再生骨料定量输送至充填料制备***。
步骤2:通过水泥粉煤灰浆制备子***制备水泥粉煤灰浆液,可根据配比定量提供水泥和粉煤灰以及水,进行一级搅拌和二级搅拌,随后将浆料送至充填料制备***。
步骤3:通过充填材料制备子***进行充填材料制备
(1)高浓度充填材料制备,即将水泥粉煤灰浆与建筑再生骨料进行搅拌混合,过程中加入适量添加剂,形成性质均匀的高浓度充填材料,具体步骤如下:
第一步,启动搅拌混合设备(优选为双轴搅拌机9),将水泥粉煤灰浆液放置在储浆池,在建筑再生骨料落入搅拌混合设备前向其中定量喷入水泥粉煤灰浆液和添加剂;
第二步,建筑再生骨料连续定量输送至搅拌混合设备的入料口内;
第三步,水泥粉煤灰浆液、建筑再生骨料和添加剂在搅拌混合设备的仓内搅拌均匀,形成高浓度充填材料,并推送至出料口。
(2)低浓度充填材料制备,即将水泥粉煤灰浆液与建筑再生骨料、添加剂混合获得低浓度充填材料,其工艺流程如下:
第一步,在建筑材料再生子***附近设置一级搅拌池和二级搅拌池,分别安装搅拌机;
第二步,启动一级搅拌池和二级搅拌池的搅拌机,将水泥粉煤灰浆液注入一级搅拌池至一定液面;
第三步,将建筑再生骨料逐步添加至一级搅拌池中,待充分搅拌后形成低浓度充填材料,并打开一级搅拌池出浆口,将浆液排放至二级搅拌池中,进行搅拌后形成低浓度充填材料
步骤4:通过充填材料泵送充填子***进行采空区的泵送充填
(1)高浓度充填材料泵送充填,即通过混凝土泵加压并通过高浓度泵送管和采空区竖直钻孔输送至地下采空区,具体步骤如下:
第一步,通过高浓度泵送管连接混凝土泵与竖直钻孔的孔口管,并在高浓度泵送管的管体上安装排气阀;
第二步,开动混凝土泵,先泵送清水湿润;
第三步,停止泵送清水,泵送通过进料口进入的搅拌完成的高浓度充填材料,当浆液由排气阀排出时,关闭排气阀;
第四步,泵送过程中记录注浆量和观察泵压,在充填末期,泵压逐渐升高,当工作压力超过设定压力并陡升时结束注浆,同时结束搅拌浆液;
第五步,拆开高浓度泵送管与孔口管的连接装置,启动泵送清水作业,直至高浓度泵送管内的浆液排出且出水变为清水结束。
(2)低浓度充填材料泵送充填
在二级搅拌池中安装渣浆泵,渣浆泵通过低浓度充填材料充填管路与采空区钻孔孔口管连接,打开渣浆泵,通过低浓度充填材料的充填管路将低浓度充填材料泵送注入采空区。
具体而言,以某矿采煤沉陷区综合治理与土地开发利用项目为例,该项目场地原为棚户区,地面建筑物多为1~2层的砖混结构或砖结构,建筑物在拆除后产生大量建筑固料,由于固料量大且处置困难而堆积于地面。经现场调查及计算,场地上的民用建筑固料成片分布,主要为烧结砖、钢筋混凝土,含少量黏土,其占比分别约为65%、30%、5%,具有集中利用的良好条件。
该项目场地堆存的民用建筑固料经适度破碎后可形成再生土木工程材料,粒度与成分比例可调,该再生材料物理力学性质稳定,是无化学活性的稳定惰性材料。其可作为工程集料与其它工程材料混合制备多类用于采空区充填治理的充填材料,实现建筑再生骨料替代部分需购买的工程材料,实现建筑固料再利用与降低工程材料成本的多重效果。建筑再生骨料与其它工程材料混合可制备多类用于采空区充填治理的充填材料,充填材料特性可根据使用条件进行调整。
当采空区尚未完全垮落或在垂高方向空洞尺寸大于50cm的工况适宜使用高浓度浆液充填材料充填,当采空区充分冒落且冒落顶板岩石间在垂高方向的开度在5~50cm之间时适宜使用低浓度浆液充填材料充填,当采空区充分冒落且冒落顶板岩石间在垂高方向的开度小于5cm及离层带内裂隙宜选用其它浆液充填。
充填原材料主要由水、水泥、粉煤灰、建筑再生骨料及外加剂组成,其中水泥、粉煤灰为胶凝材料,建筑再生骨料为骨料。
(1)水:灌浆用水应符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)要求。
(2)水泥:采用强度等级为32.5的水泥,其质量应符合《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007/XG1-2009)标准。水泥受潮或存放时间超过3个月时,应重新取样检验。
(3)粉煤灰:设计采用三级灰,其质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-2017)及《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBT 50146-2014)标准要求,且应符合浆液现场搅拌、比重、流动度、结石率及结石体强度的要求。
(4)建筑再生骨料:利用治理区内建筑固料制备而成,主要包括碎砖瓦、废旧混凝土及渣土,不应包含生活垃圾及装修垃圾等,对大尺寸的竹木材、塑料制品、高强度的石材、铁件等应提前进行人工剔除。再生料最大粒径应小于5mm,超细颗粒(水泥、粉煤灰及再生材料粒径<0.075mm部分)不应小于20%。
(5)外加剂:具有缓凝、保水、激发充填材料性能的复合外加剂,应符合《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 50119-2013)要求。
本方案中高浓度充填材料由建筑再生骨料、粉煤灰、水泥、添加剂和水按照一定的配比混合搅拌而成。为了保证充填材料的输送和充填后性能,配制的高浓度充填材料须满足以下具体条件:
1)坍落度。为了利于管路输送及其在采空区中一定流动性,高浓度材料必须达到一定的坍落度,以满足充填***管道泵送和采空区充填的要求,本方案中高浓度充填材料坍落度设计为240±20mm之间,根据采空区冒落及充填范围进行适度调整。
2)保水性。在泵送过程中主要靠水、水泥和粉煤灰组成的润滑层在充填材料与管(孔)壁间起润滑作用。当泵送压力超过管壁的摩擦阻力时,充填材料就沿输送管(通道)向前移动。如果充填材料流动性好,保水性不好,输送管内会出现泌水分层现象,从而导致降低流动范围或引起堵管、堵孔等问题。保水性是充填材料输送性能的重要指标,本方案中设计高浓度充填材料泌水率需小于5%。
3)结石率。为提高一次注浆对空洞或裂隙的充填率,以及降低补充注浆工程量,本方案中设计高浓度充填材料的结石率大于95%。
4)抗压强度。根据相关规范要求,本方案设计充填材料28d单轴抗压强度大于2MPa。
综合考虑上述设计指标及工艺难易程度,以及经济性等因素,设计高浓度胶结充填材料的配合比。水胶比1:0.7~0.8,水泥:粉煤灰=1:2~2.2,胶骨比(水泥粉煤灰:建筑再生骨料)1:2.3~2.5,复合外加剂使用量为胶凝材料2.5%。依照该配比,每方高浓度胶结料中水505~530kg,水泥121~127kg,粉煤灰242~255kg,建筑固料885~927kg(其中:土44~46kg,混凝土266~278kg,砖575~603kg),复合外加剂9~9.5kg。施工时,高浓度充填材料的配合比例可根据现场实际进行调整。
本设计中低浓度充填材料与高浓度充填材料原材料一致,主要是通过降低固料比例,配制成流动性更好的浆液。为了保证充填材料的输送和充填后性能,配制的充填材料必须满足以下具体条件:
1)体积浓度
体积浓度为固料总体积占料浆总体积的百分比,根据通用设备性能测试及本项目实际需求,浆料体积浓度应不大于40%。
2)结石率。
结石率为浆液析水后凝结形成的结石的体积占原浆液的体积的百分数,应大于80%。
3)抗压强度。
实验室养护28d,试块抗压强度2Mpa以上。
4)配合比
水胶比=1:0.75~0.8,水泥:粉煤灰=1:1.8~1.9,胶骨比=1:1.0~1.2。每方低浓度再生填充料浆材料用量水581~592kg,水泥151~166kg,粉煤灰284~308kg,建筑固料破碎料474~523kg(其中:土24~26kg,混凝土142k~157g,砖308~340kg)。施工时,低浓度充填材料的配合比例可根据现场实际进行调整。
其中,建筑固料再生子***、充填材料制备子***、高压泵送子***设计为固定式(由于各子***可独立工作,且多为设备单体的工艺组合,也可对整个***或子***进行移动转场)。
采空区充填治理***使用材料包括建筑固料(包含土、砖及混凝土)、粉煤灰、水泥、水、添加剂等多种物料。工作流程中首先将建筑固料破碎形成再生材料,将粉煤灰、水泥、水、添加剂等物料按比例混合搅拌制成水泥粉煤灰浆液,与建筑再生骨料按比例进行搅拌形成充填材料。采空区空洞体积较大时,选用高浓度充填材料进行充填;采空区空洞体积较小时,选用低浓度浆料充填进行充填。
根据采空区勘察成果及治理设计要求,基于建筑再生骨料的采空区充填治理***能力设计为50m3/h,本实施例中各种材料的具体用量见表1。
表1高浓度胶结充填参数汇总表
由此可见,本发明的优点在于:
1、创造性地将建筑固料结合水泥粉煤灰浆应用于煤矿采空区的充填中,实现了非常好的环保经济功能。
2、可将民用建筑固料经适度破碎后形成粒度与成分比例可调的物理力学性质稳定的无化学活性的惰性再生土木工程材料,其可作为工程集料与其它工程材料混合制备多类用于采空区充填治理的充填材料,使建筑再生骨料替代部分需购买的工程材料,实现建筑固料再利用与降低工程材料成本的多重效果。
3、充填材料适合采空区的需求,完全满足采空区充填的要求。
显而易见的是,以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例,但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子,本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (9)
1.一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***,其特征在于:至少包含建筑固料再生子***、水泥粉煤灰浆制备子***、高浓度充填材料制备子***、低浓度充填材料制备子***、高浓度充填材料泵送充填子***和低浓度充填材料泵送充填子***,所述建筑固料再生子***对建筑固料进行处理和再生后将送至充填材料制备子***,所述水泥粉煤灰浆制备子***进行水泥粉煤灰浆液制备后送至充填材料制备子***,所述充填材料制备子***进行浓度充填材料制备并送至充填材料泵送充填子***,所述充填材料泵送充填子***进行采空区的充填;
所述建筑固料再生子***包含挖掘机、装载机、振动给料机、颚式破碎机、电磁除铁器、双击式粉碎机和振动筛,根据充填治理***的充填能力设计,每小时建筑再生骨料的最大需求量为:930t÷20h=46.5t/h,挖掘机连续预处理建筑固料能力达到100t/h以上,所述装载机为多台且负责将挖掘机预处理和挖出的建筑固料输送至振动给料机,所述颚式破碎机位于振动给料机的输出端从而将振动给料机的物料进行破碎,所述振动给料机的给料能力达到100t/h以上,所述鄂式破碎机的进料口尺寸500×750mm以上,进料粒度500mm以上,排料口调节范围80~150mm,其处理能力100t/h以上,所述颚式破碎机的输出端和双击式粉碎机之间设有第一皮带输送机,且所述电磁除铁器位于第一皮带输送机上,所述双击式粉碎机和振动筛之间设有第二皮带输送机,所述振动筛的筛网层数为3~4层,筛网倾角为15~20°,振动频率为740~970r/min,其处理能力为100t/h以上,所述振动筛筛出的物料通过第三皮带输送机供给充填材料制备子***,所述振动筛未能筛出的物料通过第四皮带输送机返回至第一皮带输送机进行再次破碎和筛分;
所述低浓度充填材料泵送充填子***包含渣浆泵和低浓度泵送管,所述渣浆泵的泵送流量80m3/h以上;而低浓度泵送管为了防止浆液中颗粒沉淀,根据设计充填能力50m3/h计算得到管内浆体流速(m/s)与管径(m)之间关系为:
2.如权利要求1所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***,其特征在于:所述高浓度充填材料制备子***包含双轴搅拌机、储浆池和无级调速螺杆泵,所述储浆池容量达到10m3以上,所述无级调速螺杆泵对水泥粉煤灰浆进行定量输送,泵送储浆池内浆液至双轴搅拌机。
3.如权利要求1所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***,其特征在于:所述高浓度充填材料泵送充填子***连接至高浓度充填材料制备子***,其包含混凝土泵和高浓度泵送管。
4.如权利要求1所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***,其特征在于:所述低浓度充填材料制备子***包含依次设置的一级搅拌池和二级搅拌池,所述一级搅拌池容量达到10m3以上,其出浆口高于二级搅拌池,二级搅拌池容量达到10m3以上。
5.一种连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其通过权利要求1-4中任一所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***实现,其特征在于包含如下步骤:
步骤1:通过建筑固料再生子***将建筑固料原材料制成建筑再生料,即将建筑固料原材料通过破碎后获得适宜于制备不同采空区条件充填治理的充填材料集料;
步骤2:通过水泥粉煤灰浆制备子***制备水泥粉煤灰浆液,可根据配比定量提供水泥和粉煤灰以及水,进行一级搅拌和二级搅拌,随后将浆料送至充填材料制备子***;
步骤3:通过高浓度充填材料制备子***和低浓度充填材料制备子***进行充填材料制备;
步骤4:通过充填材料泵送充填子***进行采空区的泵送充填。
6.如权利要求5所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其特征在于:步骤1的具体流程如下:
第一步,将建筑固料的原材料进行组合式预处理,将其中较大杂物去除并将建筑固料块度破碎至小于500mm×500mm×500mm的尺寸;
第二步,将处理后的建筑固料装入装载机,并定量供送给初级破碎设备进行初次破碎;
第三步,将初级破碎加工后的建筑固料输送至二级破碎设备进行破碎,输送过程中去除物料中铁质杂物;
第四步,将二级破碎加工后的建筑固料输送至筛分设备;
第五步,将筛分出大于5mm的建筑再生骨料输送至二级破碎机进行二次破碎;
第六步,将筛分出小于5mm的建筑再生骨料定量输送至充填材料制备子***。
7.如权利要求5所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其特征在于:所述步骤3中高浓度充填材料制备的具体步骤如下:
第一步,启动搅拌混合设备,将水泥粉煤灰浆液放置在储桨池,在建筑再生骨料落入搅拌混合设备前向其中定量喷入水泥粉煤灰浆液和添加剂;
第二步,建筑再生骨料连续定量输送至搅拌混合设备的入料口内;
第三步,水泥粉煤灰浆液、建筑再生骨料和添加剂在搅拌混合设备的仓内搅拌均匀,形成高浓度充填材料,并推送至出料口。
8.如权利要求5所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其特征在于:所述步骤3中低浓度充填材料制备的工艺流程如下:
第一步,在建筑固料再生子***附近设置一级搅拌池和二级搅拌池,分别安装搅拌机;
第二步,启动一级搅拌池和二级搅拌池的搅拌机,将水泥粉煤灰浆液注入一级搅拌池至一定液面;
第三步,将建筑再生骨料逐步添加至一级搅拌池中,待充分搅拌后形成低浓度充填材料,并打开一级搅拌池出浆口,将浆液排放至二级搅拌池中,进行搅拌后形成低浓度充填材料。
9.如权利要求5所述的连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区工艺,其特征在于:所述步骤4中高浓度充填材料泵送充填的具体步骤如下:
第一步,通过高浓度泵送管连接混凝土泵与竖直钻孔的孔口管,并在高浓度泵送管的管体上安装排气阀;
第二步,开动混凝土泵,先泵送清水湿润;
第三步,停止泵送清水,泵送通过进料口进入的搅拌完成的高浓度充填材料,当浆液由排气阀排出时,关闭排气阀;
第四步,泵送过程中记录注浆量和观察泵压,在充填末期,泵压逐渐升高,当工作压力超过设定压力并陡升时结束注浆,同时结束搅拌浆液;
第五步,拆开高浓度泵送管与孔口管的连接装置,启动泵送清水作业,直至高浓度泵送管内的浆液排出且出水变为清水结束;
且低浓度充填材料泵送充填为在二级搅拌池中安装渣浆泵,渣浆泵通过低浓度充填材料充填管路与采空区钻孔孔口管连接,打开渣浆泵,通过低浓度充填材料的充填管路将低浓度充填材料泵送注入采空区。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910382245.8A CN109956712B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910382245.8A CN109956712B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109956712A CN109956712A (zh) | 2019-07-02 |
CN109956712B true CN109956712B (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=67027072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910382245.8A Active CN109956712B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109956712B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110561617A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-13 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种低密度高强度全尾砂料浆充填*** |
CN110590222A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-20 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种低密度高强度全尾砂料浆的充填方法 |
CN110671147B (zh) * | 2019-10-31 | 2024-02-27 | 河南理工大学 | 一种利用废弃混凝土充填不同规模采空区的施工***及施工工艺 |
CN112248226A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-22 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 膏体充填材料螺旋式连续搅拌装置及膏体材料制备方法 |
CN113509995B (zh) * | 2021-07-28 | 2023-11-17 | 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 | 采空区充填设备以及充填方法 |
CN114351743A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-04-15 | 内蒙古平庄煤业(集团)有限责任公司 | 原位砂卵石防渗材料制备与截水帷幕构筑方法及其装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0591895A3 (en) * | 1992-10-05 | 1994-07-13 | Hoelter Heinz | Building, stowing, or filling material |
CN102661170A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-09-12 | 滕州市级翔(集团)级索煤矿 | 利用建筑废弃物制备矿用膏体连续搅拌充填工艺及装置 |
CN203891926U (zh) * | 2014-05-10 | 2014-10-22 | 河北充填采矿技术有限公司 | 一种砼式注浆工作站 |
CN105863726A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-08-17 | 河海大学 | 基于建筑垃圾再生的动力混凝土巷旁充填方法 |
CN108661703A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-16 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 粗粒级尾砂膏体充填方法和充填*** |
-
2019
- 2019-05-09 CN CN201910382245.8A patent/CN109956712B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109956712A (zh) | 2019-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109956712B (zh) | 连续式建筑再生骨料充填煤矿采空区***及工艺 | |
CN105481314B (zh) | 利用建筑垃圾的煤矿似膏体充填材料及其制备和填充方法 | |
CN112814732B (zh) | 一种废石与尾砂混合料浆制备与泵送充填装置 | |
CN108979713B (zh) | 一种尾矿的处理和充填方法 | |
CN108915765B (zh) | 一种地下全尾砂-废石膏体充填***及充填方法 | |
CN101008316B (zh) | 磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺 | |
CN1252781A (zh) | 一种高料浆浓度、快凝和快硬的回填方法和材料 | |
CN101008315A (zh) | 煤矿采场似膏体自流充填工艺及其使用的似膏体 | |
CN102434204A (zh) | 坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填***及充填方法 | |
CN110171944A (zh) | 一种离子型稀土防渗注浆材料及其制备方法 | |
CN114472462B (zh) | 一种井下-井上联动煤矸石处置***及处置方法 | |
CN111365067A (zh) | 一种膏体充填开采方法 | |
CN104556917A (zh) | 一种早强型煤矿采空区充填材料 | |
CN102661170A (zh) | 利用建筑废弃物制备矿用膏体连续搅拌充填工艺及装置 | |
CN102418529A (zh) | 开采矿山的方法 | |
Yin et al. | Active roof-contact: The future development of cemented paste backfill | |
CN112408913A (zh) | 利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法 | |
CN101575192A (zh) | 一种煤矸石水泥砂浆 | |
CN111018443B (zh) | 一种煤矿用胶结充填材料及其制备方法 | |
CN214303937U (zh) | 一种废石与尾砂混合料浆制备与泵送充填装置 | |
CN105971605B (zh) | 一种井下矿山无废开采方法 | |
CN102775105A (zh) | 一种利用建筑废弃物制备矿用膏体充填骨料及制备方法 | |
CN106939165A (zh) | 一种土体硬化剂和其制备方法及其喷浆方法 | |
CN114810073A (zh) | 一种工作面采空区高位灌浆充填方法 | |
CN112897963A (zh) | 工业固废基无机膏体充填材料、制备方法及快速填充方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |