CN112780336B - 压浸式充填采矿工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浆体压浸式充填工艺，废石充填前先在空区一端砌筑挡墙，将废石自空区另一端进入，在废石上面埋设多根注浆管，然后再在注浆管上充填废石，每充填1.5‑2.5m厚废石预埋一层注浆管；废石充填与预埋注浆管同步交替进行；将浆体经充填泵加压，经注浆管压入至已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，由下自上依次逐渐注浆，待溢浆观测孔出浆时停止注浆；等待浆体凝固与废石胶结成整体，即可完成浆体压浸式充填。将胶结材料制备成浆液后，利用输送泵通过预埋的注浆管道将浆液压入至采空区已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，待浆液凝固后即达到胶结充填的目的。
Description
技术领域
本发明涉及充填采矿方法，特别涉及开采“三下”矿产资源的胶结充填采矿方法。
背景技术
目前国内研究最多的胶结充填技术就是膏体泵送胶结充填技术，即一定粒度（一般小于6mm）的骨料与胶结料（水泥）、水等按一定比例搅拌，经充填泵加压后由管道输送至采空区进行充填，但该充填方式存在充填成本高、易堵管等缺陷。同时也有部分企业在研究块石胶结充填，目前采用的工艺路线主要是：块石与水泥、水等按一定比例在井下用装载机等设备搅拌后运送至空区充填的胶结充填方式，该充填方式存在水泥粉尘多、粉尘在井下暴露时间长、易引发职业病，且充填料需多次转运，劳动强度大、成本高，效率低。
发明内容
本发明的目的是为降低充填成本、充填故障率和劳动强度、提高充填效率，同时减少矿井内硅质粉尘，避免职业病的发生。
本发明的目的是这样实现的：通过先将废石充填至空区，再用充填泵将制备好的水泥浆压入废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，以达到胶结充填的目的。该充填方式是将水泥制备成浆液后输送至井下，不会在井下产生硅质粉尘；块石不需破碎可直接充填至空区，成本低；胶结材料和骨料分开输送、充填，不会产生离析堵管；单次连续充填量大、工序简单，劳动强度低，充填效率高。具体发明内容如下：
一种浆体压浸式充填工艺，包括如下步骤：
（1）废石充填：废石充填前先在空区一端砌筑挡墙，将废石自空区另一端进入，在废石上面埋设多根注浆管，然后再在注浆管上充填废石，每充填1.5-2.5m厚废石预埋一层注浆管；废石充填与预埋注浆管同步交替进行；
（2）浆体压浸：将浆体经充填泵加压（压力为5-6MPa），经注浆管压入至已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，由下自上依次逐渐注浆，待溢浆观测孔出浆时停止注浆；等待浆体凝固与废石胶结成整体，即可完成浆体压浸式充填。
所述的注浆管上每隔0.8-1.2米设置一对溢浆孔，注浆管上的溢浆孔呈90度交替布置。
所述的浆体为水泥、水、磷石膏、聚氧乙烯醚、十二胺按照质量比1:1-2:0.05-0.15:0.0008-0.002:0.0008-0.002混合后搅拌制备成浆体。
进一步优选方式为浆体为水泥、水、磷石膏、聚氧乙烯醚、十二胺按照质量比1:1:0.1:0.001:0.001混合后搅拌制备成浆体。所述的水泥、磷石膏、聚氧乙烯醚的粒径小于10μm。
采用本发明的技术方案磷石膏遇水进行反应，在表面活性剂的条件下，磷石膏表面活性增强，迅速膨胀，与水泥凝结，形成胶体结构。
本发明的另一技术方案为所述的步骤（2）中的浆体还可以为粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的混合物，其中粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的质量比为1：2-3：0.005-0.01：0.005-0.01。
进一步优选为所述的浆体还可以为粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的混合物，其中粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的质量比为1：3：0.008：0.007。所述的粉煤灰、碳酸钠、水玻璃、底泥的粒径小于10μm。
该另一技术方案中，粉煤灰、底泥具有较强的吸附特性及黏度（黏度大概为1800-2500m·Ps），在大量的粒径小，表面积大的的粉煤灰作用下，经压力喷枪自溢流孔中溢流，粘附在废石空隙中，在碳酸钠的吸水作用下，水玻璃的加入增强了粉煤灰及底泥的强度。
附图说明
图1为注浆管结构示意图。
图2为注浆管埋设及废石充填俯视图。
图3为注浆管埋设及废石充填剖面图。
图4为浆体压浸式胶结充填效果图。
上述附图中，1.注浆管，2.盲板，3.溢浆孔，4.球阀，5.废石充填体，6.矿柱，7.挡墙，8.溢流观察孔，9.巷道顶板，10.巷道底板，11.压浸式注浆后形成的胶结充填体。
具体实施方式
制作注浆管——预埋注浆管——废石充填——挡墙封闭——浆体制备——浆体压浸——浆体凝固胶结
实施例1
1、注浆管制作：可采用Φ32无缝钢管，长度较需充填的空区长度大1m，每间隔1m在管道上对开1组（2个）溢浆孔，孔径10mm，每组溢浆孔呈90度交替布置。注浆管一端用盲板封堵，另一端加工丝扣并安装配套球阀。
2、预埋注浆管：先在空区内充填1m厚的废石，要求废石表面尽量平整，然后在废石上面埋设注浆管，要求溢浆孔呈上、下、左、右四个方向，相邻注浆管间距不大于2m、与帮壁间距不大于1m。然后再在注浆管上充填废石，每充填2m厚预埋一层注浆管。注浆管的溢浆孔与相邻注浆管的溢浆孔呈梅花状交替布置（具体见附图2）。
3、废石充填：用装载机等设备将废石充填至空区内，充填前须先在空区一端砌筑挡墙，挡墙可用红砖砌筑，厚度不小于370mm，挡墙须与围岩接触密实，防止漏浆。充填设备由另一端进。废石充填与预埋注浆管同步交替进行，直至因设备空间受限，无法继续向内充填废石为止，一般离顶板0.8m-1m。
4、挡墙封闭：待废石充填完毕后，空区两端均需砌筑挡墙，挡墙可用红砖砌筑，厚度不小于370mm，挡墙须与围岩接触密实，防止漏浆。在挡墙上部与与废石顶板接触处须留设溢浆观测孔。
5、浆体制备：水泥、水、磷石膏、聚氧乙烯醚、十二胺按照质量比1:1:0.1:0.001:0.001混合后搅拌制备成浆体，所述的水泥、磷石膏、聚氧乙烯醚的粒径小于10μm。
6、浆体压浸：先将井下充填管道与预埋的注浆管道连接好（充填管道与注浆管可采用簇连的方式连接），然后将制备好的浆体经工业充填泵加压，通过充填管道输送、注浆管道强行压入至已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙。根据注浆管埋深情况，由下自上依次逐渐注浆，注浆压力为6Mpa，待溢浆观测孔出浆时停止注浆。
7、浆体凝固胶结：等待浆体凝固与废石胶结成整体。
采用该技术方案效率高、职业危害小。传统的块石胶结充填，因工序多，充填量平均60m³/天，浆体压浸式充填量可达110m³/天，充填效率可提高83%；同时传统的块石胶结充填因其工艺特点，产生大量二氧化硅粉尘，经测定粉尘浓度可达23mg/m³，远高于国家规定标准，浆体压浸式充填，因预先将水泥制备成浆液，几乎不产生二氧化硅粉尘，因此从工艺技术上极大降低了粉尘浓度，改善了作业环境，有效防止职业病的发生。
该技术方案中，成本低、充填连续性好。膏体泵送胶结充填技术因需将块矿废石破碎至6mm以下的细骨料，导致骨料破碎加工成本高；同时为了增加膏体的流动性，需加入大量粉煤灰（目前每立方充填料需加入457kg粉煤灰），粉煤灰均从发电厂购买，运费高；该充填技术需要大量设备设施，运行及维护成本高。浆体压浸式充填对骨料的要求没有限制，块状废石即可直接用于充填，减少破碎环节，可降低成本8.7元/m³，同时不需加入大量粉煤灰，以进一步降低成本，设备设施简单，运行、维护成本低。膏体泵送胶结充填技术因在泵送浆液进行充填过程中易发生堵管等故障，经常导致充填中断，故障率可达15%,；浆体压浸式充填不易发生堵管等故障，可保证充填连续进行，故障率基本为零。
实施例2
一种浆体压浸式充填工艺，包括如下步骤：
（1）废石充填：废石充填前先在空区一端砌筑挡墙，将废石自空区另一端进入，在废石上面埋设多根注浆管，然后再在注浆管上充填废石，每充填1.5-2.5m厚废石预埋一层注浆管；废石充填与预埋注浆管同步交替进行；
（2）浆体压浸：将浆体经充填泵加压（压力为5.6MPa），经注浆管压入至已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，由下自上依次逐渐注浆，待溢浆观测孔出浆时停止注浆；等待浆体凝固与废石胶结成整体，即可完成浆体压浸式充填。所述的浆体为粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的混合物，其中粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的质量比为1：3：0.008：0.007，所述的粉煤灰、碳酸钠、水玻璃、底泥的粒径小于10μm。
该技术方案中，成本低、充填连续性好。膏体泵送胶结充填技术因需将块矿废石破碎至6mm以下的细骨料，导致骨料破碎加工成本高；同时为了增加膏体的流动性，需加入大量粉煤灰（目前每立方充填料需加入652kg粉煤灰），粉煤灰均从发电厂购买，运费高；该充填技术需要大量设备设施，运行及维护成本高。浆体压浸式充填对骨料的要求没有限制，块状废石即可直接用于充填，减少破碎环节，可降低成本6.3元/m³，同时不需加入大量粉煤灰，以进一步降低成本，设备设施简单，运行、维护成本低。膏体泵送胶结充填技术因在泵送浆液进行充填过程中易发生堵管等故障，经常导致充填中断，故障率可达15%,；浆体压浸式充填不易发生堵管等故障，可保证充填连续进行，故障率基本为零。
Claims (3)
1.一种浆体压浸式充填工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）废石充填：废石充填前先在空区一端砌筑挡墙，将废石自空区另一端进入，在废石上面埋设多根注浆管，然后再在注浆管上充填废石，每充填1.5-2.5m厚废石预埋一层注浆管；废石充填与预埋注浆管同步交替进行；
（2）浆体压浸：将浆体经充填泵加压，压力为5-6MPa，经注浆管压入至已预先充填好的废石充填体中，并让浆液均匀浸润、填充整个废石充填体的孔隙，从下往上依次逐渐注浆，待溢浆观测孔出浆时停止注浆；等待浆体凝固与废石胶结成整体，即可完成浆体压浸式充填，浆体为粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的混合物，其中粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的质量比为1：2-3：0.005-0.01：0.005-0.01，所述的粉煤灰、碳酸钠、水玻璃、底泥的粒径小于10μm。
2.根据权利要求1所述的浆体压浸式充填工艺，其特征在于，所述的注浆管上每隔0.8-1.2米设置一对溢浆孔，注浆管上的溢浆孔呈90度交替布置。
3.根据权利要求1所述的浆体压浸式充填工艺，其特征在于，步骤（2）所述的浆体为粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的混合物，其中粉煤灰、含水量为60%以上的底泥、碳酸钠、水玻璃的质量比为1：3：0.008：0.007。
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