[发明专利]钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山充填料及充填方法，尤其涉及一种钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法。

背景技术

矿山充填是为满足采矿业的需要而发展起来的，已经有100多年的历史，中国从20世纪50年代开始开展了矿山充填实践。矿山充填技术经历了从非胶结充填到胶结充填的发展过程，目前中国煤矿一般采用膏体(或类膏体)充填技术。

膏体充填技术于20世纪80年代初期起源于德国普鲁萨格金属公司位于图林根州哥斯拉地区的巴德格隆德铅锌矿。在德国混凝土泵制造商-普茨迈斯特公司的帮助下，利用选矿厂浮选尾砂和重介质分离粗粒废石，设计出一种可泵送的膏体充填材料配比，并利用连续带式水平真空过滤机和全液压驱动两段连续搅拌机制备膏体，PM全液压双缸活塞泵输送至井下。

巴德格隆德铅锌矿膏体充填系统成功的运行了10年，直到1992年闭坑，普鲁萨格金属公司开始向全世界转让和提供咨询服务。随后膏体充填技术在美国、加拿大、澳大利亚和南非等国家迅速发展起来。如美国的幸运星期五银铅矿、加拿大的多姆金矿、澳大利亚的奎和铅锌矿以及南非的兰德方舟金矿。

1991年德国矿冶技术公司首次把膏体充填技术应用到煤矿中来，试验地点是沃尔萨姆煤矿，工作面采深1000m，煤层厚度1.5m，所用膏体充填材料为矸石、粉煤灰和破碎岩粉。物料粒径小于5mm，质量浓度达到了76％～84％。沃尔萨姆矿使用普茨迈斯特公司生产的液压双活塞泵进行泵送，工作压力25MPa，最大输送距离7km。在充填采空区时，充填管道沿煤壁方向布置在输送机和液压支架之间，每隔一定的距离接一布料管深入到采空区内20m左右进行充填，充填管路紧随工作面设备推进而前移。

膏体充填材料的制料、混料、输送和充填过程是在充填系统的帮助下完成的，一般来说，膏体充填系统由地面设施(厂房设备和仪表等)和井下管网组成。充填系统的配置可分为分散配置和集中配置两大类。集中配置便于集中管理，可减少岗位操作人员，减少设备，从而降低费用。因此，只要条件允许，要尽量采用集中配置方案。

膏体充填材料相对其它充填材料有其独特的特点，首先是膏体充填材料的浓度相对于其它充填材料的浓度普遍要高，一般达到了76％～84％；其次是膏体充填材料中的料浆基本不沉淀、不离析、不泌水，这个特点使得充填材料在工作面的排水设备变得简单，同时也减少了因排水而带走大量的固体颗粒；同时膏体充填材料的流动状态为柱塞流，充填管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动；膏体充填材料的压缩率极低，主要是由于膏体充填材料中固体颗粒之间的空隙由胶结材料和水充满，一般压缩率只有1％左右，这对于控制地表开采沉陷有很好的效果。

采空区充填技术分为井下充填和地面充填：

井下充填方法主要分为4种，即自溜充填、机械充填、风力充填和水力充填。自溜充填只能满足急倾斜煤层中应用，淮南、北京、北票及中梁山等矿业集团曾应用过这种充填法。机械充填所用的设备简单，对充填材料和要求不严格，但充填能力低。风力充填对系统、设备和充填料的要求比较高，适用范围较小。

地面充填包括从地面直接向采空区充填和由地面向岩层内部离层带注浆充填。其中，从地面直接向采空区充填，内容涉及充填工艺、充填时机、充填形式及充填体的强度等；覆岩内部离层注浆控制地表沉陷技术是一种新的岩层控制技术途径，其工程实践主要涉及注浆孔的平面位置和深度的选择、注浆孔的施工、注浆站与注浆工艺设计、注浆工程质量控制、注浆材料配比、充填体的分布及充填体的持久稳定性等。

目前矿山实施充填开采技术时，主要采用了三种充填工艺，即尾矿回填、膏体充填和高浓度充填。

尾矿回填是通过充填井将地面尾矿运到工作面，进行采空区充填，由于尾矿回填属于干式充填，其充填体的压缩率较大，最终产生的地表变形较大，对地表沉陷控制要求较高的场合，该方法不太适用。

膏体充填所形成的充填体质量高，地表沉陷控制效果好。但膏体充填料浆质量控和输送较为困难，经常发生堵管事件，系统工作的稳定性和可靠性较差，并且设备投资较高，所以在世界上采用膏体充填技术的矿山相对较少。

高浓度充填与膏体充填相比，虽然充填体质量稍差，但由于高浓度充填料浆流动性好，更有利于充填接顶，因而地表沉陷控制效果同样比较理想。

上述膏体充填仅用于不溶性的固体矿产矿山采空区，且充填膏体未进行固化处理，其抗压强度很弱。充填膏体大量的泌水对可溶性石盐矿的固体开采带来极大的危害，使采矿无法进行。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法。