[发明专利]一种用于处理采空区的胶结充填系统和充填方法

说明书

本发明提供了一种用于处理采空区的胶结充填系统，包括尾砂浆液粒度分级设备；细颗粒浓密机，与尾砂浆液粒度分级设备的细颗粒尾砂出口连通，设置有絮凝剂添加口；第一配料装置，设置有第一胶凝材料添加口；粗颗粒浓密机，与尾砂浆液粒度分级设备的粗颗粒尾砂出口连通；第二配料装置，设置有第二胶凝材料添加口。本发明的充填工艺和系统，将尾砂分离成粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂并分别进行处理，粗颗粒尾砂经过浓密和添加凝胶材料处理后用于铺设采空区下层，粗颗粒材料渗透率高，用于铺设在下层便于脱水；细颗粒尾砂经絮凝处理后，再向沉淀物中添加胶凝材料制成膏体，具有强度高、压缩率低的优点，有利于保证填充体的接顶效果。

技术领域

本发明属于金属矿回收与安全领域，具体涉及一种用于金属矿采空区的胶结充填系统，本发明还提供了使用该充填系统进行采空区充填的方法。

背景技术

金属矿开采过程中，对于采空区的处理是一个非常关键的环节。以留矿法开采金属矿为例，这一方法在开采期会针对部分矿房进行开采，形成采空区，同时保留部分矿体形成矿柱，矿柱对矿房结构起到了支撑作用，可保护金属矿采空区处的地貌、地面建筑物和主要井巷。采矿产生的采空区会使矿区存在安全隐患，且留下的大量矿柱同样为优质矿产，如不进行回采会给资源带来极大的浪费。因此出于安全及经济效益的考虑，对采空区进行处理进而回收矿柱具有十分重要的意义。

现有的采空区处理方法中，胶结充填法处理采空区是一种常用的采空区处理方法，该方法将含有胶凝材料的充填料填入采空区形成具有一定强度的支撑体，从而为矿柱回采创造条件。为了提高废料的资源化利用，充填料通常会选用金属矿尾砂作为主要成分之一，同时加入胶凝材料。常用的凝胶材料有水泥，除此之外为实现废弃资源的利用，提高经济效益，还会在胶凝材料中添加矿渣等，或者采用胶固粉(炼钢/铁废渣磨粉)作为胶凝材料。如中国专利文献CN103833243A公开了一种全尾砂自流充填胶结材料，该胶凝材料按照以下配比制备而成：高炉矿渣55～80％，硅酸盐水泥熟料5～15％，半水石膏5～10％，二水石膏3～10％，生石灰3～10％，三乙醇胺0.01～0.05％；在使用时将该凝胶材料按照质量比为1:10的比例与全尾砂混合，即可制成用于采空区回填的充填料。在利用尾砂制备充填料的过程中，为了提高充填料的浓度，还可能会添加一定的絮凝剂。

为了将充填料输送至采空区，需要相应地构建一套充填系统，该充填系统包括充填料制备设备和充填料运输设备，中国专利文献CN105834012A公开了一种全粒级尾砂胶结充填料浆连续制备系统，其主要由尾砂浆汇集缓冲给料装置、深锥浓密机、絮凝剂制备及投加装置、底流渣浆泵、胶结料储仓、胶结料计量及输送装置、压气系统、供水系统、充填事故池、搅拌系统和充填料浆输出管道组成，可将充填料送至井下采空区进行充填。

使用尾砂填充料对采空区进行填充时需要重点考虑的几个问题在于：一是渗透率和脱水的问题，全尾砂的粒径范围可从微米级到毫米级，含有大量的细颗粒，这使得其渗透率较差，水分不易渗出，脱水难度较大，影响充填的效率和充填体的稳定性。二是接顶的问题，充填材料会存在一定程度的压缩和塌陷，进而导致充填体的接顶效果受到影响。为了解决这些问题，现有技术通常会对填工艺进行优化。如现有技术中CN105317458B公开了一种充填系统，该系统包括渣浆泵、水力旋流器、粗粒度级尾砂充填组件、细粒度级尾砂充填组件；所述粗粒度级尾砂充填组件包括粗粒度浓密机、第一泵体、粗粒度级浆体输送管道、粗粒度级浆体自流或泵送系统、粗粒度级充填管道；所述细粒度级尾砂充填组件包括细粒度浓密机、第二泵体、细粒度级浆体输送管道、一级搅拌机、二级搅拌机、细粒度级浆体自流或泵送系统、及细粒度级充填管道，所述水力旋流器的底流端连接粗粒度级尾砂充填组件，所述水力旋流器的溢流端连接细粒度级尾砂充填组件，从而实现粗、细砂的分别处理。该工艺分离出的细粒级尾砂添加水泥类胶凝材料后用于充填一步骤采场，满足了一步骤采场对胶结材料强度的要求；粗粒级高浓度尾砂浆体则直接充填到二步骤采场，满足二步骤采场非胶结充填尾砂脱水固结的需求。