[发明专利]一种废石与尾砂混合料浆制备与泵送充填装置

说明书

本发明公开了一种废石与尾砂混合料浆制备与泵送充填装置，包括料浆制备系统、废石破碎系统、搅拌系统和泵送充填系统，料浆制备系统设置于地表，废石破碎系统、搅拌系统和泵送充填系统均设置于井下，料浆制备系统通过自溜充填管道与搅拌系统的进料端对接，废石破碎系统的出料端与搅拌系统的进料端对接，泵送充填系统与搅拌系统的混合料出口对接，料浆制备系统用于制备全尾砂胶结料浆，废石破碎系统用于对井下废石进行破碎。该装置可充分利用井下废石进行胶结充填，能使废石不出坑，大幅度减少废石运输提升成本，提高废石综合利用率，并结合已有全尾砂胶结充填系统，实现尾砂料浆+废石的混合高浓度料浆泵送充填。

技术领域

本发明涉及地下矿山充填采矿技术领域，具体涉及一种废石与尾砂混合料浆制备与泵送充填装置。

背景技术

充填采矿法因具有提高资源回收率，节能减排，保护环境，安全可靠的优点受到广泛认同。从环境保护及开采安全的角度，充填采矿法代表了国内外矿山采矿技术的发展趋势之一。地下矿山充填采矿技术与工艺经历了从干式充填到水力充填，从低浓度分级尾砂胶结充填向全尾砂高浓度胶结充填，膏体、似膏体，以及废石-全尾砂高浓度管输充填技术等过渡。尤其是利用全尾砂充填方面已开展了大量的研究和工业应用，部分矿山尾矿利用率均达到了较高的水平。纵观当前矿山井下充填技术，尾砂与废石依然是矿山充填骨料的主要来源。以分层充填法开采的矿山为例，利用尾砂进行胶结充填的工艺和技术已比较成熟，但目前针对矿山废石与全尾砂的充填工艺技术仍然是分而用之，因而绝大多数矿山未能有效利用废石与全尾砂进行充填。

实际上，利用废石充填空区的工艺可追溯至上世纪50年代，早期直接将废石作为充填体在工作平台边采边充，或者直接将废石放入采空区。随后，为了提高废石充填体的强度以方便回采相邻矿体，又在废石充填料中添加水泥浆(或水泥砂浆)，发明了废石胶结充填技术。该技术已在国内外地下矿山得到广泛应用，但主要用于采场回采完毕后一次性充填采空区。废石胶结充填最大的优点在于水泥用量节省，充填体强度相对较高，充填料含水量少，干凝后收缩变形量小，常用于形成高强度充填体作为人工矿柱，为下一步矿房开采提供较好的安全保障。

从工艺的角度，废石胶结充填多采取废石与料浆分流输送、在井下通过浆料自淋废石的方式进行混合。自淋混合方式不需要庞大的机械搅拌系统，因此制备能力大。废石料通过自重输送或矿用卡车等机械输送，避免了管道输送粗集料工艺对集料级配要求高和易堵管的缺点，但传统充填工艺技术使用的尾砂自溜管路充填系统，其铺设管路复杂，管路利用率低，劳动量大，费用高。而且由于运输工具的限制，如皮带运输时块石的尺寸一般要求在300mm以内。同时，对于-25mm以内的块石应严格控制，研究表明细颗粒太多，会使料浆不能很好地渗透到块石的空隙之中，造成对交界砂浆的贫化，不能实现对块石集料的良好的包裹，导致块石尾砂充填体强度差和分布不均。同时，块石和砂浆只有在理想的状态下混合均匀，才能够形成效果最好的胶结充填体。理想情况下，废石胶结充填体的强度最终可到达2-4MPa，甚至更高。

近年来随着充填工业技术和设备的发展，可以输送高浓度的柱塞泵实现了国产化，使设备投资大大降低。因此，在因充填高差较小、输送距离较远而无法实现自流输送的矿山，需要高浓度充填的矿山和需要提高接顶充填率的矿山，膏体或似膏体泵送充填开始受到重视。泵压输送充填是基于高浓度固液混合物的流变特性及其在管道内的特有流动状态，并在泵送混凝土的基础上而发展起来的一种充填方式。膏体泵送充填可获得高密度的高质量充填体，在井下无需脱水，由于采用加压输送，充填不受倍线的限制。但是，泵送充填能否取得成功，取决于所制备的充填料流变特性和在管道流动及静止时的稳定性。尤其是采用废石+尾砂混合料浆进行泵送充填时，由于混合充填料的级配不像混凝土集料级配那样严格，其泵送性能要低于混凝土。研究和解决简单、可靠、实用的高浓度充填料输送技术，以及如何预防和处理运行中可能产生的堵管、长距离泵送零件磨损问题，是充填管道输送技术和工艺的发展方向之一。