[发明专利]一种井下-井上联动煤矸石处置系统及处置方法

权利要求书

1.一种井下-井上联动煤矸石处置系统，包括井上活性煤矸石浆液制备单元和井下煤矸石地下处置材料制备单元，其特征在于，所述井上活性煤矸石浆液制备单元与所述井下煤矸石地下处置材料制备单元连通，所述井上活性煤矸石浆液制备单元用于将制备得到的活性煤矸石浆液运至井下煤矸石地下处置材料制备单元，所述井下煤矸石地下处置材料制备单元用于制成煤矸石地下处置材料并用于对长壁采空区，及/或离层空间进行填充处置；

所述井上活性煤矸石浆液制备单元包括连接设置的井上破碎设备(2)、煅烧设备(3)、微粒研磨设备(4)、井上制浆设备(5)和输送管道(7)；所述井上破碎设备(2)用于将地面煤矸石进行破碎得到煤矸石细料；所述煅烧设备(3)用于将所述煤矸石细料进行煅烧后并运送至所述微粒研磨设备(4)；所述微粒研磨设备(4)用于将煅烧后的煤矸石细料进行脱碳活化形成活化煤矸石粉末；所述井上制浆设备(5)用于将所述活化煤矸石粉末与水混合得到活性煤矸石浆液；所述输送管道(7)用于将所述活性煤矸石浆液运至井下煤矸石地下处置材料制备单元；

所述井下煤矸石地下处置材料制备单元包括连接设置的井下煤矸石连续输送装置(9)、煤矸石井下分选设备(10)、井下破碎设备(11)、井下制浆设备(12)和胶凝材料制备站(13)；

所述井下煤矸石连续输送装置(9)用于将井下采煤工作面产生的煤矸石运送至所述煤矸石井下分选设备(10)中进行分选；所述井下破碎设备(11)用于将所述煤矸石井下分选设备(10)分选出的作为固体废弃物的煤矸石进行破碎得到煤矸石骨料；所述胶凝材料制备站(13)与所述输送管道(7)通过地下巷道内输送管道(8)连通；所述胶凝材料制备站(13)用于将水玻璃与碱性激发材料混合经冷却制备成激发溶液，再将由所述地下巷道内输送管道(8)输送的所述活性煤矸石浆液与所述激发溶液混合，形成煤矸石基地质聚合物胶凝材料；所述井下制浆设备(12)用于将所述煤矸石基地质聚合物胶凝材料与所述煤矸石骨料混合制成煤矸石地下处置材料。

2.根据权利要求1所述的井下-井上联动煤矸石处置系统，其特征在于，还包括地下钻场和设备房(19)，所述地下钻场和设备房(19)与所述井下制浆设备(12)通过浆液输送管道(14)连接，将所述煤矸石地下处置材料充填至长壁采空区，及/或离层空间；

所述微粒研磨设备(4)为球磨机；所述井下破碎设备(11)内置破碎系统、筛分系统和粗料返工系统。

3.一种全煤矸石地下处置方法，其特征在于，采用权利要求1～2任一所述的井下-井上联动煤矸石处置系统进行全煤矸石地下处置，该方法包括：

根据长壁采空区的空隙裂隙空间总量确定长壁采空区的煤矸石处置量，选择长壁采空区的注浆孔，根据所述长壁采空区的煤矸石处置量通过所述长壁采空区的注浆孔向长壁采空区内充注所述煤矸石地下处置材料；

及/或，选择离层空间的注浆层位，根据离层空间的最大极限注采比确定所述离层空间的煤矸石处置量，根据离层空间的煤矸石处置量向所述离层空间的注浆层位内，按照注浆顺序依次充注所述煤矸石下处置材料；

充注所述煤矸石地下处置材料时的充注速度大于等于煤矸石产生速度。

4.根据权利要求3所述的全煤矸石地下处置方法，其特征在于，所述长壁采空区的空隙裂隙空间总量由下式确定：

V＝λ×2L×l_t×h_m

其中，V为长壁采空区的空隙裂隙空间总量，单位为m³；L为极限垮落距，单位为m；h_m为煤层采高，单位为m；l_t为采煤推进长度，单位为m；λ为时间因子，刚开采时，取0.95；开采时间1年以内，取0.9～0.4；开采1年～3年，取0.4～0.3；开采3年以上，取0.3～0.25；

所述极限垮落距L通过下式确定：

L＝3×min{L_t,L_s,L_y}

其中，L_t为老顶梁式破断时弯矩作用下形成的极限跨距，单位为m；L_s为老顶梁式破断时剪切应力作用下形成的极限跨距，单位为m；L_y为实际监测的周期来压步距，单位为m。