[发明专利]一种煤矿采空区充填的方法和充填系统

说明书

技术领域

本发明属于矿山采空区充填技术领域，涉及一种煤矿采空区充填的方法和充填系统，具体涉及一种以废石、粉煤灰、胶结料和水为充填原料的采空区充填方法和充填系统。

背景技术

矿山采空区是采矿后留下的地下空区，如果不进行充填，会造成地面塌陷，带来危险。煤矿井下充填采空区可以减少地面下沉，消除不安全因素。充填开采就是在井下或地面充填材料将采空区充填起来，达到控制地表沉陷，提高煤炭资源的开采率。当前煤矿采空区充填的主要材料是矸石，另外还有煤粉灰和钢渣（冶金渣）。

矸石作为煤矿采空区主要充填材料应用最为广泛，使用量也最大，一些煤矿堆积多年的矸石山也被充分利用。矸石的广泛利用，造成矸石资源匮乏。此外煤矸石可用作水泥原料、建筑材料、混凝土轻骨架、钢渣由于其成分波动较大，迟迟未能规模化应用，如用钢渣作煤矿采空区充填材料还需进行改良，因此使用受到限制。因此，探索煤矿采空区新型充填材料和填充方法，提高充填体强度，改善充填体的物理力学性质，有效控制地压，提高充填作用效果，同时减少井下环境污染，是一项紧迫的任务。新型充填材料需要满足工艺要求，又要达到控制顶板所需强度，同时要求材料来源广泛、生产成本低廉。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿采空区充填的方法，以解决煤矿采空区充填材料匮乏问题，扩大充填材料来源，提高填充效果，增强充填体强度。本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的煤矿采空区充填系统。

本发明煤矿采空区充填的方法，过程为：充填材料通过给料机送至称量斗称量，充填材料为废石、胶结料、粉煤灰和水，用粉煤灰作细集料，按废石、胶结料和粉煤灰为1:0.22～0.80：0.35～0.57的质量比加水送入搅拌机搅拌均匀，制成质量浓度为70%～83%的浆料。浆料经料浆机、充填泵和输送管路输送到工作面管，然后经三通阀到充填点充填。废石的粒度小于25mm。

废石为剥离的覆土、围岩和不含工业价值的脉石或原矿经过粉碎、干选后产生的废石。粉煤灰为从燃煤锅炉排放烟气中捕集下来的细粉。胶结料为水淬渣。

粒度小于25mm废石的制备过程为：

⑴粒度小于300mm废石经A振动筛筛分，筛出的粒度＜25mm的废石金输送机输送到碎石料仓，粒度≥25mm废石到破碎机破碎。

⑵破碎机破碎后的废石经B振动筛筛分，筛出的粒度＜25mm的废石经输送机到料仓，粒度＞25mm的废石返回到破碎机破碎。

    本发明煤矿采空区充填系统，包括废石料仓、胶结料仓、煤灰料仓、水池、给料机和称量斗。采空区充填系统还设有搅拌机、料浆机、充填泵、输送管路、工作面管和三通管。废石料仓、胶结料仓和煤灰料仓分别通过各自给料机与称量斗连接，水池通过水泵与称量斗连接，各称量斗分别与搅拌机入口连接。搅拌机出口通过料浆机与充填泵入口连接，充填泵出口通过输送管路与工作面管连接，工作面管通过三通阀连接到充填点。

   输送管路包括地面管、钻孔管和井下管，地面管、钻孔管和井下管依次相连。

   采空区充填系统设有粒度小于25mm废石的制备装置，粒度小于25mm废石的制备装置设有A振动筛、B振动筛、破碎机和输送机。A振动筛筛下物出口通过输送机连接到废石料仓，筛上物出口通过输送设备与破碎机入口连结。破碎机出口与B振动筛连接，B振动筛的筛下物出口通过输送机连接到废石料仓，筛上物出口通过输送设备连接到破碎机入口。

粉煤灰是一种似火山灰质混合材料，当粉状与水共存时能生成具有水硬胶凝性能的化合物，是增加强度和耐久性的材料。在我国，黑色金属矿山每年排放的废石尾矿约6.2亿吨，有色金属矿山每年排出的废石尾矿约11500万吨，由于排放量庞大，不仅影响到矿产资源的充分利用，而且危害环境，最明显的是对土地的破坏。废石的堆积和尾矿坝的构筑，不仅侵占大面积农田、土地，而且严重污染水池和土壤，若堆放的废石尾矿管理不善，还有可能发生重大事故，如废石堆自燃、尾矿坝滑坡等。尾矿和废石替代煤矸石用作煤矿采空区充填材料，不仅扩大煤矿采空区的充填材料，还可为国家节约大量的农田和土地，有利于环境、水资源和土壤的保护。