一种矿山密实混合充填系统和方法

1.本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种矿山密实混合充填系统和方法。

背景技术：

2.现有的地下矿山充填工艺和方法在对某一矿区的空区进行充填时都是采用固定原材料配比混合后泵送充填。充填料中采用了较多的水泥，成本较高。此外，由于井下充填时，充填体会随时间凝结和缓慢缩减沉降，因此井下采空区充填一直难以接顶，充填体不接顶，则无法达到充填效果和目的，采空区存在着塌陷隐患。

技术实现要素：

3.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种可以对地下矿山采空区进行低成本充填，同时，也能很好接顶维护采空区顶板稳固的矿山密实混合充填系统和方法。本发明所提供的技术方案可以保证充填体有效接顶，以使采空区不致塌陷。同时高强度与低强度充填体分层混合充填，既能保证充填体强度，又能降低充填成本。是一种高效安全充填效果好的充填工艺方法。
4.本发明所提供的技术方案如下：
5.一种矿山密实混合充填系统，包括：
6.搅拌设备，其进料口分别连通浓密机、水泥仓和粉煤灰仓，所述水泥仓或所述粉煤灰仓择一与所述浓密机同时连通所述搅拌设备；
7.泵送设备，其连通所述搅拌设备的出料口；
8.充填管路，其进口连通所述泵送设备，其出口用于连通采空区；
9.以及连通所述充填管路的供膨胀剂装置，连通位置靠近所述充填管路的出口一端。
10.上述技术方案中：
11.低强度充填层的材料为水、粉煤灰和粗细骨料混凝体，并不进行水化反应，充填低强度充填层时，搅拌设备只接受浓密机和粉煤灰仓来料；
12.高强度充填层为水、粉煤灰和粗细骨料混凝体，可进行水化反应，充填高强度充填层，包括充填体微膨胀层时，搅拌设备只接受浓密机和水泥仓来料；
13.通过交替形成高强度充填层和低强度充填层，在保证了采空区充填体整体强度的情况下，其中低强度充填占2/3以上，并由于低强度充填体采用粉煤灰替代水泥，大大降低了充填成本；
14.通过在最上层添加膨胀剂，使得充填体最上层可以在充填后缓慢膨胀，有效保证了充填体接顶率；同时缓慢膨胀产生的向上应力也可以有效抵消采空区顶板来压，实现了采空区压力平衡，让采空区更加安全稳定。
15.进一步的，所述水泥仓具有电控阀门；所述粉煤灰仓具有电控阀门。对应的，所述矿山密实混合充填系统还设置有联动信号控制器，其分别电连接所述水泥仓的电控阀门和
所述粉煤灰仓的电控阀门，用于通过控制电控阀门的开闭，将浓密机和水泥仓同时连通所述搅拌设备，或者，将浓密机和粉煤灰仓同时连通所述搅拌设备。
16.基于上述技术方案，可方便的通过联动信号控制器切换连通状态。联动信号控制器联动控制信号的时间点可由矿体上部的中段运输平巷向通往矿体的联络道中的观察口反馈。
17.具体的，所述供膨胀剂装置包括依次连通设置的加压水罐和膨胀剂加药机，所述膨胀剂加药机连通所述充填管路。
18.基于上述技术方案，当充填至最上层的充填体微膨胀层时，充填管路连接膨胀剂加药机的阀门打开，膨胀剂加药机底部释放膨胀剂粉料进支管，加压水罐底部放水进支管将膨胀剂粉料冲洗至充填管路中，从而迅速的进入充填体微膨胀层充填，可有效的避免膨胀剂过早反应堵塞充填管路。
19.具体的，所述供膨胀剂装置设置在加药机硐室中。
20.基于上述技术方案，为避免膨胀剂过早反应堵塞充填管路，在离充填矿房较近处开凿加药机硐室，将膨胀剂加药机及其配套的加压水罐放置于硐室内。膨胀剂加药机容量约10m3，加压水罐容量约10～30m3，占用空间小。用完后及时补充膨胀剂粉料和水。当充填采空区较远时，及时在充填采空区附近开凿新的硐室，将膨胀剂加药机及其配套的加压水罐至于至新硐室进行运作。
21.本发明还提供了一种矿山密实混合充填方法，采用本发明所提供的所述矿山密实混合充填系统进行填充，具体包括如下步骤：
22.1)将浓密机与水泥仓同时连通搅拌设备，用于配置高强度充填层浆料；
23.将浓密机与粉煤灰仓同时连通搅拌设备，用于配置低强度充填层浆料；
24.通过切换连通方式，在采空区内自下而上依次交替形成高强度充填层和低强度充填层；
25.2)将浓密机与水泥仓同时连通搅拌设备，并开启供膨胀剂装置，在最上层的所述低强度充填层和采空区之间形成充填体微膨胀层。
26.基于上述技术方案，可交替形成高强度充填层和低强度充填层，并在最上层形成充填体微膨胀层。
27.具体的，所述高强度充填层的厚度为3～5m。
28.具体的，所述低强度充填层的厚度为10～15m。
29.具体的，低强度充填层占比大于三分之二。
30.基于上述技术方案，可以显著的降低成本。
31.具体的，膨胀剂包括以下重量百分含量的各组分：氟石膏5％～35％，石粉50％～80％，石灰15％～45％。
32.具体的，在采空区设置有连通脉外运输平巷道的联络道，用于提供所述切换连通方式所需的时间控制信息。
33.与现有技术相比，本发明的优点如下：
34.1.本发明对采空区充填时采用高强度充填体和低强度充填体分层混合充填，保证了采空区充填体整体强度。其中低强度充填占2/3以上，且低强度充填体采用粉煤灰替代水泥，大大降低了充填成本。
35.2.本发明对采空区充填体的最上层添加了少量膨胀剂，使得充填体最上层可以在充填后缓慢膨胀，有效保证了充填体接顶率。同时缓慢膨胀产生的上向应力也不可以有效抵消采空区顶板来压，实现了采空区压力平衡。让采空区更加安全稳定。
附图说明
36.图1是本发明所提供的矿山密实混合充填系统的整体结构示意图。
37.图2是本发明所提供的采空区充填层混合密实充填结构示意图。
38.附图1、2中，各标号所代表的结构列表如下：
39.1、浓密机，2、水泥仓，3、粉煤灰仓，4、联动信号控制器，5、搅拌设备，6、泵送设备，7、充填管路，8、加药机硐室，9、膨胀剂加药机，10、加压水罐，11、中段运输平巷，12、采空区，13、联络道，111、低强度充填层，112、高强度充填层，113、充填体微膨胀层。
具体实施方式
40.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
41.实施例1
42.参照图1，矿山密实混合充填系统包括浓密机1、水泥仓2、粉煤灰仓3、联动信号控制器4、搅拌设备5、泵送设备6、充填管路7、膨胀剂加药机9及其配套的加压水罐10等装备设备组成。其中联动信号控制器4联动控制水泥仓2和粉煤灰仓3出料，保证搅拌设备5同一时间只接受水泥或粉煤灰中的一种料，以及浓密机1的来料。
43.参照图1及图2，采用矿山密实混合充填系统进行矿山密实混合充填，对采空区充填时采用高强度充填层112和低强度充填层111分层交叉混合充填，其中最下一层必须为高强度充填层112，最上一层充填体微膨胀层113，其材料为在高强度充填材料的基础上添加膨胀剂。高强度充填层112单层高度(即厚度)为3～5m，低强度充填层111单层高度为10～15m，充填体微膨胀层113高度约5m左右。
44.在一个实施例中，参照图1、2，低强度充填层111的材料为水、粉煤灰和粗细骨料混凝体，充填低强度充填层111时，搅拌设备5只接受浓密机1和粉煤灰仓3来料；高强度充填层112的材料为水、粉煤灰和粗细骨料混凝体，充填高强度充填层112时，搅拌设备5只接受浓密机1和水泥仓2来料；充填体微膨胀层113的材料为水、粉煤灰、粗细骨料和膨胀剂的混凝体，形成充填体微膨胀层113时，搅拌设备5只接受浓密机1和水泥仓2来料，并且，开启膨胀剂加药机9及其配套的加压水罐10。联动信号控制器4联动控制信号的时间点由矿体上部的中段运输平巷11向通往矿体(即采空区12)的联络道13中的观察口反馈。
45.在上述实施例的基础上，膨胀剂的主要原料为氟石膏、石粉和石灰。其中氟石膏质量百分含量为5％～35％，石粉质量百分含量50％～80％，石灰质量百分含量15％～45％，实际使用时本领域技术人员可根据膨胀要求确定出具体比例。当充填至充填体微膨胀层113时，充填管路7连接膨胀剂加药机8的阀门打开，膨胀剂加药机8底部释放膨胀剂粉料进支管，加压水罐10底部放水进支管将膨胀剂粉料冲洗至充填管路7中进入充填体微膨胀层113充填。膨胀剂的加入量也可在实际使用时由本领域技术人员根据膨胀要求确定出具体比例。
46.在上述实施例的基础上，为避免膨胀剂过早反应堵塞充填管路7，在离充填矿房较近处开凿加药机硐室8，将膨胀剂加药机9及其配套的加压水罐10放置于加药机硐室8内，膨胀剂加药机9容量约10m3，加压水罐10容量约10～30m3，用完后及时补充膨胀剂粉料和水。当充填采空区较远时，及时在充填采空区附近开凿新的加药机硐室8，将膨胀剂加药机9及其配套的加压水罐10至于至新加药机硐室8进行运行。
47.本发明针对目前的矿山充填，一般采用固定的水泥和粗细骨料配比作为充填体，充填成本较高，且由于充填体随时间凝结和缓慢缩减沉降的特性，导致采空区接顶不充分或难以接顶，无法有效采空区维护空区稳定的不足。利用高强度充填体和低强度充填体密实混合充填，在保证充填体强度的前提下，有效降低充填成本。在最上层充填体中添加由氟石膏、石粉和石灰制备的膨胀剂，使充填体缓慢膨胀接顶。同时膨胀产生的上向应力可抵消采空区顶板压力，让采空区更加安全稳定。
48.本发明通过少量成本高的高强度充填层112和大量成本低的低强度充填层111的混合密实充填，并通过采空区最上层充填体微膨胀层113膨胀剂的添加，实现了采空区充填的降本增效和有效接顶。提高了地下矿山采空区充填效果，有效保证了开采安全。
49.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种矿山密实混合充填系统，其特征在于，包括：搅拌设备(5)，其进料口分别连通浓密机(1)、水泥仓(2)和粉煤灰仓(3)，所述水泥仓(2)或所述粉煤灰仓(3)择一与所述浓密机(1)同时连通所述搅拌设备(5)；泵送设备(6)，其连通所述搅拌设备(5)的出料口；充填管路(7)，其进口连通所述泵送设备(6)，其出口用于连通采空区(12)；以及连通所述充填管路(7)的供膨胀剂装置，连通位置靠近所述充填管路(7)的出口一端。2.根据权利要求1所述的矿山密实混合充填系统，其特征在于：所述水泥仓(2)具有电控阀门；所述粉煤灰仓(3)具有电控阀门；所述矿山密实混合充填系统还设置有联动信号控制器(4)，其分别电连接所述水泥仓(2)的电控阀门和所述粉煤灰仓(3)的电控阀门。3.根据权利要求1或2所述的矿山密实混合充填系统，其特征在于：所述供膨胀剂装置包括依次连通设置的加压水罐(10)和膨胀剂加药机(9)，所述膨胀剂加药机(9)连通所述充填管路(7)；所述供膨胀剂装置设置在加药机硐室(8)中。4.一种矿山密实混合充填方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一所述的矿山密实混合充填系统进行填充，具体包括如下步骤：1)将浓密机(1)与水泥仓(2)同时连通搅拌设备(5)，用于配置高强度充填层(112)浆料；将浓密机(1)与粉煤灰仓(3)同时连通搅拌设备(5)，用于配置低强度充填层(111)浆料；通过切换连通方式，在采空区内自下而上依次交替形成高强度充填层(112)和低强度充填层(111)；2)将浓密机(1)与水泥仓(2)同时连通搅拌设备(5)，并开启供膨胀剂装置，在最上层的所述低强度充填层(111)和采空区之间形成充填体微膨胀层(113)。5.根据权利要求4所述的山密实混合充填方法，其特征在于：所述高强度充填层(112)的厚度为3～5m；所述低强度充填层(111)的厚度为10～15m。6.根据权利要求4所述的山密实混合充填方法，其特征在于：低强度充填层(111)占比大于三分之二。7.根据权利要求4所述的山密实混合充填方法，其特征在于，膨胀剂包括以下重量百分含量的各组分：氟石膏5％～35％，石粉50％～80％，石灰15％～45％。8.根据权利要求4所述的山密实混合充填方法，其特征在于：在采空区设置有连通脉外运输平巷道的联络道，用于提供所述切换连通方式所需的时间控制信息。

技术总结

本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种矿山密实混合充填系统和方法。该系统包括：搅拌设备，其进料口分别连通浓密机、水泥仓和粉煤灰仓，所述水泥仓或所述粉煤灰仓择一与所述浓密机同时连通所述搅拌设备；泵送设备；充填管路；以及连通所述充填管路的供膨胀剂装置。该方法包括交替形成高强度充填层和低强度充填层，并在最上层形成充填体微膨胀层。本发明所提供的技术方案可以保证充填体有效接顶，以使采空区不致塌陷。同时高强度与低强度充填体分层混合充填，既能保证充填体强度，又能降低充填成本。是一种高效安全充填效果好的充填工艺方法。工艺方法。工艺方法。