[發明專利]礦山采空區泥漿回填的機械設備和方法

有效

• 申請號: 201710046005.1
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106917634B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 高希賢;高峰峰;高原原;高宇宇
• 申請（專利權）人: 呂梁市希賢治黃研究所
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21C47/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是關于礦區地面沉陷防治、特別是礦山采空區泥漿回填的機械設備和方法的發明。它開創黃土高崖垂向機械化取土、泥土井上井下渡槽輸移、泥漿跟進回填的一條龍隨采(土)、隨配(水)、隨運、隨填的直達采空區終點的機械裝備、操作方法、巷道規劃的發明。適用于沙漠、黃土高原地區且有水源的采空區域的沉陷防治工程。它的開發應用，對消除礦山頂板瓦斯透水事故和山區洪峰追尾疊加、破解土壩施工沉陷裂縫世界性難題、有效管控山區水土資源、創建星羅棋布的人工湖及溝臺機械化農場、改善局部自然環境生態植被氣溫降水等狀況意義重大。

技術領域

本發明礦山采空區泥漿回填的機械設備和方法，屬于礦山(如煤礦、鐵礦、鋁礦等等)開采法(如水砂充填開采、膏體充填開采)中采空區沉陷防治的回填技術領域。

背景技術

充填開采的緣由和路徑。礦藏開采之后，采空區上部的地面相繼出現土地開裂、地表泉水斷流、房屋倒塌、山體滑坡等地質災害。引發村礦矛盾，導致移民搬遷、修復治理等諸多社會經濟問題。充填開采就是利用外來材料如矸石、沙子、碎石、粉煤灰等物料充填采空區，達到控制巖層移動、地面沉陷的目的。

充填開采方法的分類。按充填位置，分為采空區充填、冒落區充填、離層區充填；按充填量，分為全部充填、部分充填；按充填動能，分為(重力) 自溜充填、風力充填、機械(內燃、電力、人工)充填、水力充填；按充填材料，分為水砂充填、矸石充填、膏體充填、高水充填。

充填開采的歷史和現狀。早在100年前，澳大利亞北萊爾礦的工人就將全部廢棄矸石排棄至采空區充填。充填真正作為煤礦減沉開采的一個計劃工序是在20世紀30年代以后。它經歷了干式充填開采、水力充填開采、膏體充填開采三個階段。20世紀50年代，加拿大和澳大利亞等國開發了水力采空區充填技術。水力充填材料通常是河沙、煤矸石和電廠粉煤灰，在波蘭、德國應用較多。據1955年阜新、鶴崗兩礦的資料，用水砂充填法采煤與同期采用垮落法采煤成本相比較，前者較后者成本高 40％-120％。加之工序多且復雜、機械化程度低、勞動強度大及充填材料泌水惡化了工作面采煤作業環境等缺點，水砂充填采煤法在我國沒有得到推廣應用。膏體充填技術在國外金屬礦山已有近30年的發展歷史。世界上首次膏體充填試驗于1979年在德國格隆鉛鋅礦進行。我國金川有色金屬公司一礦區、大冶有色金屬公司銅綠山礦，近年成功試驗并應用了膏體充填技術。德國瓦爾蘇蒙煤礦采用長壁工作面采煤，以工業廢棄細物料煤泥、粉煤灰制備膏體充填采空區。目前，膏體充填是金屬礦山正在推廣的一項相當有前景的新技術。我國煤礦2004年開始膏體充填技術的試驗研究。膏體充填料漿在管道輸送中的一個重要特點是：無臨界流速，可以在很低的流速條件下長距離輸送。在似膏體的組成中，煤矸石粒徑小于5mm。選用235^#水泥，水泥、粉煤灰和煤矸石的質量比為1∶4∶15，質量濃度在70％-72％之間，一般膏體充填系統設計流速0.7-1.0m/s。有一種赤泥膠結充填技術，于20 世紀90年代在山東湖田鋁土礦應用成功，并在山東萊蕪鐵礦開展了赤泥金屬沙膠結充填工業試驗，其主要組分包括赤泥、粉煤灰、石灰和減水劑。采用主、副管道輸送工藝，主管道輸送赤泥粉煤灰漿；副管道輸送石灰漿。兩種料漿在排出口附近經氣流混合器進行混合，最終排入采空區，形成不需要脫水的膏狀物料。充填料漿質量分數為58％-60％，充填體密度1.5g/cm³。萊蕪鐵礦工業試驗裝備耗資1090萬元，充填成本40元/t。相對于其他充填開采方法需要水泥、河沙等充填料來說，大大降低了成本。赤泥膠結充填體進入采場后呈膏狀，能順利流入采空區，并能嚴密接頂，且具有凝固快的突出優點。近年來，隨著煤礦綠色開采技術的不斷發展，我國學者提出了固體廢物置換充填技術，對礦山開采產生的各種廢棄物進行有效的處理與利用。研究出了能與傳統綜合機械化采煤技術相適應的綜合機械化矸石固體充填技術。