专利名称：坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填系统及充填方法
技术领域：
本发明属于矿山工程技术领域，涉及一种坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填系统，本发明还涉及一种利用该充填系统充填采空区的方法。
背景技术：
废石和尾砂是矿山企业的两大类固体工业废料，而现有矿山充填技术远不能满足矿山环境保护的要求。目前，以尾矿为骨料的分级尾砂充填工艺、全尾砂高浓度充填工艺和膏体充填工艺已在技术上取得了重大突破并得到推广应用；其中，高浓度全尾矿充填技术可以以合理的充填成本高效率地利用全尾砂。在矿山废石充填方面，现在仍然以自然级配采掘废石作为充填集料、水泥浆为胶结介质，并且只能利用采空区落差条件，通过充填料分流输送和自淋混合方式实现胶结充填，因而废石的利用率有限，只能在少数矿山推广，而采用分层充填法的矿山还不能有效利用废石进行充填。废石和尾砂是矿山的大宗废料且不存在来源不足问题，而这些废石若不被处理，将会构成对环境的污染。现有的矿山充填系统不能大量使用矿山废石和尾砂制备充填料浆，使得这两种废料的利用率有限，对环境造成污染。因此，需要进一步研究开发矿山废石一全尾砂充填新模式，以降低充填成本和减少矿山废料向地表的排放。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填系统，有效利用废石和尾砂，减少矿山废料向地表排放，减轻对环境的污染，降低充填成本费用。本发明的另一目的是提供一种利用上述充填系统对采空区进行充填的方法。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种坑采矿山废石_全尾砂管道输送充填系统，包括搅拌槽，搅拌槽分别与搅拌机、供水装置、液压充填泵和两个给料仓相连接；液压充填泵与输送管道相连接，输送管道还分别与高压风输送装置和水清洗装置相连接。本发明所采用的另一技术方案是，一种利用上述管道输送充填系统对充填采场进行充填的方法，具体按以下步骤进行
步骤1 安装一管道输送充填系统，该管道输送充填系统包括搅拌槽，搅拌槽分别与搅拌机、供水装置、液压充填泵和两个给料仓相连接；液压充填泵与输送管道相连接，输送管道还分别与高压风输送装置和水清洗装置相连接；
启动供水装置，将水依次送入搅拌槽、液压充填泵和输送管道，进行试水； 步骤2 将全尾砂和废石分别送入两个给料仓； 将水泥送入搅拌机，并搅拌得到浓度为65% 72%的水泥浆； 步骤3 当搅拌槽内的水至搅拌槽的1/3的料位后，启动搅拌槽，向搅拌槽内注水，再依次加入水泥浆、全尾砂和废石，送入搅拌槽的全尾砂与废石的重量比为1.5 2. 5 1，全尾砂与废石的瞬时量为120 140 t/h，水泥浆按20 30t/h的流量加入搅拌槽；
步骤4 通过供水装置向搅拌槽内供水调整，在搅拌槽中形成重量浓度为76% 81%的废石_全尾砂充填料浆；
步骤5 启动液压充填泵，将搅拌槽中的废石_全尾砂充填料通过输送管道连续输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按20 30t/h的流量连续向搅拌槽内加入水泥浆，按重量比1.5 2. 5 1持续向搅拌槽内加入全尾砂和废石，并通过供水装置连续向搅拌槽内加水，在搅拌槽内连续形成重量浓度为76% 81%的废石-全尾砂充填料浆，将搅拌槽内连续形成的废石-全尾砂充填料浆连续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填；
步骤6 充填完成后，先启动水清洗装置清洗输送管道，再启动高压风输送装置，对输送管道进行风水联合清洗，直至将输送管道清洗干净。本发明充填方法以矿山井下采掘的废石和选矿全尾砂作为骨料，以普通硅酸盐水泥为胶结剂，与矿山废水进行组合配制成高浓度高流态的充填料浆，通过管道输送(可泵送、可自流)至井下采空区实现充填。是一种集高浓度和膏体充填技术优势于一体，成本低的矿山充填新模式，适用于各类应用充填采矿法的矿山。充填入采空区的料浆具有高强度、 不离析、管道输送稳定等特点。
附图是本发明充填系统的结构示意图。图中，1.第一皮带输送机，2.第二皮带输送机，3.送料机构，4.第一给料仓，5.第二给料仓，6.供水装置，7.搅拌机，8.搅拌槽，9.液压充填泵，10.高压风输送装置，11.输送管道，12.水清洗装置。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如附图所示，本发明充填系统的结构，包括搅拌槽8，搅拌槽8分别与搅拌机7、第一给料仓4、第二给料仓5、供水装置6和液压充填泵9相连接；搅拌机7与送料机构3相连接；第一给料仓4与第一皮带输送机1相连接；第二给料仓5与第二皮带输送机2相连接； 液压充填泵9与输送管道11相连接，输送管道11还分别与高压风输送装置10和水清洗装置12相连接。搅拌槽8采用ATD III -Φ700型双螺旋搅拌输送机，搅拌轴长达6米，搅拌槽的最大容积为15m3，采用2X30kw电机传动。输送管道11采用管径为110 150mm的无缝钢管。液压充填泵9采用双缸液压充填泵。本发明还提供了一种利用上述充填系统对采空区进行充填的方法，该方法具体按以下步骤进行
步骤1 启动供水装置6，供水装置6将水依次送入搅拌槽8、液压充填泵9和输送管道 11，试水3 5分钟，润滑充填管路；
步骤2 通过第一皮带输送机1将全尾砂送入第一给料仓4 ；通过第二皮带输送机2将粒径为16mm 20mm的废石送入第二给料仓5 ； 通过送料机构3将水泥送入搅拌机7，并搅拌得到浓度为65% 72%的水泥浆； 步骤3 通过供水装置6向搅拌槽8内注水，当搅拌槽8内的水至搅拌槽1/3的料位后， 启动搅拌槽8，并将搅拌机7中的水泥浆、第一给料仓4中的全尾砂和第二给料仓5中的废石依次送入搅拌槽8，送入搅拌槽8的全尾砂与废石的重量比为1.5 2. 5 1，全尾砂与废石的瞬时量为120 140 t/h，水泥浆按20 30t/h的流量加入搅拌槽8 ；
步骤4 对送入搅拌槽8的物料进行搅拌，然后，通过供水装置6给搅拌槽8供水调整， 在搅拌槽8内形成重量浓度为76 81%的废石-全尾砂充填料浆，达到控制输送的充填料浆浓度，每立方米 该废石_全尾砂充填料浆中含260 280 Kg水泥，以满足充填体强度 R28彡5. OMPa的要求；
步骤5 启动液压充填泵9，将搅拌槽8中的废石-全尾砂充填料浆送入输送管道11，并通过输送管道11将该废石_全尾砂充填料浆输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按20 30t/h的流量连续向搅拌槽8内注入水泥浆，按重量比1.5 2. 5 1持续向搅拌槽8内加入全尾砂和废石，全尾砂与废石的瞬时量为120 140t/h，并通过供水装置6 持续给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8内持续形成重量浓度为76% 81%的废石-全尾砂充填料浆，通过液压充填泵9将搅拌槽8内连续形成的废石_全尾砂充填料浆持续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填；
步骤6 充填完成后，先启动水清洗装置12对输送管道11清洗3 5min，再启动高压风输送装置10，将高压风吹入输送管道11，对输送管道11进行风水联合清洗，直至将输送管道11清洗干净。本发明充填方法以矿山井下采掘的废石和选矿全尾砂作为骨料，以普通硅酸盐水泥为胶结剂，与矿山废水进行组合配制成高浓度高流态的充填料浆，在全尾砂和废石的重量比为6 4的条件下，当充填料浆的重量浓度为77 79%时，充填料浆的屈服应力变化范围较小(τ 0=40 60Pa)，粘度系数变化范围较小(“=1. 0 3. OPa. s),均利于管道输送。充填料浆的重量浓度对料浆流动指数η的影响非常显著，随着料浆重量浓度增大流动指数降低。当料浆浓度大于77. 6%后，流动指数趋于1. 0，根据我国及美国材料与试验协会 (ASTM)制定的混凝土稠度等级与坍落度范围，本发明充填方法中使用的废石-全尾砂充填料浆属高流态混凝土。废石-全尾砂骨料具有连续性，适宜的输送管的管径110 150mm ；管径越大阻力越大，管道磨损越严重，因而推荐使用管径150mm无缝钢管，该无缝钢管的料浆输送能力为 90 105m3/h。本发明方法采用地表风水联合清洗方式清洗输送管道10，清洗水可在采场分离出去。在地表泵出口处集中安装高压风管和水管，通过先水后风的联合清洗方式，既保证清洗干净管路，又节约用水，更减轻了井下污水的排放量。本充填方法充分利用矿山井下采掘的废石和选矿全尾砂，将其作为骨料，通过室内废石一全尾砂料浆的管道输送特性研究，采空进路内废石充填料浆的流动特性研究等， 寻找出能满足井下长距离管道输送的废石粒径和废石_全尾砂的最佳合理配比，再通过工业试验解决废石-全尾砂高浓度、高流态料浆的配制与搅拌技术；废石-全尾砂高浓度料浆充填系统启动技术；废石_全尾砂充填料浆管道输送技术；废石_全尾砂高浓度料浆充填管道清洗技术。 实施例1
通过供水装置6将水依次送入搅拌槽8、液压充填泵9和输送管道11，试水3分钟，润滑充填管路；通过第一皮带输送机1将全尾砂送入第一给料仓4 ；通过第二皮带输送机2将粒径为16 20mm的废石送入第二给料仓5 ；通过送料机构3将水泥送入搅拌机7，并搅拌得到浓度为65%的水泥浆；通过供水装置6向搅拌槽8内注水，当搅拌槽8内的水至搅拌槽 8的1/3的料位后，启动搅拌槽8，并将搅拌机7中的水泥浆、第一给料仓4中的全尾砂和第二给料仓5中的废石依次送入搅拌槽8，送入搅拌槽8的全尾砂与废石的重量比为1.5 1， 全尾砂与废石的瞬时量为120t/h，水泥按20t/h的流量送入搅拌槽8 ；对送入搅拌槽8的物料进行搅拌，然后，通过供水装置6给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8中形成重量浓度为76% 的废石_全尾砂充填料浆，达到控制输送的充填料浆浓度，每立方米该废石_全尾砂充填料浆中含260Kg水泥，以满足充填体强度R28 ^ 5. OMPa的要求；启动液压充填泵9，将搅拌槽 8中的废石-全尾砂充填料浆送入输送管道11，并通过输送管道11输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按20t/h的流量连续向搅拌槽内加入水泥浆，按重量比1.5 1 持续向搅拌槽内加入全尾砂和废石，全尾砂与废石的瞬时量为120 140t/h，并通过供水装置6持续给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8内持续形成重量浓度为76%的废石-全尾砂充填料浆，通过液压充填泵9将搅拌槽8内连续形成的废石_全尾砂充填料浆持续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填。本实施例中充填系统的充填管路总长1900多米，充填采场深度470米，充填量 1200立方。根据现场测定结果，废尾比为1.5 1的废石-全尾砂充填料浆的流动坡面角在 0.55° 1.19°，下料点处有不太明显的“锥堆”现象，表明该充填料浆的流动性很好，结合料浆坍落度可见，废石_全尾砂高浓度料浆应属高流态浆体。充填完成后，先启动水清洗装置12对输送管道11清洗3min，再启动高压风输送装置10，将高压风吹入输送管道11，对输送管道11进行风水联合清洗，直至将输送管道11清洗干净。本实施例采用的高浓度废石_全尾砂充填料浆的脱水量明显少于细砂膏体充填 (实际仍然是高浓度)。如果充填中能将引流水和洗管水进行分流，废石_全尾砂高浓度 (77% 79%)充填不需要人工脱水，自然脱水即可。本实施例充填的采场中废石-全尾砂充填体的强度达到R3彡1. 5MPa，R7彡2. 5MPa，R28彡5. OMPa0废石-全尾砂充填工艺成本约为86. 48元/m3，是矿山现用棒磨砂自流充填成本的66. 25%，是膏体充填成本的88%，优势比较明显，经济效益显著。对凝结后的充填料浆进行取样，该取样试块中粗粒级废石分布均勻，看不出离析分层现象，表明应用废石和全尾砂制成的高浓度似均质浆体具有良好的抗离析性。根据采场内料浆的脱水情况、流动性以及试块压裂情况综合来看，只要废石_全尾砂充填料浆的浓度控制好，解决了引流水与洗管水，就可以实现采场不脱水、充填体不离析的高强度、高重量、低成本充填。实施例2
启动供水装置6，供水装置6将水依次送入搅拌槽8、液压充填泵9和输送管道11，试水 5分钟，润滑充填管路；通过第一皮带输送机1将全尾砂送入第一给料仓4 ；通过第二皮带输送机2将粒径为16 20mm的废石送入第二给料仓5 ；通过送料机构3将水泥送入搅拌机7，并搅拌得到浓度为72%的水泥浆；通过供水装置6向搅拌槽8内注水，当搅拌槽8内的水至搅拌槽8的1/3的料位后，将搅拌机7中的水泥浆、第一给料仓4中的全尾砂和第二给料仓5中的废石依次送入搅拌槽8，送入搅拌槽8的全尾砂与废石的重量比为2.5 1，全尾砂与废石的瞬时量为140t/h，水泥浆按30t/h的流量加入搅拌槽8 ；启动搅拌槽8，对送入搅拌槽8的物料进行搅拌，得到料浆，然后，通过供水装置6给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8中形成重量浓度为81%的废石-全尾砂充填料浆，达到控制输送的充填料浆浓度，每立方米该废石_全尾砂充填料浆中含280Kg水泥，以满足充填体强度R28 ^ 5. OMPa的要求； 启动液压充填泵9，将搅拌槽8中的废石-全尾砂充填料浆送入输送管道11，并通过输送管道11将该废石-全尾砂充填料浆输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按30t/h 的流量连续向搅拌槽8内加入水泥浆 ，按重量比2. 5 1持续向搅拌槽8内加入全尾砂和废石，全尾砂与废石的瞬时量为140t/h，并通过供水装置6连续给搅拌槽8内供水调整，在搅拌槽8内连续形成重量浓度为81%的废石-全尾砂充填料浆，通过液压充填泵9将搅拌槽8内连续形成的废石_全尾砂充填料浆持续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填；充填完成后，先启动水清洗装置12对输送管道11清洗5min，再启动高压风输送装置 10，将高压风吹入输送管道11，对输送管道11进行风水联合清洗，直至将输送管道11清洗干净。 实施例3
启动供水装置6，供水装置6将水依次送入搅拌槽8、液压充填泵9和输送管道11，试水4分钟，润滑充填管路；通过第一皮带输送机1将全尾砂送入第一给料仓4 ；通过第二皮带输送机2将粒径为16 20mm的废石送入第二给料仓5 ；通过送料机构3将水泥送入搅拌机7，并搅拌得到浓度为68. 5%的水泥浆；通过供水装置6向搅拌槽8内注水，当搅拌槽 8内的水至搅拌槽1/2的料位后，启动搅拌槽8，并将搅拌机7中的水泥浆、第一给料仓4中的全尾砂和第二给料仓5中的废石依次送入搅拌槽8，送入搅拌槽8的全尾砂与废石的重量比为2 1，全尾砂与废石的瞬时量为130t/h，水泥按25t/h的流量加入搅拌槽8 ；对送入搅拌槽8的物料进行搅拌，然后，通过供水装置6给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8内形成重量浓度为78. 5%的废石-全尾砂充填料浆，达到控制输送的充填料浆浓度，每立方米该废石_全尾砂充填料浆中含260Kg水泥，以满足充填体强度R28 ^ 5. OMPa的要求；启动液压充填泵9，将搅拌槽8中的废石-全尾砂充填料浆送入输送管道11，并通过输送管道11将该废石_全尾砂充填料浆输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按25t/h的流量连续向搅拌槽8内注入水泥浆，按重量比2 1持续向搅拌槽8内加入全尾砂和废石，全尾砂与废石的瞬时量为130t/h，并通过供水装置6持续给搅拌槽8供水调整，在搅拌槽8内持续形成重量浓度为78. 5%的废石-全尾砂充填料浆，通过液压充填泵9将搅拌槽8内连续形成的废石-全尾砂充填料浆持续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填；充填完成后，先启动水清洗装置12对输送管道11清洗4min，再启动高压风输送装置10，将高压风吹入输送管道11，对输送管道11进行风水联合清洗，直至将输送管道11清洗干净。
权利要求
1.一种坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填系统，其特征在于，该管道输送充填系统包括搅拌槽(8)，搅拌槽(8)分别与搅拌机(7)、供水装置(6)、液压充填泵(9)和两个给料仓相连接；液压充填泵(9 )与输送管道(11)相连接，输送管道(11)还分别与高压风输送装置(10)和水清洗装置(12)相连接。
2.根据权利要求1所述的管道输送充填系统，其特征在于，所述的搅拌槽(8)采用双螺旋搅拌输送机。
3.根据权利要求1所述的管道输送充填系统，其特征在于，所述的输送管道(11)采用管径为IlOmm 150mm的无缝钢管。
4.根据权利要求1所述的管道输送充填系统，其特征在于，所述的液压充填泵(9)采用双缸液压充填泵。
5.一种利用权利要求1所述管道输送充填系统对充填采场进行充填的方法，其特征在于，该方法具体按以下步骤进行步骤1 安装一管道输送充填系统，该管道输送充填系统包括搅拌槽(8)，搅拌槽(8)分别与搅拌机(7)、供水装置(6)、液压充填泵(9)和两个给料仓相连接；液压充填泵(9)与输送管道(11)相连接，输送管道(11)还分别与高压风输送装置(10 )和水清洗装置(12 )相连接；启动供水装置(6 )，将水依次送入搅拌槽(8 )、液压充填泵(9 )和输送管道(11)，进行试水；步骤2 将全尾砂和废石分别送入两个给料仓； 将水泥送入搅拌机(7)，并搅拌得到浓度为65% 72%的水泥浆； 步骤3:向搅拌槽(8)内注水，当搅拌槽(8)内的水至搅拌槽(8)的1/3的料位后，启动搅拌槽(8)，再依次加入水泥浆、全尾砂和废石，送入搅拌槽(8)的全尾砂与废石的重量比为1.5 2. 5 1，全尾砂与废石的瞬时量为120t/h 140t/h，水泥浆按20t/h 30t/h 的流量加入搅拌槽(8)；步骤4:，通过供水装置(6)向搅拌槽(8)内供水调整，在搅拌槽(8)中形成重量浓度为76% 81%的废石-全尾砂充填料浆；步骤5:启动液压充填泵(9)，将搅拌槽(8)中的废石-全尾砂充填料通过输送管道(11)输送至充填采场，对该充填采场进行充填，同时，按20 30t/h的流量连续向搅拌槽 (8)内注入水泥浆，按重量比1.5 2. 5 1持续向搅拌槽(8)内加入全尾砂和废石，全尾砂与废石的瞬时量为120 140t/h，并通过供水装置(6)持续给搅拌槽(8)供水调整，在搅拌槽(8)内连续形成重量浓度为76% 81%的废石-全尾砂充填料浆，将搅拌槽内连续形成的废石_全尾砂充填料浆持续输送至充填采场，直至完成对该充填采场的充填；步骤6 充填完成后，先启动水清洗装置(12 )清洗输送管道(11)，再启动高压风输送装置(10 )，对输送管道(11)进行风水联合清洗，直至将输送管道(11)清洗干净。
6.根据权利要求5所述的充填方法，其特征在于，所述步骤2中废石的粒径为16mm 20mmo
7.根据权利要求5所述的充填方法，其特征在于，所述步骤4的每立方米废石_全尾砂充填料浆中含260Kg 280Kg水泥。
8.根据权利要求5所述的充填方法，其特征在于，所述步骤6中先用水清洗输送管道3分钟 5分钟。
全文摘要
本发明公开了一种坑采矿山废石-全尾砂管道输送充填系统及充填方法，充填系统包括分别与搅拌机、供水装置、液压充填泵和两个给料仓相连的搅拌槽；液压充填泵连接输送管道，输送管道分别连接高压风输送装置和水清洗装置。先对充填系统试水，在搅拌机中形成水泥浆，向搅拌槽内注水，然后依次加入水泥浆、全尾砂和废石，搅拌并调节料浆的重量浓度，得到废石-全尾砂充填料浆，将该充填料浆连续输送至充填采场进行充填，充填完成后，先用水再用风水联合清洗输送管道。本充填方法是一种集高浓度和膏体充填技术优势于一体，成本低的矿山充填新模式，适用于各类应用充填采矿法的矿山；充填入采空区的料浆具有高强度、不离析、管道输送稳定等特点。
文档编号E21F15/08GK102434204SQ201110310049
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者莫亚斌 申请人:金川集团有限公司