专利名称：一种矿山活动塌陷区回填处置方法
技术领域：
本发明涉及一种矿山活动塌陷区回填处置方法，主要用于对矿山活动塌陷区进行安全、环保、高效处置，属矿山开采及地质灾害治理领域。
背景技术：
据统计，自建国至今，我国矿山开发引起地质灾害10689起，死亡约4779人。其中地面塌陷8320起，死亡535人。从塌陷区发生次数(77.83%)及死亡人数(11.2%)比例来看，矿区地表塌陷是最为严重的矿山地质灾害。目前处理矿山地表塌陷区的通常做法为:采用矿山废弃物(煤矸石、粉煤灰、废石等)直接对塌陷区进行 回填处置。近年来也出现了一些新的处置方法，如采用爆破方法将塌陷区周边山体崩落进行回填、将尾矿制成滤饼回填至塌陷区、将塌陷区改造成尾矿库等。上述方法对停止活动的塌陷区(即塌陷区底部没有采矿)能够起到一定的效果，而对于处于活动状态的塌陷区(即塌陷区底部仍在进行采矿)存在如下诸多问题:采用矿山废弃物对塌陷区直接进行回填，易造成回填体大规模塌陷、井下泥石流、地下水污染等次生灾害；爆破崩落山体回填塌陷区的方法具有适用范围小、爆破施工复杂、爆破回填块度无法掌控、爆破振动、飞石造成人员伤亡等缺点；采用尾矿滤饼处置塌陷具有排放方式不灵活、回填成本高、作业人员及设备事故率高等问题；将活动塌陷区改造成尾矿库则必然导致尾矿浆灌入井下工作面及采场，甚至造成淹井事故等。因此，对于处置非活动塌陷区的传统方法不适用于活动塌陷区的处置。鉴于目前塌陷区回填处置方法的不足，需要一种新的塌陷区回填处置方法，特别是针对矿山活动塌陷区的回填处置。回填处置时，在不影响井下正常采矿活动、不形成人工水体、不发生大规模回填体突然坍塌、不引起井下泥石流等次生灾害的同时，能够充分利用矿山废弃物，达到控制、消除塌陷区的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿山活动塌陷区处置方法。该方法的实质是将矿山废弃物(尾砂、废石等)制备成混合处置体，使混合处置体具有良好的流动性、合适的渗透性和协同变形能力，在受到采动影响时能够有效控制活动塌陷区的进一步扩展，避免回填处置后井下泥石流等次生灾害的发生。本发明一种矿山活动塌陷区回填处置方法，其特征在于:采用将混合处置体“平面分区交替、竖向胶结一非胶结互层”的排放方式对塌陷区进行回填处置；
所述平面分区交替排放具体如下:根据塌陷区(6)空间分布状态将塌陷区在平面上划分为若干个独立排放区，排放时分区交替排放；所述竖向胶结-非胶结分层排放具体如下:塌陷区回填初期采用胶结回填，在塌陷区中形成胶结回填层(7);当初期胶结回填层(7)形成以后，便进行非胶结回填，非胶结回填层
(8)达到一定厚度时再进行胶结回填，如此交替进行作业，直至回填结束；随着采空区(10)及破碎岩体(9)的变化，回填体能够及时控制塌陷区边帮岩体向塌陷区中心下移的趋势；所述胶结、非胶结回填层具体参数如下:初期胶结回填层厚度应相对较大，厚度为5 10m，之后的胶结回填层厚度逐渐减小，控制在0.5^5.0m之间；非胶结层厚度5 20m。进一步的，采用非 胶结回填时，所述混合处置体采用如下方法制备:
将选矿厂排出的低浓度全尾砂浆经深锥浓密机(I)进行一段浓密脱水，脱水后全尾砂质量浓度大于70% ；
将浓密后的高浓度全尾砂浆、骨料筒仓(2)放出的粗骨料经搅拌机(4)制备成均匀的非胶结回填料浆，料浆质量浓度控制在759Γ85%之间，配比为全尾砂:废石质量比为9:广3:7。进一步的，采用胶结回填时，所述混合处置体采用如下方法制备:
将选矿厂排出的低浓度全尾砂浆经深锥浓密机(I)进行一段浓密脱水，脱水后全尾砂质量浓度大于70% ；
将浓密后的高浓度全尾砂浆、骨料筒仓(2 )放出的粗骨料、粉料筒仓(3 )放出的水泥经搅拌机(4)制备成均匀的胶结回填料浆，料浆质量浓度控制在759Γ85%之间，配比为全尾砂:废石质量比为9:Γ3:7，灰砂比为1:9 1:99ο本发明采用矿山废弃物尾砂、碎石、跳汰砂等，根据具体情况添加一定量胶凝材料后制备成膏体，采用泵送方式将膏体泵送至塌陷区进行回填。塌陷区回填时采用“平面分区，竖向分层”的回填方式。这种方法优点在于:充分利用了矿山废弃物，减小了其对环境的污染破坏；由于回填体具有良好的流动性及适合的渗透性，回填时采用互层回填方式，回填体具有良好力学特性及协调变形能力。因此在受到采动影响时能够有效的控制活动塌陷区的进一步扩展，回填处置后不会引起井下泥石流等次生灾害。
图1一塌陷区竖向分层排放示意图，其中I一深锥浓密机；2—骨料筒仓；3—粉料筒仓；4一搅拌机；5—泵；6—塌陷区；7—胶结回填层；8 —非胶结回填层；9一破碎岩体；10—采空区。图2—塌陷区平面分区排放示意图，其中11 一排放区一 ；12—排放区二 ；13—排放区三；14 一排放区四。
具体实施例方式下面对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式
的范围。下面详述本方法的实施例。某矿区在长期开采过程中，形成了由十几个塌陷坑构成的地表塌陷区，其体积高达200多万方。随着井下开采的进行，塌陷区不断扩展，对当地人民日常生活及矿山正常生产造成极大的威胁。该矿采用混合处置体回填的方法对塌陷区进行治理，具体如下:
采用深锥浓密机I对全尾砂进行一段脱水，脱水后全尾砂质量浓度控制在729Γ76%。碎石经骨料筒仓2放出，掺入浓密后尾砂浆中(掺入量109Γ509Ο，通过搅拌机4进行连续均匀混合。最后使回填膏体质量浓度控制在819Γ84%之间。采用胶结回填时，上述料浆制备工艺不变，仅需在搅拌环节之前添加19Γ5%的水泥，是由粉料筒仓3供给的。制备好的回填料浆经泵5泵送至塌陷区6进行回填。根据地表塌陷区6地形及分布特征，初步将某矿地表塌陷区6划分为四个回填排放区。在排放时采用分区交替排放方式。若对排放区一 11首先进行排放，排放到一定厚度后，则在排放区三13进行排放。排放区三13排放到一定厚度后则进行排放区二 12排放，最后排放至排放区四14，如此反复进行。这样一来，能够确保回填体能够及时干燥和固化，并不造成局部区域破碎岩体带的应力集中。塌陷区在竖向排放时采用“胶结一非胶结互层排放”方式，即将塌陷区在垂直剖面上分为若干分层，逐层进行回填，且胶结回填层7与非胶结回填层8相互间隔。胶结回填层厚度7在0.5 IOm之间，非胶结回填层8在5 20m之间，胶结量占总体回填量30%左右，水泥掺量应在1°/Γ5%之间。经测试，混合回填处置体可达到如下性能:根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)，混合处置体渗透性达到中等透水级别。胶结回填体能在3(T40h内凝结，28天单轴抗压强度达到I 2MPa。非胶结回填体粘聚力在40kPa IOOkPa之间。采用上述回填方 式可有效的对某矿地表塌陷区进行治理，使地表塌陷区逐渐趋于稳定，同时确保井下正常采矿活动的进行。
权利要求
1.一种矿山活动塌陷区回填处置方法，其特征在于: 将混合处置体采用“平面分区交替、竖向胶结一非胶结互层”的排放方式对塌陷区进行回填处置； 所述的平面分区交替排放步骤如下:根据塌陷区(6)的空间分布状态，将塌陷区在平面上划分为若干个独立排放区，排放时进行分区交替排放； 所述的竖向胶结一非胶结互层排放步骤如下:塌陷区回填初期采用胶结回填，在塌陷区中形成胶结回填层(7);当初期胶结回填层(7)形成以后，便进行非胶结回填，非胶结回填层(8)达到一定厚度时再进行胶结回填，如此交替进行作业，直至回填结束； 所述胶结、非胶结回填层结构如下:胶结回填层厚度应相对较大，初期厚度为5 10m，其它分层厚度逐渐减小，直至0.5^5m ;非胶结层厚度5 20m。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用非胶结回填时，所述混合处置体采用如下方法制备: 将选矿厂排出的低浓度全尾砂浆经深锥浓密机(I)进行浓密脱水形成高浓度全尾砂浆，脱水后全尾砂质量浓度大于70% ； 将浓密后全尾砂浆、粗骨料经搅拌机(4)制备成均匀的非胶结回填料浆，料浆质量浓度控制在75°/Γ85%之间，配比为全尾砂:废石质量比为9:Γ3:7。
3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，采用胶结回填时，所述混合处置体采用如下方法制备: 将选矿厂排出的低浓度全尾砂浆经深锥浓密机(I)进行一段浓密脱水，脱水后全尾砂质量浓度大于70% ； 将浓密后全尾砂浆、水泥、粗骨料经搅拌机(4)制备成均匀的胶结回填料浆，料浆质量浓度控制在75°/Γ85%之间，配比为全尾砂:废石质量比为9:Γ3:7，灰砂比为1:9 1:99。
全文摘要
一种矿山活动塌陷区回填处置方法，其特征在于将低浓度全尾砂浆经深锥浓密机(1)浓密脱水后的高浓度全尾砂浆，与骨料筒仓(2)、粉料筒仓(3)排出的粗骨料、水泥经搅拌机(4)制备成混合浆体，浆体经泵(5)泵送至塌陷区(6)进行排放。排放时采用“平面分区交替、竖向胶结—非胶结互层”的排放方式对塌陷区进行回填。平面分区交替排放是根据塌陷区空间分布状态将塌陷区在平面上划分为若干个独立排放区，排放时分区交替排放；竖向胶结—非胶结互层排放是指在塌陷区竖直方向上，胶结回填层(7)与非胶结回填层(8)交替互层排放。此种回填方式具有回填成本低、回填安全可靠等特点。
文档编号E21C41/32GK103216239SQ20131015162
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者王洪江, 吴爱祥, 孙伟, 王贻明, 李涛, 韩斌, 尹升华, 仪海豹, 李公成, 沈显岭, 李佳梦 申请人:北京科技大学