專利名稱：一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下礦山采空區(qū)處理方法，尤其是涉及一種大型采空區(qū)全尾砂充 填方法。適用于各類礦山利用全尾砂對(duì)已有采空區(qū)進(jìn)行充填處理。
背景技術(shù)：
采空區(qū)處理有兩類基本方法一是崩落法，二是充填法。利用全尾砂等工業(yè)廢渣作 為回填料，對(duì)已采空區(qū)進(jìn)行處理或作為貯庫，國內(nèi)外目前工程實(shí)例僅限于干砂或較粗尾砂。 對(duì)位于正在采礦生產(chǎn)的采場(chǎng)上部的大型采空區(qū)，用極細(xì)顆粒的全尾砂進(jìn)行水力充填，是一 個(gè)工程規(guī)模大、地質(zhì)條件復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)程度高的技術(shù)難題。主要表現(xiàn)為高差大、流體壓力高、排 砂口空間小、濃度較低流量較大、細(xì)粒尾砂沉降速度慢、排水困難，一旦泄漏引起透水跑砂 事故，就會(huì)對(duì)下部采礦安全及井下數(shù)百人的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。中國專利申請(qǐng)97112374公開了一種高濃度和膏體礦山充填工藝及設(shè)備，它是將 選礦廠的全部尾砂經(jīng)脫水、活化、加粘接劑攪拌制成高濃度的或膏狀的砂漿充填料，輸送到 采空區(qū)排放后，形成高強(qiáng)度的充填體；其工藝設(shè)備包括帶有脫水和流態(tài)化裝置的砂倉、攪拌 機(jī)及輸送系統(tǒng)，流態(tài)化裝置可將粒徑為5微米 5毫米之間的砂粒從沉積狀態(tài)活化，制成 70 86%的高濃度的或膏狀漿體。該專利申請(qǐng)?zhí)峁┑墓に嚪椒ㄟm合于地下礦山充填采礦， 但不適合于大型采空區(qū)處理；而且，由于需要將尾礦經(jīng)脫水、活化、加粘接劑攪拌等工序制 成70 86%的高濃度，處理過程復(fù)雜，費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，而提供一種大型采空區(qū)全尾 砂充填方法，利用全尾砂對(duì)已有采空區(qū)進(jìn)行充填處理，既解決采空區(qū)的安全隱患、保證大型 深井礦山的正常生產(chǎn)，又節(jié)約采空區(qū)處理費(fèi)、尾砂堆存征地費(fèi)及排水費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的，本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法通過以下技術(shù)方 案來實(shí)現(xiàn)(1)將相對(duì)獨(dú)立、相鄰的單個(gè)或數(shù)個(gè)采空區(qū)組合劃分為一個(gè)充填單元；(2)在充填單元采空區(qū)周邊巷道上修筑封閉墻，在封閉墻墻體內(nèi)設(shè)置排水管，排水 管上設(shè)置礦漿閥；(3)將尾砂輸送主管由采空區(qū)上方的平硐鋪至充填單元上方；每個(gè)充填單元上口 由尾砂輸送主管接一根或數(shù)根水砂充填管或水砂充填鉆孔；(4)高位放砂、分中段排水和交替充填根據(jù)充填單元深淺與容積大小，按一定次 序交替打開采空區(qū)上方平硐內(nèi)尾砂輸送主管的相應(yīng)水砂充填管的礦漿閥，進(jìn)行定量放砂、 交替充填；采空區(qū)水砂充填超過某一中段高度，則打開相應(yīng)中段封閉墻體上的排水管上的 閥門進(jìn)行排水。“高位放砂”是在采空區(qū)上部，借助水砂充填管或水砂充填鉆孔內(nèi)水砂混合流體的 重力勢(shì)能，讓尾砂漿體直接進(jìn)入采空區(qū)下部各個(gè)角落。定量放砂、交替充填，可保持采空區(qū)內(nèi)沉砂面的均勻上升，籍以提高采空區(qū)的充填率。上述一個(gè)充填單元的采空區(qū)數(shù)量一般為1-6個(gè)，大多情況下為1-4個(gè)。所述封閉墻的位置要求在采空區(qū)塌落帶以外且距離采空區(qū)的邊界不小于20m，封 閉墻前后5m范圍內(nèi)圍巖堅(jiān)固穩(wěn)定、完整性好，完整性系數(shù)不小于0.9。封閉墻基槽開挖施工中的刷幫、挑頂及挖底均用小炮或風(fēng)鎬，防止松動(dòng)圍巖，浮石
應(yīng)清除。所述封閉墻應(yīng)按大體積混凝土設(shè)計(jì)，施工要連續(xù)澆灌、分層搗固，通過小井用于接 頂?shù)幕炷粒m當(dāng)增加砂率，塌落度宜為120 180mm，在混凝土墻體竣工齡期28天后，方可 投入使用。所述封閉墻墻體內(nèi)的排水管由上下兩根組成，分別稱之為上部排水管、下部排水 管。上部排水管可排除沉砂面以上的澄清水(溢流水)；下部排水管(墻內(nèi)進(jìn)口被反濾體包 裹)起濾水管的作用，排除沉砂內(nèi)的孔隙水，用以減少孔隙水壓，增加沉積尾砂的固結(jié)度， 進(jìn)而提高充填體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法排水方式優(yōu)選為采空區(qū)水砂充填超過某一中段(水平)高度，則打開相應(yīng)中段封閉墻下部排水管 閥門，觀測(cè)其排水量，含砂量及濾水效果；然后緩慢打開封閉墻上部排水管閥門，同時(shí)觀察 水量與水質(zhì)，當(dāng)水質(zhì)較清，可繼續(xù)打開封閉墻上部排水管閥門進(jìn)行排水；當(dāng)出現(xiàn)含砂量2% (重量濃度)以上的渾水，其時(shí)間超過30分鐘，則關(guān)閉封閉墻上部排水閥門，待出水含量低 于2% (重量濃度)，再緩慢打開封閉墻上部排水管閥，進(jìn)行排水；如此反復(fù)進(jìn)行排水，隨充 填進(jìn)程排水逐漸向上部水平轉(zhuǎn)移。當(dāng)發(fā)現(xiàn)封閉墻下部排水管排水停頓，還可用壓水反洗濾層疏通以便將沉砂內(nèi)孔隙 水完全排除。本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法通過以下技術(shù)方案具有以下積極效果(1)消除了特大型采空區(qū)的安全隱患，確保了大型深井礦山的正常生產(chǎn)；(2)節(jié)約了采空區(qū)處理費(fèi)、尾砂堆存征地費(fèi)及排水費(fèi)，直接經(jīng)濟(jì)效益顯著；(3)將尾礦(尾砂)充填于地下采空區(qū)，不建尾礦庫或大幅度減少了向尾礦庫排放 的尾礦量，實(shí)現(xiàn)了少廢和無廢開采，為建設(shè)生態(tài)礦山起了示范作用。


圖1為本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法的充填原理與布置縱向投影圖。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充 填方法作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1所示的本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法的充填原理與布置縱向投影 圖。附圖標(biāo)記為1-地表；2-平硐；3-尾砂輸送主管；4-水砂充填管或水砂充填鉆孔；5-礦漿閥； 6-采空區(qū)；7-巷道；8-封閉墻；9-排水管；10-礦漿閥。由圖1所示的是本發(fā)明一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法的充填原理與布置縱向投影圖看出利用與地表1相通的平硐2，鋪設(shè)尾砂輸送主管3，根據(jù)采空區(qū)6的分布與大小，布 置數(shù)根水砂充填管4，每根充填管4出口設(shè)置一只礦漿閥5，水砂充填管4與采空區(qū)6的頂 部貫通；尾砂輸送主管3所在平硐2以下各中段與采空區(qū)6相通的巷道7上設(shè)置混凝土封 閉墻8，封閉墻8墻體內(nèi)設(shè)有排水管9及閥門10。圖1中水砂充填管4為3根，一般為1-8 根封閉墻8基槽開挖施工中的刷幫、挑頂及挖底均用小炮或風(fēng)鎬，防止松動(dòng)圍巖，浮
石應(yīng)清除。封閉墻8的位置要求在采空區(qū)塌落帶以外且距離采空區(qū)的邊界不小于20m，封閉 墻8前后5m范圍內(nèi)圍巖堅(jiān)固穩(wěn)定、完整性好。封閉墻8按大體積混凝土設(shè)計(jì)，施工要連續(xù) 澆灌、分層搗固，通過小井用于接頂?shù)幕炷?，適當(dāng)增加砂率，塌落度宜為120 180mm，在 混凝土墻體竣工齡期28天后，方可投入使用。水砂充填管4也可以用水砂充填鉆孔替代。采空區(qū)充填方案的設(shè)計(jì)與施工可以分為四個(gè)階段第一階段劃分充填單元。將相對(duì)獨(dú)立的單個(gè)或數(shù)個(gè)采空區(qū)組合劃分為一個(gè)單元； 確定其空間分布范圍、容積大小、可充尾砂數(shù)量；確定采空區(qū)邊界及與周邊井巷設(shè)施相通的 通道；進(jìn)行采空區(qū)圍巖地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙、斷層的分布及鉆孔位置調(diào)查與素描。第二階段在劃分充填單元基礎(chǔ)上，確定水砂充填管口或水砂充填鉆孔的位置、數(shù) 量、充填方式與工藝、輸砂管的走向、尾砂濃度及輸送量的要求；采空區(qū)井下通道的封閉位 置、數(shù)量、結(jié)構(gòu)型式、施工要求；排水量、排水方式和排水系統(tǒng)設(shè)置；監(jiān)測(cè)與安全檢查方式、 內(nèi)容、地點(diǎn)通道及制度的建立；應(yīng)急預(yù)案的制定。第三階段在確定充填方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。第四階段進(jìn)行“高位放砂，分中段排水和交替充填”工藝的實(shí)施。在完成了采空區(qū)充填方案的設(shè)計(jì)與施工后，即可進(jìn)行“高位放砂、分中段排水和交 替充填”工作。所謂“高位放砂”是在采空區(qū)上部，借助水砂充填管或水砂充填鉆孔4內(nèi)水砂混合 流體的重力勢(shì)能，讓尾砂漿體直接進(jìn)入采空區(qū)6下部各個(gè)角落。“分中段排水”是指當(dāng)尾砂沉積、砂水分離后，其沉降水則從本中段及上一中段的 封閉墻8墻體中排水管9內(nèi)排出。封閉墻的排水管9由上下兩根組成，分別成為上部排水 管、下部排水管。上部排水管可排除沉砂面以上的澄清水(溢流水)；下部排水管(墻內(nèi)進(jìn) 口被反濾體包裹)起濾水管的作用，排除沉砂內(nèi)的孔隙水，用以減少孔隙水壓，增加沉積尾 砂的固結(jié)度，進(jìn)而提高充填體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性?！敖惶娣派啊笔侵该扛渌疤罟芑蛩俺涮钽@孔4，按所分擔(dān)的采空區(qū)體積大小 及在空間分布不同，依一定次序和時(shí)間輪流交替排砂的方法，保持采空區(qū)內(nèi)沉砂面的均勻 上升，籍以提高采空區(qū)的充填率。本發(fā)明提供的充填方法已在我國某大型地下有色礦山——特大型采空區(qū)成功地 進(jìn)行了全尾砂充填處理的工程實(shí)踐。該實(shí)施例由全尾砂水力充填管路、采空區(qū)上口放砂點(diǎn) 的布置、采空區(qū)封閉、排水及檢查監(jiān)控等五大部分(系統(tǒng))組成。該實(shí)例于2002年開始實(shí) 施，至2009年4月完成充填尾砂干量665X 104t，處理采空區(qū)412X 104m3。據(jù)工程驗(yàn)證勘察檢測(cè)，采空區(qū)內(nèi)大體積充填的尾砂體積平均固結(jié)度為90%以上，處于穩(wěn)定狀態(tài)；尾砂內(nèi)小 于5 y m粒徑占16%，故在地震烈度為9度時(shí)不會(huì)產(chǎn)生液化；采空區(qū)圍巖及封閉墻變形趨于 0。該項(xiàng)目成功實(shí)施后取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。(1)消除了特大型采空區(qū)的安全隱患，確保了大型深井礦山的正常生產(chǎn)；(2)從節(jié)約采空區(qū)處理費(fèi)、尾砂堆存征地費(fèi)及排水費(fèi)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)效益6. 6億元，保 障礦山安全生產(chǎn)的間接效益40億元；(3)實(shí)現(xiàn)了少廢和無廢開采，為建設(shè)生態(tài)礦山起了示范作用；(4)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國空?qǐng)龇ㄩ_采的礦山比例占50 60%，留下了大量的采空區(qū)， 采空區(qū)處理是礦山普遍面臨的難題。某礦特大型采空區(qū)充填治理的成功，為類似礦山采空 區(qū)治理提供了實(shí)例，具有廣泛地推廣應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)(1)將相對(duì)獨(dú)立、相鄰的單個(gè)或數(shù)個(gè)采空區(qū)(6)組合劃分為一個(gè)充填單元；(2)在充填單元采空區(qū)(6)周邊巷道(7)上修筑封閉墻(8)，在封閉墻(8)墻體內(nèi)設(shè)置排水管(9)，排水管(9)上設(shè)置礦漿閥(10)；(3)將尾砂輸送主管(3)由采空區(qū)(6)上方的平硐(2)鋪至充填單元上方；每個(gè)充填單元上口由尾砂輸送主管(3)接一根或數(shù)根水砂充填管(4)；(4)高位放砂、分中段排水和交替充填根據(jù)充填單元深淺與容積大小，按一定次序交替打開采空區(qū)(6)上方平硐(2)內(nèi)尾砂輸送主管(3)的相應(yīng)水砂充填管(4)的礦漿閥(5)，進(jìn)行定量放砂、交替充填；采空區(qū)水砂充填超過某一中段高度，則打開相應(yīng)中段封閉墻體上的排水管(9)上的礦漿閥(10)進(jìn)行排水。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于所述封閉墻(8) 的位置在采空區(qū)(6)塌落帶以外且距離采空區(qū)(6)的邊界不小于20m，封閉墻前后5m范圍 內(nèi)圍巖完整性系數(shù)不小于0.9。
3.如權(quán)利要求2所述的一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于封閉墻(8)基 槽開挖施工中的刷幫、挑頂及挖底均用小炮或風(fēng)鎬，防止松動(dòng)圍巖，浮石應(yīng)清除。
4.如權(quán)利要求3所述的一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于封閉墻(8)按 大體積混凝土設(shè)計(jì)，施工要連續(xù)澆灌、分層搗固，通過小井用于接頂?shù)幕炷?，適當(dāng)增加砂 率，塌落度為120 180mm ；封閉墻(8)混凝土墻體竣工齡期28天后，方可投入使用。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于所述 封閉墻(8)墻體內(nèi)的排水管(9)由上下兩根組成，分別稱之為上部排水管、下部排水管。
6.如權(quán)利要求5所述的一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，其特征在于排水方式優(yōu)選為采空區(qū)水砂充填超過某一中段(水平)高度，則打開相應(yīng)中段封閉墻下部排水管閥門， 觀測(cè)其排水量，含砂量及濾水效果；然后緩慢打開封閉墻上部排水管閥門，同時(shí)觀察水量與 水質(zhì)，當(dāng)水質(zhì)較清，可繼續(xù)打開封閉墻上部排水管閥門進(jìn)行排水；當(dāng)出現(xiàn)含砂量2% (重量 濃度)以上的渾水，其時(shí)間超過30分鐘，則關(guān)閉封閉墻上部排水閥門，待出水含量低于2% (重量濃度)，再緩慢打開封閉墻上部排水管閥，進(jìn)行排水；如此反復(fù)進(jìn)行排水，隨充填進(jìn)程 排水逐漸向上部水平轉(zhuǎn)移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型采空區(qū)全尾砂充填方法，通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)將相對(duì)獨(dú)立、相鄰的單個(gè)或數(shù)個(gè)采空區(qū)(6)組合劃分為一個(gè)充填單元；在充填單元采空區(qū)(6)周邊巷道(7)上修筑封閉墻(8)，在封閉墻(8)墻體內(nèi)設(shè)置排水管(9)，排水管(9)上設(shè)置礦漿閥(10)；將尾砂輸送主管(3)由采空區(qū)(6)上方的平硐(2)鋪至充填單元上方；每個(gè)充填單元上口由尾砂輸送主管(3)接一根或數(shù)根水砂充填管(4)；采用高位放砂、分中段排水和交替充填。本發(fā)明利用全尾砂對(duì)已有采空區(qū)進(jìn)行充填處理，既解決采空區(qū)的安全隱患、保證大型深井礦山的正常生產(chǎn)，又節(jié)約采空區(qū)處理費(fèi)、尾砂堆存征地費(fèi)及排水費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了少廢和無廢開采，為建設(shè)生態(tài)礦山起了示范作用。
文檔編號(hào)E21F16/00GK101892862SQ20101020912
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者匡玉生, 孫浩, 張傳信, 李冬青, 胡新付, 胡永泉, 趙繼銀 申請(qǐng)人:華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司