一種採空區充填脫水系統及其使用方法與流程

2023-09-21 01:59:10

本發明屬於採礦領域，尤其涉及一種金屬礦山井下採空區充填脫水系統及其使用方法。

背景技術：

目前金屬礦山廣泛使用全尾砂充填採空區，全尾砂顆粒保水性強，脫水困難。全尾砂充填效果的優劣關鍵在於脫水工藝是否可靠。如果脫水工藝不可靠，空場內脫水效果不佳，則充填擋牆將承受較大的漿柱壓力，易造成井下跑砂的重大安全事故，同時也汙染了整個井下作業環境，如果脫水工藝可靠，空場內脫水狀態良好，充填擋牆受壓顯著變小，可以保證安全，而且充填體更密實，充填速度可明顯加快，也更有利於礦山的地壓管理與生產、環保管理。

目前國內專利資料庫也有一些關於採空區充填脫水系統的公開文獻報導：

例如：【申請號】201520777843.2，【申請日】2015.10.09，【名稱】全尾砂膏體充填脫水系統，該系統包括礦山的採空區和設置在採空區底部通道口處的密閉牆，濾水管布置在採空區底部沿採空區底板延伸敷設至採空區頂部，濾水管在採空區內部採用「井」字形布置，並相互連通構成網狀脫水結構，在靠近密閉牆處，濾水管匯合成數根主濾水管並穿過密閉牆接入沉澱池。該系統密閉牆承載壓力較大，所採用的濾水管構成的網狀脫水結構複雜，另外在敷設濾水管時，工作人員需要進入老採空區作業，因此，該實用新型作業難度大，成本高，安全性差。

例如：【申請號】201120111301.3，【申請日】2011.04.15，【名稱】一種用於地下金屬礦山採場嗣後充填料漿快速脫水系統，該系統主要由設置在採場聯絡道中的磚砌弧形充填隔離牆和下埠固定在該充填隔離牆的濾水管構成。系統中的充填隔離牆採用弧形，建造工藝複雜、承載壓力過大存在安全隱患、工期長；另外該實用新型的脫水系統有效的濾水面積較小，脫水效果明顯不好。

例如：【申請號】201520129442.6，【申請日】2015.03.06，【名稱】一種嗣後充填脫水裝置，該裝置採用貫通採空區和巷道的鑽孔排水，增加作業難度和成本，易發生料漿堵塞鑽孔現象，且充填過程中不能進行脫水，脫水效率較低。

另外，建造濾水管是建造採空區充填脫水系統重要的部分。該領域現有技術中，為方便井下的運輸與安裝，所用濾水管大多有一定的柔性，當採用這種濾水管時，濾水管因承受充填料漿很大的側向壓力有時會被擠扁，造成脫水系統癱瘓。

因此，現有採空區充填脫水系統技術存在結構複雜、作業難度大、成本高、安全係數低，且無法實現快速有效安全的脫水，需要進一步進行改進。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種採空區充填脫水系統及其使用方法。該脫水系統結構簡單易行、成本低廉；可以使採空區充填體高效、穩定地脫水，解決了充填體中的濾水管容易被擠扁的問題，工作人員和設備均無需進入老採空區作業，同時，設計出了一種施工簡單、建造工期短的充填擋牆。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種採空區充填脫水系統，包括採空區（1）、底部出礦巷道（2）、濾水管（3）、和充填擋牆（8），此系統還包括採空區底部預留礦石與廢石（4）、廢石反濾層（7）；所述的濾水管（3）管體下端與採空區底部預留礦石與廢石（4）相接觸。

所述的充填擋牆（8）由錨杆（13）、廢舊鋼軌（14）、金屬網（15）和過濾材料（11）組成，錨杆（13）錨固於底部出礦巷道（2）四壁內，錨杆（13）上焊接廢舊鋼軌（14），構成鋼軌網，金屬網（15）和過濾材料（11）綁紮在鋼軌網內側。

所述的濾水管（3）由管壁鑽鑿有濾水孔（12）的硬性管道（9）和包裹在硬性管道外壁的過濾材料（11）組成；所述的濾水管（3）根據採空區的縱橫斷面以適合的網度布置。

優選地，所述的濾水管網度布置隨著採空區實際尺寸和地質條件確定，可以是2m*4m，3m*4m，5m*5m，7m*7m、8m*8m等。

優選地，所述的硬性管道（9）是螺旋波紋管；所述的濾水孔（12）孔徑為5-10mm。

優選地，所述的硬性管道（9）管內裝有卵石（10），所述的卵石（10）粒度小於硬性管道（9）直徑的1/3。

優選地，所述的過濾材料(11)是過濾布。

優選地，所述的採空區底部預留礦石與廢石（4）應填滿整個採空區底部，形成脫水層。

優選地，所述的廢石反濾層（7）由堆積在底部出礦巷道（2）內充填擋牆（8）預設處的廢石構成，廢石反濾層（7）的頂端與出礦巷道（2）的頂部接觸。

優選地，所述的充填擋牆（8）距廢石反濾層（7）底端水平距離1-2m。

本發明提供了一種充填脫水系統的使用方法，包括以下步驟：

步驟1，採空區底部預留礦石與廢石（4）

步驟2，布置濾水管（3）

先在硬性管道（9）外壁鑽鑿濾水孔（12），後在管外壁包裹一層過濾材料（11），製成濾水管（3）；將製成的濾水管（3）管體下放到採空區（1），使管體下端接觸到採空區底部預留礦石與廢石（4），後向硬性管道（9）管體內加入卵石（10），此時濾水管（3）建造布置完畢；

步驟3，建造廢石反濾層（7）

將井下廢石搬運至充填擋牆（8）的預設區域，廢石反濾層（7）的頂端與出礦巷道（2）頂部接觸，利用廢石構築成廢石反濾層（7）；

步驟4，建造充填擋牆（8）

按預設的充填擋牆（8）距廢石反濾層（7）底端的水平距離，將錨杆（13）錨固於充填擋牆（8）的預設位置的底部出礦巷道（2）四壁內，錨杆（13）上焊接廢舊鋼軌（14），構成鋼軌網，後將金屬網（15）和過濾材料（11）綁紮在鋼軌網內側，此時充填擋牆（8）建造完成；

步驟5，充填脫水

經以上步驟，包括由採空區（1）、底部出礦巷道（2）、濾水管（3）、採空區底部預留礦石與廢石（4）、廢石反濾層（7）和充填擋牆（8）組成的整個採空區充填脫水系統建造完成，此時開始進行充填，充填體中的水和充填體上方水（6）依次經過濾水管（3）和採空區底部預留礦石與廢石（4）流出，又經廢石反濾層（7）和充填擋牆（8）後進入井下沉澱池，最後進入井下排水系統。

本發明具有如下的有益效果：

1.充填體脫水高效，穩定。

2.濾水管底端與空區底部遺留礦石與廢石接觸，利用空區底部遺留礦石與廢石中的間隙構建脫水通道，工作人員和設備均無需再進入老採空區，保證了安全。

3.濾水管中放有卵石，濾水管不會被擠扁。

4.充填擋牆施工工藝簡單，建造速度快。

5.建造脫水系統的大部分材料均可以井下就地取材，總體建造成本低。

附圖說明

圖1為採空區充填脫水系統整體結構示意圖。

1-採空區，2-底部出礦巷道，3-濾水管，4-採空區底部預留礦石與廢石，5-充填體，

6-充填體上方水，7-廢石反濾層，8-充填擋牆。

圖2為濾水管結構示意圖。

9-硬性管道，10-卵石，11-過濾材料，12-濾水孔。

圖3為廢石反濾層與充填擋牆側剖面圖。

14-廢舊鋼軌，15-金屬網

圖4為充填擋牆示意圖。

13-錨杆。

具體實施方式

下面結合圖1、圖2、圖3、圖4對本發明做進一步描述，但本發明的保護範圍並不局限於以下所描述具體實施方式的範圍。

某黃金礦山礦體厚度4米，傾角85度，中段高度50m，開採形成的採空區1沿走向長度為50m，採用階段空場嗣後充填。結合圖1，該礦由於回採礦房形成一個形狀為平行六面體的採空區，採空區底部有未出完的礦石與頂板脫落廢石，採空區底部每隔8m布置有底部出礦巷道5，該礦採用全尾砂充填採空區。

在充填工作開始之前，首先建造採空區充填脫水系統。建造採空區充填脫水系統主要包括建造濾水管3、建造廢石反濾層7和充填擋牆8。

步驟1，建造布置濾水管3

先在螺旋波紋管9外壁凹槽內鑽鑿孔徑為5-10mm的濾水孔12，後在管外壁包裹一層過濾材料11，製成濾水管3；將製成的濾水管3管體下放到採空區1，按照在採空區縱向長度以5m的間距布置，使管體下端接觸到採空區底部遺留礦石與廢石4，後向管體內加入粒度小於螺旋波紋管9直徑1/3的卵石10防止螺旋波紋管9被充填體5擠扁，此時濾水管3建造布置完畢。

步驟2，建造廢石反濾層7

採用井下鏟運機將井下廢石搬運至擋牆的預設區域，廢石反濾層7的頂端與出礦巷道2頂部接觸，利用廢石構築成廢石反濾層7。

步驟3，建造充填擋牆8

將錨杆13錨固於距廢石反濾層7底端水平距離1-2m處的底部出礦巷道2四壁內，錨杆13上焊接廢舊鋼軌14，構成鋼軌網，後將金屬網15和過濾布11綁紮在鋼軌網內側，此時充填擋牆8建造完成。

步驟4，充填脫水

經以上步驟，包括由採空區1、底部出礦巷道2、濾水管3、採空區底部遺留礦石與廢石4、廢石反濾層7和充填擋牆8組成的整個採空區嗣後充填脫水系統建造完成，此時開始進行充填。充填體中的水和充填體上方水6先經濾水管3和採空區底部遺留礦石與廢石4形成的石堆中流出，又經廢石反濾層7和充填擋牆8後進入井下沉澱池，最後進入井下排水系統。

經檢測，充填體脫水率為26%，充填擋牆未破壞，充填效果良好。

任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替換、外形尺寸改變的明顯變形形式，均落在本發明權利要求書的保護範圍內。