一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法
2023-04-25 16:24:06 1
一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法
【專利摘要】本發明是一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法。該系統由三部分組成，即以井下掘進廢石為原料的多段廢石破碎部分，由三段溜井及破碎硐室組成；以地表水泥漿製備和運輸，振動給料和攪拌設備組成的廢石混凝土製備部分；以混凝土輸送泵和輸送管道組成的泵送混凝土部分組成。實現廢石混凝土連續、高效、低成本的管道輸送充填。以解決現有廢石膠結充填運輸不連續、效率低、石料與水泥等膠結料混合不均勻及充填接頂效果差等技術難題。
【專利說明】一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬礦床地下開採【技術領域】，是一種適用於分層充填採礦或空場開採嗣後充填採礦的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法。
【背景技術】
[0002]採礦方法是金屬礦床地下開採的技術核心，主要包括空場採礦法、崩落採礦法和充填採礦法三大類。其中充填採礦法可將選礦排放的尾礦、採掘過程中排出的廢石等回填採空區，使得這種採礦方法不僅具有礦石回收率高、回採作業安全等優點，還解決了工業廢料地表排放的難題，保護了地表環境。因此，充填採礦法是一種綠色、環保可持續的採礦方法，具有廣闊的發展前景。
[0003]根據回採工藝不同，採空區充填分為邊採邊充和採後一次充填兩種方式。前者不僅將充填體用作控制採場地壓，同時還用作工作平臺；後者的充填體僅用於控制採場地壓，具有充填體積大、周期長的特點。利用充填體作為人工礦柱支撐採空區頂板，維護回採作業的安全，最大限度地回收礦石資源，是充填採礦法最重要的特點。為保障生產作業的安全，充填體必須具有足夠的強度。
[0004]目前金屬礦床地下開採所用的充填材料主要有尾砂和廢石兩種。尾砂充填技術發明於上世紀70年代，當時只是採用水砂充填，而且是用分級尾砂，並沒有在尾砂中加入水泥等膠結材料。後來為了提高充填體強度，向尾砂充填料中添加水泥或具有膠結性能的水泥代用材料。眾所周知，尾砂粒度很小與水泥屬同一數量級，為提高充填體強度需要加入的水泥量很大，這就大幅度提高了充填成本，限制了它的使用範圍。此外，由於尾砂充填料漿製備站建在地表，與井下待充空區距離較遠，料漿的輸送濃度(重量濃度)一般都在75%以下，這就使得料漿中的水量大大超過了水泥水化作用所需的水量，嚴重影響充填體的強度；同時，由於充填料漿的含水量過大，進入空區後水泥會與尾砂發生分層離析，使得水泥分布嚴重不均，也嚴重影響了尾砂膠結充填體的強度。因此，近幾十年來如何降低尾砂充填料漿的含水量，成了尾砂充填技術研究的主攻方向，同時全尾砂充填技術也是這些年研究的方向之一。近年來，全尾砂泵送膏體膠結充填技術、高速活化攪拌高濃度全尾砂膠結充填技術等的研究都取得了突破性進展。現在可做到進入空區的料漿不需脫水，避免了水泥與尾砂分層離析對充填體強度的影響。但如何降低水泥或水泥代用材料用量以降低充填成本，並仍保持充填體有足夠的強度，一直是未能解決的技術難題。
[0005]利用廢石充填採空區在上世紀50年代就開始了。當時的水平分層廢石充填採礦法，將廢石充填體用作工作平臺邊採邊充填，直到最上部分層採完才將整個空區充滿。後來，為了提高廢石充填體的強度，以便相臨礦體的開採，又在廢石充填料中添加了水泥漿(或水泥砂漿)，發明了廢石膠結充填技術。目前，這種充填技術在國內外已得到廣泛應用，主要用於空場開採後一次充填採空區。廢石膠結充填最大的優點是水泥用量節省、充填體強度高，充填料含水量少，幹凝後收縮變形量小，特別適用於礦柱開採後充填。形成的高強度充填體可作為人工礦柱，為下一步礦房開採提供較好的安全保障。但是這種充填方案，目前還存在三個技術難題有待解決，一是如何提高廢石膠結充填料在井下的運輸效率，實現高效率、連續輸送；二是如何實現廢石與水泥漿(水泥砂漿)的均勻混合；三是如何使廢石膠結充填料與採空區接頂。對於這三個技術難題，目前國內外所採用的兩種充填方案都不可靠，不能令人滿意。一是採用皮帶輸送廢石。從廢石溜井出來的廢石由皮帶輸送到待充空區入口，在此加入水泥漿，由折返式溜槽將廢石與水泥漿混合後充入空區；二是用汽車運輸廢石。從異地運來的廢石經過一個專門的水泥漿裝載站，將水泥漿撒在車鬥的廢石堆上運到待充空區入口，卸入折返式溜槽將廢石與水泥漿混合後充入空區。很顯然，汽車運輸廢石不連續效率低，皮帶運輸靈活性差；用折返式溜槽混合廢石與水泥漿可靠性差，可能出現少數廢石無法與水泥漿混合，造成充填體強度不均勻的情況；關於充填體接頂問題，目前主要是控制空區頂板的形狀利用重力接頂。此外，上述兩種充填方式，還存在廢石粒級級配不適當影響充填體強度的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統及方法，發揮廢石膠結充填體強度高、穩定性好的特點，解決傳統廢石膠結充填料輸送不連續、效率低，廢石與水泥漿(水泥砂漿)攪拌混合不均勻，充填接頂效果差等技術難題。
[0007]本發明的技術方案為:
井下廢石混凝土製備及泵送充填系統由三部分組成，一是廢石破碎部分:由三段溜井及破碎硐室組成，即上部的廢石溜井、中部的粗碎石井、下部的細碎石井，廢石溜井上面布置卸載硐室，廢石溜井下端布置粗碎硐室，粗碎硐室與粗碎石井相連，粗碎石井下端布置細碎硐室，細碎硐室與細碎石井相連，通過上述工程及相應的破碎設備，將井下掘進廢石破碎到適合製作混凝土的骨料；二是混凝土攪拌部分:細碎石井的下端為混凝土攪拌硐室，混凝土攪拌硐室內置振動給料機和攪拌機，振動給料機將骨料送入攪拌機內與水泥漿混合形成混凝土 ；三是混凝土泵送部分:攪拌好的混凝土通過置於攪拌機出料鬥下部的混凝土拖泵，經由管道將混凝土泵送到採空區充填。
[0008]所述的卸載硐室與廢石溜井連接處設置格篩。
[0009]所述的粗碎硐室置有振動給料機I和鄂式破碎機。
[0010]所述的細碎硐室置有振動給料機II和錘式破碎機。
[0011]所述的振動給料機II前端安裝有篦條。
[0012]所述的鄂式破碎機和錘式破碎機下部都設有溜槽。
[0013]工作原理:
井下掘進是礦床開採實現開拓和採準工程的主要技術手段，其鑿巖爆破方法主要是淺孔爆破，崩下巖石的塊度一般較小，特別是掏槽孔布置密度很大，崩下的巖石粒徑更小。因此，井巷掘進排出的廢石塊度不大且含有大量的石粉砂。本發明的工作原理是充分利用掘進廢石已有的石粉砂，加上多段破碎形成混凝土骨料。這種混凝土骨料的製備方法，不但減少了掘進廢石排放的提升運輸費用，地表環境汙染，還降低了混凝土製備過程中，沙、碎石的購置運輸費用。再利用建築工程機械中的混凝土攪拌和泵送設備，將製作好的廢石混凝土經由管道泵送到採空區，實現廢石混凝土連續、高效、低成本的管道輸送充填。
[0014]廢石混凝土製備及泵送充填的工藝流程，首先是廢石混凝土骨料製備。從異地運來的廢石由卸載硐室經過格篩(篩上大塊廢石破碎後再卸入)卸入井內，該井的主要作用是廢石儲存；廢石溜井底部安裝有振動給料機和鄂式破碎機，振動給料機將廢石井內的廢石送入鄂式破碎機進行第一段破碎，初碎後的碎石由溜槽溜到粗碎石井儲存；粗碎石井的底部也安裝有振動給料機，該給料機的前端安裝有篦條，安裝的破碎機與上部不同，這裡是錘式破碎機(反擊式破碎機)，振動給料機送來的粗碎石，進入錘式破碎機(反擊式破碎機)前，先經過篦條漏掉部分細顆粒，直接進入細碎石井，留下的較粗的顆粒進行第二段破碎，細碎後由溜槽溜到細碎石井儲存。其次，是廢石混凝土的製備。廢石混凝土由水泥漿與細碎石攪拌製成，在準備好細碎骨料後還要準備水泥漿。水泥漿由地表散裝水泥倉下面的攪拌站製成，用混凝土攪拌運輸車運到井下廢石混凝土攪拌硐室，將攪拌好的水泥漿按配比加入到攪拌機上的水泥漿鬥內，由細碎石井底部的振動給料機，按配比將細碎石送到攪拌機上的細碎石鬥內，先放水泥漿再放細碎石到攪拌機內攪製成廢石混凝土。最後，是泵送混凝土充填。攪拌好的廢石混凝土由攪拌機下部的出料鬥放入混凝土拖泵入口處，再由混凝土泵經由管道泵送到採空區進行充填。
[0015]本發明是一種利用井下廢石經過多段破碎製成混凝土骨料，加入水泥漿攪拌製成廢石混凝土，並用混凝土泵輸送到採空區充填的技術。這種充填系統及方法獲得的高強度充填體作為人工礦柱是提高礦床開採回收率，保障回採作業安全的重要技術措施。它解決了現有尾砂膠結充填體強度低、成本高的技術難題；同樣解決了現有廢石膠結充填運輸不連續、效率低、石料與水泥等膠結料混合不均勻及充填接頂效果差等技術難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統示意圖。
[0017]圖中，I一卸載砸室，2—格篩,3—廢石溜井,4一振動給料機I，5—粗碎砸室,6 —鄂式破碎機，7 —溜槽，8 —粗碎石井，9一細碎硐室，10 —振動給料機II，11 一錘式破碎機(反擊式破碎機)，12 —溜槽，13—細碎石井，14 一振動給料機III，15—攪拌機，16—混凝土拖泵，17—混凝土攪拌硐室。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發明的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統由三部分組成，一是廢石破碎部分:由三段溜井及破碎硐室組成，即上部的廢石溜井3、中部的粗碎石井8、下部的細碎石井13，廢石溜井上面布置卸載硐室I，廢石溜井下端布置粗碎硐室5，粗碎硐室5與粗碎石井8相連，粗碎石井下端布置細碎硐室9，細碎硐室與細碎石井13相連，通過上述工程及相應的破碎設備，將井下掘進廢石破碎到適合製作混凝土的骨料；二是混凝土攪拌製備部分:細碎石井的下端為混凝土攪拌硐室17，混凝土攪拌硐室內置振動給料機III14和攪拌機15，振動給料機III 14將碎石骨料按配比加入，由混凝土攪拌運輸車將運到的水泥漿也按配比加入攪拌機15內，攪拌混合製成混凝土 ；三是混凝土泵送部分:攪拌好的混凝土通過置於攪拌機15出料鬥下部的混凝土拖泵16，經由管道將混凝土泵送到採空區充填。
[0019]所述的卸載硐室I與廢石溜井3連接處設置格篩2。
[0020]所述的粗碎硐室置有振動給料機I 4和鄂式破碎機6。
[0021 ] 所述的細碎硐室置有振動給料機II 10和錘式破碎機11。[0022]所述的振動給料機II 10前端安裝有篦條。
[0023]所述的鄂式破碎機6和錘式破碎機11下部都(分別)設有溜槽7和12。
[0024]實例:在玉溪礦業公司大紅山銅礦井下實施情況。該系統布置的具體位置在礦區井下385中段B24線附近，上部卸載硐室底板高程504.0m，廢石溜井直徑4.5m深22.0m ;鄂式破碎機安裝硐室底板高程480.0m,粗碎石井直徑4.0m深11.0m ;反擊破碎機安裝硐室底板高程467m，細碎石井直徑4.0m深9.5m ;攪拌機硐室底板高程455.0m,混凝土泵安裝硐室底板高程450m，系統總高度54m。
[0025]廢石溜井上部格篩通過最大塊度400mm，480m水平安裝的鄂式破碎機型為PE-500
X 750，振動給料機型號為GZD-300X90 ;467m水平安裝的反擊破碎機型號為PF-1010，振動
給料機型號為GZD-300X90 ;455m水平安裝的混凝土攪拌機型號為JS1000，振動給料機型號為ZSW-380X96，水泥漿攪拌運輸車型號為BJ5143GJB-1 ;450m水平安裝的混凝土拖泵型
號為 HBT60C-1816IQ。
[0026]井下現場試驗表明，本系統碎石的製備能力大於60t/h ;在細碎石料備足的情況下，系統混凝土攪拌及泵送充填的能力大於30m3/h ;廢石混凝土 28天的強度可達ClO (每立方碎石加入水泥269kg、水150kg,碎石最大粒徑小於50mm,粒徑小於5mm的細顆粒大於37%)。
【權利要求】
1.一種井下廢石混凝土製備及泵送充填系統，其特徵在於井下廢石混凝土製備及泵送充填系統由三部分組成；一是廢石破碎部分:由三段溜井及破碎硐室組成，即上部的廢石溜井、中部的粗碎石井、下部的細碎石井，廢石溜井上面布置卸載硐室，廢石溜井下端布置粗碎硐室，粗碎硐室與粗碎石井相連，粗碎石井下端布置細碎硐室，細碎硐室與細碎石井相連，形成的多段廢石破碎系統；二是混凝土攪拌部分:細碎石井的下端為混凝土攪拌硐室，混凝土攪拌硐室內置振動給料機和攪拌機，將碎石骨料與水泥漿在攪拌機內混合形成混凝土 ；三是混凝土泵送部分:攪拌好的混凝土通過置於攪拌機出料鬥下部的混凝土拖泵，經由管道將混凝土泵送到採空區充填。
2.根據權利要求1所述的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統，其特徵在於所述的粗碎硐室置有振動給料機和鄂式破碎機。
3.根據權利要求1所述的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統，其特徵在於所述的細碎硐室置有振動給料機和錘式破碎機。
4.根據權利要求1所述的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統，其特徵在於所述的鄂式破碎機和錘式破碎機下部都設有溜槽。
5.根據權利要求1所述的井下廢石混凝土製備及泵送充填系統，其特徵在於所述的卸載硐室與廢石溜井連接處設置格篩。
6.一種權利要求1所述的井下廢石混凝土製備及泵送充填方法，其特徵在於廢石混凝土由水泥漿與細碎石攪拌製成，用混凝土攪拌運輸車將水泥漿運到井下廢石混凝土攪拌硐室，將攪拌好的水泥漿按配比加入到攪拌機上的水泥漿鬥內，由細碎石井底部的振動給料機,按配比將細碎石送到攪拌機上的細碎石鬥內，先放水泥漿再放細碎石到攪拌機內攪拌形成廢石混凝土；攪拌好的廢石混凝土由攪拌機下部的出料鬥放入混凝土拖泵入口處，再由混凝土泵經由管道泵送到採空區進行充填。
【文檔編號】E21F15/00GK103590851SQ201310509575
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】餘健, 吳東旭, 孫宏生, 艾春龍, 呂振江, 汪德文, 顧迎春 申請人:玉溪礦業有限公司, 中南大學