充填开采技术按照充填材料的成分及其输送方法不同,分为干式充填、水力充填、胶结充填和膏体充填四种
(1)千式充填技术。千式充填是利用充填料的自重、矿车、充填机或风力等将充填料送人采空区的充填方式。充填料既可以利用井下采场和掘进工作面的废石,又可利用露天矿的剥离废石,以及卵石、炉渣、尾砂等。主要工艺包括废石破碎、材料运输、采场内搬运与铺平等。当开采深度不大,地表采石条件方便,可采取多充填井下料,以减少水平运输距离。充填料的地面运输,一般利用汽车;井下水平运输,一般采用矿车和电机车;沿主溜井和采场充填井下料时,则利用自重溜放。按采场内运送废石的方式,干式充填分为自重充填、机械充填和风力充填三种。自重充填主要用于随后充填,但当采用倾斜分层回采时,也可同时充填。机械充填是用自行设备、电粑或输送机在采场内分配充填材料。风力充填是利用压缩空气将充填料沿管路送向充填地点
(2)水力充填技术。水力充填是以水为媒介,使充填料沿充填管道或充填钻孔输送到充填点的充填方式。充填工艺包括充填料的选择和加工、砂浆制备和输送、充填和脱水以及废水处理等。一是充填料选择和加工。水力充填材料有河砂、山砂、卵石、炉渣、采掘的岩石及选厂尾矿等。充填料的最大粒径不应超过管径的1/3,含量不超过总量的15%。充填料的含泥量在10%~15%之间,可减少对管路的磨损,有利于管路输送。为减少排水费用,固液比应控制在1:3.5以下。二是充填料的制备。为使充填料能在管道中顺利输送,充填料在进人管道前,必须和水均匀混合成砂浆,目的是将充填料配制成合格的粒级组成,控制细泥含量和砂浆浓度,以保证顺利输送和达到必要的充填能力。三是砂浆的水力输送。利用管道进行水力输送充填料,管道由垂直部分和水平部分组成。垂直部分的砂浆柱要有一定高度,保证水平部分的砂浆以必要的速度移运充填料。四是充填体的形成与脱水。应用水力充填时,大量的水随充填料流入采场。为了迅速形成具有一定强度的充填体,应使充入采场内的水尽快排出,这个过程称为脱水。五是排泥。从采场渗滤出的废水,含有3%~5%或更多的泥砂,流入排水沟和沉淀池后澄清。沉淀池或水仓内沉淀的泥砂,必须定期清理,这个过程称为排泥。
(3)胶结充填技术。胶结充填是指在充填料中加入胶凝材料,使松散的充填料凝结,形成具有一定强度的充填体的充填方式。一是胶结充填材料。胶结充填材料由胶凝剂、骨料和水组成,按照充填材料成分的不同,又分为混凝土胶结充填料和尾砂胶结充填料两种。胶凝剂主要采用300~500号普通硅酸盐水泥。混凝土胶结充填料由粗细骨料、水泥和水组成。充填料应易于流动,且凝固后应具有一定强度。充填采场时其强度应达2943~4905kPa,用于构筑人工底板时的强度应达6867~9810kPa。二是胶结充填料的制备与输送。胶结充填料的制备方法必须与输送方式密切配合,不同的制备与输送方式构成了不同的制备系统。主要混凝土制备系统有间歇揽拌式、连续揽拌式和半分离制各系统三种。尾砂胶结充填料制备系统有砂浆中加人水泥粉的制备系统和尾砂浆申加人水泥浆的制备系统两种。尾砂浆中加入水泥粉的制备系统是在尾砂浆中加入一定量的水泥粉,搅拌后制成水泥尾砂浆,借自重或砂浆泵经管路输送到充填地点。
(4)膏体充填技术。膏体充填是以碎石、河砂、尾砂或戈壁集料为骨料,与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体,以管道泵送或重力自流方式输送到充填区的充填方式。包括尾砂胶结充填、块石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填、膏体泵送充填、高水速凝充填等。高浓度全尾砂膏体充填的基本工艺如下:全尾砂加入絮凝剂后,在浓需机内股水稠化,砂浆质量浓度可达到70%~78%。将全粒级尾砂与适量的固结材料和水经过一级或两级混合,搅拌成高浓度的均质胶结充填料,以管路输送的方式自流充入采场。膏体泵送充填综合运用微细颗粒材料浓缩脱水技术与设备、高浓度浆体泵送设备、活化搅拌设备、计算机在线控制等多项技术,将尾矿浆与固结材料混合成膏体状,通过大功率泵送设备送入采场,充填体强度高且固结材料耗量小,可适当降低充填成本,凝固时间相对较短,缩短了充填作业循环周期,改善了充填体接顶情况,提高了采场稳定和采矿作业安全性。
目前,充填开采技术已在淮北矿业集团、山东新汶、铜陵有色、金川龙首、马钢白象山、大冶铁矿和西鞍山铁矿等矿企应用。
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