充填

充填

充填就是用砂、石等材料充填採空區,形成充填體支撐頂板、圍岩,防止和減少頂板垮落和變形,減輕工作面的壓力。常用的充填方法有水力充填、機械充填、風力充填和膠結充填等幾種。

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用砂、石等材料充填採空區,形成充填體支撐頂板、圍岩,防止和減少頂板垮落和變形,減輕工作面的壓力,稱充填採礦法或充填採煤法(見充填採礦法,壁式採煤法)。與長壁垮落採煤法相比,充填採煤法能:①有效地防止頂板垮落,減少地表下沉;②降低坑木消耗,可不留或少留護巷煤柱,提高回採率;③採空區充填體緻密,不易漏風,開採厚煤層時,能防止自燃發火;④用廠礦的廢棄尾礦矸石或爐渣作充填材料時,有利於礦區環境保護;⑤減少採空區瓦斯湧出量。適用於:①三下採煤;②煤層頂板堅硬,不能用垮落法管理頂板;③特厚煤層;④有衝擊地壓危險和自燃發火傾向嚴重的煤層。缺點是:①要建立完整的充填系統,增加基建投資;②井下巷道系統複雜,充填工作費工費時,增高成本;③工作面充填工作複雜,效率低。方法有水力充填、機械充填、風力充填和膠結充填等幾種。
水力充填 利用水壓將充填材料通過管路輸送到採空區充填。水力充填的材料要容易脫水、最大粒徑小於管徑的2/5、小於1mm的含量小於10%、來源充足、價格低廉。常用的有河砂、風化岩石、露天礦剝離物、洗選廠的尾砂和矸石、化工廠或冶鍊廠的廢渣或熱電廠的粉煤灰等。水力充填的水源由設在注砂井附近的地面貯水池以自然壓頭供給。充填材料先經貯砂和水砂混合系統加水混合成砂漿,再經砂漿輸送系統輸送到採空區。一般都利用迴風巷道鋪設管路。充填管管徑150~200mm,由鋼、鐵或硬質塑料等耐磨材料製造。砂漿藉助自然壓頭或砂漿泵的壓力輸送。砂漿流速應大於臨界速度(固體顆粒不沉積於管底的最小流速),通常為2~4m/s。充填廢水先在沉澱池經過多次沉澱,排至地面貯水池供循環使用。沉澱池的污泥需定期清理。充填作業在回採工作面推進到最大控頂距時開始進行,隨著充填的進行逐步拆管,回收支柱。
風力充填 以壓縮空氣為動力,將充填材料沿充填管路輸送到採空區進行充填,也稱壓氣充填。與機械充填相比,風力充填的充填體緻密、充填能力大、系統簡單易行。風力充填的主要設備是風力充填機,分固定式、半固定式和移動式三種。目前,國外還有在風力充填機上裝配破碎機和壓氣機的,整套設備裝在平板車或平台上。在採用前進式回採時,可將掘進的矸石直接充填到巷道旁。風力充填除充填機外,還要有空氣壓縮機、充填管和供水管、洒水等設備。風力充填所用的空氣壓縮機要求風量大、風壓適當、體積小、重量輕、充填管耐磨性能好。由於風力充填系統簡單,能直接用井下矸石破碎後進行充填,在適宜的條件下可以採用。
機械充填 大多用於非煤礦山。由地表或地下採集的乾式充填料,用礦車、帶式輸送機等運至礦塊充填天井溜入采場,然後用電耙或自行車輛分佈充填料。這種充填工藝沉縮率大,生產效率低,應用日益減少。
膠結充填 在充填料中摻有膠凝物質如水泥等,主要用於非煤礦床地下開採。膠結充填體強度大,穩固性好,能更好地支撐圍岩,保證安全回採礦柱,防止岩層垮落和移動;改善不穩固和複雜礦體的開採條件,顯著降低礦石損失率和貧化率(可降到5%以下);但水泥用量大,成本高。常用的膠結物是水泥。骨料可就地取材,如天然砂礫、爐渣、尾砂或碎磨砂、石等均可使用。充填料用機械或水力管道輸送。若要求充填體強度大,例如做下向分層膠結充填法的底板時,水泥與尾砂的比例達1:4~1:5。在一般情況下,水泥和尾砂的比例為1:8~12,有的達1:30。提高水泥膠結充填砂漿的輸送濃度,可以提高充填體強度。目前膠結砂漿濃度(重量)多為60~65%。有的礦山採用自重加泵送的措施,可使濃度達72~78%。尾砂膠結系統主要有以下兩種:
立式砂倉法 砂漿與水泥或水泥漿一起加入攪拌器。膠結砂漿的流量和濃度由流量計和濃度儀測定,並通過自動控制系統進行調整(見圖)。中國、加拿大、澳大利亞等礦山多採用這種方式。
充填
充填
秤量集料法 按充填體的作用選擇配料比例。通過膠帶電子秤事先控制尾砂量和水泥量,並用流量計測出供水量,然後在攪拌器中混合。瑞典礦山多用這種方式。
參考書目
冶金部長沙礦山研究院等編:《充填採礦法》,冶金工業出版社,北京,1978。
中國礦業學院等編:《採煤學》,下冊,煤炭工業出版社,北京,1980。