一种高浓度全尾砂胶结充填系统的制作方法

1.本发明涉及矿山尾砂充填技术领域，具体为一种高浓度全尾砂胶结充填系统。


背景技术：

2.大量利用矿山固体废料的充填采矿技术，既可充分安全有效地回收资源、保存远景资源、防止地表坍塌，又可减少固体废料向地表排放，是充分利用尾矿资源发展节地、节能、节材、环保利废的直接有效的途径，是现代采矿工业中一项支撑矿业可持续发展的战略新技术。因此无废或少废开采技术在我国金属、非金属、建材、化工等矿山的市场是巨大的，具有广阔的应用前景。这是因为我国的环境保护要求越来越高，这就使得许多矿山必须实施无废开采以满足环境保护要求。高浓度全尾砂胶结充填站工程项目建成后，在保障采矿安全生产、提高回采率、保护环境和地表设施及防治水方面具有重大作用，此外还利用了矿山废料
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选矿的全部尾砂，不用建设新的尾矿库，基本上实现了无废开采。有效地保护矿区及周边自然生态环境。
3.高浓度全尾砂胶结充填系统采用尾砂直接沉降浓缩及以自流输送为主的工艺与设备。所谓高浓度是指选厂全粒级尾砂在立式砂仓内自然沉降所能达到的最大浓度，再与适量的胶凝材料拌和后，其强度、充填能力满足设计需要。充填法采矿降低了损失与贫化及井下排水费用，提高了资源回收率，节省了后期(闭坑)治理费。充填系统的运行，能及时对井下采空区进行充填，消除了地压灾害，既保证采矿安全又保护地表不坍塌；同时工业废渣
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全尾砂得到充分有效地利用，节约了因尾砂库而挤占的大量土地资源，做到真正意义上的无废开采，符合我国“节能减排”大政方针，有着很好的经济效益与社会环境效益。
4.但现在运行的尾矿充填系统的自动化控制程度较低，需要较大的人力和工程量。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高浓度全尾砂胶结充填系统，基于高浓度全尾砂胶结充填工艺，结合自动化以及系统各设备之间的工艺处理能力，实现对于尾矿的充填处理。
6.本发明是这样实现的：
7.一种高浓度全尾砂胶结充填系统，用于对井下采空区进行充填，包括充填子系统，充填子系统设置于待充填区域地表表面，还包括与充填装置连接的管道子系统，还包括与充填子系统连接的控制子系统。其中，充填子系统包括深锥浓密装置、水泥装置和搅拌装置，管道子系统包括水平管道和竖直管道，深锥浓密装置通过水平管道与搅拌装置连接，水泥装置分别与搅拌装置连接，搅拌装置通过竖直管道与待填充区域连通，竖直管道160的倾斜度≤1
°
。其中，控制子系统包括砂料浆控制装置，砂位控制装置与深锥浓密装置连接，水泥仓位控制装置，与水泥装置连接，搅拌液位控制装置，与搅拌装置连接；深锥浓密装置内放置有尾砂浆，水泥装置中放置有水泥料。
8.进一步的，深锥浓密装置与待充填区域地表表面之间设置有缓冲板，其中缓冲板为筏板。
9.进一步的，深锥浓密装置连接有骨料给料系统，骨料给料系统包括矿厂全尾砂给料系统和堆场干尾砂给料系统，分别通过给料管道与深锥浓密装置连接。
10.进一步的，水泥装置底端设置有微粉秤，底端连接有螺旋送料装置，其中螺旋送料装置与搅拌装置连接。
11.进一步的，竖直管道160包括内管和外管，其中内管外壁与外管内壁之间的距离为50mm。
12.进一步的，内管底部设置有排浆阀和硐室。
13.进一步的，竖直管道160的充填倍线按照以下方式确定：
14.n＝l/h；
15.其中，n为充填倍线，l为竖直管道160的总长度，h为竖直管道160入口与出口的高度差；填充倍线≤8。
16.进一步的，砂料浆控制装置包括设置于水平管道上的砂浆密度仪、流量计，还包括与砂浆密度仪和流量计分别连接的上位机，还包括设置在水平管道上与上位机连接的电磁阀。
17.进一步的，水泥仓位控制装置包括设置于水泥装置的雷达料位计、螺旋送料控制器和上位机，其中上位机分别与螺旋送料控制器和微粉秤连接。
18.进一步的，搅拌液位控制装置包括设置于搅拌装置内的超声波液位计、搅拌控制器和上位机，上位机分别与搅拌控制器和超声波液位计连接。
19.上述方案的有益效果：
20.本发明提供的一种高浓度全尾砂胶结充填系统，通过多个装置的连接，实现对于填充料的获得；还通过设置控制系统，实现对于最优配比的精准确定。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为发明提供的高浓度全尾砂胶结充填系统整体结构示意图；
23.图2为发明提供的高浓度全尾砂胶结充填系统的局部结构示意图；
24.图3为发明提供的控制子系统的结构示意图。
25.图标：
26.100-充填系统；
27.110-深锥浓密装置；120-水泥装置；130-搅拌装置；140-螺旋送料装置；150-水平管道；160-竖直管道；170-待充填区域；180-控制子系统；
28.111-深锥浓密罐；112-缓冲板；
29.121-水泥仓；122-微粉秤；
30.181-上位机；182-砂料浆控制装置；183-砂浆密度仪；184-流量计；185-水泥仓控制装置；186-雷达料位计；187-螺旋送料控制器；188-搅拌液位控制装置；189-超声波液位计。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.以下针对本发明实施例的一种高浓度全尾砂胶结充填系统100进行具体说明：
36.在本实施例中，高浓度是指全尾砂在静水中沉降的最大浓度。其重量浓度高低取决于全尾砂比重、粒度大小与组成及压缩层厚度。而体积浓度则主要取决于颗粒大小与组成。胶凝材料主要是水泥或其代用品如矿渣、干排粉煤灰等工业废渣。
37.本专利提供的高浓度全尾砂胶结充填系统100，适用于采用浅孔留矿嗣后充填法采矿。
38.包括充填子系统，主要是将充填原料进行混合处理并充填至待充填区域170内，实现对于矿区的充填处理。在本实施例中，充填子系统设置于待充填区域170地表表面，通过管道结构将充填料充填至地下的空闲矿区内。
39.在本实施例中，充填子系统包括深锥浓密装置110、水泥装置120和搅拌装置130。
40.在本实施例中，深锥浓密装置110主要包括深锥浓密罐111，为了对于深锥浓密罐111的安装和固定，在地表与深锥浓密罐111之间安装有缓冲板112，在本实施例中，缓冲板112为筏板，用于对深锥浓密罐111的安装和固定起到缓冲和固定的作用。
41.在本实施例中，深锥浓密罐111用于对尾砂进行搅拌和沉淀处理，外接有骨料给料系统，包括矿厂全尾砂给料系统和对堆场干尾砂给料系统，以上两个系统通过给料管道(未标出)与深锥浓密罐111连接，将全尾砂和干尾砂通过管道内的输送装置送至深锥浓密罐111。为了实现对于罐内的尾砂充分的处理，在深锥浓密罐111内设置有搅拌机构，在本实施例中，搅拌机构的数量为2，在其他实施例中，可以根据处理所需要的动力和处理量进行搅
拌机构的设置。
42.在本实施例中，深锥浓密罐111的数量为1，在其他实施例中，也可以根据具体的处理量进行对应的设置。
43.深锥浓密装置110用于对尾砂进行处理，在本实施例中，填充料还包括水泥料。针对于水泥料的处理本实施例中主要基于水泥装置120。
44.在本实施例中，水泥装置120包括多个水泥仓121，具体位置四个水泥仓121。
45.参阅图，水泥仓121包括成锥状的仓体，以及设置在仓体底部的微粉秤122。其中微粉秤122的底端放置有螺旋送料装置140，在本实施例中，螺旋送料装置140为双螺旋结构，包括两个螺旋杆，以及沿螺旋杆设置的螺旋叶片，螺旋杆外接动力部件即旋转电机，带动螺旋杆进行旋转运动。螺旋叶片在螺旋杆的转动下，将水泥粉料向特定方向进行移动输送。
46.在本实施例中，水泥仓121的锥角≤60
°
，水泥仓121下口以上1/4～1/3高度处安装流态气化管，以防止仓内水泥结拱堵塞。
47.在本实施例中，水泥粉料的移动方向为从螺旋送料装置140的底端向搅拌装置130进行移动输送。
48.在本实施例中，搅拌装置130主要为对尾砂以及水泥进行混合处理的装置，搅拌装置130通过螺旋送料装置140与水泥仓121连接，通过水平管道150与深锥浓密罐111连接，将尾砂与水泥放置于装置内进行搅拌。
49.在本实施例中，搅拌装置130内主要设置有搅拌机构(未标出)，通过搅拌机构对水泥和尾砂进行混合和搅拌处理。
50.在搅拌装置130的底端连接有竖直管道160，竖直管道160直接连通待填充区域，将水泥和尾砂混合后的填充料输送至待填充区域。在本实施例中，竖直管道160包括内管和外管，外管贴于矿区内的矿壁设置，内管贯穿设置于外管内。其中，内管外壁与外管内壁之间的距离为50mm。为了保证填充料的精准进入至填充区域，外管与内管的垂直度控制在1
°
。为了保证内管固定的稳定性，内管与外管之间用42.5级硅酸盐水泥固定。
51.在本实施例中，竖直管道160的充填倍线按照以下的条件进行设置：
52.n＝l/h；
53.其中，n为充填倍线，l为竖直管道160的总长度，h为竖直管道160入口与出口的高度差。
54.对于充填系统100中的管道，充填倍线反映了充填系统100所能达到的自流输送距离，受很多经常变化的因素影响。在本实施例中，尾砂胶结充填砂浆的重量浓度为65％～75％，在本实施例中，充填倍线≤8。
55.本实施例提供的充填系统100，通过深锥浓密装置110、水泥装置120和搅拌装置130以及水平管道150、竖直管道160的设置，将尾砂以及水泥料进行混合搅拌呈充填料，将充填料通过管道输送至待充填区域170内。
56.在本实施例中，充填强度大小取决于灰砂比和灰水比(两个参数，灰砂比和灰水比越大，则强度越高，但是灰水比或砂浆浓度愈高，管道输送越困难，采场充填率低，接顶效果差。
57.在本实施例中，基于充填体强度、输送、脱水率等条件，确定的填充方案与工艺为，充填料≥68％高浓度全尾砂胶结充填方案和工艺。针对强度和管输充填性能两方面的因素
进行尾砂配比试验，得到以下的实验结果：
[0058][0059]
表1
[0060]
在本实施例中，表1为不同配比材料的试验结果。
[0061]
基于以上的试验结果，确定合适的配比，因为配比的控制主要是对于深锥浓密装置110以及水泥装置120和搅拌装置130的控制，通过对以上三个装置的控制，实现对于填充料的控制。
[0062]
为了实现精准的控制，本实施例中的充填系统100还包括控制子系统180，包括砂浆料控制装置、水泥仓位控制装置、搅拌液位控制装置188和上位机181。上位机181通过电连接的方式与砂浆料控制装置、水泥仓位控制装置和搅拌液位控制装置188连接，上位机181内设置有数据处理模块和命令发出模块，通过接收到的数据进行处理并基于设置的配比以及最优配比关系，将控制命令发送至砂浆料控制装置、水泥仓位控制装置以及搅拌液位控制装置188，实现对于填充料的精准匹配和控制。
[0063]
在本实施例中，砂料浆控制装置182包括设置在水平管道150上的砂浆密度仪183、流量计184，还包括设置在水平管道150上的电磁阀，砂浆密度仪183和流量计184将检测到的流体的密度和流量进行实时的采集，并通过通信模块将采集到的数据发送至上位机181，上位机181根据设置的配比关系和最优的配比关系对电磁阀进行控制，控制流量的流速和单位时间内流入至搅拌装置130内的砂料浆。
[0064]
同理，水泥仓控制装置185包括设置于水泥仓内的雷达料位计186，还包括设置在水泥仓121底部的微粉秤122，雷达料位计186用于对水泥仓121内的水泥料的高度数据进行确定，通过高度的变化从而确定水泥单位时间流入至搅拌装置130的体积。通过微粉秤122对于流出的水泥的量进行确定，将以上的数据传输至上位机181，通过上位机181中的配比关系与最佳配比关系进行水泥量的控制。控制方法为上位机181通过将控制命令发送至螺旋送料控制器187，控制螺旋送料装置140的旋转速度，从而精准的控制进入搅拌装置130的水泥的量。
[0065]
同理，搅拌液位控制装置188包括设置在搅拌装置130内的超声波液位计189、搅拌控制器。本实施例中，超声波液位计189通过对于搅拌装置130内的额定液位上下限确定搅拌桶进出砂浆的流量，并将砂浆流量的数据传输至上位机181，通过上位机181中的配比关系与最佳配比关系进行砂浆量的控制。控制方法为上位机181通过将控制命令发送至搅拌
控制器，控制搅拌装置130的搅拌速率，并且还可以与外部加水管路进行连接，通过加入水的方式控制砂浆的密度。
[0066]
为了实现对于充填系统100的进一步的精准控制，还可以设置有数据存储装置，用于对控制数据的以及控制过程的数据记录。
[0067]
本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。