充填系统是将充填料从制备、仓储、制浆到输送至充填区的各个环节或单元的总成。充填方法与充填料输送方法不同,充填系统的组成单元和功能不同。就应用普遍的水力输送而言,一般包括充填料制备、充填料仓储、料浆制备与计量控制、管路输送等4个模块。金属矿山和煤矿充填在充填系统设计上差别很大,主要原因是充填料的不同。 金属矿山主要充填尾矿砂。充填站设置料仓或堆场,采用振动放料形式,通过皮带传送至搅拌桶制浆。分级尾砂搅拌相对简单,全尾砂充填为避免细粒部分絮凝结团,需要采用强力活化搅拌技术。 煤矿充填目前使用的充填料主要是破碎煤矸石和粉煤灰。矸石充填料需要将煤矸石破碎至5mm以下粒径,并需保证均衡的含水率,所以充填系统要有破碎模块和相应的破碎前与破碎后室内堆场。纯粉煤灰充填因粉煤灰悬浮性好搅拌比较容易,高浓度的矸石充填可以采用类似混凝土搅拌的卧式搅拌槽,浓度较低的混合充填一般采用立式搅拌桶。 充填系统设计应遵循以下原则:(1)充填料要就近选择,充分利用工业废渣,保护环境,降低成本。(2)优先选择自流输送方式,降低基建投入与管理成本。(3)制浆能力与管道流量保持一致,设置必要的人工或自动控制措 施,尽可能做到满管输送。(4)仓储规模要保证正常生产,不能出现经常性断料。(5)必要的防潮防雨雪措施,避免胶固材料吸潮结块,保持充填料稳定的含水率。(6)工艺流程与控制简单实用。(7)粉尘与噪声符合环保要求。
我国地下开山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁,因事故人数和国外同类相比相对较高,安全生产形势相当严峻,危及到人民群众的生命安全,对生态环境造成了严重破坏,给国家造成了巨大的经济损失,制约了我国矿山企业的可持续发展。当开采完成形成采空区后,在上覆压力和地下水等因素的作用下,该煤柱和开采区两侧的煤层软化,失去强度,导致上覆岩体塌陷、冒落,形成滑坡。地下采空区对工程的危害是显著和累积叠加的,主要体现在二个方面:一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移,造成地表沉陷、开裂和塌陷,破坏地面环境和影响露天作业,更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员和设备破坏;另一方面在矿山开采过程中,采空区围岩受爆震动影响导致岩体裂隙发育,甚至贯通地表或连通老窑积水,发生突水事故,淹没坑道和工作面,造成巨大经济损失。矿体开采后,采场的原始应力状态被破坏,从而致使应力重新分布,时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后,当矿体承受的应力超过自身强度时,发生的不连续的发散突变,即矿柱失稳破坏的现象。
充填主要是用水泥作胶凝材料。由于矿山充填不像混凝土生产中那样易于控制集料质量和水灰比,面对尾矿、粉煤灰等废料充填和输送方便、流动性好、泌水量小、接顶效果好、早期强度高等特殊要求下,水泥在胶结充填中遇到了一系列问题。膏体充填技术就是为克服低浓度水泥胶结充填的弊端发展起来的。胶固材料的出现推动了充填技术的极大进步。胶凝材料的水化过程完全不同于硅酸盐水泥,它不存在水泥熟料矿物的水解和水化反应,不生成氢氧化钙和钙矾石等晶体水化物。其水化过程及形成胶凝性的硬化体是通过激发剂的作用,使原材料中钙酸盐玻璃体中高聚合度的A1-o-Si、Si-o-Si、A1-o-A1等共价键断裂,产生聚合度较小的离子团或者是单离子团。
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