一种采空区充填脱水系统及其使用方法与流程

本发明属于采矿领域，尤其涉及一种金属矿山井下采空区充填脱水系统及其使用方法。

背景技术：

目前金属矿山广泛使用全尾砂充填采空区，全尾砂颗粒保水性强，脱水困难。全尾砂充填效果的优劣关键在于脱水工艺是否可靠。如果脱水工艺不可靠，空场内脱水效果不佳，则充填挡墙将承受较大的浆柱压力，易造成井下跑砂的重大安全事故，同时也污染了整个井下作业环境，如果脱水工艺可靠，空场内脱水状态良好，充填挡墙受压显著变小，可以保证安全，而且充填体更密实，充填速度可明显加快，也更有利于矿山的地压管理与生产、环保管理。

目前国内专利数据库也有一些关于采空区充填脱水系统的公开文献报道：

例如：【申请号】201520777843.2，【申请日】2015.10.09，【名称】全尾砂膏体充填脱水系统，该系统包括矿山的采空区和设置在采空区底部通道口处的密闭墙，滤水管布置在采空区底部沿采空区底板延伸敷设至采空区顶部，滤水管在采空区内部采用“井”字形布置，并相互连通构成网状脱水结构，在靠近密闭墙处，滤水管汇合成数根主滤水管并穿过密闭墙接入沉淀池。该系统密闭墙承载压力较大，所采用的滤水管构成的网状脱水结构复杂，另外在敷设滤水管时，工作人员需要进入老采空区作业，因此，该实用新型作业难度大，成本高，安全性差。

例如：【申请号】201120111301.3，【申请日】2011.04.15，【名称】一种用于地下金属矿山采场嗣后充填料浆快速脱水系统，该系统主要由设置在采场联络道中的砖砌弧形充填隔离墙和下端口固定在该充填隔离墙的滤水管构成。系统中的充填隔离墙采用弧形，建造工艺复杂、承载压力过大存在安全隐患、工期长；另外该实用新型的脱水系统有效的滤水面积较小，脱水效果明显不好。

例如：【申请号】201520129442.6，【申请日】2015.03.06，【名称】一种嗣后充填脱水装置，该装置采用贯通采空区和巷道的钻孔排水，增加作业难度和成本，易发生料浆堵塞钻孔现象，且充填过程中不能进行脱水，脱水效率较低。

另外，建造滤水管是建造采空区充填脱水系统重要的部分。该领域现有技术中，为方便井下的运输与安装，所用滤水管大多有一定的柔性，当采用这种滤水管时，滤水管因承受充填料浆很大的侧向压力有时会被挤扁，造成脱水系统瘫痪。

因此，现有采空区充填脱水系统技术存在结构复杂、作业难度大、成本高、安全系数低，且无法实现快速有效安全的脱水，需要进一步进行改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采空区充填脱水系统及其使用方法。该脱水系统结构简单易行、成本低廉；可以使采空区充填体高效、稳定地脱水，解决了充填体中的滤水管容易被挤扁的问题，工作人员和设备均无需进入老采空区作业，同时，设计出了一种施工简单、建造工期短的充填挡墙。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采空区充填脱水系统，包括采空区（1）、底部出矿巷道（2）、滤水管（3）、和充填挡墙（8），此系统还包括采空区底部预留矿石与废石（4）、废石反滤层（7）；所述的滤水管（3）管体下端与采空区底部预留矿石与废石（4）相接触。

所述的充填挡墙（8）由锚杆（13）、废旧钢轨（14）、金属网（15）和过滤材料（11）组成，锚杆（13）锚固于底部出矿巷道（2）四壁内，锚杆（13）上焊接废旧钢轨（14），构成钢轨网，金属网（15）和过滤材料（11）绑扎在钢轨网内侧。

所述的滤水管（3）由管壁钻凿有滤水孔（12）的硬性管道（9）和包裹在硬性管道外壁的过滤材料（11）组成；所述的滤水管（3）根据采空区的纵横断面以适合的网度布置。

优选地，所述的滤水管网度布置随着采空区实际尺寸和地质条件确定，可以是2m*4m，3m*4m，5m*5m，7m*7m、8m*8m等。

优选地，所述的硬性管道（9）是螺旋波纹管；所述的滤水孔（12）孔径为5-10mm。

优选地，所述的硬性管道（9）管内装有卵石（10），所述的卵石（10）粒度小于硬性管道（9）直径的1/3。

优选地，所述的过滤材料(11)是过滤布。

优选地，所述的采空区底部预留矿石与废石（4）应填满整个采空区底部，形成脱水层。

优选地，所述的废石反滤层（7）由堆积在底部出矿巷道（2）内充填挡墙（8）预设处的废石构成，废石反滤层（7）的顶端与出矿巷道（2）的顶部接触。

优选地，所述的充填挡墙（8）距废石反滤层（7）底端水平距离1-2m。

本发明提供了一种充填脱水系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，采空区底部预留矿石与废石（4）

步骤2，布置滤水管（3）

先在硬性管道（9）外壁钻凿滤水孔（12），后在管外壁包裹一层过滤材料（11），制成滤水管（3）；将制成的滤水管（3）管体下放到采空区（1），使管体下端接触到采空区底部预留矿石与废石（4），后向硬性管道（9）管体内加入卵石（10），此时滤水管（3）建造布置完毕；

步骤3，建造废石反滤层（7）

将井下废石搬运至充填挡墙（8）的预设区域，废石反滤层（7）的顶端与出矿巷道（2）顶部接触，利用废石构筑成废石反滤层（7）；

步骤4，建造充填挡墙（8）

按预设的充填挡墙（8）距废石反滤层（7）底端的水平距离，将锚杆（13）锚固于充填挡墙（8）的预设位置的底部出矿巷道（2）四壁内，锚杆（13）上焊接废旧钢轨（14），构成钢轨网，后将金属网（15）和过滤材料（11）绑扎在钢轨网内侧，此时充填挡墙（8）建造完成；

步骤5，充填脱水

经以上步骤，包括由采空区（1）、底部出矿巷道（2）、滤水管（3）、采空区底部预留矿石与废石（4）、废石反滤层（7）和充填挡墙（8）组成的整个采空区充填脱水系统建造完成，此时开始进行充填，充填体中的水和充填体上方水（6）依次经过滤水管（3）和采空区底部预留矿石与废石（4）流出，又经废石反滤层（7）和充填挡墙（8）后进入井下沉淀池，最后进入井下排水系统。

本发明具有如下的有益效果：

1.充填体脱水高效，稳定。

2.滤水管底端与空区底部遗留矿石与废石接触，利用空区底部遗留矿石与废石中的间隙构建脱水通道，工作人员和设备均无需再进入老采空区，保证了安全。

3.滤水管中放有卵石，滤水管不会被挤扁。

4.充填挡墙施工工艺简单，建造速度快。

5.建造脱水系统的大部分材料均可以井下就地取材，总体建造成本低。

附图说明

图1为采空区充填脱水系统整体结构示意图。

1-采空区，2-底部出矿巷道，3-滤水管，4-采空区底部预留矿石与废石，5-充填体，

6-充填体上方水，7-废石反滤层，8-充填挡墙。

图2为滤水管结构示意图。

9-硬性管道，10-卵石，11-过滤材料，12-滤水孔。

图3为废石反滤层与充填挡墙侧剖面图。

14-废旧钢轨，15-金属网

图4为充填挡墙示意图。

13-锚杆。

具体实施方式

下面结合图1、图2、图3、图4对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围。

某黄金矿山矿体厚度4米，倾角85度，中段高度50m，开采形成的采空区1沿走向长度为50m，采用阶段空场嗣后充填。结合图1，该矿由于回采矿房形成一个形状为平行六面体的采空区，采空区底部有未出完的矿石与顶板脱落废石，采空区底部每隔8m布置有底部出矿巷道5，该矿采用全尾砂充填采空区。

在充填工作开始之前，首先建造采空区充填脱水系统。建造采空区充填脱水系统主要包括建造滤水管3、建造废石反滤层7和充填挡墙8。

步骤1，建造布置滤水管3

先在螺旋波纹管9外壁凹槽内钻凿孔径为5-10mm的滤水孔12，后在管外壁包裹一层过滤材料11，制成滤水管3；将制成的滤水管3管体下放到采空区1，按照在采空区纵向长度以5m的间距布置，使管体下端接触到采空区底部遗留矿石与废石4，后向管体内加入粒度小于螺旋波纹管9直径1/3的卵石10防止螺旋波纹管9被充填体5挤扁，此时滤水管3建造布置完毕。

步骤2，建造废石反滤层7

采用井下铲运机将井下废石搬运至挡墙的预设区域，废石反滤层7的顶端与出矿巷道2顶部接触，利用废石构筑成废石反滤层7。

步骤3，建造充填挡墙8

将锚杆13锚固于距废石反滤层7底端水平距离1-2m处的底部出矿巷道2四壁内，锚杆13上焊接废旧钢轨14，构成钢轨网，后将金属网15和过滤布11绑扎在钢轨网内侧，此时充填挡墙8建造完成。

步骤4，充填脱水

经以上步骤，包括由采空区1、底部出矿巷道2、滤水管3、采空区底部遗留矿石与废石4、废石反滤层7和充填挡墙8组成的整个采空区嗣后充填脱水系统建造完成，此时开始进行充填。充填体中的水和充填体上方水6先经滤水管3和采空区底部遗留矿石与废石4形成的石堆中流出，又经废石反滤层7和充填挡墙8后进入井下沉淀池，最后进入井下排水系统。

经检测，充填体脱水率为26%，充填挡墙未破坏，充填效果良好。

任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、外形尺寸改变的明显变形形式，均落在本发明权利要求书的保护范围内。