(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111402725.X (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有 限公司 地址 243000 安徽省马鞍山市 当涂县太白 镇 申请人 安徽马钢矿业资源集团有限公司 　 中南大学 (72)发明人 王邦策　李琦　骆溶　班振兴　 侯大德　 (74)专利代理 机构 马鞍山市金桥专利代理有限 公司 341 11 代理人 文香达 (51)Int.Cl. E21F 15/00(2006.01)E21F 15/04(2006.01) E21F 17/00(2006.01) E21F 17/18(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 一种适用 于塌陷坑尾砂充填工艺的施工方 法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于塌陷坑尾砂充填 工艺的施工方法， 涉及地下开采技术领域。 该适 用于塌陷坑尾砂充填工艺的施工方法， 具体操作 如下： S1、 对尾砂充填料浆制备及管道输送参数 计算， 其中充填料浆材料为矿山选矿产出的尾砂 或矿山地表废石类的固体废弃物。 该适用于塌陷 坑尾砂充填工艺的施工方法， 通过利用尾矿对塌 陷区进行回填， 并实现安全形态堆置， 不仅可 以 解决尾矿堆置的问题， 而且能够消除塌陷区存在 的安全隐患， 具有巨大的社会效益和经济效益， 节省大量土地， 大大降低了矿山末期地质灾害治 理的工程 量和费用。 权利要求书4页 说明书9页 附图1页 CN 114033483 A 2022.02.11 CN 114033483 A 1.一种适用于塌陷坑尾砂充填工艺的施工方法， 其特 征在于： 具体操作如下： S1、 对尾砂充填料浆制备及管道输送参数计算， 其中充填料浆材料为矿山选矿产出的 尾砂或矿山 地表废石类的固体废弃物， 具体操作如下： 全尾砂用装载机装入料仓内， 水泥通过水泥仓、 闸门， 变频调速星形给料机， 直接送到 搅拌机入口处， 在搅拌机入口处设有喷头， 根据混合前各种物料的含水情况， 喷加适量的 水， 使混合物的含水量达到充填所需的要求。 搅拌好的成品经过充填矿浆调节系统， 通过混 凝土泵加压送到采空区， 全部过程 为连续工作过程。 充填用水可引自周边临近水源和井下排水。 充填用水可循环利用， 设计供水系统由清 水水池、 充填用水水池、 水泵、 电磁流量计、 阀门、 等组成。 调节阀门可控制单位时间内的喷 水量， 另外在管路上装有三通接口， 可用于 设备的清洗目的是防止料浆粘壁及场地洒水。 在 充填工作开始前要用充填用水将设备及管道润湿， 目的防止料浆粘壁， 充填结束后须用清 水清洗充填设备及充填管路， 以防止充填启动时发生堵管及碱性水对设备 的腐蚀。 充填砂 浆中所用的水全部由水泵从蓄水池中抽取。 生产中开机、 停机时的导管引流水和清洗水， 水 源可利用矿区改建的蓄水池水。 由于采用全尾砂或分级胶结充填， 导致矿坑涌水含泥量增 加， 需要设置沉淀池， 可以充分利用闲置的巷道。 由于影响因素众多， 且许多影响因素(如输送管道粗糙度等)难以定量计算， 为稳妥起 见， 本研究采用不同公 式分别计算， 然后取其中最大值作为充填料浆输送的阻力损失(水力 坡度)值。 A.计算非均质砂浆阻力损失的公式为： 式中： γm—尾砂密度， 2.79 t/m3； v—工作流速， 1.64m/s； i0—清水水力坡度， 按下式计算∶ λ—清水摩擦阻力系数， 按下式计算∶ K3—管道敷设系数， 取1.1； K4—管道连接质量系数， 取1.15； Cv—体积浓度， 按下式计算： γj—全尾砂浆密度， 1.79 t/m3； γ0—水的密度， t/m3； Cx—沉降阻力系数， 按下式计算：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114033483 A 2式中： dcp—充填料平均粒径， cm， dcp＝0.127m m； ω—颗粒平均沉降速度， cm/s， ω＝123.04dcp1.1(γm‑1)0.7＝0.74cm/s。 计算可得Cx＝28.6； im＝0.1187mH2O/m＝1187Pa/m。 B.对于均质砂浆， 可按扩散理论计算 浆体阻力损失： im＝i0γj/γ (6) 将有关参数 带入上式， 得im＝0.0748mH2O/m＝748 Pa/m。 综上， 最终砂浆水力坡度取最大值。 C.管道局部阻力计算 对于管道局部阻力， 主要是指安装阻力、 管道弯头阻力和管道突然变大或缩小产生的 阻力。 将弯 道阻力按管道沿程损失的8％进行估算， 得到所有管道沿程的局部阻力， 即： i局＝8％i   (7) D.管道总阻力计算 管道总阻力用下面公式进行计算： H＝Hz+HJ+HG        (8) 式中： H—充填料浆输送的总阻力， 即输送泵体工作阻力， MPa； HZ—充填料浆输送的水平直管 段总阻力， MPa； HJ—充填料浆输送的局部阻力， MPa； HG—充填料浆输送时高程差引起的阻力损失或减阻大小， MPa； S2、 使用塌陷区范围探测及分析 方法， 具体操作如下： 根据矿山勘探线剖面以及地表地形形成矿区三维可视化数字模型， 并根据地应力形成 初始应力平衡状态， 其次根据开采规划顺序， 模拟逐段开采矿体并崩落覆岩形成塌陷坑， 与 开采现状进行对比分析， 采用这种 数值仿真分析与开采规划有机融合的方法， 揭示矿山开 采覆盖层以及移动范围内覆岩运动规律和动态发展过程， 仿真模拟得到塌陷区平面范围与 地表航拍得到的结果进行对比分析， 最终确定应治理的塌陷区范围； S3、 井下充填分区规划： 井下采空区充填总体顺序自下中段上中段进行， 为避免采空区 失稳造成大面垮塌， 下中段采空 区全部充填结顶后， 再转向上一中段充填。 直至全部充填结 束， 具体操作如下： 根据充填的特点和充填的时间顺序， 认为随着充填料浆的逐步脱水脱水沉降、 凝结硬 化， 形成的充填体对充填挡墙的作用力逐渐减小， 既刚充入采场采空区时未凝结硬化的充 填料浆对充填挡墙的作用力最大， 因此只分析充填料浆刚刚进入采空 区时充填挡墙的受力 情况， 此时充填挡墙具体的受力情况分为两种： A.充填料浆 面高度低于或等于充填挡墙的高度 充填挡墙形状多为矩形， 高度用H表示， 宽用W表示， 充填料浆容重γ液， 脱水后容重γ脱， 充填料浆 面高度从充填挡墙底部开始计算， 用h表示， 充填挡墙受力计算如下公式：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114033483 A 3