本发明涉及矿山充填技术领域，具体涉及一种矿山井下移动式水泥废石胶结充填系统及充填方法。
背景技术：
随着国家环境政策的不断落实，金属矿绿色开采已经是一种趋势。充填采矿是金属矿绿色开采的首选方案，其中废石充填是充填采矿中成本最低、操作最便利的方法之一，备受矿山喜爱。
废石充填时，为提高充填体强度，通常在废石料中加入水泥浆。常用的方法是地表水泥制浆后通过管道将水泥浆注入废石堆，或通过地表运输的包装水泥采用人工拆包，由铲运机将水泥废石适当捣均后充入采场。采用地表制浆的方法虽然运输方便，自动化程度高，但存在着运输距离长、充填洗管困难，浆体浓度难控制，操作不精确，管理复杂，水泥浪费严重，充填质量差等问题；采用包装水泥人工拆包、铲运机捣均方法虽然施工简便、充填体质量好，但存在着充填效率低、劳动强度大，充填成本高等问题，且难以实现自动化。
众所周知，随着人民生活水平的不断提高，人们对金属矿资源的需求量逐年增加，金属矿深部开采成为金属矿资源开发的主要发展方向。深井开采面临的首要问题是开采成本的问题，深井“三高一扰动”的开采环境治理与提升运输构成了深井开采的主要成本，若利用采空区进行废石充填、减少深井废石提升运输费与地表堆存征地及管理费是降低深井开采成本的有效方法与手段。采用井下采掘废石充填时，存在着采掘废石来源分散，用于采空区充填时单个采场的废石一次用量较少，用点不集中等问题，传统的水泥废石充填系统中水泥制浆方法或其他方法存在着使用不方便、充填体质量差、成本高、效率低、难以满足实际需要的特点。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种简单实用、成本低的井下移动式废石水泥胶结充填系统及充填方法，旨在能够充分利用井下采场中的废石，解决传统充填方式不连续、效率低的难题，又能保证充填体的强度，提高矿山开采效率，保障回采作业安全。
本发明的技术方案为：一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，包括水泥传送带、水管、压缩空气管、移动式水泥搅拌车、输浆管和水泥浆喷淋系统，所述移动式水泥搅拌车包括水泥搅拌仓和可移动的车轮，水泥搅拌仓一侧上部开设通孔一，水管通过通孔一与水泥搅拌仓相连，水泥搅拌仓同侧底部开槽，所述压缩空气管穿过开槽布设于水泥搅拌仓底部，所述压缩空气管表面开有多个喷气孔，水泥搅拌仓底部另一侧开设通孔二，通过输浆管连接通孔二将水泥搅拌仓和水泥浆喷淋系统相连，水泥浆喷淋系统与采空区相连，水泥传送带架设于水泥搅拌仓上部，其中，水泥传送带、水管、压缩空气管、井下移动式水泥搅拌车、输浆管和水泥浆喷淋系统之间的连接是可拆卸和组装的。
进一步地，所述水管上依次设有水阀和流量计，用于对供水管道中的水进行检测和流量控制。
进一步地，所述压缩空气管上设有气阀，用于对供气管道中的压缩空气进行调节控制。
进一步地，根据水泥搅拌仓大小可布置单排或多排压缩空气管道，多排管道可通过多通道阀门进行连接。
进一步地，所述水泥传送带上的干水泥和水管中的水，按一定比例在水泥搅拌仓中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆。
进一步地，所述的水泥浆喷淋系统包括高压空气管、收缩管、喉道管、扩散管和淋滤喷头，所述高压空气管上设有气阀，而且水泥浆喷淋系统按照文丘里管原理进行设计，输浆管中的水泥浆依次通过收缩管、喉道管、扩散管，并在喉道管处与高压空气管中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行充填。
进一步地，所述输浆管上设有输浆管阀门，用于对输浆管道道中的水泥浆进行流量控制。
一种采用上述井下移动式水泥废石胶结充填系统的充填方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将水泥传送带、水管、空气压缩管、输浆管以及水泥浆喷淋系统的各部分构件准备好，利用移动式水泥搅拌车运至采场附近，准备进行组装；
(2)架设水泥传送带，然后将水管、空气压缩管分别与水泥搅拌仓进行组装，水泥浆喷淋系统通过输浆管与水泥搅拌仓进行组装，水管和压缩空气管分别与采场附近的供水、供气设施相连；
(3)掘进过程中产生的废石通过铲运机运送至采空区进行废石充填；
(4)利用人工将干水泥放置在水泥传送带上，打开供水和供气管道开关，控制干水泥和水按一定比例在水泥搅拌仓中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆；
(5)水泥浆通过输浆管道进入水泥浆喷淋系统，依次通过收缩管、喉道管、扩散管，并在喉道管处与高压空气管中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行胶结充填；
(6)待采空区充填完毕后，将水泥传送带、水管、压缩空气管、输浆管和水泥浆喷淋系统等构件进行拆卸，运送至下一地点进行组装，等待充填。
有益效果
本发明充分利用矿山标准矿车及井下压气和自来水，通过加入底部压气搅拌系统及水阀与气阀等，将矿车改造成移动式制浆车，集成小型移动式皮带机运输水泥，通过皮带机速度控制水泥量，通过流量计控制水量，通过气阀控制水泥浆搅拌时间，制成标准配比的水泥浆，形成移动式水泥制浆系统。其具有以下两个突出的优点：
(1)能适用矿山废石充填分散、水泥用量分散的特点，避免了其他方法或人工方法存在的不足，具有劳动强度小、充填成本低、充填质量高，使用方便等特点；
(2)本发明对传统水泥浆喷洒系统进行了重大改进。在制浆移动车排料口位置，利用井下压气及特制的文丘里管，通过改变管道结构，提高压力，将二相流变为三相流，提高制浆车出口的排浆抽吸力与出浆速度；利用改进的喷浆头，通过增大出浆口压力，提高水泥浆的喷洒范围，实现水泥废石均匀胶结充填，进而减少水泥耗量，提高水泥废石充填质量，提高废石充填体强度。
附图说明
图1-为井下移动式水泥废石胶结充填系统图；
图2-为水泥浆喷淋系统结构示意图；
图3-为井下移动式水泥搅拌车俯视图。
图中：1-水泥传送带，2-水管，3-水阀，4-流量计，5-压缩空气管，6-气阀，7-喷气孔，8-水泥搅拌仓，9-输浆管，10-输浆管阀门，11-水泥浆喷淋系统，12-铲运机，13-废石，14-采空区，15-高压空气管，16-气阀，17-收缩管，18-喉道管，19-扩散管，20-淋滤喷头，21-三通阀，22-车轮
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案进行进一步地描述：
一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，包括水泥传送带1、水管2、压缩空气管5、移动式水泥搅拌车和水泥浆喷淋系统11，所述移动式水泥搅拌车包括水泥搅拌仓8和可移动的车轮22，水泥搅拌仓一侧上部开设通孔一，水管2通过通孔一与水泥搅拌仓8相连，水泥搅拌仓8同侧底部开槽，所述压缩空气管5穿过开槽布设于水泥搅拌仓8底部，所述压缩空气管5表面开有多个喷气孔7，水泥搅拌仓8底部另一侧开设通孔二，通过输浆管9连接通孔二将水泥搅拌仓8和水泥浆喷淋系统11相连，水泥浆喷淋系统11与采空区14相连，水泥传送带1架设于水泥搅拌仓8上部，其中，水泥传送带1、水管2、压缩空气管5、井下移动式水泥搅拌车、输浆管9和水泥浆喷淋系统11之间的连接是可拆卸和组装的。在进行采场充填时，通过移动式水泥搅拌车将各部分构件移动到采场附近，架设水泥传送带1，然后将水管2、空气压缩管5与水泥搅拌仓8进行组装，水泥浆喷淋系统11通过输浆管9与水泥搅拌仓8进行组装。
进一步地，所述水管2上依次设有水阀3和流量计4，用于对供水管道中的水进行检测和流量控制。
进一步地，所述压缩空气管5上设有气阀6，用于对供气管道中的压缩空气进行调节控制。
进一步地，根据水泥搅拌仓大小可布置单排或多排压缩空气管道，多排管道可通过多通道阀门进行连接。
在本实施例中，所述搅拌仓底部布置两排压缩空气管道，两排压缩空气管在水泥搅拌仓外通过三通阀21进行连接。
进一步地，所述水泥传送带1上的干水泥和水管2中的水，按一定比例在水泥搅拌仓8中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆。所述水泥搅拌仓8中制备好的水泥浆通过输浆管道9进入水泥浆喷淋系统11中，通过淋滤喷头射入采场空区。
进一步地，所述的水泥浆喷淋系统11包括高压空气管15、收缩管17、喉道管18、扩散管19和淋滤喷头20，所述高压空气管15上设有气阀16，而且水泥浆喷淋系统按照文丘里管原理进行设计，输浆管9中的水泥浆依次通过收缩管17、喉道管18、扩散管19，并在喉道管18处与高压空气管15中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头20呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行充填。
进一步地，所述输浆管9上设有输浆管阀门10，用于对输浆管道中的水泥浆进行流量控制。
一种采用上述井下移动式水泥废石胶结充填系统的充填方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将水泥传送带1、水管2、空气压缩管5、输浆管9以及水泥浆喷淋系统11的各部分构件准备好，利用移动式水泥搅拌车将上述构件运至采场附近，准备进行组装；
(2)架设水泥传送带1，然后将水管2、空气压缩管5分别与水泥搅拌仓8进行组装，水泥浆喷淋系统11通过输浆管9与水泥搅拌仓8进行组装，水管2和压缩空气管5分别与采场附近的供水、供气设施相连；
(3)掘进过程中产生的废石13通过铲运机12运送至采空区14进行废石充填；
(4)利用人工将干水泥放置在水泥传送带1上，打开供水和供气管道开关，控制干水泥和水按一定比例在水泥搅拌仓中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆；
(5)水泥浆通过输浆管道9进入水泥浆喷淋系统11，依次通过收缩管17、喉道管18、扩散管19，并在喉道管处与高压空气管15中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头20呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行胶结充填；
(6)待采空区充填完毕后，将水泥传送带1、水管2、压缩空气管5、输浆管9和水泥浆喷淋系统等构件进行拆卸，运送至下一地点进行组装，等待充填。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，包括水泥传送带、水管、压缩空气管、移动式水泥搅拌车、输浆管和水泥浆喷淋系统，所述移动式水泥搅拌车包括水泥搅拌仓和可移动的车轮，水泥搅拌仓一侧上部开设通孔一，水管通过通孔一与水泥搅拌仓相连，水泥搅拌仓同侧底部开槽，所述压缩空气管穿过开槽布设于水泥搅拌仓底部，所述压缩空气管表面开有多个喷气孔，水泥搅拌仓底部另一侧开设通孔二，通过输浆管连接通孔二将水泥搅拌仓和水泥浆喷淋系统相连，水泥浆喷淋系统与采空区相连，水泥传送带架设于水泥搅拌仓上部，其中，水泥传送带、水管、压缩空气管、井下移动式水泥搅拌车、输浆管和水泥浆喷淋系统之间的连接是可拆卸和组装的。
2.根据权利要求1所述的一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，所述水管上依次设有水阀和流量计，用于对供水管道中的水进行检测和流量控制。
3.根据权利要求1所述的一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，所述压缩空气管上设有气阀，用于对供气管道中的压缩空气进行调节控制。
4.根据权利要求1所述的一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，根据水泥搅拌仓大小可布置单排或多排压缩空气管道，多排管道可通过多通道阀门进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，所述水泥传送带上的干水泥和水管中的水，按一定比例在水泥搅拌仓中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆。
6.根据权利要求1所述的一种井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，所述的水泥浆喷淋系统包括高压空气管、收缩管、喉道管、扩散管和淋滤喷头，所述高压空气管上设有气阀，而且水泥浆喷淋系统按照文丘里管原理进行设计，输浆管中的水泥浆依次通过收缩管、喉道管、扩散管，并在喉道管处与高压空气管中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行充填。
7.根据权利要求1所述的井下移动式水泥废石胶结充填系统，其特征在于，所述输浆管上设有输浆管阀门，用于对输浆管道道中的水泥浆进行流量控制。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的井下移动式水泥废石胶结充填系统的充填方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将水泥传送带、水管、空气压缩管、输浆管以及水泥浆喷淋系统的各部分构件准备好，利用移动式水泥搅拌车运至采场附近，准备进行组装；
(2)架设水泥传送带，然后将水管、空气压缩管分别与水泥搅拌仓进行组装，水泥浆喷淋系统通过输浆管与水泥搅拌仓进行组装，水管和压缩空气管分别与采场附近的供水、供气设施相连；
(3)掘进过程中产生的废石通过铲运机运送至采空区进行废石充填；
(4)利用人工将干水泥放置在水泥传送带上，打开供水和供气管道开关，控制干水泥和水按一定比例在水泥搅拌仓中混合，在压缩空气的动力作用下水泥和水充分搅拌，制成水泥浆；
(5)水泥浆通过输浆管道进入水泥浆喷淋系统，依次通过收缩管、喉道管、扩散管，并在喉道管处与高压空气管中的加压空气充分混合，最后通过淋滤喷头呈雾状喷出，与采空区废石充分混合进行胶结充填；
(6)待采空区充填完毕后，将水泥传送带、水管、压缩空气管、输浆管和水泥浆喷淋系统等构件进行拆卸，运送至下一地点进行组装，等待充填。
技术总结