一种经济环保型采空区充填方法及其填充装置
阅读说明：本技术 一种经济环保型采空区充填方法及其填充装置 (Economical and environment-friendly goaf filling method and filling device thereof ) 是由 张云 刘广进 佟海 高海军 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种经济环保型采空区充填方法,包括：S1、水泥通过进浆管利用泵送进入采空区；S2、输送水泥20-25min后,通过填充装置开始输送输送地质聚合物,输送地质聚合物通过入料口进入采空区,同时进浆管继续泵送水泥,其泵送速度为100-200L/min,输送地质聚合物再通过振动器的作用下进入入料斗,较高稠度的进浆管水泥可以携带输送地质聚合物进入采空区,当充填高度接近采空区顶板0.5-0.8m左右时,停止输送地质聚合物和水泥的注入；S3、对采空区顶板以下0.5-0.8m的位置处,用压送设备将注入丙烯酸盐注浆液,使丙烯酸盐注浆液在采空区扩散、凝胶和固化,对输送的地质聚合物进行限位,本发明很有效的解决了现有的水泥充填采空区方法造价高的问题。(The invention discloses an economic and environment-friendly goaf filling method, which comprises the following steps: s1, pumping the cement into the goaf through a slurry inlet pipe; s2, conveying the cement for 20-25min, conveying the geopolymer by a filling device, conveying the geopolymer into a goaf through a feeding port, continuously pumping the cement by a slurry inlet pipe at the pumping speed of 100 plus 200L/min, conveying the geopolymer into a feeding hopper under the action of a vibrator, conveying the geopolymer into the goaf by the slurry inlet pipe with higher consistency, and stopping conveying the injection of the geopolymer and the cement when the filling height is close to about 0.5-0.8m of a top plate of the goaf; s3, injecting acrylate grouting liquid at a position 0.5-0.8m below a goaf roof by using a pressure feeding device, so that the acrylate grouting liquid is diffused, gelled and solidified in the goaf, and the conveyed geopolymer is limited.)
技术领域
本发明涉及地质勘测技术领域，具体是一种经济环保型采空区充填方法及其填充装置。
背景技术
随着经济的发展，煤炭资源的大力开发，煤炭的开采及利用过程对环境造成严重污染。一方面，在煤矿开采后，地下留下巨大的空洞区，随着时间延长，采空区顶板岩层受自身重力发生垮塌，造成地面沉降和塌陷，严重危害地面上的建筑物、公路、铁路及农田，如不处理，严重威胁人的生命财产安全。另一方面，利用煤炭发电产生了大量的固体废弃物，主要包括脱硫石膏、粉煤灰等，这些固体废弃物资源化程度小且产量多，处理这些固废也占用了大量土地资源，不但污染环境且浪费资源。
目前，针对采空区充填治理主要以水泥为主，材料用量较大，原材料消耗较多，经济上较为昂贵，而煤炭发电产生了的大量脱硫石膏和粉煤灰利用难度大，大量堆积占据土地资源，无法有效的利用，所以如果能将脱硫石膏、粉煤灰这些固体的工业废物应用于采空区充填的填充，不仅可以解决工业废物的利用，还可以减少填充成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济环保型采空区充填方法及其填充装置，以解决现有的水泥充填采空区方法造价高的问题。
本发明的技术方案是：
一种经济环保型采空区充填方法，包括：
S1、输送水泥
水泥通过进浆管利用泵送进入采空区；
S2、输送地质聚合物
输送水泥20-25min后，通过填充装置开始输送输送地质聚合物，输送地质聚合物通过入料斗进入采空区，同时进浆管继续泵送水泥，其泵送速度为100-200L/min，输送地质聚合物再通过振动器的作用下进入入料斗，较高稠度的进浆管水泥可以携带输送地质聚合物进入采空区，为了保证充填效果，每1-1.5h装置停止10-15min，当充填高度接近采空区顶板0.5-0.8m左右时，停止输送地质聚合物和水泥的注入；
S3、加固地层
对采空区顶板以下0.5-0.8m的位置处，用压送设备将注入丙烯酸盐注浆液，使丙烯酸盐注浆液在采空区扩散、凝胶和固化，对输送的地质聚合物进行限位。
进一步的，所述地质聚合物的制备方法为：
S21、按照质量分数选取：45-50份赤泥、6-8份水泥、1-3份矿粉、1-3份脱硫石膏、30-40份粉煤灰、1-3份陶瓷颗粒、1-3份氧化锆和3-5份外加剂；
S22、将S21中成分进行搅拌混合，制备出固态混合物；
S23、在温度为10℃-35℃的防尘环境下，用水与固态混合物呈1:1.2的比例进行搅拌，制得材料强度≥4.0MPa的聚合物材料。
更进一步的，外加剂是以PC聚羧酸与萘磺酸盐甲醛缩合物为基料，在密闭空间内，顺时针搅拌，并保持转速60r/min。
进一步的，S1中进浆管水泥的泵送速度为100-150L/min，可以保证输送地质聚合物不堵塞注浆孔。
进一步的，使用上述方法进行填充时使用的填充装置包括：入料口、筛子、入料斗、钢架和振动器，所述入料口位于装置最顶部，由四块钢板焊接组成，所述入料斗为漏斗状与入料口焊接为一体，所述筛子位于入料口与入料斗的连接部位，所述振动器设置在入料斗外侧，振动器可以通电后自主振动，充填装置下部主要由对接法兰、插筏板、传感器和注浆管组成，注浆管通过对接法兰连通至入料斗的底部，法兰下部为插筏板，插筏板与注浆管连接，注浆管上部靠近插筏板位置出设置传感器，注浆管中间段的一侧连通一根进浆管，振动器为地质聚合物的输送提供了动力，插筏板主要为了保证地质聚合物下滑不堵塞。
进一步的，所述入料斗的下方设置钢架，将入料斗固定于水平地面上方。
进一步的，充填装置还连接有一拌和运输装置，所述地质聚合物的充填依靠一个拌和运输装置完成。
进一步的，所述拌和运输装置包括：能源行驶机构和聚合物搅拌机构，所述能源行驶机构包括：电池外壳，设置在所述电池外壳中的蓄电池、固定支架、车辆平板、设置在所述车辆平板下的车轮、用于驱动所述车轮的电动机；所述聚合物搅拌机构包括：填料口、带齿轮电动机、搅拌罐齿轮、搅拌罐、搅拌棒和注浆管，填料口有两个，并排位于电池外壳上部，呈梯形体状，带齿轮电动机与搅拌罐齿轮位于搅拌罐上部，并且外部套有圆柱外壳，搅拌棒位于搅拌罐内，并与搅拌罐齿轮相连。
更进一步的，所述搅拌罐内通过一层PVC材质刀刮布包裹。
进一步的，拌和运输装置的使用方式为：蓄电池为带齿轮电动机和电动机工作提供动力，聚合物由填料口进入搅拌罐，带齿轮电动机的转动带动搅拌罐齿轮转动，搅拌罐齿轮的转动使搅拌棒开始工作，以此进行材料拌和，电动机转动带动车轴转动，从而为装置的移动提供动力，最后抽送泵在蓄电池提供动力情况下将材料通过注浆管注入入料口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种经济环保型采空区充填方法及其填充装置，利用充填装置将地质聚合物充填后再对地质聚合物进行限位，将脱硫石膏、粉煤灰这些固体的工业废物应用于地质聚合物中，再采空区充填的填充，不仅可以解决工业废物的利用，还可以减少填充成本，大大节约了资金，地质聚合物注浆后结石强度为传统注浆法的2.5倍，且大量利用了工业固体废弃物，节约了工程造价同时也保护了资源环境。
2、本发明的地质聚合物其凝胶体系属于立体网格，具有晶态和非晶态两中形式，主要是通过含氧四面体聚合而来，由于地质聚合物凝胶材料的结构特殊，其具有凝固可控，早强快硬，性质稳定，胶结性好，耐温耐压耐腐蚀。
3、本发明的地质聚合物内部可溶性碱含量高，内部金属离子活性较高，容易引起碱集料反应而膨胀，充填进采空区后，因为地质聚合物的膨胀结石需要时间，在其膨胀过程中，将其通过丙烯酸盐注浆液限位在采空区内，在填充体积不变的情况下，地质聚合物不断膨胀，使采空区的填充效果增强。
附图说明
图1为充填装置结构示意图；
图2为地质聚合物材料拌和运输装置结构示意图；
图3为地质聚合物材料拌和运输装置内部结构示意图。
其中，1、筛子，2、入料口，3、入料斗，4、钢架，5、连接法兰，6、振动器，7、插筏板，8、进浆管，9、传感器，10、注浆管，11、填料口，12、电池外壳，13、固定支架，14、车辆平板，15、圆柱外壳，16、搅拌罐，17、方向盘，18、车轮，19、注浆管，20、电动机，21、抽送泵，121、蓄电池，122、导线，151、带齿轮电动机，152、搅拌罐齿轮，153、连接杆，161、搅拌罐顶板，162、搅拌棒。
具体实施方式
下面结合附图1到附图3，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，本发明中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不涉及到任何创新。
实施例1
一种经济环保型采空区充填方法，包括：
S1、输送水泥
水泥通过进浆管8利用泵送进入采空区；
S2、输送地质聚合物
输送水泥25min后，通过填充装置开始输送输送地质聚合物，输送地质聚合物通过入料口2进入采空区，同时进浆管8继续泵送水泥，其泵送速度为100L/min，输送地质聚合物再通过振动器6的作用下进入入料斗3，较高稠度的进浆管水泥可以携带输送地质聚合物进入采空区，为了保证充填效果，每1h装置停止15min，当充填高度接近采空区顶板0.5m左右时，停止输送地质聚合物和水泥的注入；
S3、加固地层
对采空区顶板以下0.5m的位置处，用压送设备将注入丙烯酸盐注浆液，使丙烯酸盐注浆液在采空区扩散、凝胶和固化，对输送的地质聚合物进行限位。
优选的，为了提高地质聚合物的耐久性、流动性和强度，所述地质聚合物的制备方法为：
S21、按照质量分数选取：45份赤泥、6份水泥、1份矿粉、1份脱硫石膏、35份粉煤灰、1份陶瓷颗粒、1份氧化锆和4份外加剂；
S22、将S1中成分进行搅拌混合，制备出固态混合物；
S23、在温度为35℃的防尘环境下，用水与固态混合物呈1:1.2的比例进行搅拌，制得材料强度4.0MPa的聚合物材料。
优选的，外加剂是以PC聚羧酸与萘磺酸盐甲醛缩合物为基料，在密闭空间内，顺时针搅拌，并保持转速60r/min。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：
所述地质聚合物的制备方法为：
S21、按照质量分数选取：48份赤泥、7份水泥、2份矿粉、2份脱硫石膏、30份粉煤灰、2份陶瓷颗粒、2份氧化锆和4份外加剂。
实施例3
与实施例2的不同之处在于：
S21、按照质量分数选取：50份赤泥、8份水泥、3份矿粉、3份脱硫石膏、40份粉煤灰、1份陶瓷颗粒、1份氧化锆和3份外加剂。
实施例4
与实施例3的不同之处在于：
如图1所示，为了提高地质聚合物和水泥的填充效果，通过水泥的流动夹带地质聚合物进行采空区的充填，通过一种经济环保型采空区充填装置对地质聚合物进行充填，充填装置包括：入料口2、筛子1、入料斗3、钢架4和振动器6，所述入料口2位于装置最顶部，由四块钢板焊接组成，所述入料斗3为漏斗状与入料口2焊接为一体，所述筛子1位于入料口2与入料斗3的连接部位，所述振动器6设置在入料斗3外侧，振动器6可以通电后自主振动，充填装置下部主要由对接法兰5、插筏板7、传感器9和注浆管10组成，注浆管10通过对接法兰连通至入料斗3的底部，法兰5下部为插筏板7，插筏板7与注浆管10连接，注浆管10上部靠近插筏板7位置出设置传感器9，注浆管10中间段的一侧连通一根进浆管8，振动器6为地质聚合物的输送提供了动力，插筏板7主要为了保证地质聚合物下滑不堵塞。
优选的，如图1所示，为了减少施工难度，所述入料斗3的下方设置钢架，将入料斗3固定于水平地面上方。
实施例5
与实施例4的不同之处在于：
优选的，为了提高地质聚合物的制备效率，使地质聚合物能够根据现场采空区的情况，在现场直接制备，充填装置还连接有一拌和运输装置，所述地质聚合物的充填依靠一个拌和运输装置完成。
具体的，所述拌和运输装置包括：能源行驶机构和聚合物搅拌机构，所述能源行驶机构包括：电池外壳12，设置在所述电池外壳12中的蓄电池121、固定支架13、车辆平板14、设置在所述车辆平板14下的车轮18、用于驱动所述车轮18的电动机20；所述聚合物搅拌机构包括：填料口11、带齿轮电动机151、搅拌罐齿轮152、搅拌罐16、搅拌棒162和注浆管19，填料口11有两个，并排位于电池外壳12上部，呈梯形体状，带齿轮电动机151与搅拌罐齿轮152位于搅拌罐16上部，并且外部套有圆柱外壳15，搅拌棒162位于搅拌罐16内，并与搅拌罐齿轮152相连，车轮18通过方向盘17控制，蓄电池121和带齿轮电动机151和电动机20之间通过导线122连接。
优选的，为了保证搅拌罐16内的温度，提高搅拌效果，所述搅拌罐16内通过一层PVC材质刀刮布包裹。
具体的，如图3所示，拌和运输装置的使用方法为：蓄电池121为带齿轮电动机151和电动机20工作提供动力，聚合物由填料口11进入搅拌罐16，带齿轮电动机151的转动带动搅拌罐齿轮152转动，搅拌罐齿轮152的转动使搅拌棒162开始工作，以此进行材料拌和，电动机20转动带动车轴转动，从而为装置的移动提供动力，最后抽送泵21在蓄电池提供动力情况下将材料通过注浆管19注入入料口2。
通过实施例1-5的实验，对采空区中充填的地质聚合物的材料强度进行检测分析，得出采用实施例3中的地质聚合物的制备成分，在加上实施5中的充填方法，充填的结石材料强度最高且充填所使用时间最短。
以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
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