一种控制采空区底板突水的袋式充填系统及其充填方法

摘要

本发明公开了一种控制采空区底板突水的袋式充填系统及其充填方法，其包括井下矸石破碎站、梭式矿车、第一刮板输送机、转载机、皮带输送机和卸料装置。井下矸石破碎站用于破碎井下原生矸石，梭式矿车用于运送破碎矸石，第一刮板输送机出料端与转载机进料端搭接，转载机出料端与皮带输送机搭接，皮带输送机与卸料装置滑动连接。该充填系统及其充填方法可实现原生矸石的井下破碎、矸石不升井，减少提升和转运环节，降低矿井生产成本；可将矸石袋自动堆叠到采空区，自动化程度高；可实现矸石的井下安全处置，减少土地压占量，减轻环境污染；采空区矸石袋堆叠整齐，接顶效果好，空隙率小，充填率高，可控制围岩运动，防止底板突水效果好。

权利要求

1.一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，其包括井下矸石破碎站、梭式矿车、第一刮板输送机、转载机、皮带输送机和卸料装置，所述井下矸石破碎站用于破碎井下原生矸石，优化破碎矸石粒径级配，减小空隙率，所述梭式矿车用于运送破碎矸石；

所述第一刮板输送机出料端与所述转载机进料端搭接，所述转载机出料端与所述皮带输送机搭接，所述皮带输送机与所述卸料装置滑动连接；

所述井下矸石破碎站包括底卸式矿车、底卸坑、第二刮板输送机、振动给料机、颚式破碎机和矸石仓，所述底卸式矿车与所述底卸坑通过轨道活动连接，所述底卸坑内安装有第二刮板输送机，所述第二刮板输送机的出料端延伸至矸石仓顶部，所述第二刮板输送机与所述振动给料机搭接，所述振动给料机的出料口与所述颚式破碎机的进料口搭接，所述颚式破碎机的出料口与所述矸石仓搭接；

所述矸石仓顶部安装有防止人员坠落的防坠网；

所述矸石仓出料口设置有出料闸，便于控制仓内破碎矸石的出矸量；

所述矸石仓采用混凝土壁，以减小破碎矸石的下滑阻力，便于破碎矸石从矸石仓流出；

所述皮带输送机选用平板型皮带输送机，所述皮带输送机通过伸缩绳索悬挂于液压支架后尾梁。

2.根据权利要求1所述的一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，其特征在于，所述第一刮板输送机进料端上方安装有下料斗；

所述第一刮板输送机通过伸缩腿固定于矿用平板车上，便于调整刮板输送机姿态；

所述第一刮板输送机出料端安装有出料斗。

3.根据权利要求1所述的一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，其特征在于，所述转载机通过伸缩腿固定于矿用平板车上，便于调整转载机姿态。

4.根据权利要求1所述的一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，其特征在于，所述卸料装置包括行走滑轨、滑块、滚轮、支架、挡板、发动机、固定板、联轴器、液压油缸、支撑腿和推板，所述行走滑轨与皮带输送机固定连接，所述行走滑轨与所述滑块和所述滚轮滑动连接，所述滑块与所述支撑腿固定连接，所述支撑腿与所述支架固定连接，所述滚轮通过所述联轴器与所述发动机固定连接，所述发动机与所述固定板固定连接，所述固定板与所述支架固定连接，所述挡板与所述支架固定连接，所述液压油缸的缸体与所述支架固定连接，所述推板与所述液压油缸的活塞杆固定连接；

所述挡板上固定安装有应力传感器，应力传感器连接用于控制液压油缸的电控装置。

5.一种如权利要求1所述的控制采空区底板突水的袋式充填系统的充填方法，其主要包括以下步骤：A、原生矸石破碎，用底卸式矿车将原生矸石运送至井下矸石破碎站，对原生矸石进行破碎，并将破碎矸石储存在矸石仓中；

B、原生矸石转载，用梭式矿车将储存在矸石仓中的破碎矸石转运至充填工作面；

C、原生矸石装袋，将梭式矿车上的破碎矸石卸至安装于第一刮板输送机进料端上方的下料斗中，并在第一刮板输送机出料端装袋；

D、充填采空区；

所述步骤D包括如下步骤：

①调节可伸缩绳索，将皮带输送机放至最低处，并将卸料装置运行至工作面倾斜方向的一侧；

②当成袋的破碎矸石经转载机和皮带输送机转运至卸料装置所在位置时，卸料装置自动将矸石袋推至待充填区域；

③将卸载装置向工作面倾斜方向的另一侧行进一个矸石袋宽度的距离，并将运送至该位置的矸石袋自动推至待充填区域；

④重复步骤③，直至依次充填至工作面倾斜方向的另一侧；

⑤调节可伸缩绳索，将皮带输送机抬升一个矸石袋高度，然后重复步骤②-④；

⑥重复步骤⑤，直至将整个工作面高度全部充满矸石袋；

⑦将液压支架向前移动一个矸石袋长度的距离，然后重复步骤①-⑥，直至将整个采空区全部充填完毕。

说明书

一种控制采空区底板突水的袋式充填系统及其充填方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤矿采空区充填系统及其充填方法，尤其涉及一种控制采空区底板突水的袋式充填系统及其充填方法。

背景技术

[0002] 我国煤矿“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤比较普遍。据统计，国有重点煤矿压煤总量约138亿t，其中建筑物下压煤近90亿t。随着村镇规模的不断扩大，实际压煤量远高于这一数字。而且，这部分储量主要分布于工业基础较好、开发条件较优越、生产与需求矛盾突出、经济较发达的东部地区，如山东、河南、河北、安徽、江苏等省份。以山东为例：山东煤炭有上百年的开采历史，加之全省村庄、建筑物稠密，有压煤村庄1949个，村庄压煤量占可采储量的60%。据山东省煤炭工业局局长乔乃琛介绍，如不采取保护性开采措施，剩余煤炭可采储量难以维持20年，因此，如何解放“三下”压煤，延长老煤矿企业矿井服务年限成为影响我国能源安全和社会稳定的重要课题。

[0003] 煤矸石是煤炭生产和洗选过程中产生的废弃物，每年排放量相当于煤炭产量的10%～15%。目前全国煤矸石总积存量已达45亿t，形成矸石山1700多座，占地3万多ha，而且正以每年1亿t的速度增长。煤矸石长期堆存，占用大量土地，污染水源，且自燃后生成H2S、SO2等有害气体，对生态环境构成巨大危害。如何实现煤矸石的安全、合理处置成为关系我国建设资源节约型、环境友好型社会的关键问题。对此，有学者提出了“矸石充填”的概念，既实现了煤矸石的安全处置，又解放了“三下”压煤。

[0004] 矸石充填是将井下原生矸石或地表矸石山矸石转运至井下采空区，用矸石充填采空区，达到控制上覆岩层运动，减缓地表下沉的目的。现有的矸石充填系统主要分为三种：（1）“抛矸”，其是通过胶带输送机或刮板输送机将矸石输送至采空区，存在充填欠接顶量大，充填率低，矸石堆空隙率大，压缩量大，控制上覆岩层运动，减缓地表下沉效果差的缺点；（2）“抛矸+捣实”，是待矸石输送至采空区后利用综采液压支架后方安置的捣实机构对矸石进一步捣实，其与“抛矸”方式相比，其充填率有所提高，矸石堆空隙率减小，但仍存在欠接顶量，且系统需安装较多的捣实机构，系统复杂、自动化程度低；（3）“翻袋充填”，其是将矸石装袋后通过翻袋机构将袋装矸石抛至采空区，存在矸石袋堆积无序，相互间存在较大空隙，空隙率大，控制上覆岩层运动和减缓地表下沉效果较差的缺点。

发明内容

[0005] 针对以上存在的问题，本发明提出了一种控制采空区底板突水的袋式充填系统及其充填方法，该充填系统及其充填方法可实现原生矸石的井下破碎、矸石不升井，减少提升和转运环节，降低矿井生产成本；可将矸石袋自动堆叠到采空区，自动化程度高；可实现矸石的井下安全处置，减少土地压占量，减轻环境污染；采空区矸石袋堆叠整齐，接顶效果好，空隙率小，充填率高，控制围岩运动，防止底板突水效果好。

[0006] 本发明技术方案包括：

[0007] 一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，其包括井下矸石破碎站、梭式矿车、第一刮板输送机、转载机、皮带输送机和卸料装置，所述井下矸石破碎站用于破碎井下原生矸石，优化破碎矸石粒径级配，减小空隙率，所述梭式矿车用于运送破碎矸石；

[0008] 所述第一刮板输送机出料端与所述转载机进料端搭接，所述转载机出料端与所述皮带输送机搭接，所述皮带输送机与所述卸料装置滑动连接。

[0009] 进一步地，所述井下矸石破碎站包括底卸式矿车、底卸坑、第二刮板输送机、振动给料机、颚式破碎机和矸石仓，所述底卸式矿车与所述底卸坑通过轨道活动连接，所述底卸坑内安装有第二刮板输送机，所述第二刮板输送机的出料端延伸至矸石仓顶部，所述第二刮板输送机与所述振动给料机搭接，所述振动给料机的出料口与所述颚式破碎机的进料口搭接，所述颚式破碎机的出料口与所述矸石仓搭接；

[0010] 所述矸石仓顶部安装有防止人员坠落的防坠网；

[0011] 所述矸石仓出料口设置有出料闸，便于控制仓内破碎矸石的出矸量；

[0012] 所述矸石仓采用混凝土壁，以减小破碎矸石的下滑阻力，便于破碎矸石从矸石仓流出。

[0013] 进一步地，所述第一刮板输送机进料端上方安装有下料斗；

[0014] 所述第一刮板输送机通过伸缩腿固定于矿用平板车上，便于调整刮板输送机姿态；

[0015] 所述第一刮板输送机出料端安装有出料斗。

[0016] 进一步地，所述转载机通过伸缩腿固定于矿用平板车上，便于调整转载机姿态。

[0017] 进一步地，所述皮带输送机选用平板型皮带输送机，所述皮带输送机通过伸缩绳索悬挂于液压支架后尾梁。

[0018] 进一步地，所述卸料装置包括行走滑轨、滑块、滚轮、支架、挡板、发动机、固定板、联轴器、液压油缸、支撑腿和推板，所述行走滑轨与皮带输送机固定连接，所述行走滑轨与所述滑块和所述滚轮滑动连接，所述滑块与所述支撑腿固定连接，所述支撑腿与所述支架固定连接，所述滚轮通过所述联轴器与所述发动机固定连接，所述发动机与所述固定板固定连接，所述固定板与所述支架固定连接，所述挡板与所述支架固定连接，所述液压油缸的缸体与所述支架固定连接，所述推板与所述液压油缸的活塞杆固定连接；

[0019] 所述挡板上固定安装有应力传感器，应力传感器连接用于控制液压油缸的电控装置。

[0020] 一种控制采空区底板突水的袋式充填方法，其主要包括以下步骤：

[0021] A、原生矸石破碎，用底卸式矿车将原生矸石运送至井下矸石破碎站，对原生矸石进行破碎，并将破碎矸石储存在矸石仓中；

[0022] B、原生矸石转载，用梭式矿车将储存在矸石仓中的破碎矸石转运至充填工作面；

[0023] C、原生矸石装袋，将梭式矿车上的破碎矸石卸至安装于第一刮板输送机进料端上方的下料斗中，并在第一刮板输送机出料端装袋；

[0024] D、充填采空区。

[0025] 进一步地，所述步骤D中充填采空区包括如下步骤：

[0026] ①调节可伸缩绳索，将皮带输送机放至最低处，并将卸料装置运行至工作面倾斜方向的一侧；

[0027] ②当成袋的破碎矸石经转载机和皮带输送机转运至卸料装置所在位置时，卸料装置自动将矸石袋推至待充填区域；

[0028] ③将卸载装置向工作面倾斜方向的另一侧行进一个矸石袋宽度的距离，并将运送至该位置的矸石袋自动推至待充填区域；

[0029] ④重复步骤③，直至依次充填至工作面倾斜方向的另一侧；

[0030] ⑤调节可伸缩绳索，将皮带输送机抬升一个矸石袋高度，然后重复步骤②-④；

[0031] ⑥重复步骤⑤，直至将整个工作面高度全部充满矸石袋；

[0032] ⑦将液压支架向前移动一个矸石袋长度的距离，然后重复步骤①-⑥，直至将整个采空区全部充填完毕。

[0033] 采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

[0034] （1）可实现原生矸石的井下破碎、矸石不升井，减少了提升和转运环节，降低了矿井生产成本；

[0035] （2）可将矸石袋自动堆叠到采空区，自动化程度高；

[0036] （3）可实现矸石的井下安全处置，减少土地压占量，减轻环境污染；

[0037] （4）采空区矸石袋堆叠整齐，接顶效果好，空隙率小，充填率高，控制围岩运动，防止底板突水效果好。

附图说明

[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0039] 图1是一种控制采空区底板突水的袋式充填系统平面示意图。

[0040] 图2是A-A断面剖面图。

[0041] 图3是B-B断面剖面图。

[0042] 图4是井下矸石破碎站示意图。

[0043] 图5是卸料装置主视图。

[0044] 图6是卸料装置侧视图。

[0045] 图7是卸料装置俯视图。

[0046] 图中：1、梭式矿车，2、第一刮板输送机，3、转载机，4、皮带输送机，5、液压支架，6、采煤机，7、矸石袋，8、移动变电站，9、乳化液泵站，10、端头支架，11、待充填区域，12、轨道，13、道岔，14、皮带顺槽，15、轨道顺槽，16、矿用平板车，17、下料斗，18、伸缩腿，19、卸料装置，192、行走滑轨，193、滚轮，194、联轴器，195、发动机，196、固定板，197、支撑腿，198、液压油缸，199、支架，1910、电控装置，1911、推板，1912、挡板，1913、应力传感器，1914、滑块；20、底卸式矿车，21、底卸坑，22、第二刮板输送机，23、振动给料机，24、颚式破碎机，25、矸石仓，
26、出料闸，27、可伸缩绳索，a、矸石袋长度，b、矸石袋宽度，h、矸石袋高度，H、工作面高度。

具体实施方式

[0047] 下面结合附图1-7，对本发明的实施作进一步的描述：

[0048] 一种控制采空区底板突水的袋式充填系统，包括用于破碎井下原生矸石，优化矸石粒径级配，减小矸石空隙率的井下矸石破碎站、用于运送破碎矸石的梭式矿车1、第一刮板输送机2、转载机3、皮带输送机4和卸料装置19，第一刮板输送机2出料端与转载机3进料端搭接，转载机3出料端与皮带输送机4搭接，皮带输送机4与卸料装置19滑动连接，第一刮板输送机2进料端上方安装有下料斗17，第一刮板输送机2通过伸缩腿18固定于矿用平板车16上，第一刮板输送机2出料端安装有出料斗。

[0049] 井下矸石破碎站包括底卸式矿车20、底卸坑21、第二刮板输送机22、振动给料机23、颚式破碎机24和矸石仓25，底卸式矿车20与底卸坑21通过轨道活动连接，底卸坑21内安装有第二刮板输送机22，第二刮板输送机22的出料端延伸至矸石仓25顶部，第二刮板输送机22与振动给料机23搭接，振动给料机23的出料口与颚式破碎机24的进料口搭接，颚式破碎机24的出料口与矸石仓25搭接，矸石仓25顶部安装有防止人员坠落的防坠网，矸石仓25出料口安装有控制仓内破碎矸石出矸量的出料闸26，矸石仓为混凝土侧壁，以减小破碎矸石的下滑阻力，便于破碎矸石从矸石仓流出。

[0050] 转载机3通过伸缩腿18固定于矿用平板车16上。

[0051] 皮带输送机4选用平板型皮带输送机，采用可伸缩绳索27将皮带输送机4悬挂于液压支架5的后尾梁上。

[0052] 卸料装置19包括行走滑轨192、滑块1914、滚轮193、支架199、挡板1912、发动机195、固定板196、联轴器194、液压油缸198、支撑腿197和推板1911，行走滑轨192与皮带输送机4固定连接，行走滑轨192与滑块1914和滚轮193滑动连接，滑块1914与支撑腿197固定连接，支撑腿197与支架199固定连接，滚轮193通过联轴器194与发动机195固定连接，发动机
195与固定板196固定连接，固定板196与支架199固定连接，挡板1912与支架199固定连接，液压油缸198的缸体与支架199固定连接，推板1911与液压油缸198的活塞杆固定连接，挡板
1912上固定安装有应力传感器1913，应力传感器1913连接用于控制液压油缸198的电控装置1910。

[0053] 本发明还提供了一种控制采空区底板突水的袋式充填方法，其主要包括以下步骤：

[0054] 步骤A、原生矸石破碎，用底卸式矿车20将原生矸石运送至井下矸石破碎站，对原生矸石进行破碎，并将破碎矸石储存在矸石仓25中；

[0055] 步骤B、原生矸石转载，用梭式矿车1将储存在矸石仓25中的破碎矸石转运至充填工作面；

[0056] 步骤C、原生矸石装袋，将梭式矿车1上的破碎矸石卸至安装于第一刮板输送机2进料端上方的下料斗17中，并在第一刮板输送机2出料端装袋；

[0057] 步骤D、充填采空区。

[0058] 步骤D更具体的为：

[0059] ①调节可伸缩绳索27，将皮带输送,4放至最低处，并将卸料装置19运行至皮带顺槽（轨道顺槽）一侧；

[0060] ②当成袋的破碎矸石经转载机3和皮带输送机4转运至卸料装置19所在位置时，卸料装置19自动将矸石袋推至待充填区域11；

[0061] ③将卸载装置19向轨道顺槽（皮带顺槽）一侧行进一个矸石袋宽度b的距离，并将运送至该位置的矸石袋自动推至待充填区域11；

[0062] ④重复步骤③，直至依次充填至轨道顺槽（皮带顺槽）一侧；

[0063] ⑤调节可伸缩绳索27，将升皮带输送机4抬升一个矸石袋高度h，重复步骤②-④；

[0064] ⑥重复步骤⑤，直至将整个工作面高度H全部充满矸石袋；

[0065] ⑦将液压支架5向前移动一个矸石袋长度a的距离，然后重复步骤①-⑥，直至将整个采空区全部充填完毕。

[0066] 当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。