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一种矸石充填胶结留巷系统及方法

申请号 CN202010241754.1 申请日 2020-03-31 公开(公告)号 CN111485912A 公开(公告)日 2020-08-04
申请人 扬州中矿建筑新材料科技有限公司; 江苏博厦矿山科技有限公司; 发明人 卞卡; 柏夏;
摘要 本 发明 提出了一种矸石充填胶结留巷系统,包括若干液压 支架 、一挡矸支架、一充填 支撑 装置、墩柱模具、抛矸机装置和注浆 泵 站;工作面端头处的液压支架尾梁和已构筑墩柱之间保持预设距离;挡矸支架位于在留巷作业区域内;充填支撑装置包括充填支架和充填 箱体 ;充填箱体和已构筑墩柱之间形成封闭的巷旁支护空间;墩柱模具位于巷旁支护空间内;注浆泵站连通一注浆管;浇筑墩柱模具时,注浆管穿过第二注浆孔并伸入第一注浆孔内;浇筑巷旁支护空间时,注浆管伸入第二注浆孔内;注浆管位于沿空巷道内。本发明实现了紧跟工作面进行充填胶结留巷,且矸石井下可就地消化,无需投入其他材料,留巷成本低。本发明还提出了一种矸石充填胶结留巷方法。
权利要求

1.一种矸石充填胶结留巷系统,其特征在于,包括:
若干液压支架,用于维护工作面顶板,所述液压支架架设在工作面处;所述工作面端头处的液压支架尾梁和已构筑墩柱之间保持预设距离;
一挡矸支架,用于维护采空区侧顶板,所述挡矸支架位于在留巷作业区域内;
一充填支撑装置,用于支撑留巷作业区域顶板和浇筑矸石墙体;所述充填支撑装置包括充填支架和充填箱体;所述充填箱体位于所述充填支架的后方;所述充填支架位于挡矸支架和沿空巷道之间;所述充填箱体的一端敞开;所述充填箱体上开设第二注浆孔;所述充填箱体的敞开端围在已构筑墩柱的外侧;所述充填箱体和已构筑墩柱之间形成封闭的巷旁支护空间;
墩柱模具,用于形成墩柱,所述墩柱模具位于所述巷旁支护空间内;所述墩柱模具位于所述充填箱体的一端并相对所述已构筑墩柱设置;所述墩柱模具上开设第一注浆孔;
抛矸机装置,用于运输矸石并将矸石充填至墩柱和已构筑墩柱之间,所述抛矸机装置位于所述沿空巷道内;
注浆站,所述注浆泵站连通一注浆管;浇筑墩柱模具时,所述注浆管穿过所述第二注浆孔并伸入第一注浆孔内;浇筑巷旁支护空间时,所述注浆管伸入所述第二注浆孔内;所述注浆管位于所述沿空巷道内。
2.根据权利要求1所述的矸石充填胶结留巷系统,其特征在于,进一步包括单体液压柱;所述单体液压柱设置在沿空巷道内;所述单体液压支柱位于已构筑墩柱的一侧。
3.根据权利要求1所述的矸石充填胶结留巷系统,其特征在于,工作面端头处的所述液压支架的顶板上铺设第一金属网;所述第一金属网和工作面顶板上的金属网连接。
4.根据权利要求1所述的矸石充填胶结留巷系统,其特征在于,所述抛矸机装置包括抛矸机和传送带输送机;所述传送带输送机的输出端连接所述抛矸机的输入端。
5.一种矸石充填胶结留巷方法,基于权利要求1 4之任一项所述的矸石充填胶结留巷~
系统,其特征在于,包括以下步骤:
(1)架设所述液压支架和所述挡矸支架:在预设距离处,在工作面处架设所述液压支架以维护工作面顶板;在留巷作业区域架设所述挡矸支架以维护采空区侧顶板;
(2)架设所述充填支撑装置:在所述挡矸支架和沿空巷道之间架设所述充填支撑装置;
所述充填支撑装置位于留巷作业区域内,所述充填支架位于所述挡矸支架和所述沿空巷道之间;所述充填箱体和所述已构筑墩柱之间形成一巷旁支护空间;
(3)浇筑墩柱:将所述墩柱模具放入所述巷旁支护空间内,通过所述注浆泵站和注浆管,向所述墩柱模具内浇筑高充填材料,所述墩柱模具填满后形成墩柱;
(4)浇筑矸石墙体:通过所述注抛矸机向所述墩柱和所述已构筑墩柱之间填筑矸石,之后通过所述注浆泵站和注浆管向所述墩柱和所述已构筑墩柱之间浇筑高水充填材料以形成矸石墙体,最后形成以相邻2个墩柱为骨架,以矸石墙体为辅助保护的巷旁支护体。
6.根据权利要求5所述的矸石充填胶结留巷方法,其特征在于,所述预设距离为3.6m~
4m。
7.根据权利要求6所述的矸石充填胶结留巷方法,其特征在于,所述墩柱的中心和已构筑墩柱的中心之间的距离为3m。

说明书全文

一种矸石充填胶结留巷系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于矿巷道支护技术领域,尤其涉及一种矸石充填胶结留巷系统及方法。

背景技术

[0002] 近年来无煤柱开采工艺在煤矿生产活动中得到广泛应用,巷旁充填沿空留巷是无煤柱开采的一大发展方向。沿空留巷是指将已采工作面后方的回采巷道用一定的方法沿采空边缘保留下来作为下一工作面的回采巷道。
[0003] 现有技术中,巷旁充填分为高材料巷旁充填及混凝土巷旁充填,二者有一个共同的特点,需要构筑巷旁充填体,需要增加一定的材料投入,对于地质条件复杂、煤质较差、矿井效益较差的矿井,往往因材料投入少,导致巷旁充填技术在矿井应用的难度大大增加。此外,由于井下岩石巷道掘进时会产生大量矸石,当前环保政策越来越严格,地面无矸石堆放场地,为实现矸石不出井在井下就地消化,亟需对矸石进行废物利用。因此发明一种能够充分利用矿井矸石、成本较低的沿空留巷方法成为该领域工程技术人员需要解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种矸石充填胶结留巷系统及方法,实现了紧跟工作面进行充填胶结留巷,且矸石井下可就地消化,无需投入其他材料,留巷成本低。为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:本发明提出了一种矸石充填胶结留巷系统,包括:
若干液压支架,用于维护工作面顶板,所述液压支架架设在工作面处;所述工作面端头处的液压支架尾梁和已构筑墩柱之间保持预设距离;
一挡矸支架,用于维护采空区侧顶板,所述挡矸支架位于在留巷作业区域内;
一充填支撑装置,用于支撑留巷作业区域顶板和浇筑矸石墙体;所述充填支撑装置包括充填支架和充填箱体;所述充填箱体位于所述充填支架的后方;所述充填支架位于挡矸支架和沿空巷道之间;所述充填箱体的一端敞开;所述充填箱体上开设第二注浆孔;所述充填箱体的敞开端围在已构筑墩柱的外侧;所述充填箱体和已构筑墩柱之间形成封闭的巷旁支护空间;
墩柱模具,用于形成墩柱,所述墩柱模具位于所述巷旁支护空间内;所述墩柱模具位于所述充填箱体的一端并相对所述已构筑墩柱设置;所述墩柱模具上开设第一注浆孔;
抛矸机装置,用于运输矸石并将矸石充填至墩柱和已构筑墩柱之间,所述抛矸机装置位于所述沿空巷道内;
注浆站,所述注浆泵站连通一注浆管;浇筑墩柱模具时,所述注浆管穿过所述第二注浆孔并伸入第一注浆孔内;浇筑巷旁支护空间时,所述注浆管伸入所述第二注浆孔内;所述注浆管位于所述沿空巷道内。
[0005] 优选地,进一步包括单体液压柱;所述单体液压柱设置在沿空巷道内;所述单体液压支柱位于已构筑墩柱的一侧。
[0006] 优选地,工作面端头处的所述液压支架的顶板上铺设第一金属网;所述第一金属网和工作面顶板上的金属网连接。
[0007] 优选地,所述抛矸机装置包括抛矸机和传送带输送机;所述传送带输送机的输出端连接所述抛矸机的输入端。
[0008] 本发明还提出了一种矸石充填胶结留巷方法,基于所述的矸石充填胶结留巷系统,包括以下步骤:(1)架设所述液压支架和所述挡矸支架:在预设距离处,在工作面处架设所述液压支架以维护工作面顶板;在留巷作业区域架设所述挡矸支架以维护采空区侧顶板;
(2)架设所述充填支撑装置:在所述挡矸支架和沿空巷道之间架设所述充填支撑装置;
所述充填支撑装置位于留巷作业区域内,所述充填支架位于所述挡矸支架和所述沿空巷道之间;所述充填箱体和所述已构筑墩柱之间形成一巷旁支护空间;
(3)浇筑墩柱:将所述墩柱模具放入所述巷旁支护空间内,通过所述注浆泵站和注浆管,向所述墩柱模具内浇筑高水充填材料,所述墩柱模具填满后形成墩柱;
(4)浇筑矸石墙体:通过所述注抛矸机向所述墩柱和所述已构筑墩柱之间填筑矸石,之后通过所述注浆泵站和注浆管向所述墩柱和所述已构筑墩柱之间浇筑高水充填材料以形成矸石墙体,最后形成以相邻2个墩柱为骨架,以矸石墙体为辅助保护的巷旁支护体。
[0009] 优选地,所述预设距离为3.6m 4m。~
[0010] 优选地,所述墩柱的中心和已构筑墩柱的中心之间的距离为3m。
[0011] 与现有技术相比,本发明的优点为:紧跟工作面,在预设距离处架设液压支架、挡矸支架和充填支撑装置,然后浇筑墩柱模具以形成墩柱,之后充填矸石至墩柱和已构筑墩柱之间,最后浇筑充填箱体以形成巷旁支护体。因此,本发明实现了紧跟工作面进行充填胶结留巷,且矸石井下可就地消化,无需投入其他材料,留巷成本低。附图说明
[0012] 图1为本发明一实施例的矸石充填胶结留巷系统的结构图;图2为图1中墩柱模具的结构图;
图3为本发明一实施例的矸石充填胶结留巷方法的流程图
[0013] 其中,1-挡矸支架,2-充填支架,3-已构筑墩柱,4-传送带,5-抛矸机,6-矸石,7-注浆泵站,8-注浆管,9-单体液压支柱,10-铰接顶梁,11-墩柱模具,12-第一注浆孔,13-充填箱体,14-溢流孔,15-液压支架,16-采空区。

具体实施方式

[0014] 下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
[0015] 如图1所示,一种矸石充填胶结留巷系统,包括:若干液压支架15、挡矸支架1、充填支撑装置、墩柱模具11、注浆泵站7和抛矸机装置。具体布置如下:液压支架15用于维护工作面顶板,架设在工作面处;工作面端头处的液压支架15尾梁和已构筑墩柱3之间保持预设距离;即紧跟工作面,随着工作面的推进,当工作面和已构筑墩柱3之间达到预设距离时,即开设准备下一个巷旁支护体的充填布置工作。
[0016] 挡矸支架1用于维护采空区侧顶板,位于在留巷作业区域内,也即位于采空区16内。
[0017] 充填支撑装置用于支撑留巷作业区域顶板和浇筑矸石墙体。具体的,充填支撑装置包括充填支架2和充填箱体13;充填箱体13位于充填支架2的后方;充填箱体13和充填支架2之间设置可伸缩部件,使得充填2支架随着工作面推进,而充填箱体13保持不动。在本实施例中,工作面的推进方向为前方向。
[0018] 充填支架2用于支撑留巷作业区域顶板,设置在挡矸支架1和沿空巷道之间;充填支架2靠近液压支架15设置。
[0019] 充填箱体13远离液压支架15设置,充填箱体13上预留第二注浆孔,以用于浇筑矸石墙体;充填箱体13的一端敞开;充填箱体13的敞开端围在已构筑墩柱3的外侧;充填箱体13和已构筑墩柱3之间形成封闭的巷旁支护空间。在本实施例中,充填箱体13的长度不小于
4.0m。进一步地,充填箱体13靠巷道侧的箱体板可以升降及水平移动。此外,当留巷作业区域顶板条件较差时,可以打设锚杆进行维护。
[0020] 墩柱模具11用于形成墩柱,放置在位于巷旁支护空间内;墩柱模具11位于充填箱体13的一端并相对已构筑墩柱3设置;墩柱模具11上开设第一注浆孔12。墩柱模具11结构如图2所示:墩柱模具11可以为无缝钢管、FRP、PVC等所有能确保墩柱成型的材质;墩柱模具11上设置第一注浆孔12和溢流孔14,第一注浆孔12和溢流孔14处均装有。在本实施例以外的其他实施例中,墩柱也可以预制。
[0021] 抛矸机装置,用于运输矸石6并将矸石6充填至墩柱和已构筑墩柱3之间,抛矸机装置位于沿空巷道内。
[0022] 注注浆泵站7连通一注浆管8;浇筑墩柱模具11时,注浆管8穿过第二注浆孔并伸入第一注浆孔12内;浇筑巷旁支护空间时,注浆管8伸入第二注浆孔内;即浇筑墩柱模具11时,注浆泵站7将高水充填材料充填至第一注浆孔12;浇筑矸石墙体时,将注浆管8从第一注浆孔12中抽出,注浆泵站7将高水充填材料充填至第二注浆孔,高水充填材料进入巷旁支护空间以将矸石6胶结。
[0023] 在本实施例中,进一步包括单体液压柱;单体液压柱设置在沿空巷道内;单体液压支柱9位于已构筑墩柱3的一侧。即由多个巷旁支护体构成的已留巷处,采用单体液压支柱9配合铰接顶梁10组成加强支护,相邻2列加强支护之间平行设置,排距为1200 mm×1000mm,该加强支护长度设置为8 0 m  120m,超过此距离后,随工作面推进逐步回撤里段(后方的)~加强支护。具体的,铰接顶梁10沿巷道走向布置,单体液压支柱9支撑在铰接顶梁10上,形成加强支护整体。
[0024] 在本实施例中,工作面端头处的液压支架15(第一液压支架15)的顶板上铺设第一金属网;第一金属网和工作面顶板上的金属网连接。靠近第一液压支架15的其他2 4个液压~支架15上同样也设置金属网,以实现与工作面顶板上的金属网的连接。
[0025] 在本实施例中,抛矸机装置包括抛矸机5和传送带输送机4;传送带输送机4的输出端连接所述抛矸机5的输入端。即传送带输送机4将矸石6运输至抛矸机5。在本实施例中,抛矸机5和传送输送机均为现有技术,在此不再赘述。
[0026] 本发明还提出了一种矸石6充填胶结留巷方法,适用于综采工作面轨道顺槽沿空留巷,基于上述矸石充填胶结留巷系统,如图3所示,包括步骤(1)(4),具体如下:~
(1)架设液压支架15和挡矸支架1:在预设距离处,在工作面处架设液压支架15以维护工作面顶板;在留巷作业区域架设挡矸支架1以维护采空区侧顶板;在本实施例中,预设距离为3.6m 4m,即紧跟工作面,设置充填支架2和充填箱体13以进行充填胶结留巷工作。
~
[0027] (2)架设充填支撑装置:在挡矸支架1和沿空巷道之间架设充填支撑装置;充填支撑装置位于留巷作业区域内,充填支架2位于挡矸支架1和沿空巷道之间;充填箱体13和已构筑墩柱3之间形成一巷旁支护空间。
[0028] (3)浇筑墩柱:将墩柱模具11放入巷旁支护空间内,通过注浆泵站7和注浆管8,向墩柱模具11内浇筑高水充填材料,墩柱模具11填满后形成墩柱;优选地,墩柱的中心和已构筑墩柱3的中心之间的距离为3m。具体的,注浆泵站7处将高水速凝砂浆材料按配比制成浆液,水灰比1:1 1.5:1,然后开启双液注浆泵进行泵送,浆液通过注浆管8进行输送,混合后~的浆液(高水充填材料)通过墩柱模具11的第一注浆孔12注到墩柱模具11内,当溢流孔14流出浆液后停止灌注并关上溢流孔14及第一注浆孔12处的阀门,至此,墩柱浇筑完毕。墩柱初撑高、支护阻力大,工作面可正常回采、移架,二者平行作业、不相互影响。
[0029] (4)浇筑矸石墙体:通过注抛矸机5(小型抛矸机)向墩柱和已构筑墩柱3之间填筑矸石6,填满之后,同步骤(3)中,通过注浆泵站7和注浆管8向墩柱和已构筑墩柱3之间浇筑上述高水充填材料,以形成矸石墙体。具体的,开启双液注浆泵进行泵送,浆液通过注浆管8进行输送,混合后的浆液(高水充填材料)通过充填箱体13上的第二注浆孔注到步骤(3)中的墩柱和已构筑墩柱3之间。自此,形成以相邻2个墩柱为骨架,以矸石墙体为辅助保护的巷旁支护体。
[0030] 上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。