专利名称：矸石充填采空区的方法
技术领域：
本发明涉及煤矿矸石的处理方法，特别是一种适于在井下直接将掘进工作面的矸石充填回采工作面采空区的矸石充填采空区的方法。
背景技术：
矸石是煤炭生产和加工过程中伴生的固体废弃物，大量矸石长期堆存，占用土地，同时造成自燃，污染大气和地下水质。回采面采空区是井下最大空间，在采空区处理矸石，是最经济、最合理的方案。回填采空区，不但能实现矸石回填不上井，不占地，减少环境污染，而且能减小地表下沉，大幅度解放煤炭储量。目前充填方法有水力和风力两种，但水力充填主要用沙子。
《煤矿总工程师工作指南》上册第737～744页介绍了风力充填采煤法。风力充填材料为井下经破碎的掘进矸石，或者是加工破碎的矸石和选煤厂选后矸的混合料。在井下设井底料仓或采区料仓，用矿车或箕斗、管道、钻孔等把充填料输送到料仓。从料仓到回采面的回风巷安装胶带输送机。在回风巷内设置充填机，充填机距回采面一般为50～100m，其间铺设充填管路。用胶带输送机将充填料由料仓输送到回风巷，在回风巷加入充填机内，在风力作用下充填料经充填管路吹到回采面采空区内。充填工作面需选用与充填配套的液压支架，在支架后部有刚性连接的后梁，以维护充填空间和悬挂风力充填管，后梁末端有尾梁；在掩护梁上开有窗口，供人员从支架采煤空间进入充填空间作业。风力充填具有上述的一系列优点，但需要增设一套独立的风力充填系统，设备多，投资大，技术复杂，增加成本，粉尘大。
发明内容
为了克服现有充填方法投资大、设备多、技术复杂、成本高的不足，本发明提供一种矸石充填采空区的方法，该方法除具有一般充填所共有的减少地表下沉、有效地处理矿井矸石，减少矸石山的占地面积和污染等优点外，还具有系统简单、设备少、技术简单、投资小、成本低的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是矸石充填采空区的方法采用以下技术措施①在回采工作面外部设置矸石仓，将井下产生的矸石转运到矸石仓，在矸石仓出口处安装破碎机，将矸石破碎成小块，或者将地面经破碎的矸石转运到矸石仓。
②在回采面上巷安装运矸皮带机，将经破碎矸石，由矸石仓下运至回采面上端。
③在回采工作面采用充填支架支护，或者使工作面支架后部有足够长的后探梁，在回采工作面采空区一侧、后探梁之下预留输送及填矸空间。
④在回采工作面采空区一侧、后探梁之下，设置小皮带机。当支架为自移式支架时，小皮带机吊挂在支架的后探梁上，随支架的前移而前移；当支架为非自移式支架时，在支架的后探梁之下的底板上设置小皮带机。小皮带机的底部带滑橇，用移溜装置前移小皮带机。由小皮带机将上巷运矸皮带机运至回采面上端的矸石，转运至回采工作面采空区一侧。
⑤在小皮带机上设置自移式卸矸小车，用卸矸小车将小皮带机上的矸石卸至采空区。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还可以是本发明方法采用的自移式支架，可以是充填支架、增设后探梁的掩护式或支撑掩护式支架、加长后探梁的支撑式支架或悬移支架；采用的非自移式支架为单体支柱加长顶梁、切顶墩柱加长顶梁。自移式卸矸小车由驱动装置、行走控制轮、刮矸板、凹形行走轮、牵引钢丝绳，以及卸矸簸箕等组成。
本发明与现有技术相比具有如下优点①有效地处理矿井矸石，实现矸石不上井，减少矸石运输提升费用；矸石回填采空区，减少地表下沉，减少对地面建筑、公路等的影响；实现矸石井下处理，减少矸石山的占地面积和污染，具有巨大的经济效益和社会效益。
②用运输设备充填，系统简单、设备少、技术简单、投资小、成本低。
图1是本发明矸石充填采空区方法的巷道布置平面示意2是采空区充填矸石的回采工作面设备配置平面3为矸石处理系统的流程4是图2中的A-A剖视5是卸矸小车的结构示意图侧视6是卸矸小车的结构示意图俯视中1-回采工作面、2-采空区、3-回采面运煤巷、4-绕道、5-溜煤眼、6-甩口、7-采区运煤上下山、8-采区轨道上下山、9-回采面上巷、10-矸石仓、11-卸矸车场、12-下缺口、13-转载机、14-工作面运煤皮带机、15-卸矸小车、16-回采面转矸小皮带机、17-电动滚筒、18-回采面刮板运输机、19-上缺口、20-上巷运矸皮带机、21-机电硐室、22-皮带驱动装置、23-支架后探梁、24-凹形行走轮、25-牵引钢丝绳、26-行走控制轮、27-驱动装置、28-钢丝绳、29-刮矸板、30-卸矸簸箕、31-吊挂绳、32-支架前梁、33-煤壁、34-立柱、35-支架底座、36-底卸或侧卸式矿车、37-破碎机、38-挡矸板具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详述
本发明矸石充填采空区的方法采用以下技术措施①在回采工作面(1)外施工矸石仓(10)，储存井下或井上运来的矸石。
②在回采面上巷(9)安装运矸皮带机(20)，将矸石转运至回采面上端。
③回采工作面(1)采用有后探梁的支架支护，以预留输送及填矸空间。
④在回采面采空区一侧、支架后探梁下，安装小皮带机(16)。
⑤在小皮带机(16)上安装卸矸小车(15)，用卸矸小车(15)卸矸至采空区。
在图1中示出了矸石充填采空区方法的巷道布置。在采区运煤上山(7)、采区轨道上山(8)之间掘卸矸车场(11)，在卸矸车场(11)、回采工作面(1)的上巷(9)之间施工矸石仓(10)。对于下山采区，则为运煤下山(7)、轨道下山(8)；上巷(9)，即回风巷。井下掘进迎头的矸石或地面矸石，用矿车经轨道上山(8)、卸矸车场(11)，转运到矸石仓(10)储存。图中其余有采空区(2)、运煤巷(3)、绕道(4)、溜煤眼(5)、甩口(6)。
在图2、4中示出矸石充填采空区回采工作面的支护、运输、填矸设备的配置。在回采工作面的煤壁(33)一侧设置刮板运输机(18)，在回采面的采空区(2)一侧设置小型转矸胶带输送机(16)，简称小皮带机。在回采工作面上巷(9)中，设置上巷运矸皮带机(20)，在回采工作面运煤巷(3)中，设置转载机(13)、工作面运煤皮带机(14)。
在图示回采工作面(1)中，支护采用支撑式液压支架，支架的后探梁(23)加长，在支架的后探梁(23)下吊挂小皮带机(16)，小皮带机(16)的两侧用吊挂绳(31)吊挂，随支架的前移而前移，前移调直后再运转。在支架底座(35)上、立柱(34)的后侧设挡矸板(38)。在回采面下端头与小皮带机(16)下端预留一定的空间，防止卸矸小车(15)卸不干净时在回采面下端过量充填矸石。
小皮带机(16)选用小型可伸缩吊挂胶带输送机。它采用电动滚筒(17)、平托辊，皮带宽度一般为600mm左右，皮带长度根据采空区长度及矸石量而定。小皮带机(16)的电动滚筒(17)位于上巷(9)中，与运矸皮带机(20)衔接。
在回采面上巷(9)中安装运矸皮带机(20)后，上巷(9)成为机运合一巷，即皮带机运输和轨道运输在同一巷道中运行。运矸皮带机(20)采用可伸缩吊挂胶带输送机，以便与回采面(1)的不断推进相适应。机运合一巷(9)外端与矸石仓(10)下端衔接。图中其余为回采面的上缺口(19)、回采面的下缺口(12)、机电硐室(21)、皮带机驱动装置(22)、支架的前梁(32)。
在图3中示出矸石处理系统的流程。位于上巷(9)外端与卸矸车场(11)之间的矸石仓(10)，其上口形式根据矿车型号、型式而定。矿车采用底卸式、侧卸式、固定式均可，推荐采用底卸式矿车。井下掘进迎头的矸石直接用矿车(36)，运至卸矸车场(11)，卸入矸石仓(10)。矸石仓(10)的出口下安装破碎机(37)，将矸石破碎成小块。经破碎的矸石装到上巷运矸皮带机(20)上，由运矸皮带机(20)运至回采面上端，转载给回采面小皮带机(16)，小皮带机(16)将矸石运至回采面采空区(2)一侧，由其上的卸矸小车(15)沿工作面方向由下向上将矸石卸至采空区(2)。地面矸石山、选煤厂的矸石，在井上破碎后再用矿车转运至矸石仓(10)，由矸石仓(10)直接装到运矸皮带机(20)上。
在图5、6中示出自移式卸矸小车(15)的结构，由驱动装置(27)、行走控制轮(26)、刮矸板(29)、凹形行走轮(24)、牵引钢丝绳(25)、卸矸簸箕(30)等组成。卸矸小车(15)车架的两侧安装四只凹形行走轮(24)，凹形行走轮(24)卡在小皮带机(16)两侧的钢丝绳(28)上，钢丝绳(28)兼作卸矸小车(15)的行进轨道。车架前端安装向采空区(2)一侧倾斜的刮矸板(29)，在车架位于采空区(2)一侧，安装卸矸簸箕(30)。车架上部安装电动驱动装置(27)，电动驱动装置(27)的轴上安装行走控制轮(26)，行走控制轮(26)上缠绕牵引钢丝绳(25)，牵引钢丝绳(25)沿小皮带机(16)纵向全长布置，两端加以固定。
卸矸小车工作过程矸石充填需要卸矸时，回采面转矸小皮带机(16)运来的矸石，利用刮矸板(29)刮下，经卸矸簸箕(30)卸到采空区内。当采空区需要填实时，同时启动填实装置。当一个卸矸点卸满时，启动卸矸小车驱动装置(27)，驱动行走控制轮(26)，带动牵引钢丝绳(25)，向回采面上方拉卸矸小车(15)移动一定距离，继续卸矸，如此不断由下而上地充填矸石。
本发明适合矸石一般充填处理。若采空区需要填实，需在卸矸小车下方增设填实装置，该装置可以是螺旋式、油缸推进式或水冲式等填实装置。
回采工作面使用其它自移式支架时①使用风力充填支架时，可直接应用。
②使用掩护式或支撑掩护式液压支架时，要按风力充填支架改造，即在支架后部加刚性连接的后梁，或称后探梁、后悬臂，在掩护梁上开有供人员进入充填空间作业的窗口。
③使用悬移支架、或称滑移支架时，与支撑式液压支架相同，要加后探梁或增加其长度，达到小皮带机的宽度要求，支柱强度要加大。
回采工作面使用非自移式支架时①使用点柱支护时，与长顶梁配合使用，增加后探梁长度。在支架后探梁下面的底板上设置小皮带机(16)，小皮带机(16)的底部安装滑橇，用双向移溜器前移。要求回采面顶板完好不易跨落。当后探梁强度较低时，在小皮带机靠采空区一侧支设临时支柱，固定在小皮带机架上，随皮带机前移而卸荷前移。
②使用切顶墩柱时，与使用点柱支护基本相同。
权利要求
1.一种矸石充填采空区的方法，①在回采工作面外部设置矸石仓(10)，将井下产生的矸石转运到矸石仓(10)，在矸石仓出口处安装破碎机，将矸石破碎成小块，或者将地面经破碎的矸石转运到矸石仓(10)；②在回采工作面上巷(9)安装运矸皮带机(20)，将经破碎的矸石，由矸石仓(10)下运至回采工作面(1)上端；③在回采工作面(1)采用充填支架支护，或者使工作面支架后部有足够长的后探梁，在回采工作面(1)采空区一侧、后探梁之下预留输送及填矸空间；其特征在于④在所说的回采工作面采空区一侧、后探梁之下，设置小皮带机(16)；当支架为自移式支架时，小皮带机(16)吊挂在支架的后探梁上，随支架的前移而前移；当支架为非自移式支架时，小皮带机(16)设置在支架的后探梁之下的底板上，小皮带机(16)的底部带滑橇，用移溜装置前移小皮带机(16)；由小皮带机(16)将运至回采面上端的矸石，转运到回采面采空区一侧；⑤在小皮带机(16)上设置自移式卸矸小车(15)，用卸矸小车(15)将小皮带机(16)上的矸石卸至采空区(2)。
2.根据权利要求1所述的矸石充填采空区的方法，其特征在于所说的自移式支架为充填支架，或增设后探梁的掩护式、支撑掩护式支架，或加长后探梁的支撑式支架、悬移支架。
3.根据权利要求1所述的矸石充填采空区的方法，其特征在于所说的非自移式支架为单体支柱加长顶梁、或切顶墩柱加长顶梁。
4.根据权利要求1所述的矸石充填采空区的方法，其特征在于所说的自移式卸矸小车(15)包括卸矸小车驱动装置(27)、行走控制轮(26)、刮矸板(29)、凹形行走轮(24)、牵引钢丝绳(25)以及卸矸簸箕(30)。
5.根据权利要求1所述的矸石充填采空区的方法，其特征在于所说的卸矸小车下方设有填实装置配合填实。
6.根据权利要求1所述的矸石充填采空区的方法，其特征在于所说的小皮带机(16)为小型可伸缩吊挂胶带输送机。
全文摘要
一种用于煤矿井下的矸石充填采空区的方法，在回采工作面外设矸石仓(10)，将井下掘进矸石或地面矸石转运到矸石仓(10)，用破碎机破碎，由回采面上巷运矸皮带机(20)运至回采面(1)上端。回采面(1)用充填支架或有后探梁的支架支护。当支架为自移式时，在支架后探梁上吊挂小皮带机(16)，并随支架前移。当支架为非自移式时，小皮带机(16)设置在后探梁下的底板上，用移溜装置前移。在小皮带机(16)上设置自移式卸矸小车(15)，将小皮带机(16)由回采面上端转运至采空区一侧的矸石卸至采空区(2)。本发明除具有一般充填所共有的减少地表下沉，有效地处理矿井矸石，减少矸石山的占地面积和污染等优点外，还具有系统、设备、技术简单，投资少，成本低的特点。
文档编号E21F15/06GK1807843SQ20051004203
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月19日 优先权日2005年1月19日
发明者张圣国, 何希林, 张磊鑫, 李长录, 秦立伦, 秦立新 申请人:新汶矿业集团汶南煤矿有限责任公司