专利名称：矸石挤压成型沿空留巷法的制作方法
技术领域：
本发明属于矿山开采技术领域，涉及一种利用矸石填充沿空留巷的方法。
背景技术：
沿空留巷技术是指在采煤工作面回采时，巷道支架不回撤并采取加强措施保留巷 道作为相邻工作面的机巷或回风巷，该技术具有以下几个方面的优势，尤其适应接替紧张、 采面摆布困难、压力不大的采场首先，沿空留巷能减少煤柱损失，提高煤炭资源回采率; 第二，增加相邻工作面瓦斯抽采时间，突出煤层采用沿空留巷后，相邻工作面可以在留巷侧 继续抽放瓦斯，使相邻工作面的瓦斯抽放时间增加一倍，瓦斯抽放效果将会明显提高，工作 面安全生产条件将会得到有效改善；第三，能减少巷道掘进量，降低劳动强度，同时对于具 有突出危险的矿井，减少了被保护层内煤柱的集中应力，可使突出危险性减少近50%以上。沿空留巷技术中，巷道的留设通常采用的是砌料石墙、密集支柱及木垛或高水 (膏体)速凝材料填充等措施，但这些措施均存在一定的不足，在某种程度上限制了沿空留 巷技术的发展1)砌料石墙在煤厚约1. 5m以下较薄煤层中用料石砌块维护采煤工作面后方巷 道，为下一工作面二次使用作准备。然而料石为脆性材料，受采动压力后变形破坏严重，维 护工作量大。2)密集支柱及木垛仅适用于炮采低瓦斯薄及中厚煤层采煤工作面，该方法漏 风严重，材料消耗量大，巷道维护效果较差，机械化程度低。3)高水(膏体)速凝材料填充 主要以石膏、石灰、速凝早强剂等多种材料，再掺入一定量的工业废渣(如粉煤灰、炉渣、烟 道灰、矸石粉等)配制成浆液(或膏体)材料，使用双作用泵通过管路将填充材料输送进入 待填空间。但该法填充材料成本较高，巷旁填充体宽度较窄(一般为2-3m)，承压能力不足； 填充工艺复杂，常出现跑浆露浆事故；材料加工及填充设备价格昂贵等。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种矸石挤压成型沿空留巷法。为实现这一目的，本发明采用的技术方案为矸石挤压成型沿空留巷法，包括以下 步骤1)将模板固定在待留巷道旁，模板与巷道走向平行、面向采空区竖向放置，模板与采 空区之间保持一定距离，之间为待填充区；2)把矸石破碎成矸石颗粒，添加胶结材料搅拌 均勻后形成填充料；3)将填充料充入待填充区并压实，形成填充体；4)撤下模板，并使模板 沿工作面推进方向移动，然后进行下一填充循环。所述模板上开有槽口，槽口处设有锚杆卡紧装置，填充前自槽口向待填充区插入 锚杆，并用锚杆卡紧装置将锚杆固定。该操作能够在填充过程中对填充体自动加锚，以进一 步提高填充体强度。所述模板由纵向伸缩板和锚杆固定板两部分拼接而成，两者的纵向边沿可拆卸连 接在一起，锚杆固定板靠近上一循环填充体设置，所述槽口开在锚杆固定板上。所述模板背面下方装有底座，底座上设有液压立柱，液压立柱顶部固定有钢梁；固定模板时，升起液压支柱，使固定在液压支柱顶部的钢梁撑住顶板；另取一根液压顶杆，使 其一端垂直模板顶在底座上，另一端伸出、顶在与采空区相对的矿柱上。进行步骤3)之前先在待填充区端口处架设压实装置，该压实装置包括压板和平 放的基板，压板下边沿与基板的一边沿铰接，压板与基板间装有能驱动压板沿铰接轴旋转 的液压杆，基板上方固定有可纵向伸缩的液压支架；架设时使压板朝向采空区，然后升起液 压支架使之顶紧顶板。所述压实装置还包括填充料输送机，填充料输送机的出料口悬挂在液压支架上、 处于压板上方。在采煤工作面后方的巷道边缘，随工作面开采在采空区侧，将井下或地面废弃矸 石破碎成矸石颗粒；用皮带运输机将矸石颗粒运送到留巷位置的工作面端头，通过配料搅 拌机加胶结材料拌成填充料，填充料继而由填充料输送机送至待填充区端口上方，并经悬 挂在液压支架上的出料口放料。本发明中，破碎的矸石依次经矸石仓一皮带运输一加胶结料混合搅拌一上填充料 输送机一矸石填充一安装锚杆一矸石挤压强化成型一移架一下一循环填充等步骤，在巷旁 形成高强度矸石带来支护巷道，其中的主要原料是废弃的矸石，不仅成本低、效率高，还将 矸石变废为宝，做到煤矿矸石不出井或少出井，降低了矸石提升量，减少矸石排放污染。与现有的砌料石墙沿空留巷、密集支柱及木垛沿空留巷技术相比，本发明的机械 化程度高，大大提升了工作效率和安全性，能够充分保证开采与留巷同步进行，工人劳动强 度小。与高水(膏体)速凝材料填充沿空留巷技术相比，本发明采用的是开放式操作，不存 在堵管等问题，可靠性高、可操作性强。除此之外，本发明的方法还具有如下技术优势1)再生矸石带宽度大(可达8_12m)，结构科学合理，稳定性强，填充效果好，不开 裂，漏风率低，对瓦斯防治有利，留巷安全可靠。2)在每一留巷循环前对再生矸石带靠巷道侧帮自动加锚杆，进而还可安装金属 网，形成锚网结构，大大提高了再生矸石带的结构强度，可有效防止填充侧的巷道片帮。3)矸石挤压成型留巷的全部作业工序在工作面后方进行，而工作面开采在其前方 进行，机械设备、采煤作业、煤炭运输与矸石运输、端头支护、填充作业、巷道维修等作业分 别在各自不同的空间和时间内进行，相互间无交叉干扰，安全状况好。
图1是模板及其附件的结构示意图；图2是填充现场的俯视图；图3是本发明工艺系统的示意图。
具体实施例方式矸石挤压成型沿空留巷法，包括以下步骤1)架设模板和压实装置如图1和图2所示，模板由纵向伸缩板2和锚杆固定板8两部分拼接而成，两者可 拆卸连接。首次填充时，将纵向伸缩板2面向采空区10竖向放置，并使之与巷道走向平行，纵向伸缩板2与采空区10冒落的废石间保持一定距离，之间为待填充区；纵向伸缩板2背 面下方装有底座6，底座6上安装有液压立柱5，液压立柱5顶部固定有钢梁3。伸出纵向 伸缩板2，使其高度与巷道高度相当；升起液压立柱5，使固定在支柱5顶部的钢梁3撑住顶 板；另取液压顶杆7 —端垂直纵向伸缩板2顶在底座6上，另一端伸出、顶在与采空区10相 对的矿柱上。液压顶杆7与液压立柱5协作，从而将纵向伸缩板2临时固定在巷旁；同时， 液压立柱5及其顶部的钢梁3对巷道顶板施以支撑，也为作业安全提供了保障。如图2和图3所示，在待填充区端口处架设压实装置。该压实装置包括压板11、平 放的基板14和填充料输送机16，压板11下边沿与基板14的一边沿铰接，压板11与基板 14间装有能驱动压板11沿铰接轴旋转的液压杆12，基板14上方固定有可纵向伸缩的液压 支架13。架设时使压板11朝向待填充区，升起液压支架13使之顶紧巷道顶板，填充料输送 机16的出料口 15悬挂在压板11上方的液压支架13上。2)在采煤工作面后方的巷道边缘，随工作面开采在采空区侧，用矸石破碎机17将 井下或地面废弃矸石破碎成矸石颗粒20，入矸石仓18 ；皮带运输机19自矸石仓18下部出 料口将矸石颗粒20运送到处于留巷位置工作面端头的配料搅拌机，加胶结材料21 (如水 泥)搅拌成填充料。3)利用填充料输送机16将填充料送至待填充区端口上方，并经悬挂在液压支架 13上的出料口 15放料，充入待填充区；伸展液压杆12，驱动压板11将填充料压实。4)完成首次填充后，降低纵向伸缩板2和液压支柱5，在工作面端头支架牵引下， 使纵向伸缩板2沿工作面推进方向移动，进行下一填充循环。在第二次及以后的填充循环 前，先将锚杆固定板8可拆卸连接在纵向伸缩板2靠近上一填充体9的纵向边沿处，锚杆固 定板8与纵向伸缩板2平齐，其上开有槽口 4，槽口 4处设有锚杆卡紧装置；将锚杆1自槽 口 4插入填充空间内，并用锚杆卡紧装置固定。这样能够在填充压实过程中实现自动加锚， 进一步提升填充体9的强度。依次类推，将混合了胶结材料21的矸石颗粒20填充挤压成高强度矸石带。
权利要求
矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，包括以下步骤1)将模板固定在待留巷道旁，模板与巷道走向平行、面向采空区竖向放置，模板与采空区之间保持一定距离，之间为待填充区；2)把矸石破碎成矸石颗粒，添加胶结材料搅拌均匀后形成填充料；3)将填充料充入待填充区并压实，形成填充体；4)撤下模板，并使模板沿工作面推进方向移动，然后进行下一填充循环。
2.如权利要求1所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板上开有槽口， 槽口处设有锚杆卡紧装置，填充前自槽口向待填充区插入锚杆，并用锚杆卡紧装置将锚杆 固定。
3.如权利要求2所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板由纵向伸缩 板和锚杆固定板两部分拼接而成，两者的纵向边沿可拆卸连接在一起，锚杆固定板靠近上 一循环填充体设置，所述槽口开在锚杆固定板上。
4.如权利要求1-3任一所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板背面 下方装有底座，底座上设有液压立柱，液压立柱顶部固定有钢梁；固定模板时，升起液压支 柱，使固定在液压支柱顶部的钢梁撑住顶板；另取一根液压顶杆，使其一端垂直模板顶在底 座上，另一端伸出、顶在与采空区相对的矿柱上。
5.如权利要求1所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，进行步骤3)之前先在 待填充区端口处架设压实装置，该压实装置包括压板和平放的基板，压板下边沿与基板的 一边沿铰接，压板与基板间装有能驱动压板沿铰接轴旋转的液压杆，基板上方固定有可纵 向伸缩的液压支架；架设时使压板朝向采空区，然后升起液压支架使之顶紧顶板。
6.如权利要求5所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，所述压实装置还包括 填充料输送机，填充料输送机的出料口悬挂在液压支架上、处于压板上方。
7.如权利要求5或6所述的矸石挤压成型沿空留巷法，其特征在于，在采煤工作面后 方的巷道边缘，随工作面开采在采空区侧，将井下或地面废弃矸石破碎成矸石颗粒；用皮 带运输机将矸石颗粒运送到留巷位置的工作面端头，通过配料搅拌机加胶结材料拌成填充 料，填充料继而由填充料输送机送至待填充区端口上方，并经悬挂在液压支架上的出料口 放料。
全文摘要
矸石挤压成型沿空留巷法，属于矿山开采技术领域，步骤包括1)将模板固定在待留巷道旁，模板与巷道走向平行、面向采空区竖向放置，模板与采空区之间保持一定距离，之间为待填充区；2)把矸石破碎成矸石颗粒，添加胶结材料搅拌均匀后形成填充料；3)将填充料充入待填充区并压实，形成填充体；4)撤下模板，并使模板沿工作面推进方向移动，然后进行下一填充循环。本发明以矸石为主料实现沿空留巷，变废为宝，减少了矸石排放污染；巷旁加锚杆，使留巷稳定性增加；采用综合机械化操作，劳动强度低，效率高；开放式作业，不存在堵管等问题，可靠性强；回采与留巷支护无交叉干扰，安全状况好；获得的填充体宽度大，结构合理，漏风率低，稳定性强。
文档编号E21F15/02GK101858215SQ20101016071
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者李东印, 李化敏, 熊祖强, 王文, 袁瑞甫, 陈轶 申请人:河南理工大学