专利名称：复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法
技术领域：
本发明涉及一种复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法。
背景技术：
目前的煤矿充填方法主要有巷道充填、离层区注浆充填、普采工作面抛矸充填、综采工作面高效机械化充填、似膏体充填和冒落区注浆充填等几种形式。上述充填开采工作面的生产能力只能达到同等条件下回采工作面生产能力的60%。而对于南方复杂煤层条件，工作面煤层倾角变化大，煤层厚度变化也大，工作面通常采用单体液压支柱支护煤层顶板，上述充填方法中比较适合的只有似膏体充填；但是，膏体充填成本高，对于倾角较大的煤层，工作面中下部充填模板需要承受较大的静水压力，影响膏体充填的应用。在专利申请方面，专利《一种采煤固体物充填方法》，它利用地面堆积的固体物料从地面通过垂直投料井直接投放到井下巷道内的胶带输送机，再通过井下胶带输送机运至采煤工作面端头，利用自移式充填物料转载机，将固体充填物料转载到自夯式充填液压支架后尾梁下悬挂的固体充填开采输送上，在采煤工作的过程中，实施边采煤边充填，实现底部卸料充填，并借助自夯式充填液压支架的夯实机构实现固体充填物料接顶压密。专利《矸石充填采空区的方法》在自移充填支架后探梁上吊挂小皮带机，在非自移充填支架后探梁下的底板上布置小皮带机，在小皮带机上设置自移式卸矸小车，将小皮带机由回采面上端转运至采空区侧的矸石卸至采空区。专利《煤矿矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法》 是在普采工作面采用“见七充四”的顶板控顶方式，矸石通过运矸刮板输送机、高速抛矸皮带抛运到采空区。
上述三个专利的充填方法对于构造复杂、煤层倾角和厚度变化大的普采工作面存在矸石运输困难、矸石装卸载点多、工作面充填设备对煤层倾角和煤层厚度适应性差等缺点，目前，上述充填方法只是在北方大中型矿井得到广泛应用，在南方煤矿不能应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种主要用于南方煤矿的复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法。本发明解决上述技术问题的技术方案是一种复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法，它包括
1)、充填巷道布置在采区上部车场设置独立的采区矸石仓，矸石由地面运至采区矸石仓经过的巷道和井筒包括已有的直立或倾斜的副井、与副井连通的回风大巷，在充填开采煤层掘进煤层运矸上山，煤层运矸上山和回采工作面的回风平巷连通。2)、矸石运输将破碎的细矸石用矿车从地面由副井经回风大巷运输至轨道上山入口旁的矸石仓内缓存，回风平巷内纵向设有轨道和运矸刮板输送机，在运矸刮板输送机中间槽板上方铺设矩形桥板，桥板用作人行通道，矸石仓内的矸石由运矸煤层上山内的料斗转运至回风平巷内的运矸刮板输送机上，运矸刮板输送机将矸石运至回采工作面与回风平巷的连接处，将矸石转运至回采工作面内安装的充填刮板输送机上。3)、回采工作面充填矸石当回采工作面的煤开采后，需要为回采工作面充填矸石，回采工作面靠采空区侧平行煤壁方向安装充填刮板输送机，充填刮板输送机安装在工作面底板上的可升降充填平台上，充填刮板输送机上放置斜向刮矸器；充填前，通过升降单体液压支柱调整充填平台的高度，并将充填平台靠回采工作面侧升高0. 2m以上；充填时， 在回采工作面由下往上依次充填，先将斜向刮矸器由固定销固定在充填刮板输送机自溜头的第三块槽板中间，当矸石运至第三块槽板时，斜向刮矸器将矸石刮落到充填平台的采空区侧堆积；当第三块及以下槽板的采空区侧堆满矸石后，充填刮板输送机暂停工作，并将斜向刮矸器上移5块槽板后再次由固定销固定在充填刮板输送机的槽板上，矸石运至该块槽板时，由斜向刮矸器刮落到充填平台采空区一侧堆积；依次类推，直至充填刮板输送机溜尾下第一块中间槽的采空区一侧堆满矸石，最后将回采工作面下出口 3 5m填满矸石。4)、矸石压实通过充填刮板输送机的拉溜器反向推移充填平台，挤压采空区矸石，增加充填矸石的密实度，减少充填体与煤层顶板间空隙，达到减少地面沉降的目的。本发明相比现有技术所产生的有益效果本发明是基于南方煤矿复杂开采条件设计的单体支柱工作面矸石机械化充填方法，充填料采用细破碎后矸石粒，便于刮板输送机运输和提高充填密实度。本发明为充分利用回风平巷的有限空间，在运矸刮板输送机上方铺设人行桥板作为人行道。本发明将斜向刮板器置于普通刮板输送机上方实现矸石侧向充填，利用可升降充填平台减少煤层厚度和煤层倾角对该充填方法适应性的影响，联合充填平台和推溜器实现矸石充填体侧向挤密，减少充填体与煤层顶板间空隙，达到减少地面沉降的目的。本发明克服了现有技术不能在南方煤层倾角较大煤矿应用的缺陷。本发明适用于复杂煤层煤矿应用，特别是南方煤层倾角较大的煤矿应用。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的井筒和巷道布置图。图2为回风平巷内安装轨道和运矸刮板输送机的I-I截面图。图3为采空区矸石充填的平面示意图。图4为斜向刮矸器与填充刮板输送机连接图。图5为单体液压支柱、充填平台与填充刮板输送机连接图。图中1、主井，2、副井，3、回风大巷，4、回风石门，5、上部车场，6、矸石仓，7、运输上山，8、轨道上山，9、煤层运矸上山，10、回风平巷，11、回采工作面，12、运输平巷，13、运输大巷，14、轨道，15、运矸刮板输送机，16、桥板，17、充填刮板输送机，18、运煤刮板输送机，19、 η型对梁，20、采煤作业空，21、行人空，22、充填作业空，23、充填卸料空，24、拉溜器，25、充填平台，26、斜向刮矸器，27、单体液压支柱，28、固定销。
具体实施例方式一种复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法，参见图1至图5，它的充填过程包括
1)、充填巷道布置在采区上部车场5设置独立的采区矸石仓6，矸石由地面运至采区矸石仓6经过的巷道和井筒包括已有的直立或倾斜的副井2、与副井2连通的回风大巷3， 在充填开采煤层掘进的煤层运矸上山9，煤层运矸上山9和回采工作面11的回风平巷10连通；充填采煤的井筒和巷道分布包括直立或倾斜的主井1和副井2，与主井1连通的水平运输大巷13，与运输大巷13连通的运输上山7和轨道上山8，运输上山7经运输平巷12连通回采工作面11，回采工作面11经回风平巷10连接轨道上山8，轨道上山8与回风平巷10 通过上部车场5连通，煤层运矸上山9与回风平巷10直接连通；运输上山7、轨道上山8和煤层运矸上山9由上部车场5、回风石门4连通回风大巷3，回风大巷3连接副井2 ；在轨道上山8的入口旁设有矸石仓6。2)、矸石运输矸石在地面由破碎机破碎后，将破碎的细矸石用矿车从地面的矸石堆由副井2通过提升绞车下放到回风大巷3，在回风大巷3通过人力或蓄电池电机车，经回风石门4和上部车场运输至轨道上山8入口旁的矸石仓6内缓存，回风平巷10内纵向设有轨道14和运矸刮板输送机15，在运矸刮板输送机15中间槽板上方铺设矩形桥板16，为了充分利用回风平巷10的空间，桥板16用作人行通道，矸石仓6内的矸石由运矸煤层上山9 内的料斗转运至回风平巷10内的运矸刮板输送机15上，运矸刮板输送机15将矸石运至回采工作面11与回风平巷10的连接处，并将矸石转运至回采工作面11内靠采空区安装的充填刮板输送机17上；
3)、回采工作面11填充矸石当回采工作面11的煤开采后，需要为回采工作面11的采空区充填矸石，回采工作面11靠采空区侧平行煤壁方向安装充填刮板输送机17，回采工作面11充填采用充填刮板输送机17，充填刮板输送机17安装在工作面底板上的可升降充填平台25上，充填平台25的高度根据煤层厚度确定，以煤层厚度减去0. : 为准；充填刮板输送机采用SGB420/30A型刮板输送机，槽板与充填平台25要固结牢固，溜尾置于上风巷，溜头置于工作面下出口 3 5m，具体距离根据煤层倾角确定；充填刮板输送机17上放置斜向刮矸器沈，充填刮板输送机17运送的矸石沿刮矸器滑落，向采空区充填。回采工作面11采用“一梁四柱、交替迈步”的π型对梁19支护，保证控顶范围内有采煤作业空20、行人空21、、充填卸料空23，运煤刮板输送机18旁设有采煤作业空20，充填刮板输送机17靠煤壁侧为充填作业空22，充填刮板输送机17靠采空区侧为充填卸料空 23 ；循环作业方式采取“四、六”制，“二班采煤、二班充填、班间检修”，采煤班负责放炮落煤 (或机械落煤)、清余煤、移梁支护等工作，采煤一班采完一排煤后由充填一班实施充填。矸石充填前，通过升降单体液压支柱27调整充填平台25的高度，使充填平台25 沿工作面倾向坡度一致，并将充填平台25靠回采工作面11侧升高0. 2m以上；使刮板输送机沿走向有约14° 16°的仰角，便于矸石在斜向刮矸器沈自由滑落；充填时，在回采工作面11由下往上依次充填，先将斜向刮矸器沈由固定销观固定在充填刮板输送机17自溜头的第三块槽板中间，当矸石运至第三块槽板时，斜向刮矸器沈将矸石刮落到充填平台 25的采空区侧堆积；当第三块及以下槽板的采空区侧堆满矸石后，充填刮板输送机17暂停工作，并将斜向刮矸器26上移5块槽板后再次由固定销观固定在充填刮板输送机17的槽板上，矸石运至该块槽板时，由斜向刮矸器沈刮落到充填平台25采空区一侧堆积；依次类推，直至充填刮板输送机17溜尾下第一块中间槽的采空区一侧堆满矸石，最后将回采工作面11下出口 3 5m填满矸石。4)、矸石压实通过充填刮板输送机17的拉溜器M反向推移充填平台25，充填平台25的侧壁挤压采空区内堆起的矸石，以增加充填矸石的密实度，减少充填体与煤层顶板间的空隙，达到减少地面沉降的目的。
权利要求
1. 一种复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法，其特征在于1)、充填巷道布置在采区上部车场(5)设置独立的采区矸石仓(6)，矸石由地面运至采区矸石仓(6)经过的巷道和井筒包括已有的直立或倾斜的副井(2)、与副井(2)连通的回风大巷(3)，在充填开采煤层掘进的煤层运矸上山(9)，煤层运矸上山(9)和回采工作面 (11)的回风平巷(10)连通；2)、矸石运输将破碎的细矸石用矿车从地面由副井(2)经回风大巷(3)运输至轨道上山(8)入口旁的矸石仓(6)内缓存，回风平巷(10)内纵向设有轨道(14)和运矸刮板输送机 (15)，在运矸刮板输送机(15)中间槽板上方铺设矩形桥板(16)，桥板(16)用作人行通道， 矸石仓(6)内的矸石由运矸煤层上山(9)内的料斗转运至回风平巷(10)内的运矸刮板输送机(15)上，运矸刮板输送机(15)将矸石运至回采工作面(11)与回风平巷(10)的连接处， 将矸石转运至回采工作面(11)内安装的充填刮板输送机(17)上；3)、回采工作面(11)充填矸石当回采工作面(11)的煤开采后，需要为回采工作面 (11)充填矸石，回采工作面(11)靠采空区侧平行煤壁方向安装充填刮板输送机(17)，充填刮板输送机(17)安装在工作面底板上的可升降充填平台(25)上，充填刮板输送机(17)上放置斜向刮矸器(26)；充填前，通过升降单体液压支柱(27)调整充填平台(25)的高度，并将充填平台(25)靠回采工作面(11)侧升高0. an以上；充填时，在回采工作面(11)由下往上依次充填，先将斜向刮矸器(26)由固定销(28)固定在充填刮板输送机(17)自溜头的第三块槽板中间，当矸石运至第三块槽板时，斜向刮矸器(26)将矸石刮落到充填平台(25)的采空区侧堆积；当第三块及以下槽板的采空区侧堆满矸石后，充填刮板输送机(17)暂停工作，并将斜向刮矸器(26)上移5块槽板后再次由固定销(28)固定在充填刮板输送机(17)的槽板上，矸石运至该块槽板时，由斜向刮矸器(26)刮落到充填平台(25)采空区一侧堆积； 依次类推，直至充填刮板输送机(17)溜尾下第一块中间槽的采空区一侧堆满矸石，最后将回采工作面(11)下出口 3 5m填满矸石；4)、矸石压实通过充填刮板输送机(17)的拉溜器(24)反向推移充填平台(25)，挤压采空区矸石，增加充填矸石的密实度，减少充填体与煤层顶板间的空隙，达到减少地面沉降的目的。
全文摘要
本发明公开了一种复杂煤层条件下的单体支柱工作面矸石机械化充填方法，通过井筒和巷道布置、矸石运输、回采工作面充填矸石和矸石压实的工作流程，通过煤矿的主井从回采工作面开采煤炭并由运煤刮板输送机运出；通过副井将地面破碎的矸石经回风大巷运至矸石仓，矸石仓内的矸石由运矸煤层上山内的料斗依次转运至回风平巷内的运矸刮板输送机上和回采工作面的充填刮板输送机上，充填刮板输送机安装在经单体液压支柱升降的充填平台上，矸石经斜向刮矸器将矸石刮落至采空区，并用拉溜器压实采空区堆起的矸石。本发明克服了现有技术不能在南方煤层倾角较大煤矿应用的缺陷，适用于复杂煤层煤矿特别是南方煤层倾角较大的煤矿应用。
文档编号E21F15/06GK102269013SQ201110187010
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者朱川曲, 李青锋, 王卫军 申请人:湖南科技大学