专利名称：一种井下矸石充填设备及应用所述设备的充填方法
技术领域：
本发明涉及一种井下矸石充填设备、以及应用所述设备的充填方法。
背景技术：
随着我国对煤炭资源开发的逐年激增，对环境造成了巨大的破坏，采煤区地面出现塌方现象严重，如何能够高效环保的开采煤成为当今煤炭行业面临的主要问题之一。现在，人们主要是利用采煤过程中产生的矸石进行充填开采，以缓解对环境造成的破坏，目前，常用的三种充填开采方式为矸石填充、走向条带填充和倾斜条带填充；矸石填充方式矸石用量大、充填繁琐与效果不理想等缺点，走向条带填充和倾斜条带填充虽然具有节约矸石，单体混凝土墙体强度高的特点，然而整体支撑强度不高，采空区密闭性不好，不利于通风控制。基于此，迫切需要提出一种更好的充填开采方式，以提高采空区的支撑能力，降低地表沉陷度。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种井下矸石充填设备，能够充分利用采煤过程中产生的矸石，有效提高采空区的支撑能力，以降低地表的沉陷度。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种井下矸石充填设备，包括充填机构，内部设置有充填模板和移动充填泵站，充填模板包括沿倾向设置的固定板和若干个垂直设置在固定板上的走向充填模板，在相邻两个走向充填模板之间分别设置有走向充填区或倾向充填区，且所述走向充填区和倾向充填区间隔设置；在设置所述倾向充填区的相邻两走向充填模板之间设置有能自动开合的倾向充填模板，当倾向充填模板闭合时，由倾向充填模板、两相邻走向充填模板和固定板之间围成所述倾向充填区，并由所述移动充填泵站同时对所述走向充填区与倾向充填区进行充填，当倾向充填模板打开时，移动充填泵站不进行充填，整个充填机构沿走向方向移动；行走机构，包括工作面液压支架与设置在所述工作面液压支架和所述固定板之间的牵引部件，所述充填机构在所述牵引部件的作用下沿走向方向移动。优选地，所述倾向充填模板的一侧边沿通过转轴设置在与该倾向充填模板邻接的两走向充填模板中的一个走向充填模板上，并通过开合液压千斤顶实现所述倾向充填模板的开合动作，倾向充填模板的长度与该倾向充填模板邻接的两走向充填模板之间的间隔相
坐寸ο优选地，所述顶层走向充填模板、底层走向充填模板在分别与采空区顶板或底板接触的一侧表面上设置有柔性缓冲垫层。优选地，所述走向充填模板和倾向充填模板内部均布置有矸石混凝土输送管路、输水管路与输油管路，在走向充填模板和倾向充填模板表面上对应的开设有注衆孔、喷水孔与喷油孔，所述矸石混凝土输送管路、输水管路与输油管路共同连接到所述移动充填泵站上。 优选地，所述牵弓I部件采用行走液压千斤顶。本发明还提出了一种井下矸石充填方法，应用上述充填设备，其包括如下工作步骤a、开合液压千斤顶动作，闭合倾向充填模板，此时，由倾向充填模板、两相邻走向充填模板和固定板之间围成所述倾向充填区；b、由输油管路通过喷油孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷油操作，利于脱模；c、待倾向充填模板与走向充填模板润滑后，由矸石混凝土输送管路通过注浆孔向倾向充填区与走向充填区内部注满浆液；d、待浆液达到第一设定凝固强度后，由输水管路通过喷水孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷水操作，利于脱模；e、待浆液继续凝固到第二设定凝固强度后，开合液压千斤顶动作并配合高压喷水操作进行脱模，倾向充填模板打开；f、工作面液压支架，通过行走液压千斤顶带动包括倾向充填模板与走向充填模在内的整个充填模板沿走向方向移动指定距离，一次充填过程完成；g、下一次充填过程开始，返回执行步骤a操作。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明述及的井下矸石充填设备，行走机构与充填机构之间通过牵引部件发生联动，达到米煤工作与砰石充填的同步，利于克服现有技术中行走设备与充填设备分开设置时需要为充填设备预留足够的工作空间的缺陷，提高了工作效率；另外，本发明中的井下矸石充填设备，在采空区进行纵横填充，在充分利用矸石的情况下，增强了采空区的支撑能力，有效降低了地表沉陷度，同时增强了采空区的密闭效果。作为本发明的一种优选改进，所述顶层走向充填模板、底层走向充填模板在分别与采空区顶板或底板接触的一侧表面上设置有柔性缓冲垫层，一方面便于整个充填模板的移动，另一方面缓冲采空区顶板对充填模板的挤压力避免造成整个充填模板的损坏。
图1为本发明实施例中井下矸石充填设备的结构示意图，图中示出了倾向充填模板处于闭合时的状态图；图2为图1中倾向充填模板处于打开时的状态图；图3为图1井下矸石充填设备中充填模板的整体结构示意图，图中示出了倾向充填模板处于闭合时的状态图；图4为图3中倾向充填模板处于打开时的状态图。
具体实施例方式结合图1、图2所示，一种井下充填设备，包括充填机构I与行走机构2，其中，充填机构可以实现在煤层采空区域的纵横充填，以便增强采空区的支撑能力，降低地表沉陷度，填充区域3如图1所示，行走机构用于牵引充填机构沿走向方向前进。
充填机构I内部设置有充填模板和移动充填泵站102，充填模板包括固定板103和若干个垂直设置在固定板上的走向充填模板104，充填模板沿倾向设置，在相邻的两个走向充填模板之间分别设置有走向充填区105或倾向充填区106，并且走向充填区105和倾向充填区106间隔设置，如图中I标注所示，通过对走向充填区105和倾向充填区106的共同填充，形成上述纵横充填效果。在设置倾向充填区106的相邻两走向充填模板之间设有倾向充填模板107，该倾向充填模板能自动开合，在倾向充填模板闭合时，由倾向充填模板107、两相邻走向充填模板104和固定板103之间围成上述倾向充填区106，并由移动充填泵站102开始对走向充填区105和倾向充填区106进行充填操作，在倾向充填模板打开时，移动充填泵站不进行充填操作，整个充填机构沿走向方向移动。行走机构2，包括工作面液压支架201与牵引部件202，优选地，该牵引部件采用行走液压千斤顶，牵引部件设置在工作面液压支架和固定板之间，整个充填机构在牵引部件的作用下沿走向方向移动。顶层走向充填模板104a、底层走向充填模板104b在分别与采空区顶板或底板接触的一侧表面上设置有柔性缓冲垫层(图中未示出)，该柔性缓冲垫层优选采用耐磨橡胶材料，一方面便于整个充填模板的移动，增强整个充填模板移动过程中的耐磨性，另一方面缓冲采空区顶板对充填模板的挤压力避免造成整个充填模板的损坏。结合图1、图3与图4所示，倾向充填模板的一侧边沿通过转轴设置在与该倾向充填模板邻接的两个走向充填模板104c、104d中的其中一个走向充填模板104c上,倾向充填模板通过开合液压千斤顶实现自身的开合，即打开或闭合操作，倾向充填模板107a的长度与走向充填模板104c与104d之间的间隔相等，以保证形成一个密闭的倾向充填区，实现纵横充填的目的。走向充填模板104和倾向充填模板107内部均布置有矸石混凝土输送管路、输水管路与输油管路，在走向充填模板104和倾向充填模板107表面上对应的开设有注浆孔109、喷水孔110与喷油孔111，所述矸石混凝土输送管路112、输水管路108与输油管路101共同连接到所述移动充填泵站102上。其充填步骤大致如下a、开合液压千斤顶动作，闭合倾向充填模板，此时，由倾向充填模板、两相邻走向充填模板和固定板之间围成所述倾向充填区；b、由输油管路通过喷油孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷油操作，利于脱模；c、待倾向充填模板与走向充填模板润滑后，由矸石混凝土输送管路通过注浆孔向倾向充填区与走向充填区内部注满浆液；d、待浆液达到第一设定凝固强度后，由输水管路通过喷水孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷水操作，利于脱模；e、待浆液继续凝固到第二设定凝固强度后，开合液压千斤顶动作并配合高压喷水操作进行脱模，倾向充填模板打开；f、工作面液压支架，通过行走液压千斤顶带动包括倾向充填模板与走向充填模在内的整个充填模板沿走向方向移动指定距离，一次充填过程完成；
g、下一次充填过程开始，返回执行步骤a操作。上述充填步骤中的第一、第二设定凝固强度与浆液凝固时间密切相关，选取浆液凝固过程中的两个时间点上的凝固强度分别作为第一、第二设定凝固强度，并且浆液第二设定凝固强度大于第一设定凝固强度，通过声学方法可以出测定浆液的凝固时间，此处不再详细赘述。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教导下，所做出的所有等同替换、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。
权利要求
1.一种井下矸石充填设备，其特征在于，包括:充填机构，内部设置有充填模板和移动充填泵站，充填模板包括沿倾向设置的固定板和若干个垂直设置在固定板上的走向充填模板，在相邻两个走向充填模板之间分别设置有走向充填区或倾向充填区，且所述走向充填区和倾向充填区间隔设置；在设置所述倾向充填区的相邻两走向充填模板之间设置有能自动开合的倾向充填模板，当倾向充填模板闭合时，由倾向充填模板、两相邻走向充填模板和固定板之间围成所述倾向充填区，并由所述移动充填泵站同时对所述走向充填区与倾向充填区进行充填，当倾向充填模板打开时，移动充填泵站不进行充填，整个充填机构沿走向方向移动；行走机构，包括工作面液压支架与设置在所述工作面液压支架和所述固定板之间的牵引部件，所述充填机构在所述牵引部件的作用下沿走向方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种井下矸石充填设备，其特征在于，所述倾向充填模板的一侧边沿通过转轴设置在与该倾向充填模板邻接的两走向充填模板中的一个走向充填模板上，并通过开合液压千斤顶实现所述倾向充填模板的开合动作，倾向充填模板的长度与该倾向充填模板邻接的两走向充填模板之间的间隔相等。
3.根据权利要求1所述的一种井下矸石充填设备，其特征在于，所述顶层走向充填模板、底层走向充填模板在分别与采空区顶板或底板接触的一侧表面上设置有柔性缓冲垫层。
4.根据权利要求1所述的一种井下矸石充填设备，其特征在于，所述走向充填模板和倾向充填模板内部均布置有矸石混凝土输送管路、输水管路与输油管路，在走向充填模板和倾向充填模板表面上对应的开设有注浆孔、喷水孔与喷油孔，所述矸石混凝土输送管路、输水管路与输油管路共同连接到所述移动充填泵站上。
5.根据权利要求1所述的一种井下矸石充填设备，其特征在于，所述牵引部件采用行走液压千斤顶。`
6.一种井下矸石充填方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述的井下矸石充填设备，包括如下步骤:a、开合液压千斤顶动作，闭合倾向充填模板，此时，由倾向充填模板、两相邻走向充填模板和固定板之间围成所述倾向充填区；b、由输油管路通过喷油孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷油操作；C、待倾向充填模板与走向充填模板润滑后，由矸石混凝土输送管路通过注浆孔向倾向充填区与走向充填区内部注满浆液；d、待浆液达到第一设定凝固强度后，由输水管路通过喷水孔向倾向充填模板与走向充填模板进行喷水操作；e、待浆液继续凝固到第二设定凝固强度后，开合液压千斤顶动作并配合高压喷水操作进行脱模，倾向充填模板打开；f、工作面液压支架,通过行走液压千斤顶带动包括倾向充填模板与走向充填模在内的整个充填模板沿走向方向移动指定距离，一次充填过程完成；g、下一次充填过程开始，返回执行步骤a操作。
全文摘要
本发明公开了一种井下矸石充填设备以及应用所述充填设备的充填方法。所述充填设备，包括充填机构与行走机构，充填机构内部设置有充填模板和移动充填泵站，充填模板包括固定板和若干个垂直设置在固定板上的走向充填模板，在相邻两个走向充填模板之间分别设置有走向充填区或倾向充填区，且所述走向充填区和倾向充填区间隔设置；在设置所述倾向充填区的相邻两走向充填模板之间设置有能自动开合的倾向充填模板，当倾向充填模板闭合时，围成上述倾向充填区，通过对走向充填区和倾向充填区的共同填充，达到纵横充填的效果，增强了采空区支撑能力，有效降低了地表沉陷度。
文档编号E21F15/00GK103075188SQ20121059332
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者张通, 张恒, 卢昊 申请人:山东科技大学