一种水力采煤和充填同步进行的系统的制作方法

一种水力采煤和充填同步进行的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种水力采煤和充填同步进行的系统，属于水力采煤【技术领域】；所要解决的技术问题是提供了一种水力采煤和充填同步进行的系统，该系统有效解决了井下“三下压煤”和边角煤的开采，提高了现有煤炭资源的开采率；采用的技术方案为：注浆充填组件和水力采煤组件协同工作，在水力采煤组件完成采煤时，注浆充填组件立即进行注浆回填；注拖泵的进料口与配料装置的出料口相连通，拖泵的出料口通过注浆通道连接到巷道的采空区，水枪对采煤区进行水采，采下的煤水混合物通过煤水混合通道进入脱水筛，脱水筛将煤水混合物分离，分离后的煤经所述煤炭提升装置运到地面上，分离后的水经回水通道回到所述水箱内；本实用新型可广泛应用于煤炭开采。
【专利说明】一种水力采煤和充填同步进行的系统

【技术领域】
[0001]本实用新型一种水力采煤和充填同步进行的系统，属于水力采煤【技术领域】。

【背景技术】
[0002]我国是世界主要的产煤国家，煤矿总数超过全世界其他所有国家煤矿数目之和，目前，综合机械化采煤成为对煤层进行开采的主要方法。为了保证安全和正常正产，减少地下煤炭资源的损失(如“三下压煤”和边角煤的充分开采)，改善地下开采技术，提高采煤经济效率，就必须提高采煤和充填技术。
[0003]其中水力采煤是我国开采煤层条件较差地区实现机械化开采的重要技术途径之一，在实际开采过程中主要出现下述三个缺陷:
[0004]1、水力采煤工艺是靠自然垮落法来管理顶板的，所以会引起事故发生；
[0005]2、水力采煤是通过老塘串风(进回风流部分或全部经过采空区的通风方式为老塘通风)而形成回风系统的，老塘的岩石由于工作面的变化而形成移动至使工作面堵塞至通风不畅，并且使采空区丢煤加速氧化发生火灾，将采空区瓦斯等有害气体带出发生瓦斯事故等;
[0006]3、由于水力采煤工艺是靠自然垮落法(当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采煤工作空间以外的支架，使直接顶自然垮落)来管理顶板的，所以在顶板冒落或老塘串矸时将没有采净的煤炭压在下面至使采煤回收率一般只能达到75%左右。
[0007]另外，有效的解决了井下“三下压煤”和边角煤的开采，有效的利用现有资源，也是亟需解决的一大问题。对于“三下压煤”:我国煤矿“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤比较普遍，据对国有重点煤矿的统计，全国压煤量约137.9亿t，其中建筑物下压煤为87.6亿〖，村庄下压煤又占建筑物下压煤的60%，随着社会经济发展，村镇规模不断扩大，新矿区和新井田的建设，实际压煤量远高于这一数字；对于边角煤:近年来，矿区大规模的机械化生产方式及正规开采布局结构，导致现有生产采区留下了边角残余块段及各种小煤柱,即边角煤。
[0008]成边角煤的主要原因:一是工作面正规布置方式，即顺槽与切眼直交的切块方式形成了边外三角煤，是形成边角煤的人为因素；二是受断层及地质构造影响，不能规则布置工作面的复杂块段，是构成边角煤的自然因素；三是由于采区煤柱、矿井煤柱等构成有一定开采价值的边角区域。
实用新型内容
[0009]本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种水力采煤和充填同步进行的系统，该系统可在水力采煤的同时进行快速注浆回填，不会引起顶板垮塌，从而不会引起地面的塌陷，不受煤块形状的影响，有效解决了井下“三下压煤”和边角煤的开采，提高了现有煤炭资源的开采率。
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种水力采煤和充填同步进行的系统，包括注浆充填组件和水力采煤组件，所述注浆充填组件的主体结构设置在地面上，所述水力采煤组件的主体结构位于地下巷道内，所述注浆充填组件和水力采煤组件协同工作，在水力采煤组件完成采煤时，所述注浆充填组件立即进行注浆回填；
[0011]注浆充填组件的结构为:包括配料装置和拖泵，所述拖泵的进料口与配料装置的出料口相连通，所述拖泵的出料口通过注浆通道连接到巷道的采空区，所述配料装置和拖泵均这设置在地面上；
[0012]水力采煤组件的结构为:包括清水池、脱水筛、煤炭提升装置和水箱，所述清水池通过进水通道与水枪连接，所述水枪对采煤区进行水采，采下的煤水混合物通过煤水混合通道进入所述脱水筛，所述脱水筛将煤水混合物分离，分离后的煤经所述煤炭提升装置运到地面上，分离后的水经回水通道回到所述水箱内，所述水箱内的水经过滤后与清水池连通。
[0013]所述配料装置的结构为:包括多个计量仓，多个所述计量仓分别用于计量充填物料和水的用量，所述计量仓的出料口与搅拌器的进口连通，所述搅拌器的出料口与拖泵的进料口连通。
[0014]所述注浆通道与采煤区内的风道连通，作为辅助通风道使用。
[0015]所述搅拌器包括强力搅拌器、料浆缓冲仓和轴式搅拌器，所述强力搅拌器的进料口与计量仓的出料口连通，所述强力搅拌器的出料口与料浆缓冲仓的进料口连通，所述料浆缓冲仓的出料口与轴式搅拌器的进料口连通，所述轴式搅拌器的出料口与拖泵的进料口连通。
[0016]所述回水通道上设置有采煤区水仓和井底煤水仓，所述采煤区水仓和井底煤水仓均位于地下巷道内，通过高压水泵与回水通道连通。
[0017]所述计量仓包括缓冲计量仓、水泥计量仓和水计量仓。
[0018]本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是:本实用新型包括第地下和地上两部分，其中地下部位为水力采煤组件，地上部分为注浆充填组件，其中水力采煤组件在巷道内开采出采空区后，注浆充填组件将现场配置的水泥浆通过注浆通道注入采空区，对采空区进行注浆回填，由于每次水采的采空区较小，而采空区又能得到及时的回填，因而不会引起顶板垮塌以及地面塌陷，同时，注浆通道又作为辅助的回风通道，有效解决了现有老塘串风出现因工作面堵塞至通风不畅的问题，而且利用本实用新型采煤由于顶板没有发生塌陷，因而使得采煤更彻底，提高了现有煤炭资源的开采率。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0020]图1为本实用新型的结构示意图。
[0021]图2为本实用新型巷道的结构示意图。
[0022]图中，I为注浆充填组件、2为水力采煤组件、3为配料装置、4为拖泵、5为注浆通道、6为采空区、7为清水池、8为脱水筛、9为煤炭提升装置、10为水箱、11为进水通道、12为采煤区、13为回水通道、14为计量仓、15为搅拌器、16为强力搅拌器、17为料浆缓冲仓、18为轴式搅拌器、19为采煤区水仓、20为井底煤水仓、21为高压水泵、22为缓冲计量仓、23为水泥计量仓、24为水计量仓。

【具体实施方式】
[0023]如图1、图2所示，本实用新型一种水力采煤和充填同步进行的系统，包括注浆充填组件I和水力采煤组件2，所述注浆充填组件I的主体结构设置在地面上，所述水力采煤组件2的主体结构位于地下巷道内，所述注浆充填组件I和水力采煤组件2协同工作，在水力采煤组件2完成采煤时，所述注浆充填组件I立即进行注浆回填；
[0024]注浆充填组件I的结构为:包括配料装置3和拖泵4，所述拖泵4的进料口与配料装置3的出料口相连通，所述拖泵4的出料口通过注浆通道5连接到巷道的采空区6，所述配料装置3和拖泵4均这设置在地面上；
[0025]水力采煤组件2的结构为:包括清水池7、脱水筛8、煤炭提升装置9和水箱10，所述清水池7通过进水通道11与水枪连接，所述水枪对采煤区12进行水采，采下的煤水混合物通过煤水混合通道进入所述脱水筛8，所述脱水筛8将煤水混合物分离，分离后的煤经所述煤炭提升装置9运到地面上，分离后的水经回水通道13回到所述水箱10内，所述水箱10内的水经过滤后与清水池7连通。
[0026]所述配料装置3的结构为:包括多个计量仓14，多个所述计量仓14分别用于计量充填物料和水的用量，所述计量仓14的出料口与搅拌器15的进口连通，所述搅拌器15的出料口与拖泵4的进料口连通。
[0027]所述注浆通道5与采煤区12内的风道连通，作为辅助通风道使用。
[0028]所述搅拌器15包括强力搅拌器16、料浆缓冲仓17和轴式搅拌器18，所述强力搅拌器16的进料口与计量仓14的出料口连通，所述强力搅拌器16的出料口与料浆缓冲仓17的进料口连通，所述料浆缓冲仓17的出料口与轴式搅拌器18的进料口连通，所述轴式搅拌器18的出料口与拖泵4的进料口连通。
[0029]所述回水通道13上设置有采煤区水仓19和井底煤水仓20，所述采煤区水仓19和井底煤水仓20均位于地下巷道内，通过高压水泵21与回水通道13连通。
[0030]所述计量仓14包括缓冲计量仓22、水泥计量仓23和水计量仓24。
[0031]本实用新型中地上的注浆充填组件I具有以下的特点:
[0032]1、保证充填体强度:选取合理的物料级配，利用实验确定合理的料浆浓度与灰砂t匕，提高系统的搅拌制浆能力，从而保证充填体的安全强度值，控制地表沉陷，保证建筑物损坏程度控制在I级范围以内；
[0033]2、控制充填成本:利用最具优势材料做充填骨料，保证充填质量的前提下最大程度的降低充填材料成本；
[0034]3、不影响正常生产:提高充填材料的早强，最大可能实现充填与开采互补干涉，不影响正常矿山生产；
[0035]4、提高料浆流动性:搅拌制浆根据物料特性而设计，充分、活化搅拌，使料浆流动特性最优化，提高充填料浆的可泵性与管道输送性；
[0036]5、高精度系统操作控制:采用独立研发的HF-V5.7矿山充填自动化控制系统，结合Wincc人机界面操作。实现全程自动化，降低劳动力，高精度配比，充填组件高稳定性。
[0037]本实用新型中缓冲计量仓22内的粉煤灰，一种是干排灰，且干排灰的粒度较大，部分粒度超过充填需要，经过简单筛分后是作为充填骨料的最佳选择；另一种是湿排灰，湿排灰的属于磨细灰，粒度较小，适用于充填材料的辅料。
[0038]利用周边电厂产生的粉煤灰作为充填骨料，具备以下两点优势，一是就近取材，节省材料来源成本；另外，可以有效降低周边废弃物(粉煤灰)的占地污染问题。
[0039]一般而论，粉煤灰中S12的含量为40% —60%,Al2O3的含量为20% —30%,Fe2O3的含量为5%—10%。上述3种成分达到70%以上后，粉煤灰具有潜在的胶结活性。粉煤灰与峰峰煤粉煤灰相近，具有较好的活性。其化学成分与烧失量如下:
[0040]
化学成分/%
-----烧失量/% 水分/% 总计/%
S12Al3O3 Fe2O3 CaOMgO
52.96 30.32 6.82 4.21 1.11y% 41
[0041]粉煤灰的主要技术指标为细度、颗粒形状、相对密度、需水量、活性等。粉煤灰的潜在活性是以其火山灰活性指标来表示。火山灰活性指标是以掺粉煤灰的试验砂浆平均强度与标准砂浆平均强度的比来求得的。英国标准BS3892-1982规定粉煤灰的火山灰活性指标在85%以上时，才能保证其活性足够。粉煤灰的火山灰反应生成物主要为:3Ca0.2Si02.3H20, 3Ca0.2A1203.6H20, 3Ca0.Fe2O3.6H20 及 3Ca0.Al2O3.3CaS04.32H20,即与水泥的水化产物基本相同。粉煤灰的这种反应在常温下发展较慢，但是随着龄期的增长粉煤灰的火山灰反应及粉煤灰与水化产物的结合反应同时进行。因此掺入此类粉煤灰的充填料的后期强度较大。
[0042]充填作业胶凝材料采用普通水泥，是由硅酸盐水泥熟料与粉煤灰配制成，暂定为普通32.5水泥，根据具体早强需求，后期可考虑32.5R早强水泥或其它胶凝材料。
[0043]本实用新型中地上注浆充填组件I采用似膏体充填技术，其中似膏体充填技术是一种能够实现高采出率、安全环保的采煤方法，具有广阔的应用前景和很大的社会、经济效.、/■
Mo
[0044]似膏体充填技术在不迁村、地面建筑物损害轻微的条件下，能够大幅度提高村庄下煤炭资源的回收率，延长矿井的服务年限，同时减少了煤矿开采对区域生态环境(包括地下水资源)的破坏。另外，充填过程中还处置了大量的固体废弃物(矸石、粉煤灰、工业炉渣、洗选矸石、城市固体垃圾)，减少了土地占用、处理了固体垃圾，有利于环境保护，实现了人与自然的和谐发展。
[0045]选择充填开采方案主要遵循必须满足煤矿安全生产的要求，采用国内外最前沿的技术和最先进的理论研究成果，能够适合矿井采矿地质条件以及就地取材的原则。根据目前充填开采的实践经验来看，利用粉煤灰似膏体充填技术可实现很好的充填效果，在很多煤矿试验取得成功。本实用新型拟选用粉煤灰似膏体充填开采技术进行村庄下压煤充填开米。
[0046]根据相关煤炭充填企业的成功开采经验，充填开采的适宜办法就是在地面建充填站，以粉煤灰为主要原料，掺加胶结料等配制成似膏体充填材料，采用动压与自流结合，通过管道把似膏体充填料浆由地面输送到井下采煤工作面采空区，在直接顶尚未垮落前，及时充满采空区，支撑采空区顶板，使地表下沉控制在沉陷允许的范围内，实现村庄不搬迁的目的。
[0047]本实用新型中的地上注浆充填组件I包括地面充填站、地面充填管路、井下充填管路以及为充填服务的所有设备、设施、土建工程等。
[0048]为了便于集中管理、减少设备和运输环节，合理利用现有场地，达到降低费用的目的，将地面设施和设备集中布置，建成集中的地面充填站，即将集料场、料仓、微机配比系统、搅拌系统(泵送系统)、监测系统等集中布置，将骨料与胶结料配比、搅拌后利用静压(或充填泵加压)通过充填管路输送至风井，经风井将似膏体浆液输送到井下，经充填管路将似膏体浆液输送至采煤工作面进行充填作业。
[0049]充填用粉煤灰由自卸汽运至充填站储灰场。综合考虑土地、材料运输、矿井矸石处置、井上下联系、静压输送距离、管道布置等多个因素分析，合理选择风井下放管路。
[0050]本实用新型中的地上注浆充填组件I选择两种粉煤灰作为主要充填骨料，水泥为胶结料，地面搅拌制浆，获得实验浓度的似膏体，由于地面管路部分输送距离较长，大约在150-200米左右，从地面到风井入口有一定的高度差，选用小型加压泵增压泵送，通过风井井口输送到井下工作面进行充填。该充填组件主要工艺配置包括:筛分系统、储料系统、上料系统、计量监测系统、制浆系统、自动化集中控制、管路输送等。
[0051]泵送充填的特点是工艺简单，输送距离远，输送浆液浓度大，充填效果好；缺点是投资稍大。静压充填的特点是投资省，见效快，操作方便；但输送膏体浓度相对较低。本实用新型前期可采用小型加压泵充填组件进行充填，后期可以选用充填工业泵进行充填。因而总体设计时需留出充填泵站的位置。
[0052]白色粉煤灰中存在粒度较大颗粒，影响了充填料浆的输送特性，且容易出现离析现象，因此设置针对于白色粉煤灰的筛分系统。主要包括皮带输送机、给料机、振动筛等组成。
[0053]整套筛分系统要保证筛分粒度控制稳定、上料与出料均匀、粉尘量小等特点。
[0054]储料设备是充填采矿法的基础，提供充填材料后备。储料设备一方面为充填组件提供均匀稳定的料源，另一方面为充填站提供物料的储备。水泥采用仓储，粉煤灰需要建设储料厂棚。
[0055]水泥的存储利用改进后的水泥仓存储，此类水泥仓与传统水泥仓的不同之处在于增加了气体流化装置。气体流化装置的控制阀门由中控室控制开启顺序，由阀门开启的时间节点与顺序使水泥达到流化效果，从而保证了水泥出料的均匀性。保证水泥仓出料均匀的方法有很多，例如普通水泥仓所用的震动破拱装置、机械破拱、气动破拱等，但是应用于矿山充填时都存在一定的弊端，因为充填材料对水泥的添加量要求较为严格。利用振动破拱，振动后的粉料在静放长时间后可能失效、振密，甚至结块堵塞出料口 ；同时，振动产生噪音大，对料斗壁有所破坏；利用机械破拱，所需运动部件较多，成本造价较高，维修和排除故障比较困难，故在耐磨性和可靠性方面有待提高；普通的气力破拱，气门是环形排布在水泥仓体上，开启顺序不容易控制，容易出现水泥在气力的作用下堆积于水泥仓的一侧，时间一长容易结实。
[0056]气体流化装置的原理是在调节阀的控制下在水泥仓与水泥之间形成一层均匀的气膜，在水泥出料时不直接接触仓壁，从而保证了连续均匀出料，且易于控制其流量。
[0057]黑色粉煤灰含有一定量的水分，而白色粉煤灰的粒度不均匀，因此这两种粉煤灰不适合仓储，需要利用场地储存。为了保证阴雨天气骨料来源正常，粉煤灰需要建设储料厂棚，且粉煤灰的筛分配料都可以在储料厂棚内完成。
[0058]粉煤灰的上料由电动铲车开始，经过地面输送至正压螺旋给料斗，由于电动铲车的给料是不连续的，所以正压螺旋给料斗需要一定的暂存能力，另外正压螺旋给料斗利用其自身的正压给料作用，保证了无论是白色粉煤灰还是含水量较高的黑色粉煤灰都能顺畅给料。正压螺旋给料斗破拱给料后进入计量装置。
[0059]水泥的上料采用紊流螺旋输送机，该输送机的最大作用是保证水泥用量的连续供给，因此，在螺旋叶片的形式上做出改进，是其即便是在倾角工作时也能保证给料的稳定。
[0060]搅拌制浆采用强制式搅拌机，其搅拌能力较一般搅拌机更强。由于本实用新型充填组件采用的材料是粉煤灰与水泥组成的混合料浆，因此含有大量的粉料，这对搅拌设备来说最重要的就是轴端密封。长时间使用能达到轴端不漏衆料，实现这一点除了对搅拌主轴加工精度的提高之外，最重要的是采用高精度的新型轴端密封技术。
[0061]在充填过程中，搅拌制浆系统是充填站的核心系统之一。料浆的流态与流阻的控制除了物料本身就是搅拌效果，强制式搅拌机能满足该类生产的需要。
[0062]由于强制式搅拌机的出料是断续出料形式，而充填组件尤其是管道输送的充填系统需要料浆连续供给。因此在强制式搅拌机下有保浆缓存装置，包括料浆缓存仓与双轴搅拌输送机。双轴搅拌输送机的主要作用是保浆缓存与输送，其次具有一定的连续出料式搅拌作用，相当于一台二级搅拌设备，采用此设备具有以下有点:
[0063]1、能充分保证料浆的均匀性和易性。
[0064]2、一级搅拌为高强搅拌(强制式搅拌机)，之后有缓冲料斗缓冲,二级搅拌为双轴搅拌输送机，起到连续供浆的作用。
[0065]3、能从根本上保证充填料浆的浓度，提高早期凝结强度。
[0066]4、能实现均匀定量输送，保证料浆输送过程的连续性。
[0067]计量与监测系统是充填系统成败的关键，计量的精准与监测的实效配合，保证及时发现重提系统的异常并能立即调整。利用强制式搅拌机做主要搅拌设备时，物料的计量则采用计量仓实现。
[0068]水在充填中主要是以调节浓度的作用出现，因此，水的添加量尤为关键。水的计量采用流量计实现，配以电动调节阀，流量计监测信号反馈给集控中心，有集控中心发出命令，动作电动调节阀，调节流量。
[0069]料浆的输送采用管道输送的形式，管道管径的选择要合理。两相流管道输送以满管输送为最佳，这样能保证管道内虹吸，实现料浆高速输送且不堵管。另外，管材选择要依据材料输送速度、材料特性而定。输送速度较快，磨损量较大的分段需要选择耐磨内衬管道，管道的连接要遵循承高压且安装便捷，易于管路更改。
[0070]本实用新型中涉及的整个工艺流程全部采用自动化控制系统及电视监控系统，以此实现可视化远程数据的操作与管理。该控制系统所涉及的范围包括充填组件的计算机控制系统、计量设备、控制设备、仪表集成、电动阀门、低压配电系统集成等。系统采用DCS集散式控制系统，硬件采用SiemenS/S7-300系列PLC ;电器件采用施奈德电器、欧姆龙器件坐寸ο
[0071]通过自动化控制系统本着可靠性、先进性、易维护性、可扩展性、开放性、完善性的原则，充分考虑各工艺关键工艺点的控制。选用先进的检测仪表和控制设备对充填过程进行检测和控制，保证自动化方案实施，控制系统运行的可靠性和控制的精确性；采用高性能原装研华工控计算机，完成设备监控、数据处理、控制参数设置等功能。
[0072]上位监控机的组态画面要求:动态、生动、切合工艺流程并具备实时数据显示。监控系统画面通过以太网通讯与下位PLC进行实时数据交换，通过动画实时反映设备运行状态，将各数据变量进行归档，可查询历史数据及历史趋势图。系统能自动生成以班为单位的报表，记录充填数据变量值，并能定时打印。并能实现报警功能。由此，充填控制系统具有动画、工艺数据显示、记录、统计、报表、打印及报警等功能。
[0073]为实现停电情况充填自动化控制系统对生产数据进行善后处理与数据保存，PLC控制系统、检测仪表和电动阀门均由控制室配置的UPS备用电源进行供电。当动力柜突然断电或跳闸时，系统主控PLC仍能保持数据不丢失。
[0074]为了保证控制仪表设备和控制系统运行的可靠、稳定、安全，仪表设备和控制系统的接地应满足以下要求:保护接地可与电力专业合用接地网；控制系统和仪表工作接地采用独立的接地极，接地电阻不得大于4Ω。
[0075]通过自动化控制系统的实施，实现生产过程的自动化、控制智能化，具体控制目标有:
[0076]1、在控制室完成全部生产过程集中控制，由计算机代替人工对生产设备和工艺过程的在线操作和监控。
[0077]2、实施稳定化和智能化控制，重点稳定充填浓度，提高充填效率，稳定充填效果，节能降耗。
[0078]3、通过对设备状态监测与设备安全管理，达到保障设备安全、减少故障停机时间和提高设备作业率的目的。
[0079]4、设备管理功能:形成生产设备的运转率、流量、灰量等统计报表，便于生产管理。
[0080]5、将整个控制系统进行远程Web发布，使局域网中的用户通过网页访问即可远程对充填自动化系统进行查看，方便矿领导远程指导和管理。
[0081]6、通过使用自动化，减轻劳动强度，减少环境污染，改善作业环境。
[0082]本实用新型中因充填组件的破碎站距矿区生活、办公区距离较近，整个系统对粉尘、噪音的控制要求高。为控制粉煤灰、水泥输送过程中的粉尘、噪音对生活办公区污染，对成品料仓中安装除尘设备。并在施工中对容易产生噪音的连接部位尽量以软连接控制。
[0083]设置高位水池，避免因断电或断水引起的堵管事故。当发生断电或断水时，高位水池阀门打开，水池内水在重力势能的作用下对整套系统进行水洗，消除料浆在系统内的滞
&3甶O
[0084]本实用新型中回采工作面呈倾斜布置，沿走向推进，工作面采用溜槽运输煤炭，工作面采用木柱(或H钢)支护。
[0085]目前国内外主要有五种方法:一是模板法，二是气囊法，三是做墙法，四是柔性皮带吊帘挡墙法，五是在支架后方直接设计可调高度和坡度的全封闭式挡板。
[0086]以采空区膏体充填挡墙技术比较，上各方法的优缺点比较如下:
[0087]'名称I 方法it 点缺点

1、模板一次性投入较大。

2、人工拆装模板劳动强度大。
使用组合式钢模板3、严密性较差，容易漏料。
模板法一成本较低。、
隔B充填料。4、模板拆装时间较长，工作面生

产能力不能充分发挥，不利于实现

工作面连续性生产。

1、气囊无法回收，成本较高。
使用单个的气囊快速度较快，工作面2、采空区为墙式充填体，抗侧压气囊法速充气，形成四方体可实现连续性生强度低，易变形，对顶板的支护强
并组合成挡墙。 产。度低。

3、不适用于分层开采。
波$进行水砂充填采用的方式，太平
1、使用木大板配合1、木大板无法回收，成本较尚。
矿也使用此种方编织袋每Im打一个2、木人扳用量较人，给物料运输

主要优点为速做墙法点柱。带来一定难度》
度较快，工作面可实现连续性生产。
比较适合金属矿山
2、人工砌墙。工期太长，不适用于煤矿。
巷道开采的方式。
将皮带同定在支架密闭效果好，成本
后梁下方和后挡板较低，对工作面高柔性皮带吊上，架和架之间呈鱼低起俯的适应性后挡墙直线性不一定好，强度不是帘挡墙法鳞状结合，皮带冲眼强，方便人员作业，很高。
固定，有一定的伸缩方便观察采空区的
性。充填情况。
[0088]
在支架后方设可调

不需外加设备，适1、架和架之间咬合不是很紧，有
节高度和坡度的后支架全封闭应性强，强度高。漏浆现象，需要在后挡板两侧加皮
挡板，随着采高和坡后挡板随支架前进，操作子以密封。
度的变化进行调节，
方便》2、投资人?
以适应回采的需要。
[0089]根据煤层实际情况，考虑到目前煤矿充填的实践经验，本实用新型初期推荐使用人工砌墙与模板法配合使用。
[0090]本实用新型中涉及的工作面充填生产工艺主要考虑两方面的问题，一是如何快速建立充填挡墙模板；二是合理编排劳动组织，处理好采充关系，提高回采效率，实现工作面连续生产。
[0091]根据水力开采采煤作业的特点并结合生产单位长期形成的作业习惯，在试验初期采用三面交替开采充填，采煤班采用“三八制”，每班边采边检修。工作面面长初步设置为15-20m，采高为煤层厚度，采用“三八”制作业方式，边采边检修。设立独立的充填班组。
[0092]本实用新型在似膏体制备设备准备就绪后，即可开始充填工作。充填工作按下表步骤依次进行。
[0093]充填开始流程表
[0094]
开始流程顺序11[2[3I充填工作工艺名称S灰浆压头充填工作工艺步骤系统自检管路充水灰浆推水充填料衆
[0095](I)准备:充填开始时，系统进行设备的系统自检，准备充填。
[0096](2)压头:先向管路中充水。通过截流阀的作用，使水憋在立管中，将立管充满水。
[0097]充水的目的是:待立管中空气完全排出后，用少量辅料和水混合，制成低浓度的灰浆充入管路中。
[0098]灰浆推水的目的是:a、充分滑润管路内壁，减少膏体的沿程阻力；b、隔离水与料浆。
[0099]充填结束流程表
[0100]
结束流程顺序I充填工作 [3[2[I 工艺名称充填工作灰浆压尾 ImM 工艺步骤充填料衆灰浆推充填料水推灰衆冲洗设备与管道^
[0101](I)正常充填:正常制备充填料浆
[0102](2)压尾(灰浆压尾):充填结束时，系统设定采用较细的灰浆，压出充填料的压尾输送流程。
[0103](3)压尾(水推灰浆):充填结束时，灰浆流程完成时，系统采用水压出较细灰浆。
[0104]紧急结束流程表
[0105]
结束流程顺序I充填工作 [3[2[I
工艺名称充填工作^系统报警^自动参与或人工参与~nm
工艺步骤充填料衆^全方位报警高位水箱开启冲洗设备与管践
[0106]人工或自动启动高位水箱，进行设备与管路的紧急冲洗。
[0107]本实用新型利用少量的水和高压风检查、清洗充填管路。其主要作法为:
[0108]1、每次充填前，用压风检查管路是否畅通。
[0109]2、每次充填结束时，用少量的水和高压风清洗充填管路。
[0110]3、在充填堵管事故发生时，用压风处理充填管路。
[0111]本实用新型中的管路防堵措施:
[0112]1、充填管路从风井进入，在风井底部附近选择合适位置打一条排料巷道，以便似膏体出现泄漏时，应急情况下可关闭水平充填管道，将充填钻孔内的似膏体排入料池进行处理。
[0113]2、在地面充填站附近设立排料池，出现应急情况时，可转换管路，将地面充填组件(管道、搅拌池等)内的似膏体以及进行增压泵清洗的废水排入排料池，进行处理。
[0114]3、为防止较大的固体物或杂物进入似膏体中，造成管路堵塞，需要在各物料运输环节中设置跳筛机、吸铁器等除杂系统。
[0115]本实用新型中的管路防磨措施:
[0116]1、尽量减少管壁的摩擦力，降低管道的磨损程度。
[0117]2、增加筛分系统，减少大颗粒的粉煤灰，减少对管道摩损。
[0118]3、进一步调研适用于似膏体充填生产的高强度耐磨管路。
[0119]本实用新型过程中涉及到的通讯联络:
[0120]1、矿山现代化的充填工艺组件，既有地面部分，又有井下部分，不仅分散且工艺战线长，因此，整个充填组件的协调和指挥要建立专业的、独立的通讯网。
[0121]2、充填站设备台件多，运转时噪音较大，井下环境差、潮湿，所以通讯系统要具有抗干扰、防潮、防爆功能，并且要适应井下通讯特点。
[0122]3、充填组件岗位点多面广，通讯系统不仅要有独立通话功能，还要具有单工和双工通讯功能。
[0123]本实用新型由于井下管道防堵、防漏是管道输送系统的关键，因此，必须对井下充填组件的管道进行及时检测，设立管道巡检员，并随身配置通讯系统，发现问题及时联络处理。由于地面充填站需要处理大量的粉尘状细料，粉尘污染严重，因此需要采取必要的粉尘污染防治措施，达到国家有关制度及标准的要求。
[0124]本实用新型采用充填不迁村开采，具有显著的社会效益，主要体现在以下几个方面:
[0125]1、减少村庄搬迁费用。由于充填开采地表沉陷量小，建筑物受影响程度轻微，所以避免了搬迁费用，同时耕地赔偿费、民房损坏赔偿费等都相应减少。
[0126]2、可以最大限度的回收资源。煤炭属不可再生资源，一旦丢失很难再进行采出，我们必须本着对人类负责，对子孙后代负责的精神去开采资源，充填开采和冒落条带法比较，可多米出资源近50%。
[0127]3、减少环境污染。粉煤灰的风吹扬尘，对环境污染十分严重，目前尚无好的解决办法，如果将这些废物全部充填到采空区，矿山的环境面貌、企业形象将彻底改变。
[0128]4、有利于改善工农关系。
[0129]上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，包括注浆充填组件(I)和水力采煤组件(2)，所述注浆充填组件(I)的主体结构设置在地面上，所述水力采煤组件(2)的主体结构位于地下巷道内，所述注浆充填组件(I)和水力采煤组件(2)协同工作，在水力采煤组件(2)完成采煤时，所述注浆充填组件(I)立即进行注浆回填； 注浆充填组件(I)的结构为:包括配料装置(3)和拖泵(4)，所述拖泵(4)的进料口与配料装置⑶的出料口相连通，所述拖泵⑷的出料口通过注浆通道(5)连接到巷道的采空区出)，所述配料装置(3)和拖泵(4)均这设置在地面上； 水力采煤组件(2)的结构为:包括清水池(7)、脱水筛(8)、煤炭提升装置(9)和水箱(10)，所述清水池(7)通过进水通道(11)与水枪连接，所述水枪对采煤区(12)进行水采，采下的煤水混合物通过煤水混合通道进入所述脱水筛(8)，所述脱水筛(8)将煤水混合物分离，分离后的煤经所述煤炭提升装置(9)运到地面上，分离后的水经回水通道(13)回到所述水箱(10)内，所述水箱(10)内的水经过滤后与清水池(7)连通。
2.根据权利要求1所述的一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，所述配料装置(3)的结构为:包括多个计量仓(14)，多个所述计量仓(14)分别用于计量充填物料和水的用量，所述计量仓(14)的出料口与搅拌器(15)的进口连通，所述搅拌器(15)的出料口与拖泵⑷的进料口连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，所述注浆通道(5)与采煤区(12)内的风道连通，作为辅助通风道使用。
4.根据权利要求2所述的一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，所述搅拌器(15)包括强力搅拌器(16)、料浆缓冲仓(17)和轴式搅拌器(18)，所述强力搅拌器(16)的进料口与计量仓(14)的出料口连通，所述强力搅拌器(16)的出料口与料浆缓冲仓(17)的进料口连通，所述料浆缓冲仓(17)的出料口与轴式搅拌器(18)的进料口连通，所述轴式搅拌器(18)的出料口与拖泵(4)的进料口连通。
5.根据权利要求4所述的一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，所述回水通道(13)上设置有采煤区水仓(19)和井底煤水仓(20)，所述采煤区水仓(19)和井底煤水仓(20)均位于地下巷道内，通过高压水泵(21)与回水通道(13)连通。
6.根据权利要求5所述的一种水力采煤和充填同步进行的系统，其特征在于，所述计量仓(14)包括缓冲计量仓(22)、水泥计量仓(23)和水计量仓(24)。
【文档编号】E21C45/00GK203925502SQ201420215393
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】杨希中, 王少轻 申请人:杨希中, 王少轻