煤矿采选充留一体化开采系统的制作方法

本发明属于煤矿开采技术领域，更具体地说，是涉及一种煤矿采选充留一体化开采系统。

背景技术：

煤炭是我国的主体能源。但在煤炭资源开发过程中，产生了诸多生态环境问题，如：煤炭开采引起土地塌陷，严重破坏地表生态；大量矸石、废水、废气外排，污染环境，占用土地等危害，严重影响了生态环境。

近年来随着我国环保法律法规的健全，绿色矿山建设是我国新老煤炭企业发展的必然方向，绿色矿山既要求煤炭的开采必须科学有序，还要求矿区及周边环境保持在无污染、低损害的可控范围内。

某煤矿是某公司的主力矿井之一，目前核定生产能力180万t/a。现阶段面临如下问题：①地面矸石山的危害，该煤矿采用矸石外运分选堆积的方式处理矸石，这种处理方式会大量占用提升竖井的运输能力，因此矸石山浪费了大量的土地资源，且排矸场地已近饱和，同时矸石山存在自燃、滑坡等安全隐患，淋溶水也会对矿区环境产生严重危害；②地表塌陷问题突出，由于该煤矿煤炭开采方式为全部垮落法，导致地表不同程度的下沉、塌陷、农田受损，塌陷面积约2300亩；③地下含水层遭到破坏，煤炭开采导致含水层扭曲、断裂，地下水系遭到破坏，容易发生透水事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤矿采选充留一体化开采系统，以解决现有技术中存在的煤矿开采产生容易造成地表塌陷以及矸石占用大量土地且容易引发危险的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种煤矿采选充留一体化开采系统，包括开采装置、煤矸分选装置、矸石回填装置和储矸仓，开采装置用于开采原煤，形成采空区；煤矸分选装置与开采装置通过原煤输送带连接，且用于与设在提升竖井内的提升装置通过块煤输送带连接；矸石回填装置设在开采装置后方，且与煤矸分选装置通过矸石输送带连接，用于将矸石回填至采空区形成填充体；储矸仓设在煤矸分选装置与矸石回填装置之间，用于储放矸石。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，还包括沿充留巷装置，沿充留巷装置用于在填充体中形成形成巷道，包括用于支撑煤壁的液压支架和用于向填充体侧部注浆的注浆装置。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，还包括原煤筛分装置，原煤筛分装置用于筛分块煤和煤屑，且进料端与开采装置连接，块煤出料端与煤矸分选装置连接，煤屑出料端与提升装置通过煤屑输送带连接。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，储矸仓包括矸石槽、矸石粉碎机和耙装机，矸石槽一侧设有斜坡，用于储放矸石；矸石粉碎机设在矸石槽上部且与矸石输送带前段连接；耙装机设在矸石槽内且与矸石输送带后段连接。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，煤矸分选装置包括原煤输送带、震动给煤机、矸石分选机、块煤输送带、矸石输送带、溜槽和滑道，原煤输送带用于输送原煤；矸石分选机包括设在原煤输送带下方的分选输送带、设在分选输送带上方的x射线探测器、设在分选输送带一侧用于向分选输送带喷气的喷气机构和分别与x射线探测器和喷气机构电连接的第一控制器；块煤输送带一端设在分选输送带输出端下方；矸石输送带设在分选输送带另一侧；震动给煤机设在原煤输送带与矸石分选机之间，用于接收原煤输送带输送的原煤并均匀地输送到矸石分选机上；溜槽上部设在震动给煤机下方，下部设在块煤输送带上方；滑道设在溜槽上方，与震动给煤机滑动连接；矸石输送带、块煤输送带与分选输送带互相平行设置，且块煤输送带与分选输送带运转方向相反。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，分选输送带上设有隔板，隔板与分选输送带的前进方向具有夹角α；夹角α为45°～90°；矸石输送带靠近分选输送带的一侧设有第一挡板，第一挡板与分选输送带连接；矸石输送带远离分选输送带的一侧设有第二挡板，第二挡板上部高于分选输送带；第二挡板下部向内侧弯曲，且位于矸石输送带上部；煤矸分选装置还包括设在分选输送带输出端的一侧的除尘器；除尘器包括滤尘机构和进气端与滤尘机构连接的空气压缩机；喷气机构包括与空气压缩机出气段连接的喷气管和设在喷气管上且与第一控制器电连接的电控阀。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，矸石回填装置包括矸石推压装置，矸石推压装置与矸石输送带连接，用于将矸石填充于采空区并进行推压形成填充体。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，矸石推压装置包括支座、顶板、支撑油缸组、推压油缸、推压调节油缸、推压座、下料口、下料油缸和下料输送带，支座用于与工作面接触；顶板用于承托上部岩体；支撑油缸组设置在支座和顶板之间，用于支撑顶板；推压油缸一端与支座铰接；推压调节油缸一端与顶板铰接，另一端与推压油缸中部连接；推压座设在推压油缸另一端，用于推压矸石；下料口设在顶板下部且位于推压座上方，并与顶板滑动连接；下料油缸两端分别与下料口和顶板连接，用于驱动下料口在顶板上滑动；下料输送带设在顶板下部，且输出端与下料口连接，输入端与矸石输送带连接。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，推压座包括与推压油缸铰接的第一推压面板以及两端分别与推压油缸和第一推压面板铰接的推压座调节油缸；推压座还包括与第一推压面板平行设置的第二推压面板、设在第一推压面板和第二推压面板之间的缓冲层以及设在第二推压面板上的震动器；缓冲层包括弹性块体和设在弹性块体内的弹簧。

进一步地，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，矸石推压装置还包括行程传感器、压力传感器、角度传感器和第二控制器，行程传感器设在推压油缸上，用于检测推压油缸的伸长量；压力传感器设在推压油缸上，用于检测推压油缸的压力；角度传感器用于检测推压油缸与支座之间的夹角；第二控制器分别与震动器、行程传感器、压力传感器、角度传感器、支撑油缸组、推压油缸和推压调节油缸电连接。

本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过开采装置、煤矸分选装置、矸石回填装置和储矸仓的配合能够直接在矿下对煤矸进行分选并将选出的矸石进行回填，避免矸石提升至地面，减少对提升装置运力的占用，而且矸石可以在岩体变形之前迅速回填，避免产生地表塌陷，同时也能避免矸石占用土地，避免矸石山的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的工作流程示意图；

图2为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统布置的开采区和填充区的示意图；

图3为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的储矸仓的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的煤矸分选装置的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的煤矸分选装置的侧视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的煤矿采选充留一体化开采系统的矸石推压装置的侧视结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100-开采装置；

200-煤矸分选装置；210-原煤输送带；220-震动给煤机；230-矸石分选机；231-分选输送带；232-x射线探测器；233-喷气机构；234-第一控制器；235-隔板；236-喷气管；237-电控阀；240-块煤输送带；250-矸石输送带；260-溜槽；270-滑道；280-除尘器；281-滤尘机构；282-空气压缩机；291-第一挡板；292-第二挡板；

300-矸石回填装置；310-支座；320-顶板；330-支撑油缸组；340-推压油缸；350-推压调节油缸；360-推压座；361-推压座调节油缸；362-第一推压面板；363-缓冲层；364-第二推压面板；365-震动器；366-弹性块体；367-弹簧；370-下料口；371-下料油缸；380-下料输送带；391-行程传感器；392-压力传感器；393-角度传感器；394-第二控制器；

400-提升装置；

500-原煤筛分装置；510-煤屑输送带；

600-储矸仓；610-矸石槽；620-矸石粉碎机；630-耙装机；

700-提升竖井；710-巷道；720-填充体；730-矸石墙；740-煤层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的一种煤矿采选充留一体化开采系统进行说明。所述煤矿采选充留一体化开采系统，包括开采装置100、煤矸分选装置200、矸石回填装置300和储矸仓600，开采装置100用于开采原煤，形成采空区；煤矸分选装置200与开采装置100通过原煤输送带210连接，且用于与设在提升竖井700内的提升装置400通过块煤输送带240连接；矸石回填装置300设在开采装置100后方，且与煤矸分选装置200通过矸石输送带250连接，用于将矸石回填至采空区形成填充体；储矸仓600设在煤矸分选装置200与矸石回填装置300之间，用于储放矸石，以平衡矸石分选与填充的供需。

在进行煤矿开采时，开采装置100开采出的原煤输送到煤矸分选装置200，将矸石与煤块分离，之后将矸石运回至矸石回填装置300，对采空区进行填充，并将煤块运输至提升装置400，通过提升竖井700运至地面。

本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统，与现有技术相比，通过开采装置100、煤矸分选装置200、矸石回填装置300和和储矸仓600的配合能够直接在矿下对煤矸进行分选并将选出的矸石进行回填，避免矸石提升至地面，减少对提升装置400运力的占用，而且矸石可以在岩体变形之前迅速回填，避免产生地表塌陷，同时也能避免矸石占用土地，避免矸石山的安全隐患。

请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，煤矿采选充留一体化开采系统还包括沿充留巷装置，沿充留巷装置用于在填充体中形成形成巷道，包括用于支撑煤壁的液压支架和用于向填充体侧部注浆的注浆装置。

在本发明的一种具体实施例中，煤矿采选充留一体化开采系统包括采煤系统(即“采”)、煤矸分选系统(即“选”)、矸石充填系统(即“充”)和自行沿充留巷系统(即“留”)等四个子系统，其中，采煤系统包括上述的开采装置100，煤矸分选系统包括上述的煤矸分选装置200，矸石充填系统包括上述的矸石回填装置300，自行沿充留巷系统包括上述的沿充留巷装置，同时还包括其他各类输送带和储矸仓600等辅助设施。

在本发明的煤矿采选充留一体化开采系统是在井下完成矸石分选，将分选矸石运输至工作面，充填入采空区，同时进行沿充留巷，实现无煤柱开采，达到井下处理矸石、保护生态环境的目的。

采煤系统进行煤炭回采，矸石充填系统位于采煤系统液压支架后方，用于将矸石等固体充填物充填至工作面后部采空区。矸石充填系统与煤矸分选系统通过矸石输送皮带连接。矸石分选系统将井下原煤进行煤矸分离，分选煤通过井下运输系统运至地面，分选矸石运至工作面就地充填。采选充留一体化开采系统能够直接在井下将煤矸分离，并将井下分选矸石和开拓矸石就地充填至工作面后部采空区，实现矸石不升井，有效解决煤矿原来地面处理矸石所带来的成本增加、占用运输能力、环境破坏等问题；消灭了传统意义的采空区，实现量化控制上覆岩层沉降，解决了煤炭“三下”开采带来的一系列安全与环境问题，有效控制地表沉陷，释放村庄下煤炭资源，同时节省大量搬迁费用；利用新型沿充留巷技术，减少巷道维护量和生产接续问题，提高矿井资源回收率，延长矿山服务年限。

请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，煤矿采选充留一体化开采系统还包括原煤筛分装置500，原煤筛分装置500用于筛分块煤和煤屑，且进料端与开采装置100连接，块煤出料端与煤矸分选装置200连接，煤屑出料端与提升装置400通过煤屑输送带510连接。

请参阅图4，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，前述的煤矿采选充留一体化开采系统中，储矸仓600包括矸石槽610、矸石粉碎机620和耙装机630，矸石槽610一侧设有斜坡，用于储放矸石；矸石粉碎机620设在矸石槽610上部且与矸石输送带250前段连接；耙装机630设在矸石槽610内且与矸石输送带250后段连接。

请一并参阅图5和图6，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，煤矸分选装置200包括原煤输送带210、矸石分选机230、块煤输送带240和矸石输送带250，原煤输送带210用于输送原煤；矸石分选机230包括设在原煤输送带210下方的分选输送带231、设在分选输送带231上方的x射线探测器232、设在分选输送带231一侧用于向分选输送带231喷气的喷气机构233和分别与x射线探测器232和喷气机构233电连接的第一控制器234；块煤输送带240一端设在分选输送带231输出端下方；矸石输送带250设在分选输送带231另一侧。

在进行煤矸分选时，原煤输送带210输送原煤至分选输送带231上，x射线探测器232识别出其中的矸石，并传输信号至第一控制器234，第一控制器控制喷气机构233喷气将矸石吹至分选输送带231一侧的矸石输送带250上，而块煤留在分选输送带231上，直至被运送至分选输送带231的一端，并落在块煤输送带240上。

本发明提供的煤矸分选装置200，与现有技术相比，通过设置原煤输送带210、矸石分选机230、块煤输送带240和矸石输送带250的配合，利用矸石分选机230的x射线探测器232检测出矸石并通过喷气机构233进行分选，整个装置结构简单，操作方便，且只占用两条输送带的宽度，对矿下狭窄的空间具有极强的适应性，能够直接布置在煤矿的巷道中，便于矿下对矸石和煤的分选。

请一并参阅图5和图6，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，煤矸分选装置200还包括震动给煤机220、溜槽260和滑道270，震动给煤机220设在原煤输送带210与矸石分选机230之间，用于接收原煤输送带210输送的原煤并均匀地输送到矸石分选机230上；溜槽260上部设在震动给煤机220下方，下部设在块煤输送带240上方；滑道270设在溜槽260上方，与震动给煤机220滑动连接；矸石输送带250、块煤输送带240与分选输送带231互相平行设置，且块煤输送带240与分选输送带231运转方向相反。

当矸石分选机230需要检修时，可以驱动震动给煤机220与原煤输送带210分离，使原煤输送带210上的原煤直接落在块煤输送带240上，运输至井上。

请一并参阅图5和图6，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，分选输送带231上设有隔板235，隔板235与分选输送带231的前进方向具有夹角α；夹角α为45°～90°，以使矸石能够更准确地落在矸石输送带250上，避免矸石弹出堆积在矸石输送带250一侧，并快速地随矸石输送带250运动，同时节省各输送带的宽度；矸石输送带250靠近分选输送带231的一侧设有第一挡板291，第一挡板291与分选输送带231连接；矸石输送带250远离分选输送带231的一侧设有第二挡板292，第二挡板292上部高于分选输送带231；第二挡板292下部向内侧弯曲，且位于矸石输送带250上部，以便于矸石落在；煤矸分选装置200还包括设在分选输送带231输出端的一侧的除尘器280；除尘器280包括滤尘机构281和进气端与滤尘机构281连接的空气压缩机282；喷气机构233包括与空气压缩机282出气段连接的喷气管236和设在喷气管236上且与第一控制器234电连接的电控阀237。

请一并参阅图5和图6，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，矸石回填装置300包括矸石推压装置，矸石推压装置与矸石输送带250连接，用于将矸石填充于采空区并进行推压形成填充体。

请参阅图7，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，矸石推压装置包括支座310、顶板320、支撑油缸组330、推压油缸340、推压调节油缸350、推压座360和下料口370，支座310用于与工作面接触；顶板320用于承托上部岩体；支撑油缸组330设置在支座310和顶板320之间，用于支撑顶板320；推压油缸340一端与支座310铰接；推压调节油缸350一端与顶板320铰接，另一端与推压油缸340中部连接；推压座360设在推压油缸340另一端，用于推压矸石；下料口370设在顶板320下部且位于推压座360上方。

在进行矸石填充堆积时，推压座360隔在矸石填充体与液压支架的支撑油缸组330之间，矸石由下料口370落至推压座360外侧后，驱动推压油缸340对矸石进行顶压，并驱动推压调节油缸350对推压座360的角度进行调节，当矸石被推压稳定后，驱动推压油缸340和推压调节油缸350，使推压座360收回，继续使矸石由下料口370落至推压座360外侧，并重复上述步骤。

本发明提供的矸石推压装置，与现有技术相比，通过支座310、顶板320、支撑油缸组330、推压油缸340、推压调节油缸350、推压座360和下料口370的相互配合能够实现对矸石堆积体的顶压，使矸石堆积体形成稳固地填充体，操作简单方便，同时推压座360能够避免矸石下落，损伤支撑油缸组330，能对液压支架本身起到安全防护作用。

请参阅图7，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，在矸石推压装置中，下料口370与顶板320滑动连接；下料油缸371两端分别与下料口370和顶板320连接，用于驱动下料口370在顶板320上滑动；下料输送带380设在顶板320下部，且输出端与下料口370连接，输入端与矸石输送带250连接，以便于根据矸石堆积情况确定下料位置。

请参阅图7，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，在矸石推压装置中，推压座360包括与推压油缸340铰接的第一推压面板362以及两端分别与推压油缸340和第一推压面板362铰接的推压座调节油缸361；推压座360还包括与第一推压面板362平行设置的第二推压面板364、设在第一推压面板362和第二推压面板364之间的缓冲层363以及设在第二推压面板364上的震动器365；缓冲层363包括弹性块体366和设在弹性块体366内的弹簧367。震动器365产生振动有利于矸石填充得更加稳固，缓冲层363能够减轻振动向后传递，避免推压油缸340等部件因振动产生损坏。

请参阅图7，作为本发明提供的煤矿采选充留一体化开采系统的一种具体实施方式，矸石推压装置还包括行程传感器391、压力传感器392、角度传感器393和第二控制器394，行程传感器391设在推压油缸340上，用于检测推压油缸340的伸长量；压力传感器392设在推压油缸340上，用于检测推压油缸340的压力；角度传感器393用于检测推压油缸340与支座310之间的夹角；第一控制器394分别与震动器365、行程传感器391、压力传感器392、角度传感器393、支撑油缸组330、推压油缸340和推压调节油缸350电连接。设置行程传感器391、压力传感器392和角度传感器393有利于根据其采集的数据对矸石填充效果进行分析，确定矸石填充得是否稳定，同时也有助于第二控制器394对其他各部件的智能控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。