气动力矸石联合充填装置的制作方法

本申请涉及矸石充填法管理顶板的采煤设备以及采煤方法，尤其是气动力矸石联合充填装置。

背景技术：

煤矸石露天排放和地表塌陷破坏是煤矿生产最主要的环境问题根源，是影响矿井生产过程中产生的固体废物。矸石充填采空区可减少地表下沉，实现矸石不出井，减轻提升、运输的压力，目前现有井下矸石充填技术无法实现采空区全部充填开采。

技术实现要素：

本申请为解决上述技术问题之一,本申请提供一种气动力矸石联合充填装置及采煤法，充填速度快，充填方法简单，充填率高，可靠性强，投资少、成本低，在本技术领域内具有广泛的实用性。本申请所采用的技术方案是：气动力矸石联合充填装置，包括轨道顺槽即回采工作面的运料巷道、皮带顺槽即回采工作面的运煤巷道、回采工作面，在皮带顺槽上安装有转载机、运煤皮带，在轨道顺槽上安装有运矸皮带，在回采工作面的顶部通过锚杆固定安装有支架顶板，在支架顶板的下方设有一首尾两端连接轨道顺槽、皮带顺槽的吊挂皮带，所述吊挂皮带用于承接由运矸皮带输送过来的矸石，在吊挂皮带的前侧间隔安装有若干个煤矿用液压支架，所述煤矿用液压支架在工作面的采空区内采用倾斜长壁后退式运动，所述吊挂皮带固定在各所述煤矿用液压支架的后方，所述吊挂皮带用于在完成一个充填循环采煤工作后工作，在各所述煤矿用液压支架的尾梁下方均安装有一用于将吊挂皮带上运送的矸石吹入支架尾梁的后方的工作面的采空区内的高压风动力装置。

优选地，所述高压风动力装置包括用于与高压风机相连的风管，朝向吊挂皮带位置处的所述风管上安装有若干个高压喷头，所述高压喷头通过高压气流将吊挂皮带上运送的矸石吹入支架尾梁的后方的工作面的采空区。

优选地，还包括一气力输送系统，所述气力输送系统包括一安装在轨道顺槽一侧的螺旋给料机，在螺旋给料机的下游安装有作为动力源的罗茨风机，所述螺旋给料机通过犁式卸料器接收皮带输送机运输过来的矸石，所述罗茨风机的出口与输送管路相连，并通过输送管路将待给入的矸石沿管路输送到工作面上部的未充实区域。

优选地，在各所述煤矿用液压支架的尾梁下方安设有一皮带拦矸器，所述皮带拦矸器为一挡板，所述皮带拦矸器的上端固连有一顶部固定在液压支架的尾梁上的液压千斤顶，所述挡板的下方与对应的吊挂皮带的顶部设有间隔空间，拦矸器通过液压千斤顶实现控制，所述皮带拦矸器用于将吊挂皮带上的残余矸石下落充填至采空区的下部的待充实区域。

所述煤矿用液压支架为现有结构，属于矿区常用器械，本申请中初步选用网站https://wenku.baidu.com/view/61b8b20c03d8ce2f00662345.html中公开的煤矿用液压支架，其主要包括整体顶梁、底座、推移装置主要部件组成，本煤矿用液压支架在煤矿支护中已经属于常用设备，其具体结构不做要求，只要能够实现对矸石的推移、捣实即可，次结构不属于本申请的创新之处，属于现有技术。

气动力矸石联合充填采煤法，要求工作面采用倾斜长壁后退式采煤的方法，包括如下步骤：

s1：落煤、装煤、运煤：由采煤机割煤、采用常用煤机滚筒与刮板输送机配合装煤，割采生产的原煤经转载机和皮带顺槽上的运煤皮带、联络巷皮带（底层）转载运出；

s2：移架、推溜：采煤机割煤过后，将采煤机移架；然后移架完成后，根据工作面上的刮板输送机的上窜下滑情况，采用自上而下或自下而上的顺序推溜；

s3：下落式充填：

a1：破碎矸石：

采煤完成后将采煤中的废料矸石选出，先将井下掘进产生的矸石分级破碎后，运到设在采区矸石仓的齿辊式破碎机内进行破碎；

a2：下落矸石，落至采空区中下部：

工作面的采空区矸石的充填采用上述的气动力矸石联合充填装置的煤矿用液压支架后侧上的吊挂皮带输送运矸，并配合通过皮带拦矸器，将充填材料卸至各工作面的充填点，矸石通过吊挂皮带从机尾输送至机头，拦矸器通过液压千斤顶实现控制；

通过遥控风动力装置开启将吊挂皮带运送的矸石吹出，残余矸石通过后部关闭的拦矸器，实现下落充填，拦矸器通过液压千斤顶实现控制；

a3：矸石充填、捣实：

在完成一个作业循环采煤工作后，开始充填工作，充填顺序如下：由上至下；煤矿用液压支架的推移机构捣实，然后由下至上的捣实；

a4：气力输送系统充填矸石，实现采空区上部充填压实：

气力输送系统采用正压输送方式，矸石从上游皮带输送机通过犁式卸料器给入螺旋给料机；利用罗茨鼓风机以压缩空气为动力作为动力来源，将给入的矸石沿管路输送到工作面，喷射至采空区域。

优选地，所述s3中的a3步骤中的矸石充填、捣实的具体工艺过程如下：

a.按照正规循环割完一个步距煤后、移架、推溜；

b.将吊挂的机头、中部、机尾伸出到位，检查充填系统的各个部件完好情况后，准备开始充填工作；

c.首先启动工作面用于充填的吊挂皮带，然后依次往上启动输送机等运输设备，进行采空区矸石充填；矸石通过吊挂皮带从机尾至机头，从机头至机尾反复对采空区进行充填；

d.停止采空区物料充填工作，进行采煤、移架、推溜工作，要尽量保证割煤后工作面煤壁平直度，移架后支架的直线性，并使每次割煤进度移架步距达到0.6m；割完第二刀煤后，即割煤、移架、推溜后，调整充填支架后部的充填皮带，做好第二循环充矸的准备工作。

优选地，所述s3中的a4步骤中的气力输送系统充填矸石，实现采空区上部充填压实的具体工艺过程如下：

e.下落充填作业开始前，进入支架后方，将输送管路连接好，用10#铁丝把充填管路固定平、直；

f.下落充填作业完成后，上部空间采用气力输送系统进行充填；

将犁式卸料器落下，启动罗茨风机开机，待风机运转正常后，启动给料机，运行矸石皮带，实现充填作业并压实。

优选地，所述a步中还包括，在移架过程中要拉线移架，保证移架后支架在一条直线上。

优选地，所述a1步中所述矸石破碎为粒度小于等于50mm。

本申请的有益效果体现在：实现了采空区全部充填的问题，减少了地表下沉，减轻了提升运输压力，同时将采煤产生的废料矸石重新填充至采空区，减少了矸石山的占地面积和污染；充填速度快，充填方法简单，充填率高，可靠性强，投资少、成本低，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请的位置关系布置示意图。

图2为图1中的ⅰ-ⅰ的断面放大示意图。

图3为图1中的ⅱ-ⅱ的断面放大示意图。

图4为图1中的a-a的局部放大示意图。

图5为图1中的b-b的局部放大示意图。

图中，1、煤矿用液压支架；2、矸石；3、吊挂皮带；4、高压风动力装置；5、输送管道；6、皮带拦矸器；7、运矸皮带；8、挡板；9、转载机；10、运煤皮带；11、罗茨风机；12、螺旋机料机；13、锚杆；14、顶板；15、轨道顺槽；16、皮带顺槽；17、高压喷头；18、未充实区域；19、采空区。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1-5中所示，气动力矸石2联合充填装置，包括轨道顺槽15即回采工作面的运料巷道、皮带顺槽16即回采工作面的运煤巷道、回采工作面，在皮带顺槽16上安装有转载机9、运煤皮带10，在轨道顺槽15上安装有运矸皮带7，在回采工作面的顶部通过锚杆13固定安装有支架顶板14，在支架顶板14的下方设有一首尾两端连接轨道顺槽15、皮带顺槽16的吊挂皮带3，所述吊挂皮带3用于承接由运矸皮带7输送过来的矸石2，在吊挂皮带3的前侧间隔安装有若干个煤矿用液压支架1，所述煤矿用液压支架1在工作面的采空区19内采用倾斜长壁后退式运动，所述吊挂皮带3固定在各所述煤矿用液压支架1的后方，所述吊挂皮带3用于在完成一个充填循环采煤工作后工作，在各所述煤矿用液压支架1的尾梁下方均安装有一用于将吊挂皮带3上运送的矸石2吹入支架尾梁的后方的工作面的采空区19内的高压风动力装置4。

优选地，所述高压风动力装置4包括用于与高压风机相连的风管，朝向吊挂皮带3位置处的所述风管上安装有若干个高压喷头17，所述高压喷头17通过高压气流将吊挂皮带3上运送的矸石2吹入支架尾梁的后方的工作面的采空区19。

优选地，还包括一气力输送系统，所述气力输送系统包括一安装在轨道顺槽15一侧的螺旋给料机，在螺旋给料机的下游安装有作为动力源的罗茨风机11，所述螺旋给料机通过犁式卸料器接收皮带输送机运输过来的矸石2，所述罗茨风机11的出口与输送管路相连，并通过输送管路将待给入的矸石2沿管路输送到工作面上部的未充实区域18。

优选地，在各所述煤矿用液压支架1的尾梁下方安设有一皮带拦矸器6，所述皮带拦矸器6为一挡板8，所述皮带拦矸器6的上端固连有一顶部固定在液压支架的尾梁上的液压千斤顶，所述挡板8的下方与对应的吊挂皮带3的顶部设有间隔空间，拦矸器通过液压千斤顶实现控制，所述皮带拦矸器6用于将吊挂皮带3上的残余矸石2下落充填至采空区19的下部的待充实区域。

所述煤矿用液压支架1为现有结构，属于矿区常用器械，本申请中初步选用网站https://wenku.baidu.com/view/61b8b20c03d8ce2f00662345.html中公开的煤矿用液压支架1，其主要包括整体顶梁、底座、推移装置主要部件组成，本煤矿用液压支架1在煤矿支护中已经属于常用设备，其具体结构不做要求，只要能够实现对矸石2的推移、捣实即可，次结构不属于本申请的创新之处，属于现有技术。

气动力矸石2联合充填采煤法，其特征在于：要求工作面采用倾斜长壁后退式采煤的方法，包括如下步骤：

s1：落煤、装煤、运煤：由采煤机割煤、采用常用煤机滚筒与刮板输送机配合装煤，割采生产的原煤经转载机9和皮带顺槽16上的运煤皮带10、联络巷皮带（底层）转载运出；

s2：移架、推溜：采煤机割煤过后，将采煤机移架；然后移架完成后，根据工作面上的刮板输送机的上窜下滑情况，采用自上而下或自下而上的顺序推溜；

s3：下落式充填：

a1：破碎矸石2：

采煤完成后将采煤中的废料矸石2选出，先将井下掘进产生的矸石2分级破碎后，运到设在采区矸石2仓的齿辊式破碎机内进行破碎；

a2：下落矸石2，落至采空区19中下部：

工作面的采空区19矸石2的充填采用上述的气动力矸石2联合充填装置的煤矿用液压支架1后侧上的吊挂皮带3输送运矸，并配合通过皮带拦矸器6，将充填材料卸至各工作面的充填点，矸石2通过吊挂皮带3从机尾输送至机头，拦矸器通过液压千斤顶实现控制；

通过遥控风动力装置开启将吊挂皮带3运送的矸石2吹出，残余矸石2通过后部关闭的拦矸器，实现下落充填，拦矸器通过液压千斤顶实现控制；

a3：矸石2充填、捣实：

在完成一个作业循环采煤工作后，开始充填工作，充填顺序如下：由上至下；煤矿用液压支架1的推移机构捣实，然后由下至上的捣实；

a4：气力输送系统充填矸石2，实现采空区19上部充填压实：

气力输送系统采用正压输送方式，矸石2从上游皮带输送机通过犁式卸料器给入螺旋给料机；利用罗茨鼓风机以压缩空气为动力作为动力来源，将给入的矸石2沿管路输送到工作面，喷射至采空区19域。

优选地，所述s3中的a3步骤中的矸石2充填、捣实的具体工艺过程如下：

a.按照正规循环割完一个步距煤后、移架、推溜；

b.将吊挂的机头、中部、机尾伸出到位，检查充填系统的各个部件完好情况后，准备开始充填工作；

c.首先启动工作面用于充填的吊挂皮带3，然后依次往上启动输送机等运输设备，进行采空区19矸石2充填；矸石2通过吊挂皮带3从机尾至机头，从机头至机尾反复对采空区19进行充填；

d.停止采空区19物料充填工作，进行采煤、移架、推溜工作，要尽量保证割煤后工作面煤壁平直度，移架后支架的直线性，并使每次割煤进度移架步距达到0.6m；割完第二刀煤后，即割煤、移架、推溜后，调整充填支架后部的充填皮带，做好第二循环充矸的准备工作。

优选地，所述s3中的a4步骤中的气力输送系统充填矸石2，实现采空区19上部充填压实的具体工艺过程如下：

e.下落充填作业开始前，进入支架后方，将输送管路连接好，用10#铁丝把充填管路固定平、直；

f.下落充填作业完成后，上部空间采用气力输送系统进行充填；

将犁式卸料器落下，启动罗茨风机11开机，待风机运转正常后，启动给料机，运行矸石2皮带，实现充填作业并压实。

优选地，所述a步中还包括，在移架过程中要拉线移架，保证移架后支架在一条直线上。

优选地，所述a1步中所述矸石2破碎为粒度小于等于50mm。

下落式充填：在完成一个作业循环采煤工作后，将充填皮带的机头、机尾张紧油缸伸出并张紧皮带，检查充填系统开始充填工作，启动架后吊挂皮带3，然后依次启动其他运输设备；矸石2通过吊挂皮带3从机尾至机头，支架尾梁下方高压风动力装置4，将吊挂皮带3运送的矸石2吹入支架尾梁的后方；由下至上的充填，由上至下进行捣实，进行采空区19矸石2充填；

工作面采用倾斜长壁后退式采煤法，综合机械化采煤，双滚筒采煤机割煤，割煤高度2.5±0.2m，割煤深度0.6m，矸石2充填法管理顶板14，两刀为一个充填循环。

在完成一个充填循环采煤工作后，开始调整吊挂皮带3进行充填作业，充填工作由4名充填工同时协调进行。

下落充填作业完成后，采空区19上部未充实空间采用气力输送系统充填，系统由罗茨风机11、螺旋给料机、φ219mm管路及弯头等附件统组成输送系。

操作人员进入支架后方未充实的上部空间，将输送管路连接好，采用气力输送系统进行充填。在检查顶板14完好情况，然后用螺栓将输送管路连接，用铁丝把充填管路固定平、直。工作面矸石2运输皮带里侧安装布置罗茨风机11与螺旋给料机，皮带输送机通过犁式卸料器给入矸石2卸入螺旋给料机。将犁式卸料器落下，启动罗茨风机11开机，待风机运转正常后，启动螺旋给料机。利用罗茨风机11为动力源，将给入的矸石2沿管路输送到工作面，喷射至采空区19域。设备停机顺序按相反顺序进行。保证螺旋给料机内矸石2全部输送完成，再停机。

工作面控顶区内顶板14移架前挂金属网并在支架间适当间距打锚杆13控制顶板14，从而减缓采空区19后顶板14下沉速度，使工作面达到设计充填效果。

工作面配备采煤机、充填支架、端头支架、刮板输送机、吊挂皮带3等设备，皮带顺槽16安装配备有破碎机、转载机9、运煤皮带10输送机；

轨道顺槽15安装配备运矸皮带7输送机、罗茨风机11、螺旋给料机等设备；在距工作面推进度160m以外矸石2运输巷皮带里侧安装布置罗茨风机11与螺旋给料机各一部；进风联络巷安装皮带输送机为双向对拉运输设备，上行皮带与采区矸石2仓连接将充填矸石2转载至运矸皮带7，底行皮带将运煤皮带10运出的煤炭转载，经原煤运输上山运走；乳化泵等设备在工作面以外的联络巷安设用作远程高压供液。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本申请实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本申请的保护范围内。

本申请未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。