一种放顶式矸石充填液压支架及填充方法与流程

1.本发明涉及煤矿矸石充填领域，具体为一种放顶式矸石充填液压支架及填充方法。


背景技术：

2.煤矿在生产中排放大量的矸石，传统的方式是直接堆放于地表，形成煤矿特有的地表特征“建筑物”即矸石山。据统计，目前累计堆放的煤矸石超过50亿吨，规模较大的矸石山有上千多座，而且堆积量每年还以1.5～2.0亿吨的速度增加。然而，煤炭生产和加工过程中产生的煤矸石，既占用大量土地，又造成自燃，污染大气和地下水质。随环保政策日益趋紧，国家相继出台了一系列矸石处置与利用政策，同时，煤矿开采后废弃空间为煤矸石回填创造了条件。煤矸石充填开采是目前煤矿企业处置矸石的主要方式。常用的矸石充填采用机械化固体充填开采技术，主要用于“三下”充填采煤，保护顶板稳定，用矸石置换煤炭资源，保护地表建筑与生态环境。具体工艺为工作面液压支架后方吊挂多孔底卸式刮板输送机，由地面将矸石通过皮带运输至多孔底卸式刮板输送机上，利用刮板机漏矸孔将矸石充填采空区，用支架后方夯实机构对矸石推送接顶并夯实。倘若矸石不接顶板，顶板易垮落，冒落岩块会涌入漏矸刮板下方空间，从而大幅挤压充填空间，不能满足矸石充填需要，甚至造成充填失败，但接顶充填速度慢，同时不能满足采煤速度需要，进而充填处置矸石能力达不到要求。针对米级不接顶充填情况造成充填开采失效甚至失败，以及接顶充填情况采煤速度慢、充填能力低的问题，关键在于没有一种既能不充，又能少充，更能采充平行快采快充的矸石充填液压支架。对于放顶煤开采，目前尚无合适的固体矸石充填技术。为此，需要研发一种能够既能不充又能少充更能快采快充的矸石充填液压支架，同时还能适应放顶煤开采条件下的固体矸石充填液压支架及其填充方法。


技术实现要素：

3.针对现有技术中一次采全高综采机械化矸石充填需要接顶，米级不接顶时顶板垮落岩块挤占充填空间造成充填失效甚至失败，以及接顶充填时采煤速度慢充填能力低、矸石产量与采煤量不匹配等问题，以及放顶煤开采时不能实现综合机械化矸石充填的问题，本发明提供一种放顶式矸石充填液压支架及填充方法，满足了不充、少充、快充及放顶煤充四种要求。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种放顶式矸石充填液压支架，包括在采煤工作面上布置的液压支架组件，所述液压支架组件包括顶梁、掩护梁、底座、四根立柱、支撑油缸和反四连杆；所述顶梁和底座通过四根立柱以及反四连杆连接，所述顶梁的靠近采空区的一端连接掩护梁，所述掩护梁的中部通过支撑油缸与反四连杆底座连接，用于对采煤工作面上的放顶垮落岩块进行掩护，其特征在于，所述底座靠近采空区一侧连接有骑跨式平台；所述骑跨式平台的跨下预留有沿走向布置的通道式矸石填充空间；所述骑跨式平台上设有底卸式漏矸刮板，骑跨式平台
的上部设有漏矸口，所述底卸式漏矸刮板的漏矸孔放置在漏矸口上方位置，用于将运输的充填矸石经漏矸口漏入至骑跨式平台的通道式矸石填充空间内，对采空区实现填充。
6.优选的，骑跨式平台的包括承托平台和两组支撑腿；两组支撑腿分别在承托平台的两侧支撑，两组支撑腿之间形成通道式矸石填充空间，两组支撑腿的底部与底座连接，所述承托平台上设有漏矸口，所述底卸式漏矸刮板的漏矸孔对准漏矸口设置。
7.进一步的，承托平台的宽度大于底卸式漏矸刮板的两倍宽度。
8.两组支撑腿的底部与底座采用插销式连接，或通过拉移油缸配合环链连接。
9.进一步的，两组支撑腿垂直方向为插销式伸缩结构，用于调整骑跨式平台的高度。
10.进一步的，支撑油缸与反四连杆底座的连接点高于骑跨式平台，用于对骑跨式平台提供空间。
11.优选的，掩护梁朝向采空区的一端设有伸缩梁。
12.优选的，掩护梁上设有放煤口，用于控制放顶煤工作面中放顶煤块的下落。
13.一种放顶式矸石充填液压支架的填充方法，基于上述所述的一种放顶式矸石充填液压支架，包括如下步骤：
14.放顶煤工作面在回风巷增加一条进矸输送皮带机，输送皮带机端头搭接在底卸式漏矸刮板上，将骑跨式平台连接在液压支架组件的底座上；
15.工作时，放顶煤工作面依次进行一个采充放循环的割煤、移架、推前溜；
16.进矸输送皮带机与底卸式漏矸刮板输送机开启，将矸石从回风巷向运煤巷方向运输，运输过程中，依次打开底卸式漏矸刮板的漏矸孔，矸石从漏矸口漏入骑跨式平台的通道式矸石填充空间内，完成整个工作面宽度内一个循环的充填；
17.关闭所有底卸式漏矸刮板的漏矸孔，保持底卸式漏矸刮板输送机开机状态，依次打开掩护梁上的放煤口，将放下来的煤用底卸式漏矸刮板输送机运输至运煤巷的皮带输送机上，完成整个工作面宽度内一个循环的放煤；
18.通过拉移油缸向前拉移骑跨式平台，完成放顶煤充填开采的一个完整循环，即割煤、移架、推前溜、充填、放煤和拉后溜过程。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明提供了一种放顶式矸石充填液压支架，四柱支撑顶板，工作阻力大，两缸强力支撑掩护梁，有效围挡架尾冒落岩块(或煤块)，为骑跨式平台及充填提供安全空间，可实现不充或少充；由于拥有骑跨式平台及上方设置底卸式漏矸刮板，其有益效果，一是两者约束少，可前后左右一定范围内移动，更适应底板起伏变化，可增加工作面宽度，二是底卸式漏矸刮板置于平台上，与放顶煤后部刮板类似，相当于置于底板上，可实现采煤与充矸平行作业，三是骑跨式增加了跨下充填空间，三者共同作用，从而大幅提高了决定充填量的充填宽度、高度与速度，实现了快充。进一步的，骑跨式平台包括承托平台和两组支撑腿；两组支撑腿分别在承托平台的两侧支撑，两组支撑腿之间形成通道式矸石填充空间内，便于矸石在矸石通道式矸石填充空间内进行填充。
21.更进一步的，承托平台的宽度大于底卸式漏矸刮板的两倍宽度，便于可实现采充平行。
22.进一步的，两组支撑腿的底部与底座的连接提高了灵活性。
23.进一步的，两组支撑腿垂直方向采用插销式伸缩结构，可以增加矸石充填量及支
架适用采高范围。
24.进一步的，支撑油缸与反四连杆底座的连接点高于骑跨式平台，有效的节省了骑跨式平台所在的空间，大幅减少掩护梁的长度，降低了支架制造难度、成本，提高了支架可靠性。
25.进一步的，掩护梁朝向采空区的一端设有伸缩梁，通过伸缩梁提高了对采煤工作面中放顶垮落岩块或煤块的围护。
26.进一步的，掩护梁上设有放煤口，可控制采煤工作面中放顶煤的下落。
27.一种放顶式矸石充填液压支架的填充方法，通过放顶式矸石充填液压支架，可实现放顶煤开采与矸石充填相结合，放顶煤之前，先充填矸石，此时，底卸式漏矸刮板输送机进行运矸与漏矸填充，当本轮矸石充填充满后，关闭所有漏矸孔，挨架依次放顶煤，通过底卸式漏矸刮板将放顶煤运输至顺槽运煤皮带上运出，一条刮板，三个作用，即运矸、漏矸填充和运煤。通过此方法实现了放顶煤矸石充填开采。
附图说明
28.图1为本发明放顶式矸石充填液压支架结构示意图；
29.图2为本发明放顶式矸石充填液压支架的骑跨式平台由采空区向工作面方向看的后视图。
30.图中：1-顶梁；2-掩护梁；21-伸缩梁；3-底座；4-立柱；41-支撑油缸；5-反四连杆；51-反四连杆底座；6-骑跨式平台；61-承托平台；62-漏矸口；63-支撑腿；7-底卸式漏矸刮板；8-充填矸石；81-放顶垮落岩块，9-放煤口。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
34.参见图1、图2，本发明一个实施例中，提供了一种放顶式矸石充填液压支架，结构简单，使用方便，满足了不充、少充、快充三种要求。
35.具体的，该放顶式矸石充填液压支架，包括在采煤工作面上布置的液压支架组件，所述液压支架组件包括顶梁1、掩护梁2、底座3、四根立柱4、支撑油缸41和反四连杆5；所述
顶梁1和底座3通过四根立柱4以及反四连杆5连接，所述顶梁1的靠近采空区的一端连接掩护梁2，所述支撑油缸41装配在反四连杆5上，所述掩护梁2通过支撑油缸41与反四连杆底座51连接，用于对采煤工作面上的放顶垮落岩块81进行掩护；所述底座3靠近采空区一侧连接有骑跨式平台6；所述骑跨式平台6的跨下预留有沿走向布置的通道式矸石填充空间；所述骑跨式平台6上设有底卸式漏矸刮板7，骑跨式平台6的上部设有漏矸口62，所述底卸式漏矸刮板7的漏矸孔放置在漏矸口62上方位置，用于将运输的充填矸石8经漏矸口62漏入至骑跨式平台6的矸石预留填充空间内，对采空区实现填充。
36.具体的，骑跨式平台6的包括承托平台61和两组支撑腿63；两组支撑腿63分别在承托平台61的两侧支撑，两组支撑腿63之间形成通道式矸石填充空间，两组支撑腿63的底部与底座3连接，所述承托平台61上设有漏矸口62，所述底卸式漏矸刮板7的漏矸孔对准漏矸口62设置。
37.具体的，承托平台61的宽度大于底卸式漏矸刮板7的两倍宽度。
38.具体的，两组支撑腿63的底部与底座3采用插销式连接，或通过拉移油缸配合环链连接。
39.具体的，两组支撑腿63垂直方向为插销式伸缩结构，用于调整骑跨式平台6的高度。
40.具体的，支撑油缸41与反四连杆底座51的连接点高于骑跨式平台6，用于对骑跨式平台6提供空间。
41.具体的，掩护梁2朝向采空区的一端设有伸缩梁21。
42.具体的，掩护梁2上设有放煤口9，放煤口9为可控制开关，用于控制放顶煤工作面中放顶煤块的下落。
43.本发明还提供了一种放顶式矸石充填液压支架的填充方法，包括如下步骤：
44.放顶煤工作面在回风巷增加一条进矸输送皮带机，输送皮带机端头搭接在底卸式漏矸刮板7上，将骑跨式平台6连接在液压支架组件的底座3上；
45.工作时，放顶煤工作面依次进行一个采充放循环的割煤、移架、推前溜；
46.进矸输送皮带机与底卸式漏矸刮板7输送机开启，将矸石从回风巷向运煤巷方向运输，运输过程中，依次打开底卸式漏矸刮板7的漏矸孔，矸石从漏矸口62漏入骑跨式平台6的通道式矸石填充空间内，完成整个工作面宽度内一个循环的充填；
47.关闭所有底卸式漏矸刮板7的漏矸孔，保持底卸式漏矸刮板7输送机开机状态，依次打开掩护梁2上的放煤口9，将放下来的煤用底卸式漏矸刮板7输送机运输至运煤巷的皮带输送机上，完成整个工作面宽度内一个循环的放煤；
48.通过拉移油缸向前拉移骑跨式平台6，完成放顶煤充填开采的一个完整循环，即割煤、移架、推前溜、充填、放煤和拉后溜过程。
49.实施例1
50.当应用于一次采全高工作面时，本发明提供的放顶式矸石充填液压支架在采煤工作面布置一排，底卸式漏矸刮板7互相连接形成底卸式漏矸刮板输送机，回采前，根据工作面采高通过插销式伸缩结构调整骑跨式平台6的高度，使骑跨式平台6高度满足充填高度需要，同时不与支撑油缸41发生干涉，回采时，放顶式矸石充填液压支架前移，顶板垮落岩块81在掩护梁2围护下不串入充填空间，矸石充填料通过皮带运输到底卸式漏矸刮板7端部，
底卸式漏矸刮板7输送机开动后，打开第n台支架的底卸式漏矸刮板7的漏矸开关，矸石充填料通过漏矸口62漏入采空区实现充填，当该充填液压支架后方骑跨式平台6跨下方充满充填矸石8后则关闭该处漏矸开关，依次向前进行相邻第n
±
1台支架的移架、漏矸充填工作，直至本循环充填结束，再开始相同的下一循环，乃至整个工作面回采、充填结束。
51.实施例2
52.当应用于放顶煤开采工作面时，本发明提供的放顶式矸石充填液压支架在采煤工作面布置一排，底卸式漏矸刮板7互相连接形成底卸式漏矸刮板输送机，回采前，根据工作面采高通过插销式伸缩结构调整骑跨式平台6的高度，使骑跨式平台6高度满足充填高度需要，同时不与支撑油缸41发生干涉，回采时，放顶式矸石充填液压支架前移，顶板垮落煤块81在掩护梁2围护下不串入充填空间，矸石充填料通过皮带运输到底卸式漏矸刮板7端部，底卸式漏矸刮板7输送机开动后，打开第n台支架的底卸式漏矸刮板7的漏矸开关，矸石充填料通过漏矸口62漏入采空区实现充填，当该充填液压支架后方骑跨式平台6跨下方充满充填矸石8后则关闭该处漏矸开关，依次向前进行相邻第n
±
1台支架的移架、漏矸充填工作，直至本轮充填矸石8充满，然后开始本轮放煤工作，底卸式漏矸刮板7保持开机，关闭所有漏矸孔，逐步挨架依次放顶煤，通过底卸式漏矸刮板7将放顶煤运输至顺槽运煤皮带上运出，直至本轮放煤结束，然后拉移后部骑跨式平台实现拉后溜，一个循环中的充矸、放煤、拉后溜结束，再开始相同的下一割煤、移架、推前溜、充矸、放煤、拉后溜循环，乃至整个工作面割煤、充矸、放煤结束。
53.本发明针对在同一个一次采全高充填工作面不能既可不充、又能少充、更能快充的难点，解决了米级不接顶时顶板垮落岩块挤占充填空间造成充填失效甚至失败、接顶充填时采煤速度慢充填能力低、以及矸石产量与采煤量不匹配等问题，实现了同一个综采充填工作面既能不充、又能少充、更能快充的目标，充填适用范围大幅提高。
54.本发明还针对放顶煤开采工作面不能实现综合机械化矸石充填的难题，巧妙的利用底卸式漏矸刮板7来运矸与漏矸充填、运输放顶煤，实现了一条刮板三个作用，同时，利用骑跨式平台6抬高底卸式漏矸刮板7的高度，为充填提供了空间，充填矸石8作作为放顶垮落岩块81的铺底层，相当于减少了有效采高，降低了工作面矿山压力，实现了割煤、充矸、放煤三个工序的有效衔接。
55.本发明可广泛应用于煤矿一次采全高充填、放顶煤开采充填、矸石零排放等领域。
56.综上所述，本发明提供了一种放顶式矸石充填液压支架及填充方法，本发明提供了放顶式矸石充填液压支架，四柱支撑顶板，工作阻力大，两缸强力支撑掩护梁2，有效围挡架尾冒落岩块(或煤块)，为骑跨式平台6及充填提供安全围护空间，可实现不充或少充；由于拥有骑跨式平台6及上方设置底卸式漏矸刮板7，其有益效果，一是两者约束少，可前后左右一定范围内移动，更适应底板起伏变化，从而可增加工作面宽度，二是底卸式漏矸刮板7置于平台上，与放顶煤后部刮板类似，相当于置于工作面底板上，可实现采煤与充矸平行作业，三是骑跨式结构增加了跨下充填空间，三者共同作用，从而大幅提高了决定充填量的充填宽度、高度与速度，实现了快充，四是可实现放顶煤与矸石充填相结合，放顶煤之前，先充填矸石8，此时，底卸式漏矸刮板输送机进行运矸与漏矸充填，当本轮矸石充填充满后，关闭所有漏矸孔，挨架依次放顶煤，通过底卸式漏矸刮板7将放顶煤运输至顺槽运煤皮带上运出，一条刮板，三个作用，即运矸、漏矸充填和运煤，通过此方法实现了放顶煤矸石充填开
采。
57.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。