一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法及掘选运充一体化方法

本发明涉及一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法及掘选运充一体化方法。

背景技术：

1、岩巷、半煤岩巷掘进是井下矸石的重要来源之一，若将掘进工作面矸石在井下进行原位分选与充填处理，并对井下生产一线的掘进、分选、分运、充填工艺进行一体化设计，形成高度集约化与智能化的煤矿井下掘选运充一体化系统，不仅可以减少地面矸石山自燃过程中的二氧化碳排放，同时也降低了单位产出的能源资源消耗，在生产源头形成有效的碳排放控制阀门。

2、现有技术中，掘进面矸石处理方式分为四种：采空区注浆充填、井下废弃空间抛弃、精准自适应充填和智能留巷充填。当矿井采用前两种处理方式时，掘进工作面的矸石分选后直接运往工作面回风巷进行处理；当矿井采用后二种处理方式时，当原煤含矸率不稳定时，即选即充的方式无法保证稳定的矸石原料供应，故充填质量无法保证，尤其在进行矸石胶结充填时，矸石骨料用量与胶结剂的配比直接关系着充填体的力学特性，事关生产的安全性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法及掘选运充一体化方法，采煤工作面矸石与矸石仓矸石进行智能调配共同进行采空区充填，一方面可起缓存作用防止原煤含矸率忽高忽低造成的矸石井下堆积和充填材料匮乏等情况，另一方面可实现采掘矸石协调，保证充填质量。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法，包括如下步骤：

4、步骤1、设置矸石仓作为充填材料的储备仓，矸石仓在出矸口下方布置转载皮带，转载皮带上设置双目同步相机及排队机构；

5、步骤2、计算单个充填支架后方充填模具需要充填的空间v支：

6、v支＝h×h×l2

7、其中，v支为单个充填支架后方充填模具需要充填的空间；h为充填支架的宽度；h为割煤高度；l2为移架步距；

8、步骤3、计算一个移架周期t移内采煤工作面运往采空区的矸石体积v采：

9、v采＝vs×t移×k

10、其中，v采为一个移架周期内采煤工作面运往采空区的矸石体积；vs为采煤工作面平均每秒出矸体积；t移为一个移架周期：当采用顺序移架充填时，t移为下一支架移架时间t支；当采用局部间隔充填时，t移＝t支*n支，n支为间隔支架数；k为动态富裕系数；

11、步骤4、计算一个移架周期t移内需要矸石仓调配矸石的体积v仓：

12、v仓＝v支-v采

13、其中，v仓为一个移架周期t移内需要矸石仓调配矸石的体积；

14、步骤5、矸石仓进行出矸，利用转载皮带上搭载的双目同步相机及排队机构对涌出矸石单列排队进行出矸并计算每个出矸的矸石体积，设为q1、q2、q3……，累加出矸的矸石体积，当累加出矸的矸石体积大于等于v仓时，矸石仓停止出矸；

15、步骤6、转载皮带将矸石仓矸石转移至运矸皮带，由运矸皮带将矸石仓矸石运送至工作面充填转载机过渡仓，采煤工作面分选出来的矸石也通过运矸皮带运送至工作面充填转载机过渡仓，当过渡仓的矸石满足充填条件时，进行充填，同时进入步骤2。

16、优选，掘进工作面矸石填充进矸石仓进行备用。

17、优选，k的取值范围为1.5～2，根据采煤工作面每秒出矸体积vs的波动情况调整，波动值越大则k的取值越大。

18、优选，采煤工作面平均每秒出矸体积vs的计算过程如下：

19、a、通过采煤工作面刮板输送机上方设置γ射线接收器用以测定采煤工作面原煤瞬时即每秒含矸率，矸石的质量百分含量与煤矸堆积体的辐射强度关系如下：

20、

21、其中，j为γ射线接收器探照范围内的辐射强度；q为矸石放射性浓度；ρc为煤的密度；ρg为矸石密度；cg为矸石的质量百分含量；μc为煤对自然射线的质量衰减系数；μg为矸石对自然射线的质量衰减系数；

22、b、通过工作面刮板输送机下方称重传感器测得的探照范围内每秒煤矸堆积体质量，计算采煤工作面每秒出矸量：

23、mc＝cg×md

24、其中，mc为采煤工作面每秒出矸量；md为每秒煤矸堆积体质量；

25、c、计算采煤工作面平均每秒出矸体积vs：

26、

27、其中，mp为采煤工作面每十分钟的统计数据中其每秒出矸量的平均值，其中，mc1+mc1+...+mc600为采煤工作面每十分钟的统计数据。

28、一种井下煤矸石原位绿色智能掘选运充一体化方法，包括如下步骤：

29、第一步、原煤被采煤机采出后，由工作面刮板输送机顺次运至转载机、振动筛进行筛分，粉煤直接落入运煤胶带输送机，块状结构的煤矸石则进入煤矸石原位智能分选机的排队机构；

30、第二步、分选机将煤矸就地分选，将矸石拨落落入运矸刮板输送机，通过运矸皮带运送至工作面充填转载机过渡仓；块煤则进入运煤胶带输送机与粉煤一同运出工作面；

31、第三步、采用上述任意一项所述的一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法进行采空区充填。

32、优选，第二步中，动态调整分选机运矸刮板输送机带速v带，其计算公式如下：

33、

34、其中，v带为分选机运矸刮板输送机带速；vs为采煤工作面平均每秒出矸体积；t为1s；b为输送带带宽；h堆为输送带可堆积高度；k为富裕系数，取值为1～2，根据工作面每秒出矸体积的波动情况调整，波动值越大则取值越大。

35、本发明的有益效果是：

36、(一)采煤工作面矸石与矸石仓矸石进行智能调配共同进行采空区充填，一方面可起缓存作用防止原煤含矸率忽高忽低造成的矸石井下堆积和充填材料匮乏等情况，另一方面可实现采掘矸石协调，保证充填质量。

37、(二)本发明设计的煤矸分运系统搭载矸石运输智能调控系统，根据出矸量智能调节皮带运输速度，以实现运输过程的节能降耗。

38、(三)掘进工作面矸石直接运至矸石仓，按需提取使用，本发明将采掘工作面矸石在井下进行原位分选与充填处理，并对井下生产一线的掘进、分选、分运、充填工艺进行一体化设计，形成了高度集约化与智能化的煤矿井下掘选运充一体化系统，实现了采掘矸石不出井。

39、(四)本发明不仅减少了地面矸石山堆积自燃造成的二氧化碳排放，同时也降低了单位产出的能源资源消耗，在生产源头形成了有效的碳排放控制阀门，通过在矸石运输与堆积自燃上的节能减排，实现了煤炭的绿色低碳智能开采。

技术特征：

1.一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法，其特征在于，掘进工作面矸石填充进矸石仓进行备用。

3.根据权利要求1所述的一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法，其特征在于，k的取值范围为1.5～2，根据采煤工作面每秒出矸体积vs的波动情况调整，波动值越大则k的取值越大。

4.根据权利要求3所述的一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法，其特征在于，采煤工作面平均每秒出矸体积vs的计算过程如下：

5.一种井下煤矸石原位绿色智能掘选运充一体化方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种井下煤矸石原位绿色智能掘选运充一体化方法，其特征在于，第二步中，动态调整分选机运矸刮板输送机带速v带，其计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种井下煤矸石原位绿色智能充填方法及掘选运充一体化方法，1、设置矸石仓作为充填材料的储备仓；2、计算单个充填支架后方充填模具需要充填的空间；3、计算一个移架周期内采煤工作面运往采空区的矸石体积；4、计算一个移架周期内需要矸石仓调配矸石的体积；5、矸石仓进行出矸，累加出矸的矸石体积，当累加出矸的矸石体积大于等于V<subgt;仓</subgt;时，矸石仓停止出矸；6、转载皮带将矸石仓矸石转移至运矸皮带，由运矸皮带将矸石仓矸石运送至工作面充填转载机过渡仓，采煤工作面分选出来的矸石也通过运矸皮带运送至工作面充填转载机过渡仓，当过渡仓的矸石满足充填条件时，进行充填，同时进入步骤2。可实现采掘矸石协调，保证充填质量。

技术研发人员：梁卫国,郭凤岐,于永军,阎纪伟,贺伟,肖贺成
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16