CN101165317B - 充填装置及应用该装置充填井下采空区的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充填装置，包括压缩机、仓泵、输灰管路、充填器，压缩机向仓泵加入压缩空气后，仓泵内的充填材料通过输灰管路被吹入充填器，由充填器将充填材料射出，实现对充填区的充填。充填器包括收缩管、喉管、扩散管、膛线管和水管，所述输灰管路输送的充填材料依次经过收缩管、喉管、扩散管、膛线管并与水管输送的压力水混合后由膛线管射出。通过上述充填装置将粉状充填材料充填到井下采空区。实现对井下采空区的充填时，可以首先在采空区隔离出充填区，再将充填材料充填到充填区内。对采空区进行充填工作与回采工作面的采煤工作同步进行。该发明简单实用、成本低适用于各种矿井的充填，尤其适用于煤矿的充填。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下采空区充填技术，尤其涉及一种利用粉状充填材料进行井下采空区充填的设备及方法。
背景技术
我国是一个产煤大国，煤炭占我国能源总量的73％，目前每年从地下采出的煤炭达到二十亿吨。同时，我国“三下”压煤量也很大，特别在华东、华北平原的主要产煤区，地面村庄建筑物密集，建下压煤问题十分突出，地下煤炭或其它矿井开采后必然引起地表沉陷，地表沉陷会导致地表的建筑物、水体、耕地、铁路、桥梁破坏等诸多灾害性后果。井下采空区充填是控制开采沉陷的有效方法。
现在矿山井下采空区充填方法中，水砂充填采用较广，我国曾在数个矿井进行了井下充填法开采试验，如抚顺胜利矿、鸡西滴道九井、新汶协庄矿、焦作演马庄矿、南京青龙山矿等。近年来，由于充填材料缺少和充填费用较高，我国已很少采用这种方法解决开采损害问题。但是，充填开采无论是从减少地表移动变形保护地面建筑物方面，还是从减少煤炭资源浪费方面来考虑，都是一种较好的井下开采沉陷控制方法。
还有一种方法是膏体充填技术，其成本比较昂贵。
以上两种方法中，水砂充填需要有砂子这种材料，且需要将充填用水排出矿井，成本较高；膏体充填技术刚刚开始，其成本也比较昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单实用、成本低的充填装置及应用该装置充填井下采空区的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的充填装置，包括压缩机、仓泵、输灰管路、充填器，所述仓泵接收并存储外部供给的粉状充填材料，压缩机向仓泵加入压缩空气后，仓泵内的充填材料通过输灰管路被吹入充填器，由充填器将充填材料射出，实现对充填区的充填。
所述的充填器包括收缩管、喉管、扩散管、膛线管和水管，且按文丘里管原理设计，所述输灰管路输送的充填材料依次经过收缩管、喉管、扩散管、膛线管并与水管输送的压力水混合后由膛线管射出。
所述的喉管设计为双层管，外层管与水管连接，内层管设有喷水小孔，压力水进入外管与内管之间的环形空间后通过喷水小孔向管内喷出。
所述的膛线管的内壁设有螺旋膛线。
本发明的应用上述充填装置充填井下采空区的方法，通过上述充填装置将粉状充填材料充填到井下采空区，实现对井下采空区的充填。
所述的粉状充填材料包括粉煤灰，所述粉煤灰与水混合后充填到井下采空区。
所述的充填方法包括，在采矿工作面的中部开设用于充填的腰巷，将充填器通过腰巷伸入到采空区。
所述的填充方法包括，在采空区隔离充填区，所述的充填装置将充填材料充填到充填区。
所述的充填区为沿采煤工作面走向的长条状，长条状的充填区的两侧分别设有隔离墙，所述隔离墙由混凝土袋和/或粉煤灰袋和/或沙土袋构成。
对采空区进行充填工作与对回采工作面的采煤工作同步进行。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的充填装置及应用该装置充填井下采空区的方法，由于仓泵接收并存储外部供给的粉状充填材料，压缩机向仓泵加入压缩空气后，仓泵内的充填材料通过输灰管路被吹入充填器，由充填器将充填材料射出，实现对充填区的充填，简单实用。
又由于所述的充填器包括收缩管、喉管、扩散管、膛线管和水管，且按文丘里管原理设计，充填材料依次经过收缩管、喉管、扩散管、膛线管并与水管输送的压力水混合后由膛线管射出，膛线管的内壁设有螺旋膛线，喉管为双层管，外层管与水管连接，内层管设有喷水小孔，压力水在文丘里效应及外部压力的双重作用下进入外管与内管之间的环形空间后通过喷水小孔向管内喷出，喷射距离远，充填材料与水混合均匀。
应用上述充填装置实现对井下采空区的充填时没有粉尘，通过文丘里管充填器将粉煤灰与适当比例的水分混合后成为塑性小泥块状，且具有充填效率高、喷射距离远的优点。
又由于在采空区隔离充填区，充填区的两侧分别设有隔离墙，将充填材料充填到充填区。可以节省充填材料，采空区充填与采煤工作可以同步进行，并可扩大开采工作面的宽度，提高开采效率。
又由于所用的粉状填充材料主要为粉煤灰，与水砂充填相比，不用依赖砂子材料，不用排水，充填成本低廉。与膏体充填相比费用低，工艺简单，成本较低。并能够将粉煤灰储存到井下，减少甚至避免粉煤灰对地面环境的污染。实现煤炭从开采、到发电、再到粉煤灰井下回填、最后实现沉陷控制的物质闭环流动，是一种新型的煤矿循环经济模式。适用于各种矿井的充填，尤其适用于煤矿井下充填。
附图说明
图1为本发明充填装置的结构示意图；
图2为充填器的结构示意图；
图3为充填区的平面示意图。
具体实施方式
本发明的充填装置较佳的具体实施方式如图1所示，包括压缩机9、仓泵7、输灰管路6、充填器8，所述仓泵7接收并存储外部供给的粉状充填材料，压缩机9向仓泵7加入压缩空气后，仓泵7内的充填材料通过输灰管路6被吹入充填器8，由充填器8将充填材料射出，实现对充填区的充填。这里的输灰管路6包括地面部分、地面至井下部分、井下部分。
仓泵7可以是一个，也可有多个并联或串联而成，多个仓泵7可以有一台压缩机9供气，也可以有多台压缩机9供气。
其中，压缩机可以采用VFY-6/7-KB型空压机，或其它型号的压缩机；压缩机9与仓泵7之间的供气管及仓泵7及与充填器8之间的输灰管路6采用高压胶管。
如图2所示，所述的充填器8包括收缩管1、喉管2、扩散管3、膛线管4和水管5，且按文丘里管原理设计，所述输灰管路6输送的充填材料依次经过收缩管1、喉管2、扩散管3、膛线管4并与水管5输送的压力水混合后由膛线管4射出。充填器8的后端接输灰管路6，侧面接高压水管，材料选择不锈钢，内表面进行渗锰耐磨处理，也可以选用其它的耐磨、耐腐蚀材料。
所述的喉管2为双层管，外层管与水管5连接，内层管设有喷水小孔，压力水在文丘里效应及外部压力的双重作用下进入外管与内管之间的环形空间后通过喷水小孔向管内喷出。所述的压力水可以为低压水，主要靠文丘里效应将水吸入喉管2，也可以为高压水，主要靠外部压力将水压入喉管2。
所述的膛线管4的内壁设有螺旋膛线，能起到收缩集中充填材料流线，可以使喷射距离加大，喷射点集中的作用。同时，也能进一步使水和粉状充填材料更有效地混合。灰水混合均匀且喷射距离远，可达8～10m。
本发明通过上述充填装置将粉状充填材料充填到井下采空区，实现对井下采空区的充填。
所述的粉状填充材料包括粉煤灰，以粉煤灰为主体，可以实现煤炭从开采、到发电、再到粉煤灰井下回填、最后实现沉陷控制的物质闭环流动，是一种新型的煤矿循环经济模式。
还可以用从矸石山筛分出来的风化矸石碎末，或是从地面挖掘的砂土。这些物料单独或混合后被磨成粉状。
当粉煤灰通过充填器8时，在收缩管1内粉煤灰逐渐加速，到达喉管2处流速最高，在喉管2段小孔喷入压力水，在高速气流的冲击下，水线被粉碎成大量的小液滴，充满整个喉部，高速运动着的粉煤灰尘粒冲破水珠周围的气膜，被吸附在水珠上进入扩散管3。在扩散管3内，气流会出现涡流，使得粉煤灰与水滴进一步充分混合，同时气流的速度逐渐降低，压力逐渐得到恢复。充分混合后的塑态泥状粉煤灰，再经过膛线管4后喷射出去，充填在采空区内。
如图1所示，粉煤灰由电厂的储灰仓泵7，加气压，经地面输灰管路6输送至井口或专用钻孔的孔口；粉煤灰通过井筒或专用钻孔进入井下的仓泵7，再由井下仓泵7，加压，经井下输灰管路6一直输送至充填工作面；粉煤灰经充填器与水混合，在采煤工作面注入采空区。
如图3所示，所述的充填方法包括，在采矿工作面的中部开设用于充填的腰巷，将充填器8通过腰巷伸入到采空区。
所述的填充方法包括，在采空区隔离充填区，所述的充填装置将充填材料充填到充填区。
所述的充填区为沿采掘方向的长条状，长条状的充填区的两侧分别设有隔离墙，所述隔离墙由混凝土袋、粉煤灰袋及沙土袋构成。隔离墙的高度即煤层的厚度，隔离墙之间的间隔宽度可按煤层厚度的1～2倍。边墙最上部0.2m厚不用混凝土袋，改用粉煤灰袋，以适应煤层顶板的下沉，确保混凝土边墙的稳定。
采空区充填与采煤可以同步进行，这样既能发挥充填条带稳定性好，有效控制覆岩与地表沉陷的作用，又能使采煤工作面的斜长加大，有利于提高开采效率和经济效益。
如图3中，若保留条带煤柱为50m宽，采面斜长设计为120m，在采煤工作面倾斜方向的中部，开一条专用于充填的腰巷，在采空区内可充填一个宽40m的充填条带。在充填条带与条带煤柱之间可以保留40m宽的冒落带，以节省充填材料。
本发明能够有效地控制地表沉陷，实现建筑物下安全开采与矿区生态环境保护。与水砂充填相比，不用依赖砂子材料，不用排水，充填成本低廉。与膏体充填相比费用低，工艺简单。并能够将粉煤灰储存到井下，减少甚至避免粉煤灰对地面环境的污染。实现煤炭从开采、到发电、再到粉煤灰井下回填、最后实现沉陷控制的物质闭环流动，是一种新型的煤矿循环经济模式。适用于各种矿井的充填，尤其适用于煤矿的充填。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种充填装置，其特征在于，包括压缩机、仓泵、输灰管路、充填器，所述仓泵接收并存储外部供给的粉状充填材料，压缩机向仓泵加入压缩空气后，仓泵内的充填材料通过输灰管路被吹入充填器，由充填器将充填材料射出，实现对充填区的充填；
所述的充填器包括收缩管、喉管、扩散管、膛线管和水管，所述输灰管路输送的充填材料依次经过收缩管、喉管、扩散管、膛线管并与水管输送的压力水混合后由膛线管射出；
所述的喉管设计为双层管，外层管与水管连接，内层管设有喷水小孔，压力水进入外管与内管之间的环形空间后通过喷水小孔向管内喷出。
2.根据权利要求1所述的充填装置，其特征在于，所述的膛线管的内壁设有螺旋膛线。
3.一种应用权利要求1或2所述的充填装置充填井下采空区的方法，其特征在于，通过所述充填装置将粉状充填材料充填到井下采空区，实现对井下采空区的充填。
4.根据权利要求3所述的充填井下采空区的方法，其特征在于，所述的粉状充填材料包括粉煤灰，所述粉煤灰与水混合后充填到井下采空区。
5.根据权利要求3所述的充填井下采空区的方法，其特征在于，所述的充填方法包括，在采矿工作面的中部开设用于充填的腰巷，将充填器通过腰巷伸入到采空区。
6.根据权利要求3所述的充填井下采空区的方法，其特征在于，所述的充填方法包括，在采空区隔离充填区，所述的充填装置将充填材料充填到充填区。
7.根据权利要求6所述的充填井下采空区的方法，其特征在于，所述的充填区为沿采煤工作面走向的长条状，长条状的充填区的两侧分别设有隔离墙，所述隔离墙由混凝土袋和/或粉煤灰袋和/或沙土袋构成。
8.根据权利要求3至7任一项所述的充填井下采空区的方法，其特征在于，对采空区进行充填工作与对回采工作面的采煤工作同步进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LONGKOU MINING INDUSTRY GROUP CO., LTD. |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Gao Yanfa Inventor after: Di Minghua Inventor after: Pang Fayang Inventor after: Li Yongliang Inventor after: Niu Xueliang Inventor after: Hu Chunling Inventor after: Chang Ying Inventor after: Ding Xiukai Inventor before: Gao Yanfa Inventor before: Di Minghua Inventor before: Pang Fayang Inventor before: Li Yongliang Inventor before: Niu Xueliang Inventor before: Hu Chunling |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: GAO YANFA ZHAI MINGHUA PANG FAYANG LI YONGLIANG NIU XUELIANG HU CHUNLING TO: GAO YANFA ZHAI MINGHUA PANG FAYANG LI YONGLIANG NIU XUELIANG HU CHUNLING CHANG YING DING XIUKAI |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111102 Address after: 100083 Beijing City, Haidian District Institute of China University of Mining and Technology No. 11 Ludwig Co-patentee after: Longkou Mining Group Co., Ltd. Patentee after: China University of Mining & Technology, Beijing Address before: 100083 Beijing City, Haidian District Institute of China University of Mining and Technology No. 11 Ludwig Patentee before: China University of Mining & Technology, Beijing |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101201 Termination date: 20151016 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |