CN102619559A - 一种矿山采空区充填流体材料的装置系统及充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山采空区充填流体材料的装置系统及充填方法，液压支架后端设有工作间，工作间靠采空区侧设有升降侧护板和固定侧护板，固定侧护板与液压支架底座固定连接，升降侧护板与固定侧护板可滑移连接，升降侧护板一端与液压油缸连接，另一端镶嵌有橡胶垫，柔性隔离模筒绕橡胶垫顶端进入液压支架后方的采空区内，柔性隔离模筒由两层高强纤维布缝制而成，第二层高强纤维布设有注入筒，注入筒内插入充填输送管绑扎连接，隔离模筒接续通过手提缝纫机缝线连接，充填材料通过输送管经由注入筒向采空区的柔性隔离模筒内注入充填。本发明结构简单、成本低、隔绝性好、速度快、人员不在采空区作业，广泛用于煤矿，冶金矿山等行业。

Description

一种矿山采空区充填流体材料的装置系统及充填方法

技术领域

本发明涉及矿山采空区的充填，具体涉及一种矿山采空区充填流体材料的装置系统及充填方法。

背景技术

人们将有用的矿石从地下开采后运至地面，此时地下留有大片的采空区，采空区由于受矿山压力的作用，采空区上方就形成地面下沉，尤其是河流、铁路、村庄受到影响更大，为此，矿山开采经过上述地区时，人们为了不使采空区形成地面下沉，人们将采空区进行充填，其采空区进行充填的方法较多，传统的充填有固体材料充填和流体材料充填两种方式，固体充填材料运输较为困难，流体材料充填则需要模板，例如中国专利申请号200910185319.5，提供了一种采空区袋式充填方法，从开切眼起，在采空区内间隔吊挂多个柔性充填袋，并在柔性充填袋外侧柱设依托于单体支柱的模板，向袋内充填含水量达85％以上的高水材料浆液至饱满，待袋内高水材料凝固后，拆除模板和单体支柱，完成一排充填循环，随着采煤工作面的推进，继续下一排充填作业，紧靠前排吊挂柔性充填袋，进行下一循环的挂袋充填，周而复始，直至完成整个采空区的充填作业，上述充填袋的长度为10-20m，宽度为2-3m，高度与工作面采高相同。

上述的一种采空区袋式充填方法存在如下问题：柔性充填袋通过多颗单体挂设，并在柔性充填袋四周围一圈刚性模板，并通过单体支柱固定，单体及刚性模板搬运困难，支模难度大；需要向多个柔性充填袋内充填，输送管头需要经常接管、拆管，劳动量大；柔性充填袋前后左右部分互相重叠导致用量大，价格高；柔性充填袋采用风筒布，材质强度低，一处漏浆导致全体积漏浆，难以适应大体积充填；大量施工人员在采空区挂袋、架设单体支柱、拼接刚性模板，安全管理难度大；上述采空区袋式充填方法难以适应大规模开采需要，影响回采速度。

发明内容

本发明的目的提供一种施工简单、速度快、人员不在采空区作业、安全可靠、隔绝性好、不影响回采速度，造价低的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统。

本发明的另一目的提供充填方法。

为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种矿山采空区充填流体材料的装置系统，包括采煤工作面、液压支架、采空区，所述采煤工作面设有多台液压支架，所述液压支架的支柱一端与液压支架的底座连接，另一端与液压支架的顶梁连接，本发明的特殊之处在于所述液压支架后端设有工作间，工作间顶部为液压支架的顶梁，底部置有液压支架的底座，靠采空区右侧设有升降侧护板和固定侧护板，所述升降侧护板与固定侧护板滑移连接，固定侧护板与液压支架的底座固定连接，所述升降侧护板一端与液压油缸连接，液压油缸与液压支架的底座固定连接，所述升降侧护板另一端镶嵌有橡胶垫，所述升降侧护板与液压支架最靠近采空区一排的支柱的距离f为0.4～1.5m；其中，在工作间与采空区之间放置有一次性封闭柔性隔离模筒，所述一次性封闭柔性隔离模筒由第一层高强纤维布、第二层高强纤维布缝制而成，所述第二层高强纤维布设有注入筒，所述注入筒为双层纤维布缝制而成，所述注入筒内插入充填输送管绑扎连接，所述一次性封闭柔性隔离模筒绕橡胶垫上端进入液压支架后方的采空区内，在工作间内一次性封闭柔性隔离模筒通过手提缝纫机缝接沿采矿工作面回采方向接长，柔性隔离模筒不断接长最终形成一个与采煤工作面采空区的长宽高相同的大型封闭体，充填流体材料通过充填输送管经由注入筒向采空区的一次性封闭柔性隔离模筒内分次分段注入充填。

所述注入筒为双层筒状结构，注入筒内层置于柔性隔离模筒内部，注入筒外层置于柔性隔离模筒外部，充填输送管拔管后注入筒内层自动封闭。

一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，按下述步骤进行：

1)、预先制作第一层高强纤维布、第二层高强纤维布，第二层高强纤维布上设有注入筒；

2)、在液压支架后端的工作间内用手提缝纫机缝制接长线，接长第一层高强纤维布和第二层高强纤维布，用手提缝纫机缝制缝合线，缝合工作面两端头处的第一层高强纤维布与第二层高强纤维布的边缘，形成与采空区横断面周边相等的筒状体即一次性封闭柔性隔离模筒；

3)、采煤工作面回采时随着移动液压支架的移动，柔性隔离模筒继续向后拉伸铺设；

4)、回采达到1-10m步距后，升起升降侧护板，柔性隔离模筒被夹持在液压支架的顶梁上，夹持处的柔性隔离模筒的第一层高强纤维布与第二层高强纤维布紧密接触，采空区内的柔性隔离模筒形成封闭空间；

5)、注入筒内层置于采空区的柔性隔离模筒内，注入筒外层与充填输送管绑扎连接；

6)、当柔性隔离模筒安装完成后，流体材料充填料通过输送管经由注入筒注入采空区的柔性隔离模筒内；

7)、采空区直至注满后拔出充填输送管，注入筒内层实现自封闭，最终采空区有效与液压支架隔绝充填；

8)、流体充填材料凝固后，降下升降侧护板，重复2)、3)、4)、5)、6)、7)的步骤，周而复始，直至充满整个工作面的采空区；

9)、所述充填流体材料是以水作为运输载体具有高流动性的充填材料，包含高水材料、黄土与砂和水的混合浆液、矸石混凝土、泡沫混凝土。

所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，当一次性封闭柔性隔离模筒内充填含高水材料时，其特征在于所述的一次性封闭柔性隔离模筒的第二层高强纤维布上涂覆有防水涂料。

本发明的有益效果是：具有结构简单、成本低、工艺简便、速度快、安全可靠、隔绝性好、充填速度快、不影响回采速度的特点，采用与采空区断面大小相等的一次性柔性隔离模筒，采空区充填断面无堆砌空间，整体性好，液压支架尾部不漏浆液，不用拆除模板，可实现采煤工作面液压支架与采空区有效隔绝，而且人员不在采空区作业，满足安全高效生产的要求，广泛用于煤矿，冶金矿山等行业。

附图说明

图1为综合机械化采煤工作面、液压支架、采空区相互位置关系平面示意图；

图2为图1的一次性封闭柔性隔离模筒结构三维示意图；

图3为本发明的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统示意图；

图4为图1的一次性封闭柔性隔离模筒结构平面示意图；

图5为图4的一次性封闭柔性隔离模筒I-I剖面图；

图6为图4的一次性封闭柔性隔离模筒II-II剖面图；

图7为本发明的液压支架前方铺设柔性隔离模筒进行采空区充填的实施例2示意图。

图中：1-第一层高强纤维布，2-第二层高强纤维布，3-一次性封闭柔性隔离模筒，4-液压支架的底座，5-液压支架的支柱，6-注入筒，6-1-注入筒外层，6-2-注入筒内层，7-液压支架的顶梁，8-升降侧护板，9-橡胶垫，10-固定侧护板；11-采空区，12-充填输送管，13-充填体，14-液压油缸，15-接长线，15-1-缝合线，16-采煤工作面，17-液压支架，18-液压支架的后尾梁，19-工作间。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明内容作进一步说明：

实施例1

参照图1～图6所示：一种矿山采空区充填流体材料的装置系统，包括采煤工作面16、液压支架17、采空区11，所述采煤工作面16设有多台液压支架17，所述液压支架的支柱5一端与液压支架的底座4连接，另一端与液压支架的顶梁7连接，其特征在于所述液压支架17后端设有工作间19，工作间19顶部为液压支架的顶梁7，底部置有液压支架的底座4，靠采空区11右侧分别设有升降侧护板8和固定侧护板10，所述升降侧护板8与固定侧护板10滑移连接，固定侧护板10与液压支架的底座4固定连接，所述升降侧护板8一端与液压油缸14连接，液压油缸14与液压支架的底座4固定连接，所述升降侧护板8另一端镶嵌有橡胶垫9，所述升降侧护板8与液压支架最靠近采空区一排的支柱5的距离f为0.4～1.5m；其中，在工作间19与采空区11之间放置有一次性封闭柔性隔离模筒3，所述一次性封闭柔性隔离模筒3由第一层高强纤维布1、第二层高强纤维布2缝制而成，所述第二层高强纤维布2设有注入筒6，所述注入筒6为双层纤维布缝制而成，所述注入筒6内插入充填输送管12绑扎连接，所述一次性封闭柔性隔离模筒3绕橡胶垫9上端进入液压支架17后方的采空区内，在工作间21内一次性封闭柔性隔离模筒3通过手提缝纫机缝接沿采矿工作面回采方向接长，柔性隔离模筒3不断接长最终形成一个与采煤工作面采空区11的长宽高相同的大型封闭体，充填流体材料通过充填输送管12经由注入筒6向采空区11的一次性封闭柔性隔离模筒3内分次分段注入充填。

所述注入筒6为双层筒状结构，注入筒内层6-2置于柔性隔离模筒内部，注入筒外层6-1置于柔性隔离模筒外部，充填输送管拔管后注入筒内层6-2自动封闭。

所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，按下述步骤进行：

1)、预先制作第一层高强纤维布1、第二层高强纤维布2，第二层高强纤维布2上设置注入筒6，第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2各自的长a为100～300m，宽c为2～10m，注入筒6的孔径为0.2～0.4m；

2)、在工作间19内用手提缝纫机缝制接长线15，接长第一层高强纤维布1和第二层高强纤维布2，用手提缝纫机缝制缝合线15-1，缝合工作面两端头处的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2的边缘，形成与采空区11横断面周边相等的筒状体即一次性封闭柔性隔离模筒3；

3)、采煤工作面16回采时随着移动液压支架17的移动，柔性隔离模筒3继续向后拉伸铺设；

4)、回采达到1-10m步距后，升起升降侧护板8，柔性隔离模筒3被夹持在液压支柱的顶梁7上，夹持处的柔性隔离模筒3的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2紧密接触，采空区11内的柔性隔离模筒3形成密闭空间；

5)、注入筒内层6-1置于采空区11的柔性隔离模筒内3，注入筒外层6-1与充填输送管12绑扎连接；

6)、当柔性隔离模筒3安装完成后，流体材料充填料通过输送管12经由注入筒6注入采空区11的柔性隔离模筒3内；

7)、采空区11直至注满后拔出输送管12，注入筒内层6-2实现自封闭，最终采空区11有效与液压支架17隔绝充填；

8)、流体充填材料凝固后，降下升降侧护板8，重复2)、3)、4)、5)、6)、7)的步骤，周而复始，直至充满整个工作面的采空区11；

9)、所述充填流体材料为高水材料，高水材料由甲料和乙料构成，甲料是以特制的甲料熟料为基本材料与少量的甲料添加剂A混合粉磨而成，甲料配合比为：甲料熟料∶添加剂＝95-98％∶2-5％，乙料是以天然硬石膏、生石灰或熟石灰及少量乙料添加剂混合粉磨而成，乙料配合比为：天然硬石膏∶石灰或熟石灰∶添加剂＝65-80％∶20-35％∶2-5％，高水材料的甲料与乙料的配合比为：甲料∶乙料＝1∶1(质量比)，水灰比为50-90％(体积比)。

所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，当一次性封闭柔性隔离模筒3内充填含高水材料时，其特征在于所述的一次性封闭柔性隔离模筒3的第二层高强纤维布2上涂覆有防水涂料。

综上所述，充填流体材料按照预先设计的配比在地面搅拌站搅拌后，通过泥浆泵或自重经由管道送入地下采空区的一次性封闭柔性隔离模筒3内进行充填，所述的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2的抗拉强度均为20000-100000N/m(即1m宽的一层纤维布的抗拉强度达到2吨到10吨)，采空区11充填完毕后一次性封闭柔性隔离模筒3形成了一个与采空区11空间大小相同的整体式大模板。

实施例2

参照图1、图2、图4～图7所示：一种矿山采空区充填流体材料的装置系统，包括采煤工作面16、液压支架17、采空区11，所述采煤工作面16设有多台液压支架17，液压支架17的后尾梁18处开了一个直径为0.2～0.5m的孔，一次性封闭柔性隔离模筒3由第一层高强纤维布1、第二层高强纤维布2缝制而成，所述第二层高强纤维布设有注入筒6，所述注入筒6为双层纤维布缝制而成，所述注入筒6内插入充填输送管12绑扎连接，所述一次性封闭柔性隔离模筒3绕液压支架顶梁7前端上部进入液压支架17后方的采空区11内，一次性封闭柔性隔离模筒3通过手提缝纫机缝接连接沿采矿工作面回采方向接长，柔性隔离模筒3不断接长最终形成一个与采煤工作面采空区11的长宽高相同、分别为e＝500-4000m、a＝100-300m、b＝0.5-6m的的大型封闭体，流体充填材料通过充填输送管12经由注入筒6向采空区的一次性封闭柔性隔离模筒3内分次分段注入充填。

所述注入筒6为双层筒状结构，注入筒内层6-2置于柔性隔离模筒3内部，注入筒6-1外层置于柔性隔离模筒外部，充填输送管12拔管后内层注入筒6自动封闭。

所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，按下述步骤进行：

1)、预先制作第一层高强纤维布1、第二层高强纤维布2，第二层高强纤维布2上设置注入筒6，第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2各自的长a为100～300m，宽c为2～10m，注入筒6的孔径为0.2～0.4m；

2)、在液压支架17掩护下用手提缝纫机缝制接长线15，接长第一层高强纤维布1和第二层高强纤维布2，用手提缝纫机缝制缝合线15-1，缝合工作面两端头处的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2的边缘，形成与采空区11横断面周边相等的筒状体即一次性封闭柔性隔离模筒3；

3)、采煤工作面11回采时随着移动液压支架17的移动，柔性隔离模筒3继续向后拉伸铺设；

4)、回采达到1-10m步距后，升起液压支架顶梁7，柔性隔离模筒3被夹持在液压支架的顶梁7上方与煤层顶板密贴，夹持处的柔性隔离模筒3的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2紧密接触，采空区11内的柔性隔离模筒3形成封闭空间；

5)、注入筒内层6-2置于采空区11的柔性隔离模筒3内，注入筒外层6-1与充填输送管12绑扎连接；

6)、当柔性隔离模筒3安装完成后，流体材料充填料通过输送管12经由注入筒6注入采空区的柔性隔离模筒3内；

7)、采空区11直至注满后拔出输送管12，注入筒6实现自封闭，最终采空区11有效与液压支架17隔绝充填；

8)、流体充填材料凝固后，降下液压支架顶梁7，重复2)、3)、4)、5)、6)、7)的步骤，周而复始，直至充满整个工作面的采空区11；

9)、所述充填流体材料为高水材料，高水材料由甲料和乙料构成，甲料是以特制的甲料熟料为基本材料与少量的甲料添加剂A混合粉磨而成，甲料配合比为：甲料熟料∶添加剂＝95-98％∶2-5％，乙料是以天然硬石膏、生石灰或熟石灰及少量乙料添加剂混合粉磨而成，乙料配合比为：天然硬石膏∶石灰或熟石灰∶添加剂＝65-80％∶20-35％∶2-5％，高水材料的甲料与乙料的配合比为：甲料∶乙料＝1∶1(质量比)，水灰比为50-90％(体积比)。

所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，当一次性封闭柔性隔离模筒3内充填含高水材料时，其特征在于所述的一次性封闭柔性隔离模筒3的第二层高强纤维布2上涂覆有防水涂料。

综上所述，充填流体材料按照预先设计的配比在地面搅拌站搅拌后，通过泥浆泵或自重经由管道送入地下采空区的一次性封闭柔性隔离模筒3内进行充填，所述的第一层高强纤维布1与第二层高强纤维布2的抗拉强度均为20000-100000N/m(即1m宽的一层纤维布的抗拉强度达到2吨到10吨)，采空区11充填完毕后一次性封闭柔性隔离模筒3形成了一个与采空区11空间大小相同的整体式大模板。

综上所述，实施例1与实施例2的不同之处在于，实施例1为在液压支架17后方铺设柔性隔离模筒3，需要配置特殊的液压支架17，特殊的液压支架17后端设有工作间19，实施例2为在液压支架17前方铺设柔性隔离模筒3，可采用普通的液压支架17。

Claims (4)

1.一种矿山采空区充填流体材料的装置系统，包括采煤工作面(16)、液压支架(17)、采空区(11)，所述采煤工作面(16)设有多台液压支架(17)，所述液压支架的支柱(5)一端与液压支架的底座(4)连接，另一端与液压支架的顶梁(7)连接，其特征在于所述液压支架(17)后端设有工作间(19)，工作间(19)顶部为液压支架的顶梁(7)，底部置有液压支架的底座(4)，靠采空区(11)右侧分别设有升降侧护板(8)和固定侧护板(10)，所述升降侧护板(8)与固定侧护板(10)滑移连接，固定侧护板(10)与液压支架的底座(4)固定连接，所述升降侧护板(8)一端与液压油缸(14)连接，液压油缸(14)与液压支架的底座(4)固定连接，所述升降侧护板(8)另一端镶嵌有橡胶垫(9)，升降侧护板(8)与液压支架最靠近采空区一排的支柱(5)的距离f为0.4～1.5m；其中，在工作间(19)与采空区(11)之间放置有一次性封闭柔性隔离模筒(3)，所述一次性封闭柔性隔离模筒(3)由第一层高强纤维布(1)、第二层高强纤维布(2)缝制而成，所述第二层高强纤维布(2)设有注入筒(6)，所述注入筒(6)为双层纤维布缝制而成，所述注入筒(6)内插入充填输送管(12)绑扎连接，所述一次性封闭柔性隔离模筒(3)绕橡胶垫(9)上端进入液压支架(17)后方的采空区(11)内，在工作间(19)内一次性封闭柔性隔离模筒(3)通过手提缝纫机缝接沿采矿工作面回采方向接长，柔性隔离模筒(3)不断接长最终形成一个与采矿工作面采空区(11)的长宽高相同的大型封闭体，充填流体材料通过充填输送管(12)经由注入筒(6)向采空区(11)的一次性封闭柔性隔离模筒(3)内分次分段注入充填。

2.根据权利要求1所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统，其特征在于所述注入筒(6)为双层筒状结构，注入筒内层(6-2)置于柔性隔离模筒(3)内部，注入筒外层(6-1)置于柔性隔离模筒(3)外部，充填输送管(11)拔管后注入筒内层(6-2)自动封闭。

3.一种如权利要求1所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，按下述步骤进行：

1)、预先制作第一层高强纤维布(1)、第二层高强纤维布(2)，第二层高强纤维布(2)上设置注入筒(6)；

2)、在液压支架(17)后端的工作间(19)内用手提缝纫机缝制接长线(15)，接长第一层高强纤维布(1)和第二层高强纤维布(2)，用手提缝纫机缝制缝合线(15-1)，缝合工作面两端头处的第一层高强纤维布(1)与第二层高强纤维布(2)的边缘，形成与采空区(11)横断面周边相等的筒状体即一次性封闭柔性隔离模筒(3)；

3)、采煤工作面(16)回采时随着移动液压支架(17)的移动，柔性隔离模筒(3)继续向后拉伸铺设；

4)、回采达到1-10m步距后，升起升降侧护板(8)，柔性隔离模筒(3)被夹持在液压支架的顶梁(7)上，夹持处的柔性隔离模筒(3)的第一层高强纤维布(1)与第二层高强纤维布(2)紧密接触，采空区(11)内的柔性隔离模筒(3)形成封闭空间；

5)、注入筒内层(6-2)置于采空区(11)的柔性隔离模筒(3)内，注入筒外层(6-1)与充填输送管(12)绑扎连接；

6)、当柔性隔离模筒(3)安装完成后，流体材料充填料通过输送管(12)经由注入筒(6)注入采空区(11)的柔性隔离模筒(3)内；

7)、采空区(11)直至注满后拔出充填输送管(12)，注入筒内层(6-2)实现自封闭，最终采空区(11)有效与液压支架(17)隔绝充填；

8)、流体充填材料凝固后，降下升降侧护板(8)，重复2)、3)、4)、5)、6)、7)的步骤，周而复始，直至充满整个工作面的采空区(11)；

9)、所述充填流体材料是以水作为运输载体具有高流动性的充填材料，包含高水材料、黄土与砂和水的混合浆液、矸石混凝土、泡沫混凝土。

4.根据权利要求3所述的一种矿山采空区充填流体材料的装置系统的充填方法，当一次性封闭柔性隔离模筒(3)内充填高水材料时，其特征在于所述的一次性封闭柔性隔离模筒(3)的第二层高强纤维布(2)上涂覆有防水涂料。

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