CN103437792B - 充填密封装置及其充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了充填密封装置，其包括:液压支架和用于透水而不透浆的土工布；所述液压支架后部设置可以升降的上侧护板和下侧护板；所述土工布一端设置在顶板与所述上侧护板的顶部之间，另一端设置在底板与所述下侧护板的底部之间，并位于充填一侧；所述上侧护板的顶部和下侧护板的下部均设置柔性材料；所述上侧护板通过柔性材料将所述土工布的一侧与顶板挤紧压实，所述下侧护板通过柔性材料将所述土工布的另一侧与底板挤紧压实，从而将采空区内的待充填区域形成密闭空间。本发明还公开了使用充填密封装置进行充填的方法。本发明节省了传统充填过程中大量辅助材料（挂袋）的消耗以及工人劳动量，降低了成本且提高了效率，能保证充填时不漏浆。

Description

充填密封装置及其充填方法

技术领域

本发明涉及充填密封技术领域，特别是涉及一种充填密封装置及其充填方法。

背景技术

目前，在煤炭开采领域控制地表沉陷的技术措施主要是条带开采和充填开采。其中，充填开采是指在工作面的回采过程中或开采后，采用相对廉价的充填材料将采空区充填密实的方法。目的是通过充填体对上覆岩层的支撑，减小覆岩破坏和地表移动变形，从而减小地表沉陷、地下水流失等生态与地质灾害，同时，为回采工作面创造更加安全的作业条件。在使用胶结材料进行充填的综采工艺中，由于胶结材料具有较强的流动性，需要首先对待充填空间进行密闭。目前密闭通常采用的是挂袋方式，向袋充入充填材料，通过袋装的充填材料对充填空间进行充填。由于袋是六面体，且每个待充填空间沿工作面方向很长，因此需要不止一个袋，这就导致会出现缝合袋需要的模、布等材料较多，造成缝制工作量大，成本高的问题。由于通过袋装的充填材料从而实现填充空间的填充，所以也就导致了无法回收袋，进一步造成了浪费。由于挂袋是在挂在充填的一侧，在充填时容易发生渗、漏浆液的问题，从而影响充填效果。另外需要工人到支架后方没有支护的采空区进行吊挂，这对工作的操作安全会造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效防止渗、漏浆液的充填密封装置及其充填方法。

本发明提供的一种充填密封装置，其包括液压支架和用于透水而不透浆的土工布；所述液压支架后部设置可以升降的上侧护板和下侧护板；所述土工布一端设置在顶板与所述上侧护板的顶部之间，另一端设置在底板与所述下侧护板的底部之间，并位于充填一侧；所述上侧护板的顶部和下侧护板的下部均设置柔性材料；所述上侧护板通过柔性材料将所述土工布的一侧与顶板挤紧压实，所述下侧护板通过柔性材料将所述土工布的另一侧与底板挤紧压实，从而将采空区内的待充填区域形成密闭空间。

进一步地，所述上侧护板与所述下侧护板之间滑移连接。

进一步地，所述下侧护板一侧通过液压油缸与所述液压支架的固定板连接，并在该侧下端设有用于固定土工布的第一固定件；所述上侧护板一侧与液压油缸连接，并在该侧上端设有用于固定土工布的第二固定件。第一固定件和第二固定件具体可以是挂钩或其他等同替代物，不限于此。

进一步地，所述上侧护板上端为平面；该平面的长×宽=1300×200mm～1600×400mm；所述下侧护板下端为平面，该平面的长×宽=1300×200mm～1600×400mm。

进一步地，所述土工布至少是丙纶和涤纶中的一种；

进一步地，所述柔性材料包括稻草束和泡沫板。

本发明还公开一种使用充填密封装置进行充填的方法，其包括：

升起下侧护板，在位于充填的一侧，将土工布下边缘置于所述下侧护板下端，在所述土工布下边缘下方放置柔性材料，降下下侧护板，压紧压实，保证所述下侧护板下端不渗、漏浆液；

降下上侧护板，在位于充填的一侧，在上侧护板上方放置柔性材料，将土工布上边缘置于所述柔性材料上方，升起上侧护板，压紧压实，保证所述上侧护板上端不渗、漏浆液；

将充填管路穿过土工布，向采空区充填高水材料，待充填体凝固后，降下支架顶梁，向前移动支架，然后降下所述上侧护板、升起所述下侧护板，将所述土工布与充填体脱开取下，之后将所述上侧护板上方和所述下侧护板下方的柔性材料取下，待下个循环复用。

进一步地，所述高水材料为质量比为水：粉煤灰：生石灰：水泥：添加剂=45:44:8:2:1；或质量比为水：粉煤灰：风积砂：生石灰：水泥：添加剂=33:33:23:8:2:1；或质量比为水：粉煤灰：河沙：生石灰：水泥：添加剂=37:33:19:7:3:1；或质量比为水：粉煤灰：矸石粉：生石灰：水泥：添加剂=41:30:19:6:2.5:1.5。

进一步地，该方法还包括预先制作透水但不透浆的土工布，所述土工布的强度1～2MPa，宽度W=煤层厚度H+2m、长度L=10～20m，所述H=1.0～5.0m。

进一步地，所述柔性材料的厚度不大于400mm。

进一步地，该方法还包括在所述柔性材料和所述土工布接触的部位，将所述柔性材料和所述土工布卷曲起来进行放置。

本发明提供的充填密封装置及其充填方法，采用综采液压支架后端的上、下侧护板作为充填挡墙，以土工布为挡浆主体，因此节省了传统充填过程中大量辅助材料（挂袋）的消耗以及工人劳动量，降低了成本且提高了效率；由于顶板和底板起伏不平，通过向侧护板上部、下部放置柔性材料实现土工布与顶底板的紧密配合，以保证充填时不漏浆；通过开采后对采空区进行充填的方式，对覆岩破坏和地表下沉起到良好的控制作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的充填密封装置的结构示意图。

其中，1、顶板；2、支架顶梁；3、支架底座；4、土工布；5、上侧护板；6、充填管道口；7、下侧护板7；8、固定挡板；9、液压油缸；10、充填体；11、底板。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供的一种充填密封装置，其包括液压支架和用于透水而不透浆的土工布4。液压支架后部设置可以升降的上侧护板5和下侧护板7。土工布4一端设置在顶板与上侧护板5的顶部之间，另一端设置在底板11与下侧护板7的底部之间，并位于充填一侧；上侧护板5的顶部和下侧护板7的下部均设置柔性材料；上侧护板5通过柔性材料将土工布4的一侧与顶板1挤紧压实，下侧护板7通过柔性材料将所土工布4的另一侧与底板11挤紧压实，从而将采空区内的待充填区域形成密闭空间。升降上侧护板5与升降下侧护板7可滑移连接。升降上侧护板5一侧（非充填侧）与液压油缸9连接，并在该侧上端设有挂钩。升降下侧护板7一侧（非充填侧）与液压油缸9连接，并在该侧下端设挂钩（图中未示出）。通过在上侧护板5与升降下侧护板7侧端设置挂钩可以进一步固定土工布4。土工布4至少是丙纶和涤纶中的一种。柔性材料则采用稻草束和泡沫板。上侧护板5上开口，将充填管道口6插入开口并穿过土工布，从而对后方采空区进行充填。上侧护板上端为平面；该平面的长×宽=1300×200mm～1600×400mm；下侧护板下端为平面，该平面的长×宽=1300×200mm～1600×400mm。

本发明实施例还提供一种基于图1所示充填密封装置的充填方法，包括：

预先制作透水但不透浆的土工布4。土工布4的强度1～2MPa，防止充填浆液侧压将土工布撑破。土工布4的宽度W=煤层厚度H+2m、长度L=10～20m，以保证密封效果。其中，煤层厚度H=1.0～5.0m。值得强调的是，以上参数是经过发明人在充填坑道中冒着危险做过大量实验，付出艰辛的劳动才得到的，非本领域技术人员通过有限的实验就能得到。铺设时，土工布4长度沿充填工作面方向，宽度沿煤层高度方向。

升起下侧护板7，将土工布4宽度下边缘置于下侧护板7下端。置于下侧护板下端的土工布宽度不小于侧护板7下端的平面宽度。在土工布4宽度下边缘下方放置稻草束和泡沫板。稻草束和泡沫板的总厚度根据底板平整度而定，一般不超过400mm。放置好后，降下下侧护板7，压紧压实，保证不渗、漏浆液。

降下上侧护板5，在上侧护板5上放置稻草束和泡沫板。稻草束和泡沫板的总厚度根据顶板平整度而定，一般不超过400mm。将土工布4宽度上边缘置于稻草束和泡沫板上端。置于上侧护板上端的土工布4宽度应不小于上侧护板上端平面宽度升起上侧护板5，压紧压实，保证不渗、漏浆液。

从充填工作面一端开始，按顺序将每个综采充填液压支架与土工布4按照上述操作工序做好密封工作，将采空区待充填空间密闭完好。例如，密封装置的前端平行于采煤工作面，而且根据采煤工作面的宽度将多台密封装置并排，使多台密封装置后端的竖直挡墙共同形成一面充填挡墙，由采煤工作面一端向另一端依次操作。

将充填管路穿过土工布4（密封好），向采空区充填高水材料，待充填体凝固后，首先稍微降下支架顶梁，向前移动支架，然后降下上侧护板5、升起下侧护板7，将土工布4与充填体脱开取下，之后将上侧护板5上部和下侧护板7下部的稻草束和泡沫板取下，待下个循环复用。

下面结合具体实施例对本发明实施例提出的充填密封装置及其充填方法的工作原理做具体说明。

实施例一

工作时，液压支架3的前端平行于采煤工作面，而且需要根据采煤工作面的宽度将多台液压支架并排，使多台液压支架3后端的上、下侧护板共同形成充填挡墙。升降下侧护板7首先升起70mm，将土工布4宽度下边缘置于下侧护板7的下端，然后在土工布4宽度下边缘的下方放置稻草和泡沫板等材料（厚度可以是40mm），降下下侧护板7，并压紧土工布4。上侧护板5降下200mm，在上侧护板5上放置稻草束和泡沫板等材料（厚度可以是70mm）后，将土工布4宽度上边缘置于稻草束和泡沫板等材料上端。升起上侧护板5，压紧压实，保证不渗、漏浆液。由机尾向机头，逐架重复上述动作做好密封工作，然后将高水材料（水：粉煤灰：生石灰：水泥：添加剂（质量比）=45:44:8:2:1，其中，添加剂包括石膏和铝粉。由于采用采用的原料是大部分矿区常见且大量存在，能够满足需求且成本低。而且采用这种成分比例能够满足强度、凝固时间、泌水率、流动度等井下充填性能指标要求。）填充入上下侧护板与已充填区之间的密闭空间中，待高水材料凝固后，采煤机沿工作面推进下一个步距，液压支架3随采煤工作面移动，然后重复上述动作，边开采边充填。此实施例选取的土工布4的强度1.2Mpa，宽度W=H（3.2m）+2m、长度L=12m。上侧护板上端为平面，长×宽=1300mm×200mm；下侧护板下端为平面，长×宽=1300mm×200mm。

实施例二

工作时，液压支架3的前端平行于采煤工作面，而且需要根据采煤工作面的宽度将多台液压支架并排，使多台液压支架3后端的上、下侧护板共同形成充填挡墙。升降下侧护板7首先升起80mm，将土工布4宽度下边缘置于下侧护板7的下端，然后在土工布4宽度下边缘的下方放置稻草和泡沫板等材料（厚度可以是40mm），降下下侧护板7，并压紧土工布4。上侧护板5降下220mm，在上侧护板5上放置稻草束和泡沫板等材料（厚度可以是80mm）后，将土工布4宽度上边缘置于稻草束和泡沫板等材料上端。升起上侧护板5，压紧压实，保证不渗、漏浆液。由机尾向机头，逐架重复上述动作做好密封工作，然后将高水材料（水：粉煤灰：风积砂：生石灰：水泥：添加剂:（质量比）=33:33:23:8:2:1。其中，添加剂包括石膏和铝粉。该配比高水材料可有利于我国西北地区广泛存在风积砂的煤矿实施充填。）填充入上下侧护板与已充填区之间的密闭空间中，待高水材料凝固后，采煤机沿工作面推进下一个步距，液压支架3随采煤工作面移动，然后重复上述动作，边开采边充填。此实施例选取的土工布4的强度1.5Mpa，宽度W=H（3.5m）+2m、长度L=15m。上侧护板上端为平面，长×宽=1400mm×250mm；下侧护板下端为平面，长×宽=1450mm×300mm。

实施例三

工作时，液压支架3的前端平行于采煤工作面，而且需要根据采煤工作面的宽度将多台液压支架并排，使多台液压支架3后端的上、下侧护板共同形成充填挡墙。升降下侧护板7首先升起90mm，将土工布4宽度下边缘置于下侧护板7的下端，然后在土工布4宽度下边缘的下方放置稻草和泡沫板等材料（厚度可以是45mm），降下下侧护板7，并压紧土工布4。上侧护板5降下250mm，在上侧护板5上放置稻草束和泡沫板等材料（厚度可以是85mm）后，将土工布4宽度上边缘置于稻草束和泡沫板等材料上端。升起上侧护板5，压紧压实，保证不渗、漏浆液。由机尾向机头，逐架重复上述动作做好密封工作，然后将高水材料（水：粉煤灰：河沙：生石灰：水泥：添加剂:（质量比）=37:33:19:7:3:1。其中，添加剂包括石膏和铝粉。该配比高水材料可有利于周边广泛存在河沙的煤矿实施充填。）填充入上下侧护板与已充填区之间的密闭空间中，待高水材料凝固后，采煤机沿工作面推进下一个步距，液压支架3随采煤工作面移动，然后重复上述动作，边开采边充填。此实施例选取的土工布4的强度1.7Mpa，宽度W=H（3.7m）+2m、长度L=17m。上侧护板上端为平面，长×宽=1500mm×300mm；下侧护板下端为平面，长×宽=1560mm×330mm。

实施例四

工作时，液压支架3的前端平行于采煤工作面，而且需要根据采煤工作面的宽度将多台液压支架并排，使多台液压支架3后端的上、下侧护板共同形成充填挡墙。升降下侧护板7首先升起110mm，将土工布4宽度下边缘置于下侧护板7的下端，然后在土工布4宽度下边缘的下方放置稻草和泡沫板等材料（厚度可以是50mm），降下下侧护板7，并压紧土工布4。上侧护板5降下300mm，在上侧护板5上放置稻草束和泡沫板等材料（厚度可以是110mm）后，将土工布4宽度上边缘置于稻草束和泡沫板等材料上端。升起上侧护板5，压紧压实，保证不渗、漏浆液。由机尾向机头，逐架重复上述动作做好密封工作，然后将高水材料（水：粉煤灰：矸石粉：生石灰：水泥：添加剂:（质量比）=41:30:19:6:2.5:1.5。其中，添加剂包括石膏和铝粉。该配比高水材料可有利于矸石排放量大的煤矿实施充填。）填充入上下侧护板与已充填区之间的密闭空间中，待高水材料凝固后，采煤机沿工作面推进下一个步距，液压支架3随采煤工作面移动，然后重复上述动作，边开采边充填。此实施例选取的土工布4的强度2.0Mpa，宽度W=H（4.0m）+2m、长度L=20m。上侧护板上端为平面，长×宽=1600mm×380mm；下侧护板下端为平面，长×宽=1600mm×380mm。

本发明实施例提供的充填密封装置及其充填方法，采用综采液压支架后端的上、下侧护板作为充填挡墙，以土工布为挡浆主体，因此节省了传统充填过程中大量辅助材料（挂袋）的消耗以及工人劳动量，降低了成本且提高了效率；由于顶板和底板起伏不平，通过向侧护板上部、下部放置柔性材料实现土工布与顶底板的紧密配合，以保证充填时不漏浆；通过开采后对采空区进行充填的方式，对覆岩破坏和地表下沉起到良好的控制作用。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，广泛用于煤矿综合机械化充填采煤等领域。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种充填密封装置，其特征在于，包括:

液压支架和用于透水而不透浆的土工布；

所述液压支架后部设置可以升降的上侧护板和下侧护板；所述土工布一端设置在顶板与所述上侧护板的顶部之间，另一端设置在底板与所述下侧护板的底部之间，并位于充填一侧；所述上侧护板的顶部和下侧护板的下部均设置柔性材料；所述上侧护板通过柔性材料将所述土工布的一侧与顶板挤紧压实，所述下侧护板通过柔性材料将所述土工布的另一侧与底板挤紧压实，从而将采空区内的待充填区域形成密闭空间，所述柔性材料包括稻草束和泡沫板；

所述上侧护板与所述下侧护板之间滑移连接；

所述下侧护板的非充填侧通过液压油缸与所述液压支架的固定板连接，并在该侧下端设有用于固定土工布的第一固定件；

所述上侧护板非充填侧与液压油缸连接，并在该侧上端设有用于固定土工布的第二固定件；

所述上侧护板上开口，将充填管道口插入开口并穿过土工布，从而对后方采空区进行充填。

2.根据权利要求1所述的充填密封装置，其特征在于：

所述上侧护板上端为平面；该平面的长×宽＝1300×200mm～1600×400mm；所述下侧护板下端为平面，该平面的长×宽＝1300×200mm～1600×400mm。

3.根据权利要求1所述的充填密封装置，其特征在于：

所述土工布至少是丙纶和涤纶中的一种。

4.使用权利要求1-3任一项所述的充填密封装置进行充填的方法，其特征在于，包括：

升起下侧护板，在位于充填的一侧，将土工布下边缘置于所述下侧护板下端，在所述土工布下边缘下方放置柔性材料，降下下侧护板，压紧压实，保证所述下侧护板下端不渗、漏浆液；

降下上侧护板，在位于充填的一侧，在上侧护板上方放置柔性材料，将土工布上边缘置于所述柔性材料上方，升起上侧护板，压紧压实，保证所述上侧护板上端不渗、漏浆液；

将充填管路穿过土工布，向采空区充填高水材料，待充填体凝固后，降下支架顶梁，向前移动支架，然后降下所述上侧护板、升起所述下侧护板，将所述土工布与充填体脱开取下，之后将所述上侧护板上方和所述下侧护板下方的柔性材料取下，待下个循环复用；所述高水材料为质量比为水：粉煤灰：生石灰：水泥：添加剂＝45:44:8:2:1；或质量比为水：粉煤灰：风积砂：生石灰：水泥：添加剂＝33:33:23:8:2:1；或质量比为水：粉煤灰：河沙：生石灰：水泥：添加剂＝37:33:19:7:3:1；或质量比为水：粉煤灰：矸石粉：生石灰：水泥：添加剂＝41:30:19:6:2.5:1.5。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

预先制作透水但不透浆的土工布，所述土工布的强度1～2MPa，宽度W＝煤层厚度H+2m、长度L＝10～20m，所述H＝1.0～5.0m。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述柔性材料的厚度不大于400mm。

7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述柔性材料和所述土工布接触的部位，将所述柔性材料和所述土工布卷曲起来进行放置。