CN103643991B - 支架配合模板的膏体充填综采装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支架配合模板的膏体充填综采装置，装置包括可伸缩支架和自动充填模板，自动充填模板位于可伸缩液压支架的后方；可伸缩支架包括支架主底座和支架副底座，支架主底座和支架副底座均为整体箱式结构，主底座上垂直设有第一液压支柱，支架副底座上垂直设有第二液压支柱；本发明的装置及方法针对薄煤层膏体充填工作面，研发了可伸缩六柱支承式液压支架配合自移充填模板，达到采煤与充填平行作业的目的，实现“采、支、移、充”等工艺机械化、一体化。

Description

支架配合模板的膏体充填综采装置及方法

技术领域

本发明属于矿山开采技术领域，涉及一种膏体充填综采方法。

背景技术

膏体充填开采煤层技术不同于矸石充填开采技术，它是指将煤矸石等废弃材料在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，通过管道输送到井下充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，该技术能有效控制地表沉陷，解决“三下”开采问题。

充填膏体在采空区需有足够的凝固时间达到一定的强度才能对顶板形成有效支撑，需要以空间换时间使膏体凝固，普通工作面膏体充填液压支架基本能满足现场要求，对于薄煤层工作面，由于空间限制不能采用充填液压支架，一般采用单体柱控制顶板、充填模板控制膏体凝固的普通综采技术，后虽采用了具有自移特性的充填模板，但仍需在充填模板与采煤机之间支设大量单体支柱，支设单体和模板移动的过程中需要消耗大量的人力和财力，同时人工推溜，用工时间长，工作效率低，自动化程度低，无法实现“采、支、移、充”各工序的有效衔接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以实现“采、支、移、充”的机械化和一体化的支架配合模板的膏体充填综采装置及方法。

本发明的技术方案是：

支架配合模板的膏体充填综采装置，装置包括可伸缩支架和自动充填模板，自动充填模板位于可伸缩液压支架的后方；

可伸缩支架包括支架主底座和支架副底座，支架主底座和支架副底座均为整体箱式结构，主底座上垂直设有第一液压支柱，支架副底座上垂直设有第二液压支柱；

可伸缩支架的支架主底座的前中部设有推移油缸，推移油缸与推杆铰接，推杆前部与刮板机铰接，支架主底座后部开有导槽，导槽内滑动连接有导杆，支架主底座通过导杆与支架副底座连接；

自动充填模板包括模板主底座和模板副底座，模板主底座和模板副底座均为整体箱式结构，模板主底座垂直设有第三液压支柱和第四液压支柱，第四液压支柱位于第三液压支柱的后侧；模板副底座上垂直设有一个或两个第五液压支柱；

模板主底座后方设有立板，模板主底座与立板垂直，模板主底座的后部上方设有密封框，密封框与第四液压支柱连接，立板外侧和密封框上部设有整体柔性模板；在模板主底座上设有模板油缸，模板油缸的前端与模板副底座铰接。

所述第一液压支柱为四根，四根分布在支架主底座的周边。

所述推杆前部与刮板机之间设有连接头。

所述导槽和导杆均为两个。

采用所述的支架配合模板的膏体充填综采装置的膏体充填综采方法，

1)在充填工作面切眼形成后安装可伸缩支架，并在可伸缩支架后方安装自动充填模板；

2)采煤机割煤后，可伸缩支架、自动充填模板的各个底座均展开，并利用各底座上的液压支柱支撑顶板；

3)可伸缩支架、自动充填模板前移，自动充填模板后方形成充填区域，通过自动充填模板前部底座上的充填管路向自动充填模板后方充填区域充填膏体至其完全填充；

4)然后，继续割煤完成步骤2)的工序，此时充填区域内的充填体已达到足够的支护强度，再次进行步骤3)，可伸缩支架前移后进行下一次充填循环。

其具体步骤如下：

第一步骤：支架布设；

将可伸缩支架和自动充填模板布设在切眼内，可伸缩支架的长边方向与工作面推进方向一致，自动充填模板在可伸缩支架后方，此时，可伸缩支架31处于最小控顶状态；

第二步骤：割煤移架，第二步骤具体如下：

第2-1步，采煤机割一刀煤后，以支架主底座为支点推移油缸伸出通过推杆完成推溜动作；降低支架主底座上的第一液压支柱，以刮板机为支点推移油缸收缩，通过推杆实现移架动作，支架主底座移动一个割煤步距后，第一液压支柱撑起；

第2-2步，割第二刀煤后再次进行第2-1步动作，支架主底座再移动一个割煤步距；

第2-3步，割第三刀煤后再次进行第2-1步动作，此时支架副底座上的第二液压支柱处于支撑状态，导杆伸出一个割煤步距；

第2-4步，割第四刀煤后再次进行第2-1步动作，导杆完全伸出；

第2-5步，割第五刀煤后，降低支架副底座上的第二液压支柱，再次进行第2-1步动作，然后，降低自动充填模板，降低模板副底座上的第五液压支柱，靠模板主底座的模板油缸前移一个割煤步距，第三液压支柱和第五液压支柱撑起；

第2-6步，割第六刀煤后再次进行第2-5步动作，模板副底座再前移一个割煤步距；

第2-7步，割第六刀煤后，以支架主底座为支点推移油缸伸出，通过推杆完成推溜动作；此时，可伸缩支架与自动充填模板二者都展开，达到最大控顶状态；

第三步骤，移架充填，第三步骤具体动作如下：

第3-1步，降低可伸缩支架的液压支柱，以刮板机为支点，通过可伸缩支架的推移油缸使其前移一个割煤步距，撑起第一液压支柱和第二液压支柱；

第3-2步，再次进行第3-1步的动作，可伸缩支架再前移一个割煤步距；

第3-3步，降低自动充填模板的第三液压支柱、第四液压支柱、第五液压支柱，以模板主底座、模板副底座互为支点通过推移油缸使模板前移三个割煤步距后，第三液压支柱、第五液压支柱撑起；

第3-4步，降低可伸缩支架的第三液压支柱，再次进行第3-2步动作，自动充填模板前移两个两个割煤步距,移架过程中，支架副底座靠自动充填模板提供的推力前移；

第四步骤：完全充填，第四步骤具体动作如下：

完成第三步骤的第3-4步后，可伸缩支架和自动充填模板处于最小控顶状态，并在自动充填模板后方形成充填区域，将第四液压支柱撑起，使柔性模板与顶板充分接触，利用充填系统将膏体填充充填区域至其完全充填，完全充填形成膏体区域；

依次类推，进行下一充填循环。

可伸缩支架前移过程中，支架副底座靠自动充填模板提供推力前移，可伸缩支架后部的导槽提供方向控制。

本发明的装置及方法针对薄煤层膏体充填工作面，研发了可伸缩六柱支承式液压支架配合自移充填模板，达到采煤与充填平行作业的目的，实现“采、支、移、充”等工艺机械化、一体化。

本发明采用可伸缩支架配合自动充填模板工作，实现了较大控顶距离的功能，为膏体凝固提供了足够的时间，能够充分保证开采与充填无交叉干扰，开采、充填效率高；充填体凝固之后对顶板形成有效支撑，便于沿空留巷技术；可伸缩支架、自动充填模板为整体箱式结构，刚度大、具有自移性能，能适应较软弱的底板，多液压支柱能有效控制顶板，安全状况好；推溜、移架工序机械化，工人劳动强度小，实现了综采膏体充填工作面“采、支、移、充”机械化、一体化。

附图说明

图1是本发明装置的可伸缩液压支架的结构示意图；

图2是本发明装置的自动充填模板的结构示意图；

图3是本发明膏体充填综采方法的第一步骤支架布设的结构示意图；

图4是第二步骤割煤移架的结构示意图；

图5是第三步骤移架充填的结构示意图；

图6是第四步骤完全充填的结构示意图。

其中，图3-图6中两侧的黑色填充部分为煤层。

具体实施方式

如图1所示，本发明的装置包括可伸缩液压支架31（简称为可伸缩支架31）和自动充填模板32。自动充填模板32位于可伸缩液压支架31的后方。

可伸缩支架31包括支架主底座1和支架副底座2，支架主底座1和支架副底座2均为整体箱式结构，支架主底座1上垂直设有第一液压支柱3，第一液压支柱3为四根，四根分别位于支架主底座1的四角，支架副底座2上垂直设有第二液压支柱4，可伸缩支架1的双过桥装置能够增大底座刚度。

可伸缩支架31的支架主底座1的前中部设有推移油缸5，推移油缸5通过耳轴7与推杆6铰接，推杆6前部设有连接头8可以与刮板机11铰接，支架主底座1后部开有导槽10，通过导杆9连接支架副底座2。导杆9可以在导槽10内移动。

可伸缩支架31前移过程中，支架副底座2靠自动充填模板32提供推力前移，可伸缩支架31后部导槽10提供方向控制。

如图2所示，自动充填模板32包括模板主底座12和模板副底座13，模板主底座12和模板副底座13均为整体箱式结构，模板主底座12垂直设有第三液压支柱14和第四液压支柱18 ，第四液压支柱18 位于第三液压支柱14的后侧。模板副底座13上垂直设有一个第五液压支柱15（根据支护强度也可设两个）。

模板主底座12后方与模板主底座12垂直设有立板19，模板主底座12后部上方设有密封框21，密封框21与第四液压支柱18连接，立板19外侧和密封框21上部设有整体柔性模板20。在模板主底座12的中间设有模板油缸16，模板油缸16的前端设有与模板副底座13连接的连接轴17。

可伸缩支架配合自动充填模板的综采膏体充填方法，包括以下步骤：

1)在充填工作面切眼形成后安装可伸缩支架31，并在可伸缩支架31后方安装自动充填模板32；

2)采煤机割煤后，可伸缩支架31、自动充填模板32的各个底座均展开，并利用各底座上的液压支柱支撑顶板；

3)可伸缩支架31、自动充填模板32前移，自动充填模板32后方形成充填区域22，通过自动充填模板32前部底座上的充填管路向自动充填模板32后方充填区域22充填膏体至其完全填充；

4)然后，继续割煤完成步骤2)的工序，此时充填区域22内的充填体已达到足够的支护强度，再次进行步骤3)，可伸缩支架31前移后进行下一次充填循环。

以上步骤具体如下：

第一步骤：支架布设，

如图3所示，将可伸缩支架31和自动充填模板32布设在切眼内，可伸缩支架31的长边方向与工作面推进方向一致，自动充填模板32在可伸缩支架31后方，此时，可伸缩支架31处于最小控顶状态。

第二步骤：割煤移架，本步骤具体如下：

第2-1步，采煤机割一刀煤后，以支架主底座1为支点推移油缸5伸出通过推杆5完成推溜动作。降低支架主底座1上的第一液压支柱3，以刮板机11为支点推移油缸5收缩，通过推杆6实现移架动作，支架主底座1移动一个割煤步距后，第一液压支柱3撑起。

第2-2步，割第二刀煤后再次进行第2-1步动作，支架主底座1再移动一个割煤步距。

第2-3步，割第三刀煤后再次进行第2-1步动作，此时支架副底座2上的第二液压支柱4处于支撑状态，导杆9伸出一个割煤步距。

第2-4步，割第四刀煤后再次进行第2-1步动作，导杆9完全伸出。

第2-5步，割第五刀煤后，降低支架副底座2上的第二液压支柱4，再次进行第2-1步动作，然后，降低自动充填模板，降低模板副底座13上的第五液压支柱15，靠模板主底座12的模板油缸16前移一个割煤步距，第三液压支柱14和第五液压支柱15撑起。

第2-6步，割第六刀煤后再次进行第2-5步动作，模板副底座12再前移一个割煤步距。

第2-7步，如图4所示，割第六刀煤后，以支架主底座1为支点推移油缸5伸出，通过推杆5完成推溜动作。此时，可伸缩支架31与自动充填模板32二者都展开，达到最大控顶状态。

第三步骤，移架充填，本步骤具体动作如下：

第3-1步，隔架降低可伸缩支架31的液压支柱3和4，以刮板机11为支点，通过可伸缩支架的推移油缸5使其前移一个割煤步距，撑起第一液压支柱3和第二液压支柱4。

第3-2步，再次进行第3-1步的动作，可伸缩支架31再前移一个割煤步距。

第3-3步，如图5所示，降低自动充填模板32的第三液压支柱14、第四液压支柱18、第五液压支柱15，以模板主底座12、模板副底座13互为支点通过推移油缸16使模板前移三个割煤步距后，第三液压支柱14、第五液压支柱15撑起。

第3-4步，降低可伸缩支架31的第三液压支柱14，再次进行第3-2步动作，自动充填模板32前移两个两个割煤步距,移架过程中，支架副底座2靠自动充填模板32提供的推力前移。

第四步骤，完全充填，本步骤具体动作如下：

如图6所示，完成第三步骤的第3-4步后，可伸缩支架31和自动充填模板32处于最小控顶状态，并在自动充填模板32后方形成充填区域22，将第四液压支柱18撑起，使柔性模板20与顶板充分接触，利用充填系统将膏体填充充填区域22至其完全充填，完全充填形成膏体区域23。

依次类推，进行下一充填循环。

Claims (6)

1.支架配合模板的膏体充填综采装置，其特征在于：装置包括可伸缩支架和自动充填模板，自动充填模板位于可伸缩液压支架的后方；

可伸缩支架包括支架主底座和支架副底座，支架主底座和支架副底座均为整体箱式结构，主底座上垂直设有第一液压支柱，所述第一液压支柱为四根，四根分布在支架主底座的周边；支架副底座上垂直设有两根第二液压支柱；

可伸缩支架的支架主底座的前中部设有推移油缸，推移油缸与推杆铰接，推杆前部与刮板机铰接，支架主底座后部开有导槽，导槽内滑动连接有导杆，支架主底座通过导杆与支架副底座连接；

自动充填模板包括模板主底座和模板副底座，模板主底座和模板副底座均为整体箱式结构，模板主底座垂直设有两根第三液压支柱和两根第四液压支柱，两根第四液压支柱位于两根第三液压支柱的后侧；模板副底座上垂直设有一个或两个第五液压支柱；

模板主底座后方设有立板，模板主底座与立板垂直，模板主底座的后部上方设有密封框，密封框与第四液压支柱连接，立板外侧和密封框上部设有整体柔性模板；在模板主底座上设有模板油缸，模板油缸的前端与模板副底座铰接。

2.根据权利要求1所述的支架配合模板的膏体充填综采装置，其特征在于：所述推杆前部与刮板机之间设有连接头。

3.根据权利要求1或2所述的支架配合模板的膏体充填综采装置，其特征在于：所述导槽和导杆均为两个。

4.采用如权利要求1所述的支架配合模板的膏体充填综采装置的膏体充填综采方法，其特征在于：

1)在充填工作面切眼形成后安装可伸缩支架，并在可伸缩支架后方安装自动充填模板；

2)采煤机割煤后，可伸缩支架、自动充填模板的各个底座均展开，并利用各底座上的液压支柱支撑顶板；

3)可伸缩支架、自动充填模板前移，自动充填模板后方形成充填区域，通过自动充填模板前部底座上的充填管路向自动充填模板后方充填区域充填膏体至其完全填充；

4)然后，继续割煤完成步骤2)的工序，此时充填区域内的充填体已达到足够的支护强度，再次进行步骤3)，可伸缩支架前移后进行下一次充填循环。

5.根据权利要求4所述的膏体充填综采方法，其特征在于：

其具体步骤如下：

第一步骤：支架布设；

将可伸缩支架和自动充填模板布设在切眼内，可伸缩支架的长边方向与工作面推进方向一致，自动充填模板在可伸缩支架后方，此时，可伸缩支架31处于最小控顶状态；

第二步骤：割煤移架，第二步骤具体如下：

第2-1步，采煤机割一刀煤后，以支架主底座为支点推移油缸伸出通过推杆完成推溜动作；降低支架主底座上的第一液压支柱，以刮板机为支点推移油缸收缩，通过推杆实现移架动作，支架主底座移动一个割煤步距后，第一液压支柱撑起；

第2-2步，割第二刀煤后再次进行第2-1步动作，支架主底座再移动一个割煤步距；

第2-3步，割第三刀煤后再次进行第2-1步动作，此时支架副底座上的第二液压支柱处于支撑状态，导杆伸出一个割煤步距；

第2-4步，割第四刀煤后再次进行第2-1步动作，导杆完全伸出；

第2-5步，割第五刀煤后，降低支架副底座上的第二液压支柱，再次进行第2-1步动作，然后，降低自动充填模板，降低模板副底座上的第五液压支柱，靠模板主底座的模板油缸前移一个割煤步距，第三液压支柱和第五液压支柱撑起；

第2-6步，割第六刀煤后再次进行第2-5步动作，模板副底座再前移一个割煤步距；

第2-7步，割第六刀煤后，以支架主底座为支点推移油缸伸出，通过推杆完成推溜动作；此时，可伸缩支架与自动充填模板二者都展开，达到最大控顶状态；

第三步骤，移架充填，第三步骤具体动作如下：

第3-1步，降低可伸缩支架的液压支柱，以刮板机为支点，通过可伸缩支架的推移油缸使其前移一个割煤步距，撑起第一液压支柱和第二液压支柱；

第3-2步，再次进行第3-1步的动作，可伸缩支架再前移一个割煤步距；

第3-3步，降低自动充填模板的第三液压支柱、第四液压支柱、第五液压支柱，以模板主底座、模板副底座互为支点通过推移油缸使模板前移三个割煤步距后，第三液压支柱、第五液压支柱撑起；

第3-4步，降低可伸缩支架的第三液压支柱，再次进行第3-2步动作，自动充填模板前移两个两个割煤步距,移架过程中，支架副底座靠自动充填模板提供的推力前移；

第四步骤：完全充填，第四步骤具体动作如下：

完成第三步骤的第3-4步后，可伸缩支架和自动充填模板处于最小控顶状态，并在自动充填模板后方形成充填区域，将第四液压支柱撑起，使柔性模板与顶板充分接触，利用充填系统将膏体填充充填区域至其完全充填，完全充填形成膏体区域；

依次类推，进行下一充填循环。

6.根据权利要求5所述的膏体充填综采方法，其特征在于：可伸缩支架前移过程中，支架副底座靠自动充填模板提供推力前移，可伸缩支架后部的导槽提供方向控制。