CN104405440B - 一种煤矿采空区充填系统及充填方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿采空区充填系统及充填方法，煤矿采空区充填系统结构简单，气囊组强度高，适应大体积采空区的充填，操作人员不在采空区作业，安全可靠，隔绝性好，自动化程度高，施工速度快，充填速度快，不影响回采速度。煤矿采空区充填方法适应大体积采空区的充填，广泛适用于煤矿采空区治理，操作人员不在采空区作业，操作简便，步骤简洁，可满足安全高效的生产要求，安全可靠，隔绝性好，自动化程度高，施工速度快，充填速度快，不影响回采速度，既能减少水泥砂浆的用量，又能消化废弃的煤矸石，废物利用，避免污染环境，经济环保，充填成本低。
Description
技术领域
本发明属于煤矿采空区治理技术领域，特别涉及一种煤矿采空区充填系统及充填方法。
背景技术
煤矿采空区是煤矿开采后存留在地表以下的空区，如果不进行填充治理，会造成地面塌陷等危害，塌陷区不仅会导致地下水枯竭、耕地破坏、生态环境恶化，还会使附近房屋受损、道路地裂变形，或者高速公路、铁路、机场等重大工程以及城市建筑因处理采空区塌陷问题而增加建设难度和投入成本。此外，地表塌陷形成的裂缝会为地下自然煤层提供充足氧气，进而地下煤火使采空区顶板承压减弱、冒落加剧、地裂缝加宽与加长，最终形成“地裂—火区—地表裂陷”的恶性循环。因此，这些煤矿采空区给煤矿工作人员和采空区居民带来了严重的威胁；同时，由于采空引起的厂地矛盾严峻，会引发群体性事件，其造成的破坏作用与负面影响较大，严重影响了一个地区的稳定与和谐，煤矿采空区的充填治理已成为一个亟待解决的问题。
煤矿采空区的传统治理方法包括固体充填、流体充填、气体充填和人工放顶等。固体充填主要是将煤矸石通过传送带运送到需要治理的煤矿采空区进行充填，这种方式运输较为困难，并耗费大量人力、危险性较大，且效果不明显。流体充填主要是将水泥砂浆注入到煤矿采空区，该方法具有很好的充填效果，但在煤矿采空区全部注入水泥的方法耗资较大，不适合大面积推广。气体充填主要是靠在煤矿采空区放入气囊，对气囊充气进行充填，这种方式操作简单、成本低，但产生的支撑力达不到支撑要求。人工放顶是人为地采用地下爆破等技术将顶层下放，这种方法仍然会造成地面坍塌，对于地面建筑物会造成巨大的破坏，对农田耕地等形成积水区，导致无法进行耕作。
另外，长期以来，国内煤矿产生的大量煤矸石在地面堆积如山，不仅占用农田，造成耕地浪费，并挥发有害气体，污染环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应大体积充填、施工速度快、安全可靠和施工成本低的煤矿采空区充填系统及充填方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种煤矿采空区充填系统，包括设于地面上的充气室、水泥泵送机与煤矸石泵送机和采空区内铺设的气囊组，所述气囊组由至少两排、至少两列气囊单体构成，气囊单体顶面上设有单向阀；气囊组顶面两侧平行设置有柔性传送齿条，气囊组上方设有输送滚轴，输送滚轴两端设有与柔性传送齿条相啮合的传送齿轮和传送电机，输送滚轴上设有与每个气囊单体上单向阀相对应的伸缩喷嘴；充气室、水泥泵送机和煤矸石泵送机通过输送管道与输送滚轴相连。
所述气囊单体内上下间隔设置有三层预拉网，预拉网相互平行；单向阀上设有单向进气口、单向出气口和伸向气囊单体内的压力感应器。
所述气囊组首尾分别设有凸起部和凹陷部，相邻气囊组通过凸起部与凹陷部咬合连接。
所述充气室一侧相邻设有控制室，充气室、水泥泵送机、煤矸石泵送机、传送电机和压力感应器分别与控制室电连接。
采用煤矿采空区充填系统的充填方法，包括如下步骤：a、在地面上依次布置充气室、控制室、水泥泵送机和煤矸石泵送机；b、在目标采空区内摆放卷在内卷轴上的气囊组，并将内卷轴和输送滚轴通过连杆相连，由控制室控制开启传送电机，使气囊组从目标采空区一端向另一端铺设，保证输送滚轴和气囊组通过传送齿轮与柔性传送齿条啮合连接，并从输送滚轴上卸下连杆和内卷轴；c、由控制室控制开启传送电机以驱动输送滚轴滚动，使伸缩喷嘴与单向阀的单向进气口对接，由控制室控制充气室按照预设压力对每个气囊单体进行充气，从而逐排完成整个气囊组的充气；d、由控制室控制开启压力感应器逐排对气囊单体顶部测试压力，对测试压力等于预设压力的气囊单体通过煤矸石泵送机和输送滚轴及其伸缩喷嘴充填煤矸石混合砂浆，测试压力大于预设压力的气囊单体通过水泥泵送机和输送滚轴及其伸缩喷嘴充填水泥砂浆，以完成整个气囊组的充填；e、重复上述步骤b、c和d进行另一气囊组的充填，相邻气囊组通过凸起部与凹陷部咬合连接。
在步骤d中充填煤矸石混合砂浆或者水泥砂浆时，气囊单体内的气体通过单向出气口排出。
所述预设压力为2.5KPa，测试压力为2.5KPa时充填煤矸石混合砂浆，测试压力大于2.5KPa时充填水泥砂浆。
所述煤矸石泵送机上连接有煤矸石粉碎输送机。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明公开的煤矿采空区充填系统，其结构简单，气囊组强度高，适应大体积采空区的充填，操作人员不在采空区作业，安全可靠，隔绝性好，自动化程度高，施工速度快，充填速度快，不影响回采速度。
2、气囊单体内设有预拉网，对充气后的气囊单体侧面产生预拉力，不用安装模板，结构稳定，且该预拉力可平衡后期充填过程中浆料对气囊单体侧面的侧压力。
3、本发明公开的煤矿采空区充填方法适应大体积采空区的充填，广泛适用于煤矿采空区治理，操作人员不在采空区作业，操作简便，步骤简洁，可满足安全高效的生产要求，安全可靠，隔绝性好，自动化程度高，施工速度快，充填速度快，不影响回采速度，既能减少水泥砂浆的用量，又能消化废弃的煤矸石，废物利用，避免污染环境，经济环保，充填成本低。
附图说明
图1为本发明煤矿采空区充填系统的结构示意图；
图2为图1中气囊组与输送滚轴的结构示意图；
图3为图1中气囊组与输送滚轴的侧视图；
图4为气囊组中气囊单体的结构示意图；
图5为图1中相邻气囊组的结构示意图；
图6图2中单向阀的结构示意图；
图7为本发明充填方法的充填效果图；
图8为本发明气囊组的铺设过程示意图。
具体实施方式
如图1-图6所示的煤矿采空区充填系统，其包括设于地面18上的控制室1、充气室2、水泥泵送机3和煤矸石泵送机4，煤矸石泵送机4和煤矸石料堆之间设有煤矸石粉碎输送机19。在采空区16内铺设有气囊组5，气囊组5由五排、五列气囊单体51构成，气囊组5首尾分别设有凸起部54和凹陷部55，相邻气囊组5通过凸起部54与凹陷部55咬合连接。在气囊单体51内上下间隔设置有三层预拉网52，预拉网52相互平行；在气囊单体51顶面上设有单向阀53，单向阀53上设有单向进气口531、单向出气口532和伸向气囊单体51内的压力感应器533。预拉网52对充气后的气囊单体51侧面产生预拉力，可平衡后期充填过程中浆料对气囊单体51的侧压力。在气囊组5顶面两侧平行设置有柔性传送齿条6，气囊组5上方设有输送滚轴7，输送滚轴7两端设有与柔性传送齿条6相啮合的传送齿轮81和传送电机8，输送滚轴7上间隔设有与每排气囊单体51上的单向阀53相对应的伸缩喷嘴9。输送滚轴7通过柔性传送齿条6和传送齿轮81的传动带动气囊组5向前铺设。
为了实现对气囊组5的充气和充填，充气室2、水泥泵送机3和煤矸石泵送机4通过输送管道13与输送滚轴7相连。
为了便于控制与操作，在充气室2一侧相邻设有控制室1，充气室2、水泥泵送机3、煤矸石泵送机4、传送电机8和压力感应器533分别与控制室1电连接，可使进行充填工作的工作人员远离采空区，安全可靠。
在本实施方式中，伸缩喷嘴9等间距设置在输送滚轴7上。
本发明的充填方法，包括如下步骤：
a、大概了解目标采空区16的地质构造特点，在地面18上依次布置充气室2、控制室1、水泥泵送机3和煤矸石泵送机4及其煤矸石粉碎输送机19；
b、在目标采空区16内摆放卷在内卷轴56上的气囊组5，并如图8所示将内卷轴56和输送滚轴7通过连杆57相连，由控制室1控制开启传送电机8，使气囊组5从目标采空区16的右端向左端铺设，且保证输送滚轴7和气囊组5通过传送齿轮81与柔性传送齿条6啮合连接，并从输送滚轴7上卸下连杆57和内卷轴56；
c、由控制室1控制开启传送电机8以驱动输送滚轴7滚动，使伸缩喷嘴9与单向阀53的单向进气口531对接，由控制室1控制充气室2按照2.5KPa的预设压力对每个气囊单体51进行充气，使气囊单体51膨胀到与采空区16的顶板层紧密相接，从而逐排完成整个气囊组5的充气；
d、由控制室1控制开启压力感应器533逐排对气囊单体51顶部测试压力，对测试压力为2.5KPa的气囊单体51，通过煤矸石泵送机4和输送滚轴7及其伸缩喷嘴9充填煤矸石混合砂浆15，对测试压力大于2.5KPa的气囊单体51，通过水泥泵送机3和输送滚轴7及其伸缩喷嘴9充填水泥砂浆14，充填煤矸石混合砂浆15或者水泥砂浆14时，气囊单体51内的气体通过单向出气口532排出，以完成整个气囊组5的充填；
e、重复上述步骤b、c和d进行另一气囊组5的充填，相邻气囊组5通过凸起部4与凹陷部55咬合连接，直至将气囊组5铺设充填至煤层区17处。
在上述步骤b中，内卷轴56包括卷筒和穿设在卷筒内的转轴，气囊组5卷设在卷筒上，连杆57一端与输送滚轴7铰连、另一端固定在内卷轴56的转轴上，通过输送滚轴7推动连杆57和转轴，从而使卷筒及气囊组5绕转轴退卷，实现气囊组5的铺设；煤矸石混合砂浆15是煤矸石粉碎后与粉煤灰、水形成的混合浆。
Claims (8)
1.一种煤矿采空区充填系统，其特征在于，包括设于地面上的充气室、水泥泵送机与煤矸石泵送机和采空区内铺设的气囊组，所述气囊组由至少两排、至少两列气囊单体构成，气囊单体顶面上设有单向阀；气囊组顶面两侧平行设置有柔性传送齿条，气囊组上方设有输送滚轴，输送滚轴两端设有与柔性传送齿条相啮合的传送齿轮和传送电机，输送滚轴上设有与每个气囊单体上单向阀相对应的伸缩喷嘴；充气室、水泥泵送机和煤矸石泵送机通过输送管道与输送滚轴相连。
2.如权利要求1所述的煤矿采空区充填系统，其特征在于，所述气囊单体内上下间隔设置有三层预拉网，预拉网相互平行；单向阀上设有单向进气口、单向出气口和伸向气囊单体内的压力感应器。
3.如权利要求2所述的煤矿采空区充填系统，其特征在于，相邻气囊组通过凸起部与凹陷部咬合连接。
4.如权利要求3所述的煤矿采空区充填系统，其特征在于，所述充气室一侧相邻设有控制室，充气室、水泥泵送机、煤矸石泵送机、传送电机和压力感应器分别与控制室电连接。
5.采用权利要求4所述煤矿采空区充填系统的充填方法，其特征在于，包括如下步骤：a、在地面上依次布置充气室、控制室、水泥泵送机和煤矸石泵送机；b、在目标采空区内摆放卷在内卷轴上的气囊组，并将内卷轴和输送滚轴通过连杆相连，由控制室控制开启传送电机，使气囊组从目标采空区一端向另一端铺设，保证输送滚轴和气囊组通过传送齿轮与柔性传送齿条啮合连接，并从输送滚轴上卸下连杆和内卷轴；c、由控制室控制开启传送电机以驱动输送滚轴滚动，使伸缩喷嘴与单向阀的单向进气口对接，由控制室控制充气室按照预设压力对每个气囊单体进行充气，从而逐排完成整个气囊组的充气；d、由控制室控制开启压力感应器逐排对气囊单体顶部测试压力，对测试压力等于预设压力的气囊单体通过煤矸石泵送机和输送滚轴及其伸缩喷嘴充填煤矸石混合砂浆，测试压力大于预设压力的气囊单体通过水泥泵送机和输送滚轴及其伸缩喷嘴充填水泥砂浆，以完成整个气囊组的充填；e、重复上述步骤b、c和d进行另一气囊组的充填，相邻气囊组通过凸起部与凹陷部咬合连接。
6.如权利要求5所述的充填方法，其特征在于，在步骤d中充填煤矸石混合砂浆或者水泥砂浆时，气囊单体内的气体通过单向出气口排出。
7.如权利要求6所述的充填方法，其特征在于，所述预设压力为2.5KPa，测试压力为2.5KPa时充填煤矸石混合砂浆，测试压力大于2.5KPa时充填水泥砂浆。
8.如权利要求7所述的充填方法，其特征在于，所述煤矸石泵送机上连接有煤矸石粉碎输送机。
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Granted publication date: 20160406 Termination date: 20201021 |