CN104948223A - 一种井下沿空留巷充填系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种井下沿空留巷充填系统及方法，V型侧卸式矸石矿车运行在矸石矿车股道上，其一侧的底部开口通过漏斗与波状挡边带式输送机的入料口相连，波状挡边带式输送机的出料口与搅拌机的入料口相连；主螺旋输送机纵向地设置在平板车上，细集料矿车运行在的细集料矿车股道上，其出料口与主螺旋输送机的入料口相连，主螺旋输送机的出料口与搅拌机的入料口相连；搅拌机的出料口与充填泵的入料口通过管路连接，充填泵的出料口通过高压充填管道与充填区域相连；细集料矿车股道和矸石矿车股道之间设置有至少一个道岔，细集料矿车股道上设置有与道岔相配合的扳道器。该系统占用空间小、各部分设备易转场、充填准备时间短。
Description
技术领域
本发明涉及井下充填系统及方法，尤其涉及井下沿空留巷充填或有井式煤炭地下气化燃空区充填系统。
背景技术
矸石是我国排放量最大的工业废渣,约占全国工业废渣排放总量的1/4。而我国矸石的总利用率仅25％左右。这些长期堆存的矸石不仅占压了大量土地和良田,其淋溶水污染地下水源和江河地表水,而且自燃的矸石释放出大量有害气体,造成大气污染,破坏生态平衡,给人类造成危害。但是矸石确是一种很好的井下充填材料。
为了回收传统采矿方式中留设的保安煤柱，采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用，这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留就称为沿空留巷。沿空留巷可以最大限度回收资源，避免煤体损失。但是目前的沿空留巷巷旁充填技术和工艺存在占用空间大，设备不易转场，准备时间长从而导致不易与留巷时间契合的缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种井下沿空留巷充填系统及方法，该系统占用空间小、不需要在井下开挖硐室和基坑、各部分设备易转场、充填准备时间短，此外，其将不出井的矸石作为充填材料之一，能避免部分矸石升井而需要消耗的各种资源和升井后的环境污染、土地占用及自燃等问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种井下沿空留巷充填系统，包括搅拌机、充填泵、V型侧卸式矸石矿车、波状挡边带式输送机、细集料矿车、主螺旋输送机、设置在运输巷中相互平行的细集料矿车股道和矸石矿车股道，所述搅拌机和充填泵均设置在平板车上，所述波状挡边带式输送机横向地设置在细集料矿车股道和矸石矿车股道之间；
至少一辆所述V型侧卸式矸石矿车运行在所述矸石矿车股道上，其一侧的底部开口通过漏斗与波状挡边带式输送机的入料口相连，所述波状挡边带式输送机的出料口与搅拌机的入料口相连；
所述主螺旋输送机纵向地设置在平板车上，至少一辆所述细集料矿车运行在所述的细集料矿车股道上，其出料口与主螺旋输送机的入料口相连，所述主螺旋输送机的出料口与搅拌机的入料口相连；
所述搅拌机的出料口与充填泵的入料口通过管路连接，所述充填泵的出料口通过高压充填管道与充填区域相连；
所述细集料矿车股道和矸石矿车股道之间设置有至少一个道岔，所述细集料矿车股道上设置有与道岔相配合的扳道器。
作为本发明的进一步改进，所述细集料矿车的出料口通过在其底部设置的小型螺旋输送机与主螺旋输送机的入料口相连。
作为本发明的进一步改进，所述主螺旋输送机为倾斜式螺旋输送机或LC型垂直式螺旋输送机。
作为本发明的进一步改进，所述细集料矿车为端卸式矿车或侧卸式矿车。
一种井下沿空留巷充填方法，包括以下步骤：
步骤一：在所需充填区域附近设置加强支护带；
步骤二：在运输巷中铺设一对相互平行的细集料矿车股道和矸石矿车股道，并在两股道之间铺设至少一条道岔和与所述道岔相配合的扳道器；在细集料矿车股道和矸石矿车股道的外侧分别设置留宽道和人行道；
步骤三：将波状挡边带式输送机设置在两股道之间并靠近所需充填区域；
步骤四：将充填泵的入料口与搅拌机的出料口相连，将搅拌机的入料口与主螺旋输送机的出料口相连，并将充填泵、搅拌机、主螺旋输送机依次固定设置在平板车上，将平板车通过细集料矿车股道运送到波状挡边带式输送机附近，并使波状挡边带式输送机的出料口与搅拌机的入料口相连；
步骤五：选用井下不出井的小于20mm的小块矸石作为主填充材料，用至少一辆V型侧卸式矸石矿车将主填充材料通过矸石矿车股道运送到波状挡边带式输送机附近，将主填充材料通过V型侧卸式矸石矿车的出料口传输给波状挡边带式输送机的入料口，波状挡边带式输送机通过其出料口将矸石输送到搅拌机的入料口中；用至少一辆细集料矿车将细集料和水通过细集料矿车股道运送到主螺旋输送机附近，并将细集料和水通过细集料矿车的出料口传输给主螺旋输送机的入料口，主螺旋输送机通过其出料口将细集料和水输送到搅拌机的入料口中；
步骤六：启动搅拌机，将矸石、细集料和水充分搅拌后形成膏体充填材料并通过充填泵将该膏体充填材料经高压充填管道输送到所需充填区域；
步骤七：随着填充工作面的推进，及时调整各充填设备的位置并重新建立连接，并在充填设备的前方及时设置新的加强支护带；
步骤八：当步骤五中的V型侧卸式矸石矿车和细集料矿车卸完料后，空车可以根据矿车队列情况选择从原来进入的股道退出，或者通过道岔从另一条股道退出。
本发明提供了一种占用空间小、不需要在井下开挖硐室和基坑、设备易转场、沿空留巷充填准备时间短，其将不出井的矸石作为充填材料之一。本发明在运输巷铺设两条股道：细集料矿车股道和矸石矿车股道，并设置道岔和扳道器，这样空车可以从原来进入时的股道或者通过道岔从另一条股道退出，当工作面在生产时需要矿车进入和退出时也不会被堵塞。矸石的运输采用V型侧卸式矿车，在其一侧底部开口通过漏斗与波状挡边带式输送机的入料口连接。波状挡边带式输送机，其对含水量比较高，粘附性较强的矸石的提升具有很好的适应性，此外，波状挡边带式输送机布置方式较为录活，能大量节省设备占地面积，彻底解决普通、花纹带式输送机所不能达到的输送角度，与斗式提升机、刮板输送机比较，其综合技术性能都优越、输送量大，可达6000m3/h，垂直提升高度可达200m，在垂直输送物料时，物料粒度最大可达200mm，从水平到倾斜或垂直能平稳过渡、能耗低、结构简单、维护方便、胶带强度高，使用寿命长，这样可以更方便地完成矸石的运输。细集料的运输采用在其底部安装了小型螺旋输送机的矿车改装，细集料从矿车提升到搅拌机入口采用倾斜式螺旋输送机或LC型垂直式螺旋输送机，这样能够保证细集料的提升效率。
附图说明
图1是本发明中轨道巷断面图；
图2是图1中本发明主要组成部件的俯视图。
图中：1、搅拌机，2、平板车，3、V型侧卸式矸石矿车，4、波状挡边带式输送机，5、细集料矿车，6、细集料矿车股道，7、矸石矿车股道，8、主螺旋输送机，9、高压充填管道，10、道岔，11、扳道器，12、小螺旋输送机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
现有工作面运输巷道断面一般不小于12m2，巷道受压变形后的净高一般为1.8m，因此本技术方案中所有设备将被局限在宽度为5250mm和高度为1800mm的矩形范围内。由于地下范围的限制，一般大型机械无法在如此狭小的空间内进行布置，为此本方案中的充填装置均与该空间的限制相适应。
一种井下沿空留巷充填系统，包括搅拌机1、充填泵、V型侧卸式矸石矿车3、波状挡边带式输送机4、细集料矿车5、主螺旋输送机8、设置在运输巷中相互平行的细集料矿车股道6和矸石矿车股道7，波状挡边带式输送机4横向地设置在细集料矿车股道6和矸石矿车股道7之间，股道宽度一般可以有以下四种选择：1435mm、762mm、900mm、600mm。搅拌机1和充填泵均设置在平板车2上，至少一辆V型侧卸式矸石矿车3运行在矸石矿车股道7上，其一侧的底部开口通过漏斗与波状挡边带式输送机4的入料口相连，波状挡边带式输送机4的出料口与搅拌机1的入料口相连；主螺旋输送机8纵向地设置在平板车2上，至少一辆细集料矿车5运行在的细集料矿车股道6上，其出料口与主螺旋输送机8的入料口相连，主螺旋输送机8的出料口与搅拌机1的入料口相连；细集料矿车5的出料口可以通过在其底部设置的小型螺旋输送机12与主螺旋输送机8的入料口相连。
搅拌机1的出料口与充填泵的入料口通过管路连接，充填泵的出料口通过高压充填管道9与充填区域相连，与充填泵相连的高压充填管道9可以铺设在巷道的人行道侧。
细集料矿车股道6和矸石矿车股道7之间设置有至少一个道岔10，细集料矿车股道6上设置有与道岔10相配合的扳道器11，这样空车可以从原来进入时的股道退出或者通过道岔10从另一条股道退出。这样，能够在保证前面矿车材料用完后能够从比较近的距离推入装满材料的矿车的同时空矿车也能够退出。空矿车移走，重复载料任务并被送到运输巷，依次卸料而形成循环的供料系统。
矸石从波状挡边带式输送机4入料口输送到离平板车2中心线600mm的搅拌机1漏斗中，水平输送距离最好为1810mm，波状挡边带式输送机4的输送倾角优选45度，充填所有的矸石选用井下不出井的小于20mm的小块矸石。将矸石提升到搅拌机1入料口的提升装置选用波状挡边带式输送机4，其对含水量比较高，粘附性较强的矸石的提升具有很好的适应性，其输送倾角在0°～90°范围内变化。其具有以下优点：能大量节省设备占地面积，彻底解决普通、花纹带式输送机所不能达到的输送角度。与斗式提升机、刮板输送机比较，其综合技术性能都优越、输送量大，可达6000m3/h，垂直提升高度可达200m。在垂直输送物料时，物料粒度最大可达200mm，从水平到倾斜或垂直能平稳过渡、能耗低、结构简单、维护方便、胶带强度高，使用寿命长。波状挡边带式输送机还可以有多种灵活的布置方式。
因为细集料从矿车提升到搅拌机1入口过程中有可能导致粉尘污染，故优先采用密封比较好的主螺旋输送机8，主螺旋输送机8优先选用倾斜式螺旋输送机或者LC型垂直式螺旋输送机，这种螺旋输送机的倾角最大可以达到90°，对于不同工况有更好的通用性。主螺旋输送机8为倾斜式螺旋输送机或LC型垂直式螺旋输送机。
所有设备都为移动式，搅拌机1、充填泵、大倾角的波状挡边带式输送机4、倾斜式螺旋输送机或者LC型垂直式螺旋输送机和动力装置均可以与平板车2固定，随平板车2一起移动。
细集料矿车5可以采用端卸式矿车，细集料在端部卸入到与倾斜式螺旋输送机或者LC型垂直式螺旋输送机的入料口相连的料斗中；也可以选用V型侧卸式矿车(液压式或者单侧曲轨式)，单侧曲轨式需要在卸料点安装曲轨，在侧卸式矿车的出料侧设置料斗盛料，因此液压式V型侧卸式矿车效果较好；当然也可以采用通过普通矿车改装而成，在矿车底部安装小型螺旋输送机12，小型螺旋输送机12的卸料口与倾斜式螺旋输送机或者LC型垂直式螺旋输送机的入料口相连，这种矿车的螺旋式的出料的密封比较容易实现，所以优先采用这种方案。
本发明能将不出井的矸石作为充填材料之一并将其固结在井下，减少矸石出井的能耗以及矸石出井后的环境污染和土地占用问题；不需要在井下开挖硐室、基坑，所有的设备都布置在工作面运输巷道内；占用空间小、设备易转场、准备时间短，容易与其它工序衔接。
如图1、图2所示，首先在运输巷中相互平行的细集料矿车股道6和矸石矿车股道7，并在中间适当位置设置道岔10和扳道器11，扳道器11和道岔10的作用与地面火车轨道的扳道器和道岔的作用相同，使满车进入和空车的退出有更多的路径选择，以避免堵塞。随着工作面的推进，在充填装置的前方设置好合理的加强支护带以保障作业空间的安全。
随后将平板车2上连带其上的搅拌机1、充填泵、主螺旋输送机8(大倾角螺旋输送机或者LC型垂直式螺旋输送机)、大倾角的波状挡边带式输送机4和动力装置通过股道送入到相应的位置并固定，随后根据所需的充填量的需要将一定数量的满载改装细集料矿车5和V型侧卸式矸石矿车3送入到指定位置并连接好各设备的入料口和出料口，保证物料的不泄漏。随后将各设备的动力装置接好，检查无误之后就可以开机运行。矸石、细集料和水经一定配比经过搅拌机充分搅拌后形成一种膏体充填材料，这种膏体充填材料被充填泵泵送到指定位置的容器中经过一段时间的凝固就形成了具有一定强度的充填带，对顶板起到支撑作用，从而保证了沿空留巷的实现。
一种井下沿空留巷充填方法，包括以下步骤：
步骤一：在所需充填区域附近设置加强支护带；
步骤二：在运输巷中铺设一对相互平行的细集料矿车股道6和矸石矿车股道7，并在两股道之间铺设至少一条道岔10和与所述道岔10相配合的扳道器11，在细集料矿车股道6和矸石矿车股道7的外侧分别设置留宽道和人行道；
步骤三：将波状挡边带式输送机4设置在两股道之间并靠近所需充填区域；
步骤四：将充填泵的入料口与搅拌机1的出料口相连，将搅拌机1的入料口与主螺旋输送机8的出料口相连，并将充填泵、搅拌机1、主螺旋输送机8依次固定设置在平板车2上。将平板车2通过细集料矿车股道6运送到波状挡边带式输送机4附近，并使波状挡边带式输送机4的出料口与搅拌机1的入料口相连；
步骤五：选用井下不出井的小于20mm的小块矸石作为主填充材料，用至少一辆V型侧卸式矸石矿车3将主填充材料通过矸石矿车股道7运送到波状挡边带式输送机4附近，将主填充材料通过V型侧卸式矸石矿车3的出料口传输给波状挡边带式输送机4的入料口，波状挡边带式输送机4通过其出料口将矸石输送到搅拌机1的入料口中；用至少一辆细集料矿车5将细集料和水通过细集料矿车股道6运送到主螺旋输送机8附近，并将细集料和水通过细集料矿车5的出料口传输给主螺旋输送机8的入料口，主螺旋输送机8通过其出料口将细集料和水输送到搅拌机1的入料口中；
步骤六：启动搅拌机1，将矸石、细集料和水充分搅拌后形成膏体充填材料并通过充填泵将该膏体充填材料经高压充填管道9输送到所需充填区域；
步骤七：随着填充工作面的推进，及时调整各充填设备的位置并重新建立连接，并在充填设备的前方及时设置新的加强支护带；
步骤八：当步骤五中的V型侧卸式矸石矿车3和细集料矿车5卸完料后，空车可以根据矿车队列情况选择从原来进入的股道退出，或者通过道岔10从另一条股道退出。
Claims (5)
1.一种井下沿空留巷充填系统，包括搅拌机(1)、充填泵，所述搅拌机(1)和充填泵均设置在平板车(2)上，其特征在于，还包括V型侧卸式矸石矿车(3)、波状挡边带式输送机(4)、细集料矿车(5)、主螺旋输送机(8)、设置在运输巷中相互平行的细集料矿车股道(6)和矸石矿车股道(7),所述波状挡边带式输送机(4)横向地设置在细集料矿车股道(6)和矸石矿车股道(7)之间；
至少一辆所述V型侧卸式矸石矿车(3)运行在所述矸石矿车股道(7)上，其一侧的底部开口通过漏斗与波状挡边带式输送机(4)的入料口相连，所述波状挡边带式输送机(4)的出料口与搅拌机(1)的入料口相连；
所述主螺旋输送机(8)纵向地设置在平板车(2)上，至少一辆所述细集料矿车(5)运行在所述的细集料矿车股道(6)上，其出料口与主螺旋输送机(8)的入料口相连，所述主螺旋输送机(8)的出料口与搅拌机(1)的入料口相连；
所述搅拌机(1)的出料口与充填泵的入料口通过管路连接，所述充填泵的出料口通过高压充填管道(9)与充填区域相连；
所述细集料矿车股道(6)和矸石矿车股道(7)之间设置有至少一个道岔(10)，所述细集料矿车股道(6)上设置有与道岔(10)相配合的扳道器(11)。
2.根据权利要求1所述的一种井下沿空留巷充填系统，其特征在于，所述细集料矿车(5)的出料口通过在其底部设置的小型螺旋输送机(12)与主螺旋输送机(8)的入料口相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种井下沿空留巷充填系统，其特征在于，所述主螺旋输送机(8)为倾斜式螺旋输送机或LC型垂直式螺旋输送机。
4.根据权利要求1或2所述的一种井下沿空留巷充填系统，其特征在于，所述细集料矿车(5)为端卸式矿车或侧卸式矿车。
5.一种井下沿空留巷充填方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在所需充填区域附近设置加强支护带；
步骤二：在运输巷中铺设一对相互平行的细集料矿车股道(6)和矸石矿车股道(7)，并在两股道之间铺设至少一条道岔(10)和与所述道岔(10)相配合的扳道器(11)；在细集料矿车股道(6)和矸石矿车股道(7)的外侧分别设置留宽道和人行道；
步骤三：将波状挡边带式输送机(4)设置在两股道之间并靠近所需充填区域；
步骤四：将充填泵的入料口与搅拌机(1)的出料口相连，将搅拌机(1)的入料口与主螺旋输送机(8)的出料口相连，并将充填泵、搅拌机(1)、主螺旋输送机(8)依次固定设置在平板车(2)上，将平板车(2)通过细集料矿车股道(6)运送到波状挡边带式输送机(4)附近，并使波状挡边带式输送机(4)的出料口与搅拌机(1)的入料口相连；
步骤五：选用井下不出井的小于20mm的小块矸石作为主填充材料，用至少一辆V型侧卸式矸石矿车(3)将主填充材料通过矸石矿车股道(7)运送到波状挡边带式输送机(4)附近，将主填充材料通过V型侧卸式矸石矿车(3)的出料口传输给波状挡边带式输送机(4)的入料口，波状挡边带式输送机(4)通过其出料口将矸石输送到搅拌机(1)的入料口中；用至少一辆细集料矿车(5)将细集料和水通过细集料矿车股道(6)运送到主螺旋输送机(8)附近，并将细集料和水通过细集料矿车(5)的出料口传输给主螺旋输送机(8)的入料口，主螺旋输送机(8)通过其出料口将细集料和水输送到搅拌机(1)的入料口中；
步骤六：启动搅拌机(1)，将矸石、细集料和水充分搅拌后形成膏体充填材料并通过充填泵将该膏体充填材料经高压充填管道(9)输送到所需充填区域；
步骤七：随着填充工作面的推进，及时调整各充填设备的位置并重新建立连接，并在充填设备的前方及时设置新的加强支护带；
步骤八：当步骤五中的V型侧卸式矸石矿车(3)和细集料矿车(5)卸完料后，空车可以根据矿车队列情况选择从原来进入的股道退出，或者通过道岔(10)从另一条股道退出。
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