CN106917634B - 矿山采空区泥浆回填的机械设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于矿区地面沉陷防治、特别是矿山采空区泥浆回填的机械设备和方法的发明。它开创黄土高崖垂向机械化取土、泥土井上井下渡槽输移、泥浆跟进回填的一条龙随采(土)、随配(水)、随运、随填的直达采空区终点的机械装备、操作方法、巷道规划的发明。适用于沙漠、黄土高原地区且有水源的采空区域的沉陷防治工程。它的开发应用，对消除矿山顶板瓦斯透水事故和山区洪峰追尾叠加、破解土坝施工沉陷裂缝世界性难题、有效管控山区水土资源、创建星罗棋布的人工湖及沟台机械化农场、改善局部自然环境生态植被气温降水等状况意义重大。

Description

矿山采空区泥浆回填的机械设备和方法

技术领域

本发明矿山采空区泥浆回填的机械设备和方法，属于矿山(如煤矿、铁矿、铝矿等等)开采法(如水砂充填开采、膏体充填开采)中采空区沉陷防治的回填技术领域。

背景技术

充填开采的缘由和路径。矿藏开采之后，采空区上部的地面相继出现土地开裂、地表泉水断流、房屋倒塌、山体滑坡等地质灾害。引发村矿矛盾，导致移民搬迁、修复治理等诸多社会经济问题。充填开采就是利用外来材料如矸石、沙子、碎石、粉煤灰等物料充填采空区，达到控制岩层移动、地面沉陷的目的。

充填开采方法的分类。按充填位置，分为采空区充填、冒落区充填、离层区充填；按充填量，分为全部充填、部分充填；按充填动能，分为(重力) 自溜充填、风力充填、机械(内燃、电力、人工)充填、水力充填；按充填材料，分为水砂充填、矸石充填、膏体充填、高水充填。

充填开采的历史和现状。早在100年前，澳大利亚北莱尔矿的工人就将全部废弃矸石排弃至采空区充填。充填真正作为煤矿减沉开采的一个计划工序是在20世纪30年代以后。它经历了干式充填开采、水力充填开采、膏体充填开采三个阶段。20世纪50年代，加拿大和澳大利亚等国开发了水力采空区充填技术。水力充填材料通常是河沙、煤矸石和电厂粉煤灰，在波兰、德国应用较多。据1955年阜新、鹤岗两矿的资料，用水砂充填法采煤与同期采用垮落法采煤成本相比较，前者较后者成本高 40％-120％。加之工序多且复杂、机械化程度低、劳动强度大及充填材料泌水恶化了工作面采煤作业环境等缺点，水砂充填采煤法在我国没有得到推广应用。膏体充填技术在国外金属矿山已有近30年的发展历史。世界上首次膏体充填试验于1979年在德国格隆铅锌矿进行。我国金川有色金属公司一矿区、大冶有色金属公司铜绿山矿，近年成功试验并应用了膏体充填技术。德国瓦尔苏蒙煤矿采用长壁工作面采煤，以工业废弃细物料煤泥、粉煤灰制备膏体充填采空区。目前，膏体充填是金属矿山正在推广的一项相当有前景的新技术。我国煤矿2004年开始膏体充填技术的试验研究。膏体充填料浆在管道输送中的一个重要特点是：无临界流速，可以在很低的流速条件下长距离输送。在似膏体的组成中，煤矸石粒径小于5mm。选用235^#水泥，水泥、粉煤灰和煤矸石的质量比为1∶4∶15，质量浓度在70％-72％之间，一般膏体充填系统设计流速0.7-1.0m/s。有一种赤泥胶结充填技术，于20 世纪90年代在山东湖田铝土矿应用成功，并在山东莱芜铁矿开展了赤泥金属沙胶结充填工业试验，其主要组分包括赤泥、粉煤灰、石灰和减水剂。采用主、副管道输送工艺，主管道输送赤泥粉煤灰浆；副管道输送石灰浆。两种料浆在排出口附近经气流混合器进行混合，最终排入采空区，形成不需要脱水的膏状物料。充填料浆质量分数为58％-60％，充填体密度1.5g/cm³。莱芜铁矿工业试验装备耗资1090万元，充填成本40元/t。相对于其他充填开采方法需要水泥、河沙等充填料来说，大大降低了成本。赤泥胶结充填体进入采场后呈膏状，能顺利流入采空区，并能严密接顶，且具有凝固快的突出优点。近年来，随着煤矿绿色开采技术的不断发展，我国学者提出了固体废物置换充填技术，对矿山开采产生的各种废弃物进行有效的处理与利用。研究出了能与传统综合机械化采煤技术相适应的综合机械化矸石固体充填技术。

存在的主要问题：一、采煤生产能力与充填生产能力均衡问题。目前，充填生产能力一般小于100m³/h.而年产100万吨煤炭的矿井生产能力超过100m³/h；二、充填材料供需均衡问题突出。金属矿山采用掘进废石、尾沙、冶炼炉渣等采矿废弃物作为充填料，其中废石、尾沙约占矿石开采量的60％-99％，完全可以解决充填材料供需问题。煤矿的矸石一般为煤炭开采量的15％，采空区全部充填材料难以解决。三、充填成本与采矿效益均衡问题突出。只有当充填成本小于因开采引起的土地破坏和村庄搬迁赔偿费用，充填成本与采矿效益才能实现均衡。

发明内容

针对现行充填技术中存在的缺陷，本发明从四个方面加以改进：一、坑口就地取材切割剥卸黄土山体，以土代沙作为主要充填材料。二、稠泥回填，在免除废水循环利用的程序和装备的同时，消除充填体泌水。三、省掉充填材料仓储程序和设施，随采、随配、随运、随填直达采空区终点。四、为了减小阻力消除堵塞，除竖井垂直区段外，充填材料在井上井下的输送以槽代管。在继承水砂充填、膏体充填工艺优点的同时，减少工序、降低充填成本。

本发明旨在提供一种黄土山体垂向层层切削、土料连续均匀供给、动态依土恒比配水、地面渡槽输移泻卸、竖井管道输送、井下渡槽补水造膜输移、井下弹性扭转渡槽换向、退占式水平弧摆充填渡槽回填、巷道分隔模板架设、直达采空区终点的一条龙作业的机械装备和协调运行方法。为了便于泥浆回填作业，亦须遵循上行回采水砂充填采煤法的基本原则，并在井口的选址和巷道的规划设计上做出相应的调整。井口要选在采区矿层高低走向上方顶部的中间位置；左、右大巷要沿着矿脉高低走向齐头并进开拓，每条大巷从高向低一直打到采区边界，然后两巷并行作业，从低往高采掘回填，左巷向左斜45度、右巷向右斜45度向两边扩展。在宏观平面上，矿山回填工作面、采空区域、回采工作面合呈一个不断地扩大着的正三角形。各巷采掘、回填作业互不干扰。在最底部充填体上留出一条总风巷来。在泥浆充填体内的高低走向上每隔一段距离留出一条联络通道，装风门临时封闭。以黄土山区煤炭井下采掘回填为例，其技术解决方案如下：

设计制造双轴互逆式三向旋转割土机土体切割剥卸机械，选购或改装升降速度可调的提升机械与之配套，组成黄土山体土料采掘装备；设计制造开道侧卸式喂土机，将切割滑落到崖底场地的松散上料均匀地喂入渡槽输移装备；渡槽输移装备则由首部摆动渡槽、弹性扭转渡槽、固定渡槽、尾部摆动渡槽、渡槽衬里、供水机械、转动依次启闭返回式多位多通分流阀、若干弧形喷头共同组成。渡槽分井上井下，构造功能本质上无异，差别在于所处的作业区位、架设连接方式、槽长尺寸。它们都是借助水膜润滑、势能驱动输送泥土进行回填作业的。

所有渡槽其内表面尺寸一致，以减小滑移阻力。渡槽断面是一个两端沿切线向上拉长一些的半圆形。每节渡槽的两个端面均设有半圈法兰，以便于渡槽间前后连接。在地面，首、尾摆动渡槽与固定渡槽的两个相交会的活动节点上，装有以槽形弹簧为筋为骨、浇裹橡胶为肉为皮的弹性扭转渡槽，以适应首、尾摆动渡槽的摆动需求。若干弧形喷头与转动依次启闭返回式多位多通分流阀、供水机械相通，装在首部摆动渡槽端部附近的内表面、呈弧状排列，使进入首部摆动渡槽的土料在贴近渡槽的内表面上形成一层致密的泥水滑动层。渡槽架设从首至尾保持5度以上的前倾角度。在重力加速度水平分力的驱动下，泥水滑动层上部的土料被驮运到槽尾泻卸到入井漏斗内。泥浆通过固定在井壁上的竖井输泥管入井，其上端与入井漏斗相接，下端与转向弯头、顶板延伸渡槽、井下弹性扭转渡槽、恒长退占式水平弧摆充填渡槽、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽连接。在顶板延伸渡槽端部、转向弯头下部，还装一套与供水机械、转动依次启闭返回式多位多通分流阀相联的若干弧形喷头来重造泥水滑动层，这样将泻进入井漏斗的泥浆依靠重力势能拥送回填工作面，并一层一层地堆积起来。

井下弹性扭转渡槽可以适应恒长退占式水平弧摆充填渡槽、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽在水平弧面范围内扭转的需求；充填渡槽的退占作业程序可以延长其连续工作的时间，至少得保证在一个台班内不再重新加槽。退占作业，就意味着充填渡槽在充填作业中得逐步地拆卸缩短冲填渡槽在水平弧面上的摆动半径。在作业过程当中，卸槽易而加槽难！这仅是一方面的因素；而更重要的是，退占施工程序也是回填作业自身本质的要求！渐缩退占式水平弧摆冲填渡槽每节长度不得长于泥浆出口有效的喷射距离；每次回填宽度等于小于恒长退占式水平弧摆冲填渡槽长度的两倍；每次回填作业长度等于小于渐缩退占式水平弧摆冲充填渡槽的长度；巷道模板竖挡在需保留的巷道一线的回填界面上，其功能与混凝土浇筑模板无异；待泥浆固结之后，拆除移设至新的回填巷段。周而复始，循环使用。

从本发明的形式看，工艺流程与混凝土建筑管道模型浇筑有些相似；回填作业泥浆的退占堆积与进占倒渣方式相反，前者渐近后者渐远；回填作业泥浆的自然堆积边坡与泥浆浓度成正相关，即浓度越大，堆积坡度越大；泥浆回填体的密度与泥浆浓度及回填间息时间成正相关，即回填泥浆浓、中间休息时间长，密度便相对高点。

从本发明的本质看，泥土散料是采空区域回填的物质基础，也可以掺沙子、煤矸石进去；原状土体的破碎工作由双轴互逆式三向旋转割土机完成；而此割土机在土场底部至山顶间的上下往复升降运动，则由调速式提升机来完成；提升机拥有调速功能，以适应硬度各异的土体地质条件；土体的破碎动力依靠与双轴相联的原动机提供，在电动汽车工业飞速发展的当今时代，借用更换电池的电动汽车电机简便经济一些；而破碎土料的下落则凭借着重力，故黄土山体掘土面的坡度得维持在70-80度之间。坡度过小，落土不畅；坡度过大，存在土体重力坍塌的安全隐患。此种卸土方案较爆破安全，较常规机具从上到下逐台挖掘卸土经济。

开道侧卸式喂土机械一边行进，一边将割落土场、挡道的松散土料刮提起来从后上侧连续地喂入渡槽。这样，客观地要求首部摆动渡槽随行摆动来接纳土料；而首部渡槽的摆动接料，又客观地要求土场呈扇形向后向外抬头扩展推进。开道侧卸式喂土机械除在场地为渡槽喂土外，还可以为机动车辆、皮带运输机械系统供料，装载沙、土、渣等散料。值得一提的是，它还可以广泛地应用到黄土丘陵地区隔坡反坡梯田、黄河流域河道疏浚渠道开挖的作业中去。

首部摆动渡槽、中间固定渡槽、尾部摆动渡槽的槽型设计是相同的。它们的区别在于：首、尾摆动渡槽的底部均加装了驱动轮主摆系统和万向轮从动系统；首、尾摆动渡槽均以弹性扭转渡槽中心为圆心，在水平弧面上作往复摆动；首部摆动渡槽的端面还装有半碗形渡槽堵口，以避免若干弧形喷头喷水受阻后再度倒溢。

若干弧形喷头置于首部摆动渡槽端部内表面，其展开平面图呈弧状排列分布，喷水射流均指向圆心，在渡槽内表面形成一个向前向下趋中喷射的叠加的水膜，与喂入渡槽中的泥土混和，在渡槽内表面形成一层流态状的泥水滑动层，驮运着上部泥土经中间固定渡槽，从尾部摆动渡槽泻泄输出。首部摆动渡槽是为扩大取土范围、减少固定渡槽加槽次数、延长均匀连续供土时限而设置的；尾部摆动渡槽是为了适应在相邻不同位置入井漏斗间进行切换而设的。根据试验结果推测，至尾部摆动渡槽以上装备，可以作进占式土方工程施工。应用到大中型淤地坝、一级沟堵沟坝、支流澄泥滚水坝、大中型水库及以坝代桥的交通建设的土方工程施工中去。它有可能对山区农业、生态建设产生颠覆性的变革。

在库坝进占式冲积施工中，尾部摆动渡槽的摆幅决定着坝堤顶部的冲积宽度。值得一提的是，它的推广应用对于世界土坝沉陷裂缝难题的破解和全球淡水资源的有效管控合理利用、对山区特别是黄土山区集中连片库坝湿地建设、旱涝保收稳产高产沟台机械化农场建设意义重大。

泥浆入井漏斗需有足够的容积，以对入井泥浆流量的波动作出小幅度的平衡调节。入井漏斗的底部与竖井输泥管相接，它们都靠着井壁加以固定。泥浆进入竖井输泥管，管内压强随深度的增加而增加。竖井输泥管的底部连着转向弯头，置于顶板延伸渡槽端部以内、若干喷头以上；泥浆经过入井漏斗之后，尾部摆动渡槽中泥土相对稳定的泥水滑动层被破坏殆尽，故在转向弯头和顶板延伸渡槽间还须增设一套供水机械、转动依次启闭返回式多位多通分流阀、若干弧形喷头设备来补水造膜。顶板延伸渡槽经井下弹性扭转渡槽与退占式水平弧摆充填渡槽联接，以适应其充填作业在水平面内作弧形摆动的需求。退占式水平弧摆充填渡槽由两部分组成，首段恒长退占式水平弧摆充填渡槽长度一般不变，大约为每轮回填宽度的一半；尾段渐缩退占式水平弧摆充填渡槽在回填的退占作业中，随着回填工作面的向后逼近从末端开始依次卸除，回填一厚层卸一节，直至卸尽完成一个班次的充填作业为止，其长度便是每轮回填的长度。

本发明适宜在沙漠地区、黄土山区及一切有水、土、沙资源的井下矿藏采空区的沉陷防治中应用。较之以往水砂充填技术、膏体充填技术工序少、投资小。是一项关乎生产安全、生态环境保护和社会安定的公益发明。

本发明旨在提供一项从黄土山体切割开采松散土料、场地刮提装载、地面渡槽连续地喷水接土、泥水层重力滑移输送泻卸、入井漏斗接泥、竖井输泥管与转向弯头输送下井、泥浆井下顶板延伸渡槽补水造膜贴顶输送、井下弹性扭转渡槽换向、采空区退占式水平弧摆充填渡槽回填及模板架设迁移的一条龙作业的机械装备和操作方法。以黄土山区煤炭井下采掘回填为例，来描述该系统的整体布局、各部装备设计理念及协调运行的方法。

附图说明

接下来借助21个附图，从整体到局部描述了本发明的一个实施案例，图中装备代号规范内没有的均属自创。

图1：矿山采空区泥浆回填的机械设备和施工方法作业示意图。

图2：双轴互逆式三向旋转割土机工作原理示意图。

图3：径向割土刀构造(三视)示意图。

图4：端向割土刀构造(三视)示意图。

图5：开道侧卸式喂土机正面刮土开道工作原理示意图。

图6：开道侧卸式喂土机后上侧抛送土料工作原理示意图。

图7：开道侧卸式喂土机刮土方铲与矩形横梁装配结构(主视、左视)示意图。

图8：半碗形渡槽堵口结构(三视)示意图。

图9：首部主动摆动渡槽配置及其工作原理(轴侧、正视)示意图。

图10：首部从动摆动渡槽结构(轴侧、正视)示意图。

图11：首部摆动渡槽驱动弓板、支承弓板形状(正视、俯视)示意图。

图12：弹性扭转渡槽构造(正视、左视)示意图。

图13：转动依次启闭返回式多位多通分流阀结构原理(剖面)示意图。

图14：分流阀顶盖结构(俯视)示意图。

图15：分流阀底盘(定盘)结构(俯视)示意图。

图16：分流阀动盘结构(俯视)示意图。

图17：首部主动摆动渡槽端部内表面若干弧形喷头分布位置展开示意图。

图18：竖井上下渡槽泥浆转运装备配置(局部放大)示意图。

图19：双脚顶紧可调式固定支架结构作业(正视)示意图。

图20：三轮三角摆动支架构造和工作原理(轴侧)示意图。

图21：滚动式采掘回填作业巷道规划设计平面示意图。

附图标记：

1-调速式提升机，2-黄土山体掘土面，3-起吊钢丝绳，4-双轴互逆式三向旋转割土机，5-松散土料，6-开道侧卸式喂土机，7-半碗形渡槽堵口，8-若干弧形喷头，9-转动依次启闭返回式多位多通分流阀，10-供水机械，11-首部摆动渡槽，12-固定渡槽，13-弹性扭转渡槽，14-尾部摆动渡槽，15-渡槽衬里，16-入井漏斗，17-井下供水机械，18-井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀，19-井下若干弧形喷头，20-竖井，21-竖井输泥管，22-转向弯头，23-顶板延伸渡槽，24-双脚顶紧可调式固定支架，25- 三轮三角摆动支架，26-井下弹性扭转渡槽，27-恒长退占式水平弧摆充填渡槽，28-渐缩退占式水平弧摆充填渡槽，29-井下渡槽衬里，30-泥浆回填工作面，31-地面土场，32-矿层顶板，33-巷道分隔模板，34-井下半碗形渡槽堵口，35-矿层底板，36-割土转轴，37-盘间轴套，38-弹压割土刀盘， 39-径向割土刀，40-斜向剔角割土刀，41-端向割土刀，42-主动链轮轴， 43-主动链轮，44-刮土链条，45-矩形横梁，46-从动链轮，47-从动链轮轴， 48-铲柄套支承轴架，49-刮土方铲，50-托土槽，51-驮土链条，52-弧状气垫槽，53-主动驮土链轮轴，54-主动驮土链轮，55-驮土片，57-从动驮土链轮轴，58-从动驮土链轮，59-喷气孔，60-吹气孔，61-支承销轴，62- 销轴扭簧，63-端面半法兰连接孔，64-驱动弓板，65-高位万向支承轮，66- 吊装孔，67-主动驱动齿轮，68主动驱动齿轮轴，69-驱动齿轮轴轴承架， 70-同心同步驱动轴轴承架，71-同心同步驱动轮连轴，72-同心同步从动齿圈，73-同心同步驱动轮，74-动力支架，75-支承弓板，76-低位万向支承轮，77-高位万向支承轮联接孔，78-同心同步驱动轴轴承架吊装孔，79- 支承弓板低位万向轮联接孔，80-弓板吊装孔，81-槽形弹簧，82-橡胶包裹层，83-槽顶限宽环，84-恒宽拉丝，85-“丁”字形粘连筋，86-端面半法兰，87-扭拨轴，88-联轴孔，89-轴套，90-顶盖，91-顶盖联孔，92-管壳联孔，93-管状壳体，94-分流管，95-扇面过水窗，96-动盘，97-定盘，98- 底盘，99-堵漏压簧，100-橡胶盘，101-甲位左路通道，102-甲位右路通道， 103-乙位左路通道，104-乙位右路通道，105-丙位左路通道，106-丙位右路通道，107-丁位左路通道，108-丁位右路通道，109-进水管，110-首部摆动渡槽端部展开图长边，111-各弧形喷头理想主流线，112-各弧形喷头喷水射流聚合焦点，113-首部摆动渡槽端部展开图宽边，114-管帽丝套， 115-横拉杆，116-地脚套筒，117-调节孔，118-支腿，119-顶梁，120-支柱，121-横梁，122-斜撑丝杠，123-支承轮，124-三角底架，125-稳定轮， 126-吊挂拉簧，127-回采工作面，128-采空区域，129-矿山回填工作面， 130-掘进大巷。

具体实施方式

下面结合21个附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。

附图1：矿山采空区泥浆回填的机械设备和施工方法作业示意图。调速式提升机(1)置于黄土山体掘土面(2)崖畔顶端。起吊钢丝绳(3) 绕在调速式提升机(1)的滚筒上，其端部吊挂着双轴互逆式三向旋转割土机(4)。双轴互逆式三向旋转割土机(4)紧靠着黄土山体掘土面(2)做上下往复的切割运动。经切割剥离山体的松散土料(5)在重力作用下，沿着黄土山体掘土面(2)70-80度的陡坡下落堆积在崖底土场上。土场以扇形、按5度以上的仰角向后向两侧拓展。井上渡槽由首部摆动渡槽(11)、固定渡槽(12)、尾部摆动渡槽(14)、半碗型渡槽堵口(7)和两节弹性扭转渡槽(13)共同组成。井上井下各渡槽内表面尺寸一致，其横截面为两端直边沿切线拉长一些的半圆形。每节渡槽的两个端面均设有半圈法兰，以便前后连接成为一体；每节渡槽的两条长边弯折90度做成直角加强边，并在上面打4个渡槽吊装孔(66)，以便改装。固定渡槽(12)占绝大多数，直接搁在场地上。首部摆动渡槽(11)、尾部摆动渡槽(14)没有什么差异，仅是作业区段位置不同，都是在固定渡槽(12)的基础上底部加装同心同步驱动轮(73)主动摆动系统(见附图9)、低位万向支承轮(76)从动摆动系统(见附图10)而组成的。换言之，首、尾摆动渡槽(11、14)卸掉行走机构便是固定渡槽(12)。摆动以使首部摆动渡槽(11)适应开道侧卸式喂土机(6) 的移动取土和尾部摆动渡槽(14)在各个入井漏斗(16)间切换卸泥的需求。若干固定渡槽(12)通过两节弹性扭转渡槽(13)从上下两个头与首、尾摆动渡槽(11、14)相接；上水头与首部摆动渡槽(11)相连，下水头与尾部摆动渡槽(14)相连。首部摆动渡槽(11)端部内表面配置着若干弧形喷头 (8)；槽首端面还装有半碗形渡槽堵口(7)，以防止泥水再度溢出。开道侧卸式喂土机(6)将松散土料(5)由正前方刮提起来，从后上侧抛送至首部摆动渡槽(11)端部内表面的若干弧形喷头(8)之上。供水机械(10)送来的水经转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)，对号注入相同位次、方路的若干弧形喷头(8)中，在首部摆动渡槽(11)的内表面形成一层相邻喷头 (8)水流参接叠加的致密的水膜，与进入首部摆动渡槽(11)的泥土在其内表面形成一层浓度较小的泥水滑动层。首部摆动渡槽(11)、弹性扭转渡槽(13)、固定渡槽(12)、尾部摆动渡槽(14)均放置在土场上，它们以5 度以上的前倾角前后相接。在喷水动能和泥土重力加速度水平分力的共同作用下，泥水滑动层将上部松散土料(5)驮运至尾部摆动渡槽(14)槽尾泻泄到入井漏斗(16)中去。入井漏斗(16)固定在竖井(20)井口上。竖井输泥管(21)置于竖井(20)之内、固定在井壁上面，其上部与入井漏斗(16) 相接，下部通过转向弯头(22)与顶板延伸渡槽(23)相通。顶板延伸渡槽 (23)侧依矿壁、上近矿层顶板(32)、下着双脚顶紧可调式固定支架(24)，其首端通过转向弯头(22)与竖井输泥管(21)相接，尾端通过井下弹性扭转渡槽(26)与恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽 (28)相连。应当指出：性能结构上，弹性扭转渡槽(13)与井下弹性扭转渡槽(26)、固定渡槽(12)与顶板延伸渡槽(23)及恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)没有差异，不同的仅是流水线作业区段、设置方式。变更名称是为了表述上的便利、避免混淆。

在回填作业中，恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)由若干节组成；总长度在当班作业中保持不变，在泥浆回填工作面(30)挪位之时，才会做出调整。渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)也由若干节相接组成，但每节长度不得超过渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)末端出口泥浆的有效泻泄距离；作业中，渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)每摆动回填一遍，水平面内弧状的泥浆回填工作面(30)就倒逼地加贴一厚层，便得卸槽一节，直至渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)卸尽为止；下一班回填作业准备工作开始。恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)的总长度决定退占式弧摆的幅度，即回填的最小宽度等于恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)长度的两倍；渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28) 也由若干节组成，其总长度便是一个班次回填的长度，每节槽长以泥浆出槽后的有效射程为限，不得超过渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)槽尾至泥浆跌落中心距离。恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)均由若干付三轮三角摆动支架(25)共同托举着。从力学的角度看，粗壮的渡槽(27、28)阁在若干三轮三角移动支架(25)上如同纵向拉杆，足以保证它们摆动步调的协同一致性。所谓三轮，是由两个大轮走巷道低端，由一个小轮走巷道高端；所谓三角，支架从水平方向、三个轮固定的底基看，还是从垂直方向两条支腿(118)一条斜撑丝杠(122) 看均凑为三角形。这样受力平衡比较稳定。巷道分隔模板(33)起着与混凝土浇筑模型相似的功能，将泥浆回填工作面(30)和保留巷道隔离开来，以防止泥浆流出回填区域之外。一般情况下，恒长退占式水平弧摆充填渡槽 (27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)重量也不会太大。倘若巷道坑洼不平人工摆动太过吃力，就在三轮三角移动支架(25)上加装小型动力进行驱动。

井下充填作业，顶板延伸渡槽(23)中的泥浆经井下弹性扭转渡槽(26)、恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)，从渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)槽尾涌出，堆积到泥浆回填工作面(30)上。

回填作业从摆动弧线的一端开始向另一端摆动、边摆边充直到尽头。每次弧面冲积厚度，就等于一节渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28) 的长度。渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)在弧面通摆一遍，拆卸一节。当渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)拆卸完了，此段回填作业也就结束了。接下来便是调整顶板延伸渡槽(23)、迁移恒长退占式水平弧摆充填渡槽 (27)、重新安装渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)到新的泥浆回填工作面(30)上去作业。

为了适应复杂的工况，也可以将恒长退占式水平弧摆充填渡槽 (27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)均装备成井下弹性扭转渡槽 (26)。随着社会的进步，将来可以在三轮三角移动支架(25)上装置自动调整机构重心平衡、协调摆动行走的人工智能系统，来共同应对巷道起伏不平、复杂多变的工况条件。

附图2：双轴互逆式三向旋转割土机工作原理示意图。两条割土转轴(36)水平、平行装置，由动力机带动作互逆式转动，采用更换电池的电动汽车电机驱动经济便捷些：即一条割土转轴(36)顺时针转动，另一条割土转轴(36)作反时针转动，如箭头所示。两条割土转轴(36)上都对称、均匀地装着若干片弹压割土刀盘(38)。两条割土转轴(36)上的弹压割土刀盘(38)的盘数相等、盘距相等、且左右对称的弹压割土刀盘(38)上的割土刀种类相同数量相等。弹压割土刀盘(38)上都装有径向割土刀(39)。径向割土刀(39)的中部、左右离中心点等距打一对孔，刀面贴着弹压割土刀盘(38)安装。径向割土刀(39)正反两个面、内外两个头均对称，可以轮换倒装使用，它是割土的主力刀片。在贴近黄土山体掘土面(2)界面的那一对弹压割土刀盘(38)的端面上还加装着端向割土刀(41)和斜向剔角割土刀(40)；端向割土刀(41)与割土转轴(36)平行装置，它是用来为径向割土刀(39)开凿割土悬空工作面的。换句话说，径向割土刀(39)是从开凿的洞穴顶部垂直向上划切土体的；斜向剔角割土刀(40)装在贴近黄土山体掘土面(2)一侧弹压割土刀盘(38)的外部边缘、端向割土刀(41)和径向割土刀(39)之间，并与它们各夹角45度；它是用来剔角的。无论水平方向上的端面割土，还是垂直上升的径向划顶割土，均面临着一个剔角的问题。剔空了角，端面的水平钻进、径向的顶升割土才能得以进行。

在附图1中，两条割土转轴(36)水平、平行设置，它的右端与动力轴相连，它们分别驱动各自的弹压割土刀盘(38)、径向割土刀(39)、端向割土刀(41)、斜向剔角割土刀(40)一起转动进行割土作业。割土转轴(36)与弹压割土刀盘(38)间不设键槽呈转动联接，仅靠轴向弹压固定、借助离心力进行土体切割。当割土刀工作负荷过载，割土转轴(36)便克服弹力开始在弹压割土刀盘(38)内空转，从而对割土刀(39、40、41)起到一个过载保护的作用。两条割土转轴(36)平行装置且转动方向逆反，用以抵消割土作业过程中两轴各自产生的侧向跑偏阻力。割土的垂向阻力自然由起吊钢丝绳(3)承担。平行装置的两条割土转轴(36)其间轴距大于径向割土刀(39)的最大工作直径，使两轴(36)间的割土刀(39、40)不致相碰：割土幅宽大于径向割土刀(39)工作直径的两倍；弹压割土刀盘(38)的首、尾距离便是每次割土的厚度；双轴互逆式三向旋转割土机(4)的垂向进刀速度，等于调速式提升机(1)的上升速度；应与该段山体土质的硬度相匹配，硬慢软快。

割土作业起始阶段，双轴互逆式三向旋转割土机(4)应当先从黄土山体掘土面(2)崖底用端向割土刀(41)、斜向剔角割土刀(40)做水平钻进切割，直至达到这些弹压割土刀盘(38)的最大吃土厚度。然后才能在调速式提升机(1)的牵引下做顶升割土作业。径向割土刀(39)、斜向剔角割土刀(40)在黄土山体掘土面(2)上钻进去的穴顶界面上作从下到上的切割运动，悬空对顶掏剥山体。切割形成的松散土料(5)则顺着若干弹压割土刀盘(38)间的空隙，在重力作用下滑落到土坡崖底，靠着黄土山体掘土面(2)一侧堆积起来。黄土山体切割成松散土料(5)后体积会增大，由于松散土料(5)聚积底层会对割刀切割产生极大阻力，故在实际操作中要想先作水平切割，这就需在底部掏挖出足够的存土空间。当若干弹压割土刀盘(38)水平钻进达到设定的吃土厚度，方可开始从底到顶的垂向切割运动。当然，起底也可以在水平和垂直两个方向上同时缓缓斜向推进，丢下的底基松动工作由铲车、挖掘机来完成。

附图3：径向割土刀构造(三视)示意图。径向割土刀(39)是切土的主力刀片。正、反四周全部倒角。刀面中部打一对孔，以便将它固定在弹压割土刀盘(38)上。正反、左右、内外的对称，可以倒装更替、切换转动方向进行作业。

附图4：端向割土刀构造(三视)示意图。端向割土刀(41)柄部攻丝以便固定。若干端向割土刀(41)在贴近黄土山体掘土面(2)一侧的那一对弹压割上刀盘(38)上垂直向外均布安装，刀身与割土转轴(36)平行。

就本身形体构造而言，斜向剔角割土刀(40)与端向割土刀(41) 无异。差别仅在于安装的部位和方向。斜向剔角割土刀(40)安装在弹压割土刀盘(38)外径边缘部位，且与径向割土刀(39)、端向割土刀(41)分别夹角45度。

附图5：开道侧卸式喂土机正面刮土开道工作原理示意图；附图6：开道侧卸式喂土机后上侧抛送土料工作原理示意图。开道侧卸式喂土机(6) 具有自行走功能。作业由正面刮土开道和后上侧抛送土料两大工作机构组成。

正面刮土开道机构是这样设置的：主动链轮轴(42)上装着两个主动链轮(43)；从动链轮轴(47)上装着两个从动链轮(46)。两圈刮土链条(44)分左右将主动链轮(43)、从动链轮(46)连结起来。若干矩形横梁 (45)的两端，分别搭接在两圈刮土链条(44)上。若干矩形横梁(45)在两圈刮土链条(44)上平行、等距地安装，且与两圈刮土链条(44)的走向垂直。刮土方铲(49)置于刮土链条(44)与矩形横梁(45)运动圈的外侧。刮土方铲(49)的铲面与刮土链条(44)移动方向一致，其铲刃与矩形横梁(45) 的中心线平行，刮土方铲(49)的柄端与矩形横梁(45)后面紧贴刮土链条(44)一角呈转动连接，依赖销轴扭簧(62)将刮土方铲(49)的铲面与矩形横梁(45)贴紧。当矩形横梁(45)、刮土方铲(49)运行在两圈刮土链条(44) 的上半圈时，刮土方铲(49)铲刃朝上；当矩形横梁(45)、刮土方铲(49) 运行在两圈刮土链条(44)的下半圈时，刮土方铲(49)铲刃朝下。从动链轮轴(47)靠前居低，主动链轮轴(42)靠后居高，两轴半行。两轴(42、 47)及轴端连线所形成的平面，与水平面有30-40度的夹角，在主动链轮 (43)、从动链轮(46)、矩形横梁(45)、刮土方铲(49)的下方装着托土槽(50)。托土槽(50)是一个由底面、两侧90度的直角边所组成的上下畅口的平底槽，下为进土口，上为出土口。托土槽(50)的底面与主动链轮轴 (42)、从动链轮轴(47)所连成的平面平行，是配合刮土方铲(49)刮运松散土料(5)用的。自然地也是靠近从动链轮(46)一端低、靠近主动链轮(43) 一端高。在托土槽(50)出土口的正下方装有侧向抛卸土料机构，它可以左右切换抛卸，以适应开道侧卸式喂土机(6)往返作业的需求。

后上侧抛送土料机构是这样设置的：一对主动驮土链轮(54)分别装在主动驮土链轮轴(53)的两端：一对从动驮土链轮(58)装在从动驮土链轮轴(57)上，两轴(53、57)相对平行装置，两圈驮土链条(51)将四只驮土链轮(54、58)联系起来。弧状气垫槽(52)置于四只驮土链轮(54、 58)、两圈驮土链条(51)中间。有若干弹性、气密性好的驮土片(55)首尾参接、平行设置、转动式地吊挂在驮土链条(51)上。驮土片(55)的宽度大于同轴两个驮土链轮(54、58)的轮距，以便其有足够的尺寸去贴合弧状气垫槽(52)；驮土片(55)的首尾长度是驮土片(55)片距的1.5倍，换言之，驮土片(55)在首、尾长度方向上是前后参接着的，以确保驮土片(55) 对上不漏土，对下不透气，以充分发挥气垫的润滑作用。

弧状气垫槽(52)是中空的，一侧设有吹气孔(60)。槽的横截面顶部为弧状曲线，槽面上还钻有若干喷气孔(59)。作业中，运行在驮土链条(51)上半圈的驮土片(55)，下贴弧状气垫槽(52)、上托松散土料(5) 向左或右输移抛卸。一定压强、流量的气流进入吹气孔(60)，经若干喷气孔(59)逸出。在弧状气垫槽(52)和驮土片(55)之间形成一个气垫润滑层，以减小侧卸阻力。当驮土片(55)运行在驮土链条(51)的下半圈时，驮土片(55)像一面面吊挂着的门帘依次向后移动。在翻转运动瞬间，弹性的橡胶材料之类的驮土片(55)将粘连在它上面的泥土抖落下来，以利下回驮土。

开道侧卸式喂土机(6)底部装有行走机构。场地干硬，采用轮胎行走机构；地面湿陷泥泞，采用履带行走机构。

作业时，行走机构启动。托土槽(50)较低一端、从动链轮(46) 靠近松散土料(5)底部。受动力驱动，主动链轮轴(42)带动两个主动链轮 (43)、两圈刮土链条(44)、一对从动链轮(46)、若干矩形横梁(45)、若干刮土方铲(49)一起按箭头指示的方向做逆时针的反转运动。刮土方铲 (49)跟着从动链轮(46)作圆周运动的同时向前推进，铲刃有一个30度左右的入土角，当刮土方铲(49)铲刃触到松散土料(5)之后，随即沿着托土槽(50)低端的进料口向下翻转，受托土槽(50)的托举支撑，随着两圈刮土链条(44)、矩形横梁(45)的牵动，刮土方铲(49)将松散土料(5)刮移至托土槽(50)上端出料口推卸下去，掉落到其正下方的弧状气垫槽(52) 之上的驮土片(55)上面。动力驱动主动驮土链轮轴(53)、两只主动驮土链轮(54)、从动链轮轴(57)上的两只从动驮土链轮(58)、若干驮土片(55) 一起运动，将落到驮土片(55)上面的松散土料(5)抛入首部摆动渡槽(11) 端部内表面的若干弧形喷头(8)之上。周而复始，完成土料的刮提、抛送任务。

随着刮土方铲(49)的不断刮送，松散土料(5)在逐渐消退，行走机构便带动开道侧卸式喂土机(6)缓慢前行跟进作业。后上侧抛送土料机构可以左右换向来抛卸松散土料(5)，以满足开道侧卸式喂土机(6)在往返行程中都能进行喂土作业的需求。

除在场地给首部摆动渡槽(11)连续喂土外，开道侧卸式喂土机 (6)还可以应用到黄土丘陵山区的隔坡反坡梯田修筑、渠道开挖及黄河下游河道的疏浚作业中去。

附图7：开道侧卸式喂土机刮土方铲与矩形横梁装配结构(主视、左视)示意图。这是刮土方铲(49)运行在刮土链条(44)下半圈时的刮土作业状态。矩形横梁(45)上焊着若干对铲柄套支承轴架(48)，支承销轴(61) 将刮土方铲(49)和销轴扭簧(62)穿插在一对对铲柄套支承轴架(48)间。在销轴扭簧(62)的扭力作用下，刮土方铲(49)铲面紧贴矩形横梁(45)，在其下方托土槽(50)的配合下刮提松散土料(5)至上端出料口。当遇石块、树枝等杂物阻力过载，销轴扭簧(62)屈服，刮土方铲(49)铲面与矩形横梁(45)移动方向平行，起到过载保护的作用。

附图8：半碗形渡槽堵口结构(三视)示意图。顾名思义，半碗形渡槽渡口(7)形状像只碗从顶到底对称地切去一半。它也设有端面半法兰(86)、端面半法兰联接孔(63)，以便与首部(主动)摆动渡槽(11)对接。它在避免喷水倒流的同时，可以存放若干弧形喷头(8)的输水管、转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)。

附图9：首部主动摆动渡槽配置及其工作原理(轴侧、正视)示意图。首部摆动渡槽(11)由固定渡槽(12)和行走机构分别组成首部主动摆动渡槽、首部从动摆动渡槽。固定渡槽(12)由若干节联接而成。首部主动摆动渡槽是这样组装的：通过4个渡槽吊装孔(66)、4个弓板吊装孔(80)，将一节固定渡槽(12)、一对驱动弓板(64)、一对动力支架(74)联结在一起。同心同步驱动轴轴承架吊装孔(78)下面装着同心同步驱动轴轴承架 (70)；高位万向支承轮联接孔(77)下面装着高位万向支承轮(65)。前后一对同心同步驱动轴轴承架(70)上装着一条同心同步驱动轮联轴(71)、一对同心同步驱动轮(73)。其中一个同心同步驱动轮(73)上还装着一个同心同步从动齿圈(72)。一对动力支架(74)上装着一对驱动轴轴承架(69)，它们抬架着主动驱动轴(68)、主动驱动齿轮(67)。主动驱动齿轮(67) 与同心同步从动齿圈(72)齿合。两个同心同步驱动轮(73)固定在一条同心同步驱动轮联轴(71)上。这样，转动主动驱动齿轮轴(68)，主动驱动齿轮(67)、同心同步从动齿圈(72)、一对同心同步驱动轮(73)就转动起来。同时，牵动高位万向支承轮(65)一起移动，从而达到带动首部从动摆动渡槽一起摆动的目的。

附图10：首部从动摆动渡槽结构(轴侧、正视)示意图。首部从动摆动渡槽由若干节相连组成。每节首部从动摆动渡槽均由一节固定渡槽 (12)、两条支承弓板(75)、4套低位万向支承轮(76)组装而成

首部从动摆动渡槽与首部主动摆动渡槽相接，并由后者牵挂着前者一起摆动。从动摆动渡槽的节数多少，决定摆动幅度的大小。首部摆动渡槽(11)和尾部摆动渡槽(14)在构造、性能上没有差异；它们在地面渡槽的排列顺序中，首、尾是对称的：即固定渡槽(12)居中，弹性扭转渡槽(13)分置两侧，首、尾主动摆动渡槽(11、14)居地面渡槽作业线的上下游两端。

附图11：首部摆动渡槽驱动弓板、支承弓板形状(正视、俯视) 示意图。顾名思义，弓板就是弓形的钢板。两种弓板的内弧均与首部摆动渡槽的外弧一致。驱动弓板(64)是首部主动摆动渡槽的大梁，设计比较长点高点；支承弓板(75)是首部从动摆动渡槽的大梁，设计相对短些低些。

附图12：弹性扭转渡槽构造(正视、左视)示意图。弹性扭转渡槽(13)由六部分组成：槽型弹簧(81)和端面半法兰(86)相连为骨为筋、橡胶包裹层(82)为肉为皮。槽型弹簧(81)上面的槽顶限宽环(83)、恒宽拉丝(84)共同维持渡槽截面形状大致不变：槽型弹簧(81)两头的端面半法兰(86)设有端面半法兰联接孔(63)，以便与首尾摆动渡槽(11、14)、固定渡槽(12)上的端面半法兰相联接；两头端面半法兰(86)上的“丁”字形粘连筋(85)是为了提高其与橡胶包裹层(82)的结合性能而设的。橡胶包裹层(82)的作用在于：既保证渡槽在水平面内能左右各作30-40度的扭曲而局部伸缩自由，又不渗不漏、维持渡槽内表面泥水滑动层的完整性。它的作用如同人体、动物的活动关节一样重要。在土方施工中，对延长供土、卸泥的连续时限、提高工作效率意义重大。随着材料工业的发展，倘若性能可以满足需求、且价格上也划算，也可以直接用弹性塑料来浇铸弹性扭转渡槽(13)。

附图13：转动依次启闭返回式多位多通分流阀结构原理(剖面) 示意图；附图14：分流阀顶盖结构(俯视)示意图；附图15：分流阀底盘(定盘)结构(俯视)示意图；附图16：分流阀动盘结构(俯视)示意图。总体看，转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)呈扁平的管状壳体。转动启闭，意即启闭通过转动来实现；返回式，加强和减弱，转向逆反；多位多通，意指多个档位，每个档位至少有两个通道，每个档位上的加强、削弱均是渐进的；分流，意指一个输入通道，多条输出通道；启闭在于调节喷水流量，喷水压强则保持相对稳定。

转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)主要由管状壳体(93)、底盘(98)、定盘(97)、动盘(96)、顶盖(90)、扭拨轴(87)、橡胶盘(100)、堵漏压簧(99)、进水管(109)、分流管(94)组成。

管状壳体(93)和底盘(98)焊成一体，底盘(98)上焊着若干分流管(94)。定盘(97)和底盘(98)构造相同，区别在于：定盘(97)不焊，输水孔位与底盘(98)重合着安装，材质要求耐磨不锈。动盘(96)与定盘 (97)相比外径相同，一半不动，另一半保留中心和边缘部分，在对应底盘 (98)、定盘(97)、分流管(94)的相位内，割出一个动盘扇面过水窗(95) 来。安装时，顶盖(90)上的进水管(109)与底盘(98)的分流管(94)中心部位对正，以减小过流阻力。作业时，水经进水管(109)、动盘(96)的扇面过水窗(95)、定盘(97)，从底盘(98)上分流管(94)输入对应的相同编号的若干弧形喷头(8)的管道中。扭拨轴(87)与动盘(96)用万向节相连，以确保动盘(96)与定盘(97)紧密贴合；橡胶盘(100)粘接在扭拨轴(87) 中下部。堵漏压簧(99)套在扭拨轴(87)下部，下压动盘(96)上托橡胶盘 (100)紧紧抵贴在顶盖(90)上，以防扭拨轴(87)与轴套(89)间漏水。

当动盘(96)的扇面过水窗(95)正对底盘(98)上的分流管(94) 时，输水量最大：当动盘(96)实心的那一半正对底盘(98)的分流管(94) 时，阀门完全关闭。在全开、全闭相位间转动动盘(96)，即可调节配水流量。

附图17：首部主动摆动渡槽端部内表面若干弧形喷头分布位置展开示意图。若干弧形喷头(8)在首部摆动渡槽(11)端部内表面呈弧线排列，各喷头的喷水射流向前方槽底聚焦。若干弧形喷头(8)的进水管编号与底盘(98)上的分流管(94)(附图15)编号一一对应，用管子把编号相同的分流管(94)的出水口与若干弧形喷头(8)的进水口连起来，就能实现分流阀预定的功能：开启，从中心到两侧，一个档位开两路，从小到大直至全开；关闭，原路返回，从两侧到中心，从大到小直至全关。这样以使配水与喂土比实现动态平衡，从而达到严格控制出槽泥土含水量的目的。

理论上，若干弧形喷头(8)喷水射流应向焦点(112)集中；实践中，不放土只开水时，相邻各个弧形喷头的喷水射流参接交织在一起，在首部摆动渡槽(11)的端部形成一个一定压强、流量的致密的水膜。喂土后，该水膜使贴近首部摆动渡槽(11)内表面的泥土稀释成为浓度较小的泥水滑动层。该滑动层消除了上部泥土与渡槽间的静摩擦力，使前倾渡槽中的泥土得到一个向前滑移的重力加速度的水平分力，在渡槽中制造出一个人工的可控的连续的滑坡、泥石流运动，从而使泥土能在较小倾角之下实现无动力输移的目的。

渡槽作业时，开道侧卸式喂土机(6)将松散土料(5)抛入首部摆动渡槽(11)端部内表面的若干弧形喷头(8)上面。供水机械(10)的水经转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)注入若干弧形喷头(8)。使贴近渡槽内表面的泥土成为一层浓度较小的泥水滑动层。在这层水膜动能、渡槽前倾泥土势能水平分力的共同作用下，依次将首部摆动渡槽(11)内的泥土经弹性摆动渡槽(13)、固定渡槽(12)、另一节弹性摆动渡槽(13)，最后从尾部摆动渡槽(14)泻泄到入井漏斗(16)中去。

模拟试验时，渡槽在前倾5度的情况下，槽内泥土无动力输移速度可达每秒一米以上。进占施工出槽泥浆自然堆积边坡在30--43度之间。冲积1-3天内，坝体干容重平均1.56。对土方施工，具有巨大的技术经济价值。值得一提的是，模拟实践和理论分析研究表明：稠泥进占堆积的土方施工程序，顺应了泥浆即时压密、而后脱水固结的规律，使坝体垂向在固结前成型，摆正了土坝自重即时压密、自然脱水固结的时空关系，可望彻底破解土坝施工沉陷裂缝的世界难题。对大幅度提高土方设计标准和施工效益、确保库坝运行安全具有重大而深远的意义。

截至尾部摆动渡槽(14)之前所有的机械装备，还可以在黄土山区采用进占式施工程序，用稠泥冲积大型堵沟坝、支流澄泥滚水坝、铁路公路以坝代桥工程，创建星罗棋布的人工湖；在便利交通的同时蓄洪拦沙、改善当地生产、生活、生态环境条件。对山区农、林、牧、渔现代化转型跨越发展、提高集中连片贫因地区自身的造血功能和水土资源利用率、开创地毯式的国土整治产业、创新山区农业机械化现代化的模式、提升特色农业生态农业资源自然循环利用的质量和效益、消除汛期山区洪水追尾意义重大。

图18：竖井上下渡槽泥浆转运装备配置(局部放大)示意图。入井漏斗(16)置于矿区井口、固定在竖井(20)井壁上。入井漏斗(16)的底部出口与竖井输泥管(21)相接。若干竖井输泥管(21)一直延伸至采矿巷道矿层顶板(32)附近，其末端与转向弯头(22)相接。转向弯头(22)正下方是顶板延伸渡槽(23)、井下半碗形渡槽堵口(34)。与井上设置相仿，在顶板延伸渡槽(23)的内表面、转向弯头(22)的出口下面也布设着井下若干弧形喷头(19)。井下供水机械(17)的水经井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)，输入井下若干弧形喷头(19)。井下同时开几对大巷进行作业，就需几套入井漏斗(16)、顶板延伸渡槽(23)、井下半碗形渡槽堵口(34)、井下供水机械(17)、井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)、井下若干弧形喷头(19)，以备尾部摆动渡槽(14)在各条大巷轮流进行回填作业的入井漏斗(16)间切换。

尾部摆动渡槽(14)的泥浆泻泄到入井漏斗(16)，经竖井输泥管 (21)、转向弯头(22)进入顶板延伸渡槽(23)端部。此时，井上泥浆赖以快速输移的泥水滑动层已经破坏殆尽，故须在顶板延伸渡槽(23)端部依照井上首部摆动渡槽(11)的方式配置若干井下弧形喷头(19)、井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)、井下供水机械(17)，封装井下半碗形渡槽堵口(34)，以重建井下渡槽泥浆输移的泥水滑动层。但实际需水量比井上大大减少了。虽然井上井下供水装备无异，但为了防止混淆还是用不同的名称和代号将它们区分开来。

泥浆入井作业时，井下供水机械(17)阀门打开，调节井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)，井下若干弧形喷头(19)开始喷水，在顶板延伸渡槽(23)的内表面形成一层致密的水膜，使转向弯头(22)泻泄下来的混和泥浆从新得到一个较稀的滑动层。在重力作用下经井下弹性扭转渡槽(26)、恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)顺畅地堆积到泥浆回填工作面(30)。

倘若是斜井，尾部摆动渡槽(14)就与顶板延伸渡槽(23)对接，省去其它(16、17、18、19、21、22、34)中间环节。

图19：双脚顶紧可调式固定支架结构作业(正视)示意图。双脚顶紧可调式固定支架(24)主要由两条支腿(118)、一对管帽丝套(114)、两个地脚套筒(116)、一条横拉杆(115)组成。支腿(118)的长度以巷道最低高度为限，它的有效高度是可以拉伸调节的。支腿(118)底部打些调节孔(117)，改变地脚套筒(116)与调节孔(117)的连接部位，就能改变支腿(118)的实际高度，这是粗调；旋转管帽丝套(114)，便可以升降它在支腿(118)顶部超出的高度，这是细调。以此适应巷道复杂的地形条件。横拉杆(115)与两条支腿(118)固定连接，除增加双脚顶紧可调式固定支架 (24)的稳定性外，也便于顶板延伸渡槽(23)的吊装和拆卸。

附图20：三轮三角摆动支架构造和工作原理(轴侧)示意图。三轮三角摆动支架(25)由三角底架(124)、一对支承轮(123)、一只稳定轮 (125)、两条支柱(120)、一根顶梁(119)、一根横梁(121)、一条斜撑丝杠(122)组成。三角底架(124)的三个角固定着一对支承轮(123)和一只稳定轮(125)。两条支柱(120)的底端与一对支承轮(123)所在的两个角呈转动连接，其中部固定连接着横梁(121)，顶部固定着顶梁(119)。通过吊挂拉簧(126)，将井下弹性扭转渡槽(26)、恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)吊挂在顶梁(119)上。三角底架(124)中固定稳定轮(125)的那一个角转动连接着斜撑丝杠(122)。斜撑丝杠(122)与横梁(121)也呈活动连接。转动斜撑丝杠(122)，即改变其在横梁(121)上的连接位置。也就改变了立柱(120)的倾斜程度、改变了顶梁(119)和渡槽(26、27、28)的实际高度，加上若干吊挂拉簧(126) 的微调作用，以达到渡槽(26、27、28)输移大致顺直的目的。经转向弯头 (22)，竖井输泥管(21)与顶板延伸渡槽(23)相通。顶板延伸渡槽(23) 侧依着矿壁、槽顶贴近采掘矿层顶板(32)、下着双脚顶紧可调式固定支架 (24)向前伸展。顶板延伸渡槽(23)架设起来，它的末端通过井下弹性扭转渡槽(26)与恒长退占式水平弧摆冲填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)相接。若干副三轮三角摆动支架(25)将井下渡槽(26、27、 28)也举至矿层顶板(32)附近，遵守了渡槽输泥一路下行的基本原则，保障充填体及早接顶，以消除顶板局部弯折应力。

在倾斜、急斜采空区泥浆回填中，可以省去双脚顶紧可调式固定支架(24)、三轮三角摆动支架(25)，依照井上地面的解决方案，把顶板延伸渡槽(23)、井下弹性扭转渡槽(26)、恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)直接阁在矿层底板(35)上。在渡槽须放在泥浆充填体上的作业区段，且泥浆尚未凝固，可在充填体上铺些木板防陷进行充填作业，是以往行之有效的做法。

作业时，顶板延伸渡槽(23)中的泥浆经井下弹性扭转渡槽(26)、恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)，从渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28) 槽尾涌出，堆积到泥浆回填工作面(30)上。

泥浆回填工作面(30)的侧面竖挡着巷道分隔模板(33)，它起着与混凝土浇筑模型相似的功能，将保留巷道与泥浆回填工作面(30)隔离开来。待泥浆凝固之后，将巷道分隔模板(33)拆卸下来移到下一段保留巷道中去架设。在以往的充填工艺中，巷道分隔模板(33)的工作是由隔离墙完成的。它用塑料编织布隔离或专门设计的组合式钢质模板及其与单体液压支柱、金属铰接顶梁的连接体，是高度和倾斜度可调、拆装方便的隔离墙。在泥浆回填作业中，应该尽可能地沿用过去这些还行之有效的装备和方法。

渡槽的通用性及渡槽衬里。尾部摆动渡槽(14)与首部摆动渡槽 (11)结构功能没有什么差异，区别仅在于它们所处的区位：首部摆动渡槽 (11)在流水作业线的上游，而尾部摆动渡槽(14)则在流水作业线的下游；固定渡槽(12)与首部摆动渡槽(11)相比，少了驱动弓板(64)、支承弓板 (75)、同心同步驱动轮(73)、高位万向支承轮(65)、低位万向支承轮(76) 行走摆动机构。换句话说，首部摆动渡槽(11)卸掉行走机构，便成为固定渡槽(12)。顶板延伸渡槽(23)与固定渡槽(12)构造完全相同，区别在于：前者运到井下架在巷道顶部；后者留在井上搁置在场地上。除弹性扭转渡槽(13、26)外，渡槽均加衬里，是从渡槽的磨损、锈蚀考虑的。磨损是正常的不可避免的，加个衬里更换起来很方便，损耗相对较小。衬里的宽度与渡槽内表面的宽度相等；衬里的长度可以裁成单节渡槽长度的1、2、3、 5、10倍来选择替换使用。衬里材料可以在不锈钢卷板、橡胶卷板、塑料卷板间选择裁制。

附图21：滚动式采掘回填作业巷道规划设计平面示意图。作为全新的回填工艺，泥浆回填与水沙充填膏体充填差别甚大。它略去了废水循环利用、沉淀淤泥清理的实施、装备和工艺。故推行采空区泥浆回填工艺，在遵循水沙充填、膏体充填工艺基本原则的前提下，结合泥浆充填的实际需求，对巷道布局和拓展程序作出总体规划。

要充分利用矿脉生成发育高低不平的现象，沿着矿层高低走向主线、从高到低掘进，一直打到该矿开采边界。为了解决通风问题，左右两巷齐头并进打到最底部，再由低向高往回采。为了便于充填，回采工作面与先前掘进巷间夹角45度，即左巷向左倾斜45度，右巷向右倾斜45度。从低往高数，依次为矿山回填工作面(129)、采空区域(128)、回采工作面(127)。各巷回采、充填作业同时进行，互不干扰。两巷并行作业，在平面上合呈一个不断扩大着的正三角形。在最底部的矿山回填工作面(129)，给两掘进大巷(130)空出一条总通风巷道，并随着矿山回填工作面(129) 的拓展接续伸长；并同时在逐步扩大的矿山回填工作面(129)充填泥体的高低走向上，每隔一定距离空留条联络通道出来，通道两头安装活门临时封闭，以备检修人员穿插和突发事故人员应急疏散。

在附图21中，回采工作面(127)、采空区域(128)、矿山回填工作面(129)三个三角形工作面的顶角连线，便是两条掘进大巷(130)作业的分界线。同时应当指出，矿山回填工作面(129)与泥浆回填工作面(30) 是隶属关系、整体与局部的关系，无数个微观上的泥浆回填工作面(30) 合在一起，便成为宏观上的矿山回填工作面(129)。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以增减数量、扩缩尺寸，可以做出若干变形和改进。

Claims (6)

1.矿山采空区泥浆回填的施工方法，其特征是：运用双轴互逆式三向旋转割土机(4)把原状土从黄土山体掘土面(2)高崖上垂向、一批一批地切割下来，卸落堆积到不断抬升、呈扇形扩张的场地上；用开道侧卸式喂土机(6)将这些松散土料(5)由正面连续均匀地刮提起来，从后上侧抛入同步随行摆动的前倾的首部摆动渡槽(11)内；同时在整套首部摆动渡槽(11)端部内表面，由供水机械(10)、转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)为若干弧形喷头(8)根据进土量按比配水，于是上部泥土得以借助底部泥水层进行滑移，经弹性扭转渡槽(13)、若干节固定渡槽(12)、整套尾部摆动渡槽(14)到达入井漏斗(16)、若干节竖井输泥管(21)、转向弯头(22)中进入井下渡槽；从转向弯头(22)泻出的泥浆已经混和，须经二次补水造膜后方可通过若干节顶板延伸渡槽(23)、井下弹性扭转渡槽(26)、若干节恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、若干节渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)送达泥浆回填工作面(30)堆积起来，从而实现采空区域(128)泥浆回填的目的。

2.矿山采空区泥浆回填的机械设备，其特征是：采用双轴互逆式三向旋转割土机(4)、起吊钢丝绳(3)、调速式提升机(1)，协同进行黄土山体掘土面(2)高崖的垂向切割卸土；运用开道侧卸式喂土机(6)从正面连续均匀地刮提松散土料(5)、再从后上侧喂入同步随行的整套首部摆动渡槽(11)；半碗型渡槽堵口(7)、若干弧形喷头(8)、转动依次启闭返回式多位多通分流阀(9)、供水机械(10)、整套首部摆动渡槽(11)、弹性扭转渡槽(13)、若干节固定渡槽(12)、整套尾部摆动渡槽(14)、若干节渡槽衬里(15)，借助势能协同进行小倾角、低含水量、无动力泥土输移；入井漏斗(16)、若干节竖井输泥管(21)、转向弯头(22)、井下供水机械(17)、井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)、井下若干弧形喷头(19)、若干节顶板延伸渡槽(23)、井下弹性扭转渡槽(26)、若干节恒长退占式水平弧摆冲填渡槽(27)、若干节渐缩退占式水平弧摆冲填渡槽(28)、若干节井下渡槽衬里(29)、若干付双脚顶紧可调式固定支架(24)、若干付三轮三角摆动支架(25)、若干块巷道分隔模板(33)共同完成接纳泥浆、补水造膜、贴顶输移、接顶充填工作，实现矿山回填工作面(129)泥浆及时充填、预防矿区沉陷的目的。

3.按照权利要求2的机械设备，其高崖切割卸土的特征是：在双轴互逆式三向旋转割土机(4)上，两条割土转轴(36)按一定轴距，水平、平行地装置；两条割土转轴(36)上按一定盘踞、均匀地装着若干弹压割土刀盘(38)；在每片弹压割土刀盘(38)的外径边缘径向均匀地分布着若干径向割土刀(39)；此外，在贴近黄土山体掘土面(2)的两片弹压割土刀盘(38)上，还加装着若干端向割土刀(41)、若干斜向剔角割土刀(40)，且均匀分布；径向割土刀(39)正反两面四周全部倒角，中部打一对孔，正反、上下、左右对称，可调换着使用；端向割土刀(41)、斜向剔角割土刀(40)构造相同，三面倒角、柄部攻丝用以固定；端向割土刀(41)固定在弹压割土刀盘端面、且与割土转轴(36)平行；斜向剔角割土刀(40)装在弹压割土刀盘(38)边缘部位，与径向割土刀(39)、端向割土刀(41)各夹45度的角；两条割土转轴(36)带着若干弹压割土刀盘(38)及其三个方向上的径向割土刀(39)、端向割土刀(41)、斜向剔角割土刀(40)一起转动切割山崖土体；切割得从底部开始，两条割土转轴(36)先水平钻进，达到额定厚度后，由调速式提升机(1)、起吊钢丝绳(3)牵引，从山崖底部新开凿的作业洞穴顶部仰面垂直向上切割，且两条割土转轴(36)转动方向互相逆反；经切割的黄土山体掘土面(2)破碎成为松散土料(5)，顺着若干弹压割土刀盘(38)间的空隙掉落到崖底堆积起来；当割穿崖顶之后，双轴互逆式三向旋转割土机(4)开始急速下降，此刻双轴互逆式三向旋转割土机(4)只利用端向割土刀(41)、斜向剔角割土刀(40)附带地切割着山崖陡坡一直到底，新一轮升降往复土体切割作业开始；当土硬、进刀速度过快、或遇树根石块，割土转轴(36)便克服弹力在若干弹压割土刀盘(38)上空转，从而使弹压割土刀盘(38)上的众多割土刀(39、40、41)自动得到过载保护。

4.按照权利要求2的机械设备，其喂土的特征是：行进中的开道侧卸式喂土机(6)上的一条主动链轮轴(42)、两只主动链轮(43)、两圈割土链条(44)、一条从动链轮轴(47)、两只从动链轮(46)、若干矩型横梁(45)、若干刮土方铲(49)与托土槽(50)配合，将挡在正前方的松散土料(5)从托土槽(50)前下部进土口刮提起来，推送至托土槽(50)后上部出土口卸到弧状气垫槽(52)、两条驮土链条(51)、若干驮土片(55)上面，在主动驮土链轮轴(53)、两只主动驮土链轮(54)、从动驮土链轮轴(57)、两只从动驮土链轮(58)、一个吹气孔(60)、若干喷气孔(59)的配合下，将松散土料(5)抛卸到整套首部摆动渡槽(11)端部内表面的若干弧形喷头(8)上面。

5.按照权利要求2的机械设备，其输送泥土的特征是：固定渡槽(12)是渡槽组成的主体，其横截面是一个两端沿切线拉长一些的半圆形；每节渡槽的两个端面均设有半圈法兰，以便前后相联连成一体；槽口两条长边折90度做成直角加强边，并在边的水平面上打4个渡槽吊装孔(66)；若干弧形喷头(8)在整套首部摆动渡槽(11)端部内表面呈弧形排列，开启阀门可以在首部摆动渡槽(11)内表面喷出一个相互参接、聚焦前下方、致密的具有一定动能的水膜；在半碗型渡槽堵口(7)、整套首部摆动渡槽(11)、前后两节弹性扭转渡槽(13)、若干节固定渡槽(12)、整套尾部摆动渡槽(14)的配合下，将泥土泻泄到入井漏斗(16)中去；在一节固定渡槽(12)上加装两条驱动弓板(64)、两只同心同步驱动轮(73)、一只主动驱动齿轮(67)、一只同心同步从动齿圈(72)、两套高位万向支承轮(65)主要部件便成为主摆系统；在一节固定渡槽(12)上加装两条支承弓板(75)、4只低位万向支承轮(76)便成为从摆系统；一套主摆系统与若干套从摆系统相连，便组成整套首部摆动渡槽(11)或整套尾部摆动渡槽(14)；在高性能、低成本弹性塑料问世之前，弹性扭转渡槽(13)的技术功能还得依靠槽型弹簧(81)、橡胶包裹层(82)、槽顶限宽环(83)、恒宽拉丝(84)、“丁”字形粘连筋(85)、端面半法兰(86)所设定的工艺结构予以实现。

6.按照权利要求2的机械设备，其泥浆入井回填的特征是：尾部摆动渡槽(14)将泥土泻泄到入井漏斗(16)，经若干节竖井输泥管(21)、转向弯头(22)进入井下顶板延伸渡槽(23)后，先前井上渡槽中的泥水滑动层被破坏殆尽，顶板延伸渡槽(23)首部内表面须二次补水造膜；故设置井下供水机械(17)、井下转动依次启闭返回式多位多通分流阀(18)、井下若干弧形喷头(19)，并在若干节顶板延伸渡槽(23)首端封装井下半碗形渡槽堵口(34)；从转向弯头(22)泄出的泥浆得到补水造膜后，经若干节顶板延伸渡槽(23)进入井下弹性扭转渡槽(26)、若干节恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、若干节渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)，在若干块巷道分隔模板(33)的配合之下，在泥浆回填工作面(30)上堆积起来；其间，若干付双脚顶紧可调式固定支架(24)对若干节顶板延伸渡槽(23)的顶托、若干付三轮三角摆动支架(25)对井下弹性扭转渡槽(26)、若干节恒长退占式水平弧摆充填渡槽(27)、若干节渐缩退占式水平弧摆充填渡槽(28)的支撑摆动，为渡槽泥浆的无动力输移和充填体及早接顶创造了步步下行平滑顺直的运行条件。

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