CN109736809B - 一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺 - Google Patents

Abstract

一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺，其充填系统主要由矸石仓、入料振动筛、入料皮带机、履带破碎机和气力充填设备组成，所述的气力充填设备包括气力充填泵、推送液压缸、气力充填管、高压气力进口、首节充填管以及入料斗。其充填工艺包括接管作业、矸石充填作业和持续气力充填作业。本发明能够满足钻采法采空区充填需求，增强钻采法开采安全性，以及预防采空区垮塌等安全事故；具有易实现平行作业，占用较小的空间，物料输运和各种设备配置方便、提高煤炭资源的回收率、降低充填成本等优点。

Description

一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺，适用于露天煤矿的边角煤采空区回填作业。

背景技术

矸石是井下煤矿开采的衍生物，采用矸石进行井下采空区充填，可以减少矸石升井、井下充填的成本，但是如何在狭小的空间中进行充填作业，是钻采法开采薄煤层推广应用的又一障碍。传统充填方法仍存在一些问题，如覆岩离层注浆的效率低和连续性不强、水砂充填用水量较大会污染地下水体、膏体(似膏体)充填成本过高、矸石自溜充填易发生充填不充分、机械化矸石充填占用井下空间较多、矸石人工充填费工费力安全性差等，而且露天煤矿含矸量较高，边角煤层开采高度小，充填工作面作业空间有限，一般充填设备难以进入采空区内部，导致充填作业不全面，存在安全隐患。因此，亟需安全、有效且可靠的露天边帮煤采空区充填设备及其相应工艺。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺，能够满足钻采法采空区充填需求，增强钻采法开采安全性，以及预防采空区垮塌等安全事故；具有易实现平行作业，占用较小的空间，物料输运和各种设备配置方便、提高煤炭资源的回收率、降低充填成本等优点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种露天边帮煤采空区气力充填系统，主要由矸石仓、入料振动筛、入料皮带机、履带破碎机和气力充填设备组成，矸石仓通过入料振动筛与入料皮带机的入料端相连，入料皮带机的出料端与履带破碎机的入料口相连，履带破碎机通过螺旋输送机与气力充填设备相连；所述的气力充填设备包括气力充填泵、推送液压缸、气力充填管、高压气力进口、首节充填管以及入料斗，气力充填泵上设有高压气力进口，气力充填泵安装于推送液压缸上端，与推送液压缸一起运动，气力充填泵上的入料斗位于螺旋输送机的出料口下方，气力充填泵出口通过快速接头与气力充填管相连，多组气力充填管首尾相连，最后与首节充填管相连。

一种露天边帮煤采空区气力充填工艺，步骤如下：

1)进行接管作业，履带破碎机拖动气力充填设备至露天采空区外部，两组前支撑液压缸和两组后支撑液压缸伸出，支撑地面以固定气力充填设备；

2)吊车将首节充填管吊入气力充填设备内，首节充填管的尾端与推送液压缸前端的快速接头相连，并通过卡箍固定，首节充填管前端的推板对准所充填采空区；

3)向推送液压缸供油，推送液压缸伸出并推动首节充填管进入采空区，待首节充填管进入采空区后，推送液压缸停止供油；

4)解除卡箍使快速接头脱离，同时推送液压缸回缩至原位，吊车将气力充填管吊入气力充填设备内，气力充填管的尾端与推送液压缸前端的快速接头相连，气力充填管前端的快速接头Ⅰ与上一节气力充填管相连，前后均通过卡箍固定；

5)向推送液压缸供油，推送液压缸伸出并推动气力充填管进入采空区，待气力充填管进入采空区后，推送液压缸停止供油，通过红外测距仪及监控摄像头判断首节充填管的位置，重复步骤4)，直至推送液压缸回缩至原位时，首节充填管与采空区底端之间的距离约为一节气力充填管长度；

6)进行矸石充填作业，安装履带破碎机的螺旋输送机，使螺旋输送机的入料端正对气力充填设备的入料斗；

7)安装入料振动筛和入料皮带机，将矸石从矸石仓运送至履带破碎机的入料口，履带破碎机启动，将矸石进行破碎，并通过两组输送螺旋和螺旋输送机输送至气力充填设备的入料斗；

8)向气力充填设备的高压气力进口通入高压空气，开启气力充填泵将进入入料斗的矸石颗粒通过多组气力充填管输送至首节充填管内，并最终充填采空区；

9)持续气力充填作业，同时通过红外测距仪及监控摄像头判断采空区充填情况，所留采空区即将充满时，停止螺旋输送机，将矸石颗粒暂时存储在履带破碎机内；

10)当首节充填管无大量矸石颗粒喷出时，关闭高压气力进口并暂停气力充填泵，推送液压缸缓慢向前伸出，以推动多组气力充填管和首节充填管压实充填区域；

11)待充填区域压实后，推送液压缸回缩至原位，解除气力充填设备内气力充填管两端的卡箍，使其两端的连接脱离，采用吊车吊离该气力充填管后，推送液压缸伸出与上一节气力充填管相连，并用卡箍固定后，推送液压缸拖动剩余的气力充填管和首节充填管退出煤层；

12)待推送液压缸回缩至原位后，重复步骤8)-11)，直至所有气力充填管和首节充填管退出采空区，完成充填作业；

13)气力充填设备的两组后支撑液压缸和两组前支撑液压缸退回，解除气力充填设备固定状态，重复步骤1)，直至完成所有边帮煤采空区的充填工作。

相比现有技术，本发明的一种露天边帮煤采空区气力充填系统及工艺，将露天开采的大量矸石破碎并输送至采空区，采用气力输送设备输送充填至采空区，具有易实现平行作业，占用较小的空间，物料输运和各种设备配置方便等优点，将矸石作为充填主料，能有效地兼顾开采经济效益与环境效益，增强钻采法开采安全性，预防采空区垮塌等安全事故，提高煤炭资源的回收率、降低充填成本，是一种兼顾露天采煤经济效益和安全性的绿色开采充填技术方法，具有较强的创新性和广泛的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例中主要设备的主视图，示出了履带破碎机和气力充填设备的结构。

图3为中主要设备的俯视图。

图4为本发明实施例中气力充填管的结构示意图。

图5为本发明实施例中首节充填管的主视图。

图6为本发明实施例中首节充填管的俯视图。

图7为本发明实施例的首节充填管的左视图。

图中：1、矸石仓，2、入料振动筛，3、入料皮带机，4、履带破碎机，4-1、破碎电机，4-2、破碎减速器，4-3、破碎轴承座，4-4、输送电机，4-5、输送减速器，4-6、输送传动箱，4-7、破碎对辊，4-8、输送螺旋，4-9、液压履带，4-10、螺旋输送机，5、气力充填设备，5-1、后支撑液压缸，5-2、气力充填泵，5-3、推送液压缸，5-4、气力充填管，5-4-2、加固盘Ⅰ，5-4-3、支撑轮Ⅰ，5-4-4、双层管Ⅰ，5-4-5、快速接头Ⅰ，5-5、高压气力进口，5-6、吊车，5-7、机械抱爪，5-8、前支撑液压缸，5-9、首节充填管，5-9-1、推板，5-9-2、红外测距仪及监控摄像头，5-9-3、LED灯，5-9-4、通风口，5-9-5、加固盘Ⅱ，5-9-6、支撑轮Ⅱ，5-9-7、双层管Ⅱ，5-9-8、快速接头Ⅱ，5-10、入料斗。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1至图7示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，如图1所示，一种露天边帮煤采空区气力充填系统，主要由矸石仓1、入料振动筛2、入料皮带机3、履带破碎机4和气力充填设备5组成，矸石仓1通过入料振动筛2与入料皮带机3的入料端相连，入料皮带机3的出料端与履带破碎机4的入料口相连，履带破碎机4通过螺旋输送机4-10与气力充填设备5相连。

如图2和图3所示，所述的履带破碎机4包括车架平台以及安装在其上的破碎机构和输送机构，车架平台安装在液压履带4-9上，破碎机构位于输送机构上方；破碎机构由破碎电机4-1、破碎减速器4-2、破碎轴承座4-3和破碎对辊4-7组成，破碎电机4-1安装在车架平台的电机座上，通过破碎减速器4-2与破碎轴承座4-3连接，构成破碎动力传输组，两组破碎动力传输组左右布置，分别与破碎对辊4-7的两组齿辊连接；输送机构由输送电机4-4、输送减速器4-5、输送传动箱4-6、输送螺旋4-8和螺旋输送机4-10组成，输送电机4-4安装在车架平台上，通过安装在车架平台上的输送减速器4-5与输送传动箱4-6连接，构成输送动力传输组，输送动力传输组通过输送传动箱4-6与两组输送螺旋4-8连接；输送螺旋4-8的出料端与螺旋输送机4-10的入料端相连。进一步地，为了方便设备输送，履带破碎机4与螺旋输送机4-10可拆卸，且螺旋输送机4-10置于履带破碎机4的车架平台上；履带破碎机4有拖车钩，可拖动气力充填设备5运动。

再如图2和图3所示，所述的气力充填设备5包括气力充填泵5-2、推送液压缸5-3、气力充填管5-4、高压气力进口5-5、首节充填管5-9以及入料斗5-10，气力充填泵5-2上设有高压气力进口5-5，气力充填泵5-2安装于推送液压缸5-3上端，与推送液压缸5-3一起运动，气力充填泵5-2上的入料斗5-10位于螺旋输送机4-10的出料口下方，气力充填泵5-2出口通过快速接头与气力充填管5-4相连，多组气力充填管5-4首尾相连，最后与首节充填管5-9相连。所述的气力充填设备5通过支撑液压缸固定在地面上，支撑液压缸由两组前支撑液压缸5-8和两组后支撑液压缸5-1组成，分别位于气力充填设备5前、后方。进一步地，所述的气力充填设备5还包括吊车5-6和机械抱爪5-7，吊车5-6设于气力充填设备5一侧，用于气力充填管和首节充填管5-9的吊送；机械抱爪5-7固定于气力充填设备5前部，作为气力充填管5-4的支撑及固定结构。

如图4所示，所述的气力充填管5-4包括双层管Ⅰ5-4-4，双层管Ⅰ5-4-4的两端部分别具有一个快速接头Ⅰ5-4-5和一个快速接头对接头，双层管Ⅰ5-4-4的内外管通过两个套装在其外部两端的加固盘Ⅰ5-4-2进行加固，在每个加固盘5-4-2的下方均安装有支撑轮Ⅰ5-4-3；双层管5-4-5的内管为气力输送矸石颗粒，外管为拖动及连接作用。

如图5、图6和图7所示，所述的首节充填管5-9包括双层管Ⅱ5-9-7和推板5-9-1，双层管Ⅱ5-9-7的内外管通过两个套装在其外部两端的加固盘Ⅱ5-9-5加固，在每个加固盘Ⅱ5-9-5的下方均安装有支撑轮Ⅱ5-9-6；双层管Ⅱ5-9-7的一端是快速接头Ⅱ5-9-8，另一端与推板5-9-1固定连接，在推板5-9-1上开有两组照明摄像孔和一组通风口5-9-4，两组照明摄像孔分别位于推板5-9-1的左右两端上方，每组照明摄像孔内都安装红外测距仪及监控摄像头5-9-2和多组LED灯5-9-3，通风口5-9-4位于推板(5-9-1)中上方。优选地，所述推板5-9-1的高度和宽度，分别比采空区断面的高度和宽度小5-10cm。

参见图1，一种基于所述露天边帮煤采空区气力充填系统的充填工艺，具体步骤如下：

1)进行接管作业，履带破碎机4拖动气力充填设备5至露天采空区外部，两组前支撑液压缸5-8和两组后支撑液压缸5-1伸出，支撑地面以固定气力充填设备5；

2)吊车5-6将首节充填管5-9吊入气力充填设备5内，首节充填管5-9的尾端与推送液压缸5-3前端的快速接头相连，并通过卡箍固定，首节充填管5-9前端的推板5-9-1对准所充填采空区；

3)向推送液压缸5-3供油，推送液压缸5-3伸出并推动首节充填管5-9进入采空区，待首节充填管5-9进入采空区后，推送液压缸5-3停止供油；

4)解除卡箍使快速接头脱离，同时推送液压缸5-3回缩至原位，吊车5-6将气力充填管5-4吊入气力充填设备5内，气力充填管5-4的尾端与推送液压缸5-3前端的快速接头相连，气力充填管5-4前端的快速接头Ⅰ5-4-5与上一节气力充填管5-4相连，前后均通过卡箍固定；

5)向推送液压缸5-3供油，推送液压缸5-3伸出并推动气力充填管5-4进入采空区，待气力充填管5-4进入采空区后，推送液压缸5-3停止供油，通过红外测距仪及监控摄像头5-9-2判断首节充填管5-9的位置，重复步骤4)，直至推送液压缸5-3回缩至原位时，首节充填管5-9与采空区底端之间的距离约为一节气力充填管5-4长度；

6)进行矸石充填作业，安装履带破碎机4的螺旋输送机4-10，使螺旋输送机4-10的入料端正对气力充填设备5的入料斗5-10；

7)安装入料振动筛2和入料皮带机3，将矸石从矸石仓1运送至履带破碎机4的入料口，履带破碎机4启动，将矸石进行破碎，并通过两组输送螺旋4-8和螺旋输送机4-10输送至气力充填设备5的入料斗5-10；

8)向气力充填设备5的高压气力进口5-5通入高压空气，开启气力充填泵5-2将进入入料斗5-10的矸石颗粒通过多组气力充填管5-4输送至首节充填管5-9内，并最终充填采空区；

9)持续气力充填作业，同时通过红外测距仪及监控摄像头5-9-2判断采空区充填情况，所留采空区即将充满时，停止螺旋输送机4-10，将矸石颗粒暂时存储在履带破碎机4内；

10)当首节充填管5-9无大量矸石颗粒喷出时，关闭高压气力进口5-5并暂停气力充填泵5-2，推送液压缸5-3缓慢向前伸出，以推动多组气力充填管5-4和首节充填管5-9压实充填区域；

11)待充填区域压实后，推送液压缸5-3回缩至原位，解除气力充填设备5内气力充填管5-4两端的卡箍，使其两端的连接脱离，采用吊车5-6吊离该气力充填管5-4后，推送液压缸5-3伸出与上一节气力充填管5-4相连，并用卡箍固定后，推送液压缸5-3拖动剩余的气力充填管5-4和首节充填管5-9退出煤层；

12)待推送液压缸5-3回缩至原位后，重复步骤8)-11)，直至所有气力充填管5-4和首节充填管5-9退出采空区，完成充填作业；

13)气力充填设备5的两组后支撑液压缸5-1和两组前支撑液压缸5-8退回，解除气力充填设备5固定状态，重复步骤1)，直至完成所有边帮煤采空区的充填工作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种露天边帮煤采空区气力充填工艺，基于一种露天边帮煤采空区气力充填系统，所述系统主要由矸石仓（1）、入料振动筛（2）、入料皮带机（3）、履带破碎机（4）和气力充填设备（5）组成，矸石仓（1）通过入料振动筛（2）与入料皮带机（3）的入料端相连，入料皮带机（3）的出料端与履带破碎机（4）的入料口相连，履带破碎机（4）通过螺旋输送机（4-10）与气力充填设备（5）相连；其特征是：所述的气力充填设备（5）包括气力充填泵（5-2）、推送液压缸（5-3）、气力充填管（5-4）、高压气力进口（5-5）、首节充填管（5-9）以及入料斗（5-10），气力充填泵（5-2）上设有高压气力进口（5-5），气力充填泵（5-2）安装于推送液压缸（5-3）上端，与推送液压缸（5-3）一起运动，气力充填泵（5-2）上的入料斗（5-10）位于螺旋输送机（4-10）的出料口下方，气力充填泵（5-2）出口通过快速接头与气力充填管（5-4）相连，多组气力充填管（5-4）首尾相连，最后与首节充填管（5-9）相连；

所述的气力充填管（5-4）包括双层管Ⅰ（5-4-4），双层管Ⅰ（5-4-4）的两端部分别具有一个快速接头Ⅰ（5-4-5）和一个快速接头对接头，双层管Ⅰ（5-4-4）的内外管通过两个套装在其外部两端的加固盘Ⅰ（5-4-2）进行加固，在每个加固盘（5-4-2）的下方均安装有支撑轮Ⅰ（5-4-3）；

所述的首节充填管（5-9）包括双层管Ⅱ（5-9-7）和推板（5-9-1），双层管Ⅱ（5-9-7）的内外管通过两个套装在其外部两端的加固盘Ⅱ（5-9-5）加固，在每个加固盘Ⅱ（5-9-5）的下方均安装有支撑轮Ⅱ（5-9-6）；双层管Ⅱ（5-9-7）的一端是快速接头Ⅱ（5-9-8），另一端与推板固定连接，在推板（5-9-1）上开有两组照明摄像孔和一组通风口（5-9-4），两组照明摄像孔分别位于推板（5-9-1）的左右两端上方，每组照明摄像孔内都安装红外测距仪及监控摄像头（5-9-2）和多组LED灯（5-9-3），通风口（5-9-4）位于推板（5-9-1）中上方；

所述的气力充填设备（5）还包括吊车（5-6），吊车（5-6）设于气力充填设备（5）一侧；

所述的气力充填设备（5）通过支撑液压缸固定在地面上，支撑液压缸由两组前支撑液压缸（5-8）和两组后支撑液压缸（5-1）组成，分别位于气力充填设备（5）前、后方；

所述的履带破碎机（4）包括车架平台以及安装在其上的破碎机构和输送机构，破碎机构位于输送机构上方；破碎机构由破碎电机（4-1）、破碎减速器（4-2）、破碎轴承座（4-3）和破碎对辊（4-7）组成，破碎电机（4-1）安装在车架平台的电机座上，通过破碎减速器（4-2）与破碎轴承座（4-3）连接，构成破碎动力传输组，两组破碎动力传输组左右布置，分别与破碎对辊（4-7）的两组齿辊连接；输送机构由输送电机（4-4）、输送减速器（4-5）、输送传动箱（4-6）、输送螺旋（4-8）和螺旋输送机（4-10）组成，输送电机（4-4）安装在车架平台上，通过安装在车架平台上的输送减速器（4-5）与输送传动箱（4-6）连接，构成输送动力传输组，输送动力传输组通过输送传动箱（4-6）与两组输送螺旋（4-8）连接；输送螺旋（4-8）的出料端与螺旋输送机（4-10）的入料端相连；

所述露天边帮煤采空区气力充填系统的充填工艺，步骤如下：

1）进行接管作业，履带破碎机（4）拖动气力充填设备（5）至露天采空区外部，两组前支撑液压缸（5-8）和两组后支撑液压缸（5-1）伸出，支撑地面以固定气力充填设备（5）；

2）吊车（5-6）将首节充填管（5-9）吊入气力充填设备（5）内，首节充填管（5-9）的尾端与推送液压缸（5-3）前端的快速接头相连，并通过卡箍固定，首节充填管（5-9）前端的推板（5-9-1）对准所充填采空区；

3）向推送液压缸（5-3）供油，推送液压缸（5-3）伸出并推动首节充填管（5-9）进入采空区，待首节充填管（5-9）进入采空区后，推送液压缸（5-3）停止供油；

4）解除卡箍使快速接头脱离，同时推送液压缸（5-3）回缩至原位，吊车（5-6）将气力充填管（5-4）吊入气力充填设备（5）内，气力充填管（5-4）的尾端与推送液压缸（5-3）前端的快速接头相连，气力充填管（5-4）前端的快速接头Ⅰ（5-4-5）与上一节气力充填管（5-4）相连，前后均通过卡箍固定；

5）向推送液压缸（5-3）供油，推送液压缸（5-3）伸出并推动气力充填管（5-4）进入采空区，待气力充填管（5-4）进入采空区后，推送液压缸（5-3）停止供油，通过红外测距仪及监控摄像头（5-9-2）判断首节充填管（5-9）的位置，重复步骤4），直至推送液压缸（5-3）回缩至原位时，首节充填管（5-9）与采空区底端之间的距离为一节气力充填管（5-4）长度；

6）进行矸石充填作业，安装履带破碎机（4）的螺旋输送机（4-10），使螺旋输送机（4-10）的入料端正对气力充填设备（5）的入料斗（5-10）；

7）安装入料振动筛（2）和入料皮带机（3），将矸石从矸石仓（1）运送至履带破碎机（4）的入料口，履带破碎机（4）启动，将矸石进行破碎，并通过两组输送螺旋（4-8）和螺旋输送机（4-10）输送至气力充填设备（5）的入料斗（5-10）；

8）向气力充填设备（5）的高压气力进口（5-5）通入高压空气，开启气力充填泵（5-2）将进入入料斗（5-10）的矸石颗粒通过多组气力充填管（5-4）输送至首节充填管（5-9）内，并最终充填采空区；

9）持续气力充填作业，同时通过红外测距仪及监控摄像头（5-9-2）判断采空区充填情况，所留采空区即将充满时，停止螺旋输送机（4-10），将矸石颗粒暂时存储在履带破碎机（4）内；

10）当首节充填管（5-9）无大量矸石颗粒喷出时，关闭高压气力进口（5-5）并暂停气力充填泵（5-2），推送液压缸（5-3）缓慢向前伸出，以推动多组气力充填管（5-4）和首节充填管（5-9）压实充填区域；

11）待充填区域压实后，推送液压缸（5-3）回缩至原位，解除气力充填设备（5）内气力充填管（5-4）两端的卡箍，使其两端的连接脱离，采用吊车（5-6）吊离该气力充填管（5-4）后，推送液压缸（5-3）伸出与上一节气力充填管（5-4）相连，并用卡箍固定后，推送液压缸（5-3）拖动剩余的气力充填管（5-4）和首节充填管（5-9）退出煤层；

12）待推送液压缸（5-3）回缩至原位后，重复步骤8）-11），直至所有气力充填管（5-4）和首节充填管（5-9）退出采空区，完成充填作业；

13）气力充填设备（5）的两组后支撑液压缸（5-1）和两组前支撑液压缸（5-8）退回，解除气力充填设备（5）固定状态，重复步骤1），直至完成所有边帮煤采空区的充填工作。

2.根据权利要求1所述的一种露天边帮煤采空区气力充填工艺，其特征是：所述推板（5-9-1）的高度和宽度，分别比采空区断面的高度和宽度小5-10cm。

3.根据权利要求1所述的一种露天边帮煤采空区气力充填工艺，其特征是：所述的气力充填设备（5）还包括机械抱爪（5-7），机械抱爪（5-7）固定于气力充填设备（5）前部，支撑及固定气力充填管（5-4）。

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