CN112796829A - 一种综放面冒落区井下原矸充填系统及充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综放面冒落区井下原矸充填系统及充填方法，包括井下智能干选系统，井下智能干选系统的进料口与原煤输送机的出料口连接；井下智能干选系统的出料口与井下破碎系统的进料口连接；井下破碎系统的出料口与浆料配比搅拌系统的进料口连接，浆料配比搅拌系统的出料口与泵送充填系统的进料口连接，泵送充填系统的出料口与综放面冒落区中的预设充填孔连接；本发明利用井下智能干选系统对矸石进行分选，并经过破碎、浆料搅拌配制，获取矸石充填浆料，并对综放面冒落区进行充填，实现对综放面冒落区的充填处理；矸石井下就地充填，避免了矸石堆放，有效保护了矿井周边环境，拓宽了长壁开采冒落区注浆充填技术的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，特别涉及一种综放面冒落区井下原矸充填系统及充填方法。
背景技术
目前，长壁开采冒落区注浆充填，主要应用于德国、波兰；早在1991年，德国矿冶技术公司与鲁尔煤炭公司合作，其采用与长壁开采综采工作面配套的尾管充填新技术，将冒落区膏体充填的技术应用到了沃尔萨姆(Walsum)矿，充填长壁工作面后方的冒落区，以控制开采引起的地表下沉和处理固体废弃物。
其中，所用膏体充填材料由粉煤灰、浮选矸石及破碎岩粉等制成；充填管接入回采工作面后方的长度决定于弯曲下沉带顶板对冒落区冒落矸石的压实过程，在冒落矸石初步形成，尚处于松散状态或只有轻微压实的时候及时充填效果最好。膏体材料充填工作面不设置隔离滤水设施，利用冒落矸石的吸水效应可以控制膏体材料在扩散还未进入支架区就失去流动性；冒落区冒落带空隙注浆充填开采，可以实现采矿与充填的平行作业；但膏体充填材料的原料需采用井上配制后输送至井下进行充填，充填管路复杂，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种综放面冒落区井下原矸充填系统及充填方法，以解决现有的膏体充填需采用井上配制，充填管路设备复杂，成本较高的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种综放面冒落区井下原矸充填系统，包括井下智能干选系统、井下破碎系统、浆料配比搅拌系统及泵送充填系统；井下智能干选系统的进料口与原煤输送机的出料口连接，用于分选原煤中的矸石；井下智能干选系统的出料口与井下破碎系统的进料口连接；井下破碎系统的出料口与浆料配比搅拌系统的进料口连接，浆料配比搅拌系统的出料口与泵送充填系统的进料口连接，泵送充填系统的出料口与综放面冒落区中的预设充填孔连接。
进一步的，井下智能干选系统包括筛分装置、干选装置及矸石转运皮带；筛分装置设置在溜煤眼上口，筛分装置的出料口与干选装置的进料口连接；干选装置的矸石出料口与矸石转运皮带的进料口连接，矸石转运皮带的出料口与井下破碎系统的进料口连接。
进一步的，筛分装置采用滚轴筛，干选装置采用TDS智能分选机。
进一步的，井下破碎系统包括一级破碎系统、二级破碎系统及井下储矸仓；一级破碎系统的进料口与井下智能干选系统的出料口连接，一级破碎系统的出料口通过皮带与二级破碎系统的进料口连接，二级破碎系统的出料口通过皮带与井下储矸仓连接；其中，一级破碎系统采用颚式破碎机，二级破碎系统采用高效细碎机。
进一步的，浆料配比搅拌系统包括称重配比给料机及搅拌机；称重配比给料机的进料口与井下破碎系统的出料口连接，称重配比给料机的出料口与搅拌机的进料口连接，搅拌机的出料口与泵送充填系统的进料口连接。
进一步的，泵送充填系统包括充填泵及充填管路；充填泵的进料口与浆料配比搅拌系统的出料口连接，充填泵的出料口通过充填管路与综放面冒落区中的预设充填孔连接。
进一步的，综放面冒落区中的预设充填孔包括高位裂隙孔或/和预埋管瓦斯抽放孔；其中，高位裂隙孔布置在回风巷道采空侧帮肩，预埋管瓦斯抽放孔水平布设在回风平巷采空侧帮部。
进一步的，高位裂隙空设置在顶板与煤帮交界处，每间隔5-10m布置一组，每组包括三个高位裂隙孔；高位裂隙孔的孔径为94-153mm，孔垂深为20-30m；预埋管瓦斯抽放孔均匀设置在煤柱的煤壁上，每隔10-20m布置一个，距离顶板1-2m，孔径为153-219mm，孔深为煤柱厚度。
本发明还提供了一种综放面冒落区井下原矸充填方法，利用所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，具体如下：
综放面原煤通过原煤输送机运输至井下智能干选系统，利用井下智能干选系统进行煤矸分选，分选出的矸石输送至井下破碎系统；利用井下破碎系统对矸石进行破碎至预设粒径的矸石粉末；利用浆料配比搅拌系统，将破碎后的矸石粉末配制成矸石充填浆料；之后利用泵送充填系统将矸石充填浆料通过预设充填孔充填至综放面冒落区。
进一步的，破碎后的矸石粉末的粒径<3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种综放面冒落区井下原矸充填系统及充填方法，利用井下智能干选系统对矸石进行分选，并依次经过破碎、浆料搅拌配制，获取矸石充填浆料；利用矸石充填浆料对综放面冒落区进行充填，实现对综放面冒落区的充填处理；矸石井下就地充填，避免了矸石堆放，有效保护了矿井周边环境；同时，大大节省矿井提升费用降低采煤成本，提升矿井采煤效率，降低矸石地面排放造对矿区环境污染与破坏，拓宽了长壁开采冒落区注浆充填技术的应用范围。
进一步的，通过设置井下智能干选系统，实现对原煤中的混矸进行分离，避免了原煤中混矸升井造成的费用损失，提高矿井资源的回收率。
进一步的，充填过程采用高位裂隙孔或/和预埋管瓦斯抽放孔，未受采动影响煤柱保持稳定，高位裂隙孔或预埋管瓦斯抽放孔的孔壁未发生明显闭合或错位等现象；高位裂隙孔或预埋管瓦斯抽放孔的钻孔导通冒落区的位置处在冒落区充填范围之内，既可实现采煤前的瓦斯抽放作用，又可实现矸石充填料浆的充填作用，实现“一孔双用”的目的，节约施工钻孔的成本。
进一步的，采用粒径<3mm的矸石粉状配制矸石充填浆料，利用高位裂隙孔及预埋管瓦斯抽放孔进行充填时，矸石充填浆料行程远，扩散范围广，致密性强，矸石充填成本较低，可以在充填饱满后承压夯实。
综上，本发明所述的综放面冒落区井下原矸充填系统及方法，具有以下优点：(1)节省矿井提升费用降低采煤成本，提升矿井采煤效率；对于掘进巷道所产生的矸石，可以在井下直接做充填处理，由此可以节省矸石的运输以及提升费用，减少了矸石提升；对于开采煤炭中的混矸，可以通过井下分选将矸石筛出再进行充填，避免原煤中混矸升井造成提升费用的损失，提高矿井的采煤效率；(2)减少放顶煤工作面煤流矸石，提升煤质，提升矿井优质煤炭生产能力；本发明将矸石在井下破碎、回填，不需要通过井底煤仓外运，减少甚至消除井下大块矸石带来的生产停滞问题，可以增加生产时间，提高矿井生产能力；(3)解决矸石的堆放问题，避免了矸石山对环境的污染井下掘进，开采所产生的矸石实现“矸石井下分选及就地充填”，由此，地面再不需要设立矸石山，避免了传统的矸石山对土地资源的占用，以及矸石山中有毒有害物质对周围环境的污染，有效的保护了矿井周边的生态环境。
附图说明
图1为本发明所述的充填系统整体结构示意图；
图2为本发明中的高位裂隙孔布置图；
图3为本发明中的预埋管瓦斯抽放孔平面示意图；
图4为本发明中的预埋管瓦斯抽放孔纵剖图；
图5为本发明中的预埋管瓦斯抽放孔在顶底板之间的布置示意图。
其中，1筛分装置，2干选装置，3精煤皮带，4矸石转运皮带，5一级破碎系统，6二级破碎系统，7井下储矸仓，8称重配比给料机，9搅拌机，10充填泵，11充填管路，12高位裂隙孔，13预埋管瓦斯抽放孔。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如附图1-5所示，本实施例提供了一种综放面冒落区井下原矸充填系统，包括井下智能干选系统、井下破碎系统、浆料配比搅拌系统及泵送充填系统；井下智能干选系统的进料口与原煤带式输送机的出料口连接，井下智能干选系统用于分选原煤中的矸石；井下智能干选系统的出料口与井下破碎系统的进料口连接，井下破碎系统用于对分选的矸石进行破碎，获取破碎后的矸石粉末；井下破碎系统的出料口与浆料配比搅拌系统的进料口连接，浆料配比搅拌系统用于将破碎后的矸石粉末配制为矸石充填浆料；浆料配比搅拌系统的出料口与浆料泵送充填系统的进料口连接，浆料泵送充填系统的出料口与综放面冒落区中的预设充填孔连接，实现利用矸石泵送浆料对综放面冒落区进行充填。
井下智能干选系统包括包括筛分装置1、干选装置2、精煤皮带3及矸石转运皮带4；筛分装置1设置在溜煤眼上口，筛分装置1的出料口与干选装置2的进料口连接，干选装置2用于对原煤进行分选；干选装置2的精煤出料口与精煤皮带3的进料口连接，精煤皮带3的出料口与溜煤眼的上口连接，筛选后的精煤通过溜煤眼集中提升出井；干选装置2的矸石出料口与矸石转运皮带4的进料口连接，矸石皮带转运皮带4的出料口与井下破碎系统的进料口连接。
本实施例中，筛分装置1采用滚轴筛，滚轴筛的进料口与原煤带式输送机的出料口连接，用于对原煤进行初级分选，能够将粒径为100-180mm的矸石筛选分出；干选装置2采用TDS智能分选机，TDS智能分选机将滚轴筛筛分后的煤矸进行二次筛分，实现将50-100mm的矸石进行筛选分出。
井下破碎系统包括一级破碎系统5、二级破碎系统6及井下储矸仓7，一级破碎系统5的进料口与矸石转运皮带的出料口连接，用于将大块的矸石进行初次破碎；一级破碎系统5的出料口通过皮带与二级破碎系统6的进料口连接，用于对矸石进行精细破碎；二级破碎系统6的出料口通过皮带与井下储矸仓7连接，用于临时储存破碎后的矸石粉末；本实施例中，一级破碎系统5采用颚式破碎机，二级破碎系统6采用高效细碎机；破碎后的矸石粉末的粒径<3mm。
浆料配比搅拌系统包括称重配比给料机8及搅拌机9，称重配比给料机8的进料口通过皮带与井下储矸仓7连接，称重配比给料机8的出料口与搅拌机9的进料口连接；利用称重配比给料机8实现对配比原料进行称重，并输送至搅拌机9中，进行搅拌，得到矸石充填浆料。
泵送充填系统包括充填泵10及充填管路11，充填泵10的进料口与搅拌机9的出料口连接，充填泵10的出料口通过充填管路11与综放面冒落区中的预设充填孔连接。
本实施例中，综放面冒落区中的预设充填孔包括高位裂隙孔12或/和预埋管瓦斯抽放孔13；高位裂隙孔12布置在回风巷道采空侧帮肩，预埋管瓦斯抽放孔水平布设在回风平巷采空侧帮部；其中，高位裂隙空12设置在顶板与煤帮交界处，每间隔5-10m布置一组，每组包括三个高位裂隙孔；高位裂隙孔的孔径为94-153mm，孔垂深为20-30m；预埋管瓦斯抽放孔13均匀设置在煤柱的煤壁上，每隔10-20m布置一个，距离顶板1-2m，孔径为153-219mm，孔深为煤柱厚度；本实施例中，充填过程采用高位裂隙孔或/和预埋管瓦斯抽放孔，收采动影响煤柱保持稳定，高位裂隙孔或预埋管瓦斯抽放孔的孔壁未发生明显闭合或错位等现象；高位裂隙孔或预埋管瓦斯抽放孔的钻孔导通冒落区的位置处在冒落区充填范围之内，既可实现采煤前的瓦斯抽放作用，又可实现矸石充填料浆的充填作用，实现“一孔双用”的目的，节约施工钻孔的成本。
本实施例还提供了一种综放面冒落区井下原矸充填方法，具体如下：
综放面原煤通过原煤带式输送机运输至井下智能干选系统，利用井下智能干选系统进行煤矸分选，分选出的矸石输送至井下破碎系统；利用井下破碎系统对矸石进行破碎至预设粒径的矸石粉末；其中，通过一级破碎系统和二级破碎系统，对矸石进行破碎后，获取的矸石粉末的粒径小于3mm；利用浆料配比搅拌系统，将破碎后的矸石粉末配制成矸石充填浆料；之后利用泵送充填系统将矸石充填浆料通过预设充填孔充填至综放面冒落区。
本发明所述的充填系统及充填方法，通过井下智能矸石分选系统对原煤中的矸石进行分选，筛选后的矸石输送至井下破碎系统进行破碎，获得破碎后的矸石粉末；破碎后的矸石粉末经过浆料配比搅拌系统配制得到矸石充填浆料，并利用泵送充填系统将矸石充填浆料充填至综放面冒落区；本发明中，综放面冒落区中的预设充填孔采用高位裂隙孔或/预埋管瓦斯抽放孔，采用高位裂隙孔和采空区预埋管等遗留的瓦斯抽采钻孔做为充填孔，实现“一孔双用”的目的。
在井下煤层开采过程，受采动影响煤柱保持稳定，高位裂隙孔和采空区预埋管孔壁未发生明显闭合、错位等现象；基于双端堵水实验、钻孔窥视判定钻孔导通冒落区的位置处在冒落区充填范围之内，其中冒落区充填范围由相似材料模拟试验、钻探试验并结合地表瞬变电磁探查等方法综合分析得出；本发明设计该孔选用充填粒径<3mm的粉状矸石，矸石浆液行程远，扩散范围广，致密性强，可以在充填饱满后承压夯实。
本发明通过将综放面分选出的矸石进行破碎后，搅拌得到矸石充填浆料，并利用矸石浆料进行充填，实现对综放面冒落区的有效充填，有效避免了矸石升井造成的提升费用损失，实现矸石井下就地充填，避免了矸石堆放，有效保护了矿井周边环境。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (10)
1.一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，包括井下智能干选系统、井下破碎系统、浆料配比搅拌系统及泵送充填系统；井下智能干选系统的进料口与原煤输送机的出料口连接，用于分选原煤中的矸石；井下智能干选系统的出料口与井下破碎系统的进料口连接；井下破碎系统的出料口与浆料配比搅拌系统的进料口连接，浆料配比搅拌系统的出料口与泵送充填系统的进料口连接，泵送充填系统的出料口与综放面冒落区中的预设充填孔连接。
2.根据权利要求1所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，井下智能干选系统包括筛分装置(1)、干选装置(2)及矸石转运皮带(4)；筛分装置(1)设置在溜煤眼上口，筛分装置(1)的出料口与干选装置(2)的进料口连接；干选装置(2)的矸石出料口与矸石转运皮带(4)的进料口连接，矸石转运皮带(4)的出料口与井下破碎系统的进料口连接。
3.根据权利要求2所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，筛分装置(1)采用滚轴筛，干选装置(2)采用TDS智能分选机。
4.根据权利要求1所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，井下破碎系统包括一级破碎系统(5)、二级破碎系统(6)及井下储矸仓(7)；一级破碎系统(5)的进料口与井下智能干选系统的出料口连接，一级破碎系统(5)的出料口通过皮带与二级破碎系统(6)的进料口连接，二级破碎系统(6)的出料口通过皮带与井下储矸仓(7)连接；其中，一级破碎系统(5)采用颚式破碎机，二级破碎系统(6)采用高效细碎机。
5.根据权利要求1所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，浆料配比搅拌系统包括称重配比给料机(8)及搅拌机(9)；称重配比给料机(8)的进料口与井下破碎系统的出料口连接，称重配比给料机(8)的出料口与搅拌机(9)的进料口连接，搅拌机(9)的出料口与泵送充填系统的进料口连接。
6.根据权利要求1所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，泵送充填系统包括充填泵(10)及充填管路(11)；充填泵(10)的进料口与浆料配比搅拌系统的出料口连接，充填泵(10)的出料口通过充填管路(11)与综放面冒落区中的预设充填孔连接。
7.根据权利要求1所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，综放面冒落区中的预设充填孔包括高位裂隙孔(12)或/和预埋管瓦斯抽放孔(13)；其中，高位裂隙孔(12)布置在回风巷道采空侧帮肩，预埋管瓦斯抽放孔水平布设在回风平巷采空侧帮部。
8.根据权利要求7所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，其特征在于，高位裂隙空(12)设置在顶板与煤帮交界处，每间隔5-10m布置一组，每组包括三个高位裂隙孔；高位裂隙孔的孔径为94-153mm，孔垂深为20-30m；预埋管瓦斯抽放孔(13)均匀设置在煤柱的煤壁上，每隔10-20m布置一个，距离顶板1-2m，孔径为153-219mm，孔深为煤柱厚度。
9.一种综放面冒落区井下原矸充填方法，其特征在于，利用权利要求1-8任意一项所述的一种综放面冒落区井下原矸充填系统，具体如下：
综放面原煤通过原煤输送机运输至井下智能干选系统，利用井下智能干选系统进行煤矸分选，分选出的矸石输送至井下破碎系统；利用井下破碎系统对矸石进行破碎至预设粒径的矸石粉末；利用浆料配比搅拌系统，将破碎后的矸石粉末配制成矸石充填浆料；之后利用泵送充填系统将矸石充填浆料通过预设充填孔充填至综放面冒落区。
10.根据权利要求9所述的一种综放面冒落区井下原矸充填方法，其特征在于，破碎后的矸石粉末的粒径<3mm。
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- 2021-03-30 CN CN202110344019.8A patent/CN112796829A/zh active Pending
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