CN113638770A - 采空区充填设备和方法、采空区充填结构 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种采空区充填设备及其充填方法、以及采空区充填结构，该采空区充填方法包括：在采空区内将充填骨料进行筛分，以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离；将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料直接充填在采空区，对粒径小于第一尺寸的充填骨料进行破碎处理以形成粒径小于第二尺寸的充填骨料；将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水在采空区内混合以形成充填混合物；将充填混合物施加至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处，该方法降低了破碎充填骨料的成本，提升了充填骨料的利用率，且将整套充填设备置于井下，节省了输送管路的长度，降低了输送管道被堵塞的风险。

Description

采空区充填设备和方法、采空区充填结构

技术领域

本公开的实施例涉及一种采空区充填设备、采空区充填方法、以及采空区充填结构。

背景技术

矿山采空区是采矿后在地表以下留下的空洞、空腔或者巷道，如果对采空区不进行填充，会造成地面塌陷，带来危险。在开采矿产的过程中，往往会形成大量的采空区，而在开采矿产的过程中会伴随产生大量的矸石和建筑废料。一边是待充填的广大采空区，一边是堆积占用空间的废弃物料。从而，怎么合理利用矿产开采过程中得到的废弃物料完成充填操作就成了一直困扰矿产开采人员的难题。由于矸石和建筑垃圾废料的种类较多且量很大，如何在简化工艺过程时降低处理矸石和建筑垃圾废料的处理成本成为发展的趋势。

发明内容

本公开至少一实施例提供一种采空区充填方法、采空区充填设备以及采空区充填结构，将大块充填骨料直接填埋、小块充填骨料破碎后进行膏体充填，降低了破碎充填骨料的成本，提升了充填骨料的利用率，且将整套设备置于井下，节省了输送管路的长度，降低了对输送管道被堵塞的风险。

本公开至少一实施例提供一种采空区充填方法，该采空区充填方法包括：在所述采空区内将充填骨料进行筛分，以将粒径大于或者等于第一尺寸的所述充填骨料和粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料分离；将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料直接充填在所述采空区，对所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料进行破碎处理以形成粒径小于第二尺寸的所述充填骨料；将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水在所述采空区内混合以形成充填混合物；将所述充填混合物施加至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述间隙包括：堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料中的空隙，和/或，位于不同区域的堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的区域。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述采空区为开采矿区后形成的巷道。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠至与所述巷道的顶部接触，且堆叠的所述第一尺寸的所述充填骨料具有第一间隙；将所述充填混合物施加至所述第一间隙，并对所述充填混合物进行固化，其中，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠至与所述巷道的顶部接触，且沿着所述巷道的延伸方向位于相互间隔的第一区域和第二区域，其中，所述第一区域和所述第二区域之间具有第一间隔区域；将所述充填混合物施加至所述第一间隔区域，并对所述充填混合物进行固化；所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；所述第一区域、所述第一间隔区域和所述第二区域形成一个第一组合单元，且包括一个或者多个所述第一组合单元。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第一填充部，其中，所述第一填充部具有第二间隙和第一高度，且所述第一填充部与所述巷道的顶部间隔，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；将所述充填混合物施加至所述第二间隙；将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料形成在所述第一填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧以形成第二填充部，所述第二填充部具有第三间隙和第二高度；将所述充填混合物施加至所述第三间隙；其中，所述第一填充部、所述第二间隙、所述第二填充部和所述第三间隙形成一个第二组合单元，且包括一个或者多个所述第二组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第二填充部与所述巷道的顶部接触。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第一填充部，其中，所述第一填充部具有第二间隙和第一高度，且所述第一填充部与所述巷道的顶部间隔，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；将所述充填混合物施加至所述第二间隙和所述第一填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧，并对所述充填混合物进行固化处理，以形成第一混合层；将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料形成在所述第一混合层的靠近所述巷道的顶部的一侧以形成第二填充部，其中，所述第二填充部具有第三间隙和第二高度，且所述第二填充部与所述巷道的顶部间隔；将所述充填混合物施加至所述第三间隙和所述第二填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧，并对所述充填混合物进行固化处理，以形成第二混合层，其中，所述第一填充部、所述第二间隙、所述第一混合层、所述第二填充部、所述第三间隙和所述第二混合层形成一个第三组合单元，且包括一个或者多个所述第三组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第二混合层与所述巷道的顶部接触。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第三填充部，其中，所述第三填充部具有第四间隙和第三高度，所述第三填充部与所述巷道的顶部间隔，且所述第三填充部位于第三区域；将所述充填混合物施加至所述第四间隙以及所述第三填充部和所述巷道的顶部间隔的区域以形成第三混合层；将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第四填充部，其中，所述第四填充部具有第五间隙和第六高度，且所述第四填充部位于第四区域，所述第三区域和所述第四区域之间间隔有第二间隔区域，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；将所述充填混合物施加至所述第二间隔区域；将所述充填混合物施加至所述第五间隙以及所述第四填充部和所述巷道的顶部间隔的区域以形成第四混合层，其中，位于所述第三区域的所述第三填充部、所述第四间隙、所述第三混合层、位于所述第四区域的所述第四填充部、所述第五间隙、所述第四混合层和所述第二间隔区域形成一个第四组合单元，且包括一个或者多个所述第四组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第三混合层和所述第四混合层分别与所述巷道的顶部接触。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述第一尺寸为所述第二尺寸的2～10倍。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述第二尺寸为30毫米，形成所述充填混合物的所述充填骨料的尺寸为1毫米～30毫米。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法，还包括：将充填设备放置在所述采空区中，其中，所述充填设备包括分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述破碎装置包括破碎机和振动筛，所述采空区充填方法包括：采用所述破碎机对所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料进行破碎处理，采用振动筛将经过所述破碎处理的所述充填骨料进行筛分，将粒径大于或者等于所述第二尺寸的所述充填骨料和粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料分离，将尺寸大于或者等于所述第二尺寸的所述充填骨料返回至所述破碎机进行再次破碎。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水在所述采空区内混合形成充填混合物包括：将所述充填辅料和所述水输送至所述采空区内与所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料混合，然后在位于所述采空区内的所述混合装置中搅拌混合以形成流体的所述充填混合物。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述输送装置包括供液元件和泵送元件，所述采空区充填方法包括：采用所述供液元件从所述混合装置接收所述充填混合物并将其输送给所述泵送元件，采用所述泵送元件将所述充填混合物加压后施加至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填方法中，所述充填骨料包括矸石和建筑废料至少之一，所述充填辅料包括胶结料和粉煤灰至少之一。

本公开至少一实施例还提供一种采空区充填设备，该采空区充填设备包括：设置在采空区的多个支架，以及分别设置在多个所述支架中的分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置，其中，所述分离装置被配置为在所述采空区将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料分离；所述破碎装置被配置为破碎所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料，以形成粒径小于第二尺寸的所述充填骨料；所述混合装置被配置为将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水混合形成充填混合物；以及所述输送装置，被配置为将所述充填混合物输送至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备中，所述采空区为开采矿区后形成的巷道，所述多个支架配置为对所述巷道的顶部进行支撑。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备中，所述分离装置包括分离筛；所述破碎装置包括破碎机和强力振动筛，所述破碎机包括颚式破碎机和高细破碎机；所述混合装置包括立式搅拌罐和卧式搅拌机；所述输送装置包括供液元件和泵送元件，且所述分离筛、所述颚式破碎机、所述高细破碎机、所述强力振动筛、所述卧式搅拌机、所述立式搅拌罐、所述供液元件和所述泵送元件依次设置。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备中，所述混合装置通过所述供液元件与所述泵送元件相连，所述供液元件被配置为从所述混合装置接收所述充填混合物并将其输送给所述泵送元件，所述泵送元件被配置为将所述充填混合物加压后输出。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备中，所述输送装置还包括管汇元件和充填输送管汇，所述管汇元件的一端与所述泵送元件相连，所述管汇元件的另一端与所述充填输送管汇相连。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备中，所述充填骨料包括矸石和建筑废料至少之一，所述充填辅料包括胶结料和粉煤灰至少之一。

例如，本公开至少一实施例提供的一种采空区充填设备，还包括防爆部件，其中所述防爆部件设置在所述分离装置、所述破碎装置、所述混合装置和所述输送装置至少之一中。

本公开至少一实施例还提供一种采空区充填结构，该采空区充填结构包括粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料，以及填充在所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙中的具有第二尺寸的充填骨料的充填混合物，其中，所述第一尺寸为所述第二尺寸的2～10倍。

例如，在本公开至少一实施例提供的一种采空区充填结构中，所述间隙包括：堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的间隙，和/或，位于不同区域的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的区域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本公开一实施例提供的一种采空区充填方法的流程图；

图2为本公开一实施例提供的一种间隙被填充后的截面结构示意图；

图3为本公开一实施例提供的再一种间隙被填充后的截面结构示意图；

图4为本公开一实施例提供的又一种间隙被填充后的截面结构示意图；

图5A-5B为本公开一实施例提供的一种巷道被填充的过程图；

图6A-6B为本公开一实施例提供的再一种巷道被填充的过程图；

图7A-7B为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图；

图8A-8D为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图；

图9A-9D为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图；

图10A-10E为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图；

图11为本公开一实施例提供的一种采空区充填设备的示意框图；以及

图12为本公开的一实施例提供的一种采空区充填设备以及充填方法的示意图。

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的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在实际操作中，填充采空区，例如，填充煤矿的采空区，需要将煤矸石和煤炭一起运送到地面，煤矿采空区通常需要全采全充，煤矸石是最为经济适用的充填骨料，但在实际操作中需要将煤矸石运输至地面，加工处理后再充填至矿井下的采空区。煤矸石产生于煤矿井下，最终需求地也是煤矿井下，而在实际生产中，将煤矸石运输至地面再充填至煤矿井下的方式将耗费较多的人力、物力和财力。但是，煤矸石不运输至煤矿井外，直接在煤矿井内完成充填的需求一直未能得到满足。这样面临着一边是采出并运送至地面的废弃物料煤矸石堆积如山，一边是急需充填的煤矿井下大片采空区，如何更好地将煤矸石变废为宝，减少煤矸石不必要的运输成本成为采煤业关注的重点，除了煤矿，在其他种类的资源的开采过程中也存在类似问题。

例如，通常在井场地面制备充填物料以用于充填采空区，以开采煤矿后对采空区进行填充为例，该制备充填物料的过程包括将煤矸石骨料破碎、将破碎后的煤矸石和充填辅料以及水搅拌混合以形成流体(例如，膏状)充填混合物，并通过充填泵经由超长输送管道将流体充填混合物泵送至需要充填的区域，但是在该过程中存在以下问题：首先，煤矸石作为主要的充填骨料需要从采煤区域运输至地面，再在地面上将煤矸石破碎并制备成充填膏体后重新回填到煤矿井下，这样会造成输送煤矸石的成本太高，还占用了宝贵的人力、物力资源等；其次，在破碎煤矸石、将破碎后的煤矸石和充填辅料以及水搅拌混合的过程中通常需要考虑雨雪天气对煤矸石的湿度造成的影响，湿度不同将导致充填膏体最终的状态不一致，从而影响最终的充填效果；再次，将充填膏体输送至煤矿井下需要布局超长管路，且耗费较大的人力、物力和财力，且由于管路超长，如果出现充填过程中管路堵塞，问题排查将变得异常困难。

本公开的发明人注意到可以使用井下充填方法，结合矿井下巷道空间的大小进行布局，形成一整套井下充填设备布置方案，从而实现煤矸石井下的即采即用，进而可以极大地减少煤矸石的运输成本，此外，还可以根据充填要求布局输送管路，减少输送管路的距离，降低输送时对管道堵塞的风险，并可以降低雨雪天气对最终充填效果的影响，让最终充填的效果更加均衡。本公开的发明人注意到还可以对煤矸石进行分级利用，将较大粒径的煤矸石直接用于特定充填区域的填埋，较小粒径的煤矸石经过破碎即可达到充填粒度的要求，然后将达到充填粒度的煤矸石与充填辅料、水混合搅拌形成流体充填混合物后直接用于充填，该充填方法不仅可以高效、快速的解决井下煤矸石堆积的问题，而且还可以高效的利用煤矸石完成采空区的填充。

本公开至少一实施例提供一种采空区充填方法，该采空区充填方法包括：在采空区内将充填骨料进行筛分，以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离；将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料直接充填在采空区，对粒径小于第一尺寸的充填骨料进行破碎处理以形成粒径小于第二尺寸的充填骨料；将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水在采空区内混合以形成充填混合物；将充填混合物施加至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处。例如，图1为本公开一实施例提供的一种采空区充填方法的流程图，如图1所示，该充填方法包括如下步骤。

步骤S1、在采空区内将充填骨料进行筛分，以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离。

步骤S2、将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料直接充填在采空区，对粒径小于第一尺寸的充填骨料进行破碎处理以形成粒径小于第二尺寸的充填骨料。

步骤S3、将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水在采空区内混合以形成充填混合物。

步骤S4、将充填混合物施加至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处。

例如，该间隙包括：堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙，或者，位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料之间的区域，或者堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙和位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料之间的区域。

例如，该第一尺寸的范围可以是100mm-500mm，例如，该第一尺寸为100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm或者500mm。

例如，可以采用放置在采空区内的分离装置将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离，该分离装置可以是分离筛，该分离筛中网孔的尺寸为第一尺寸。

需要说明的是，对于具有不规则形状的充填骨料其尺寸为等效粒径。

例如，该采空区包括开采后形成的巷道，该巷道为形成在矿区的长条形的孔洞，如果不对巷道进行填充，会出现巷道易坍塌的风险，从而存在安全隐患。

例如，该采空区还可以包括对矿资源进行开采后形成的露天的凹坑，本公开的实施例对此不作限定。

例如，图2为本公开一实施例提供的一种间隙被填充后的截面结构示意图，如图2所示，该间隙11包括：堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12中的空隙，由于粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的尺寸和形貌均不均一，不可避免地粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12不能整齐排布，堆叠后会形成间隙11，该形成的间隙11的尺寸也不均一，充填混合物13流动至各个间隙11中以对该间隙11进行充填，充填混合物13还流动至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的周边，该充填混合物13最终被固化以实现对巷道的稳定支撑，当然，图2只是示意性地示出了间隙被填充后形成的结构的截面结构示意图，该间隙被填充后形成的结构的截面不限于图2中的矩形，还可以是其他形状，例如三角形、扇形、阶梯型、月牙形等，本公开的实施例对此不作限定。

需要说明的是，堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12对巷道具有一定的支撑力，但不排除可能会存在一些粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12堆叠的不稳定的问题，但不足以导致巷道坍塌，填充在间隙11中的充填混合物13加固了对巷道支撑的稳定性。

例如，图3为本公开一实施例提供的再一种间隙被填充后的截面结构示意图，如图3所示，该间隙11包括堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙112和位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域111。由于巷道较长，为了减少对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的运输，可以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12就地填充，这样可以节省运输成本，但不可避免地，在不同区域堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料之间存在间隔的区域，该间隔的区域通过填充充填混合物13可以实现对该间隔的区域对应的巷道的稳定支撑，这样可以将充填混合物13填充在该间隔的区域中以及堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙112中，以实现对巷道各个区域的稳定支撑。

例如，图4为本公开一实施例提供的又一种间隙被填充后的截面结构示意图，如图4所示，该间隙11包括：位于不同区域的堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域，该间隔的区域通过填充充填混合物13可以实现对该间隔的区域对应的巷道的稳定支撑，而且，将充填混合物13施加到该间隔的区域111更容易操作和实现，甚至可以不需要使用泵送元件即可实现对该间隔的区域的填充。

例如，图5A-5B为本公开一实施例提供的一种巷道被填充的过程图，结合图5A，该采空区充填方法包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠至与巷道14的顶部接触，以实现对巷道14的顶部进行初步地支撑，且堆叠的第一尺寸的充填骨料具有第一间隙112，该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

结合图5B，该采空区充填方法还包括：将充填混合物13施加至第一间隙112，并对充填混合物13进行固化，这样可以实现对巷道14进行稳定地支撑。例如，对充填混合物13进行固化可以是在常温条件下自然固化。

需要说明的是，该巷道14不限于直线延伸，可以是弯曲的延伸，在较小的区域范围内，可以认为该一部分巷道是沿着直线方向延伸的。

例如，图6A-6B为本公开一实施例提供的再一种巷道被填充的过程图，结合图6A该采空区充填方法还包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠至与巷道14的顶部接触，且该粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料沿着巷道14的延伸方向B-B’位于相互间隔的第一区域A1和第二区域A2，其中，第一区域A1和第二区域A2之间具有第一间隔区域A12。该粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠至与巷道14的顶部接触可以实现对巷道的初步支撑。该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

结合图6B，该采空区充填方法还包括：将充填混合物13施加至第一间隔区域A12，也即位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域111，和分别位于第一区域A1和第二区域A2的堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的空隙112，并对充填混合物13进行固化。

例如，第一区域A1、第一间隔区域A12和第二区域A2形成一个第一组合单元，且包括对一个或者多个第一组合单元对应的区域进行填充，尽管图6A和6B仅示出了对一个第一区域A1、一个第二区域A2和一个第一间隔区域A12进行填充，但本公开的实施例不限于此，6A和6B还可以对更多个第一区域A1、第一间隔区域A12和第二区域A2形成的第一组合单元进行填充。

例如，图7A-7B为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图，结合图7A，该采空区充填方法还包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠至与巷道14的顶部接触，且该粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料沿着巷道14的延伸方向B-B’位于相互间隔的第一区域A1和第二区域A2，其中，第一区域A1和第二区域A2之间具有第一间隔区域A12。该粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠至与巷道14的顶部接触可以实现对巷道的初步支撑。该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

结合图7B，该采空区充填方法还包括：将充填混合物13施加至第一间隔区域A12，也即位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域111，并对充填混合物13进行固化，以形成支撑柱以对巷道14进行支撑。

例如，第一区域A1、第一间隔区域A12和第二区域A2形成一个第一组合单元，且包括对一个或者多个第一组合单元中的第一间隔区域A12进行填充，尽管图7A和7B仅示出了对一个第一区域A1、一个第二区域A2和一个第一间隔区域A12，但本公开的实施例不限于此，7A和7B还可以对更多个第一区域A1、第一间隔区域A12和第二区域A2形成的第一组合单元中的第一间隔区域A12进行填充。

例如，图8A-8D为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图，结合图8A，该采空区充填方法还包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠以形成第一填充部15，第一填充部15具有第二间隙113和第一高度d1，且第一填充部15与巷道14的顶部间隔，即先将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12填充一定的高度，且该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

如图8B所示，将充填混合物13施加至第二间隙113。即将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12填充一定的高度，将该第一填充部15中的第二间隙113先被填充，然后再进行后续的填充，即一层一层地填充。

如图8C所示，将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12形成在第一填充部15的靠近巷道14的顶部的一侧以形成第二填充部16，第二填充部16具有第三间隙114和第二高度d2，且第二填充部16与巷道14的顶部接触，以实现对巷道14的初步支撑。

如图8D所示，将充填混合物13施加至第三间隙114。即将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12填充一定的高度，将该第二填充部16中的第三间隙114被填充，需要说明的是，对第三间隙114进行填充也包括对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的周边区域进行填充。

例如，在图8A-8D所示的实施例中，通过逐层堆叠粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12，并对逐层堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12中的第二间隙113和第三间隙114分别进行填充，可以实现对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的间隙填充的更充分，使得形成的填充结构更紧凑，从而对巷道14的支撑更稳定。

例如，该第一填充部15、第二间隙113、第二填充部16和第三间隙114形成一个第二组合单元，且包括一个或者多个第二组合单元，且距离巷道14的顶部最近的第二填充部16与巷道14的顶部接触。

需要说明的是，尽管图8A-8D示出的为分两次填充层叠的第一填充部15和第二填充部16，也可以分更多次填充粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12，例如，还可以分3次、4次、5次等分别填充层叠设置的填充粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12；图8C和8D中将第一填充部15和第二填充部16之间的界限设定成了直线，并作了明显的区分，实际上第一填充部15和第二填充部16之间的界限可以是曲线的或者弯折的，本公开的实施例对此不作限定。

例如，图9A-9D为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图，结合图9A，该采空区充填方法还包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠以形成第一填充部15，其中，第一填充部15具有第二间隙113和第一高度d1，且第一填充部15与巷道14的顶部间隔，即先将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12填充一定的高度，且该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

如图9B所示，将充填混合物13施加至第二间隙113和第一填充部15的靠近巷道14的顶部的一侧，并对充填混合物13进行固化处理，以形成第一混合层17，这样除了在粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12中形成有充填混合物13，还在第一填充部15的靠近巷道14的顶部的一侧施加有充填混合物13，使得对第一填充部15填充的更充分。

如图9C所示，将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12形成在第一混合层17的靠近巷道14的顶部的一侧以形成第二填充部16，其中，第二填充部16具有第三间隙114和第二高度d2，且第二填充部16与巷道14的顶部间隔，这样也实现了对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的逐层填充。

如图9D所示，将充填混合物13施加至第三间隙114和第二填充部16的靠近巷道14的顶部的一侧，并对充填混合物13进行固化处理，以形成第二混合层18，其中，第二混合层18与巷道14的顶部接触，这样除了在粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12中形成有充填混合物13，还在第二填充部16的靠近巷道14的顶部的一侧施加有充填混合物13，使得对第二填充部16填充的更充分，进而使得对巷道14的支撑更稳定。

例如，第一填充部15、第二间隙113、第一混合层17、第二填充部16、第三间隙114和第二混合层18形成一个第三组合单元，且距离巷道14的顶部最近的第二混合层18与巷道14的顶部接触。

需要说明的是，尽管图9A-9D示出的为分两次填充层叠的第一填充部15和第二填充部16，也可以分更多次填充粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12，例如，还可以分3次、4次、5次等分别填充层叠设置的填充粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12；图9B-9D中将第一混合层17和第二混合层18的截面形状设定成了矩形，实际上第一混合层17和第二混合层18的形状可以是任一合适的形状，本公开的实施例对此不作限定。

例如，图10A-10E为本公开一实施例提供的又一种巷道被填充的过程图，结合图10A该采空区充填方法还包括：将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠以形成第三填充部19，其中，第三填充部19具有第四间隙115和第三高度d3，第三填充部19与巷道14的顶部间隔，且第三填充部19位于第三区域A3，即先将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12填充一定的高度，以实现后续可以逐层填充。该第一方向B-B’为从巷道14的底部至巷道14的顶部的方向。

如图10B所示，将充填混合物13施加至第四间隙115以及第三填充部19和巷道14的顶部间隔的区域以形成第三混合层21，并对充填混合物13进行固化，这样可以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12更紧密地连接，且实现了采用充填混合物13填充大部分的巷道的区域，使得对巷道14进行了稳定的支撑。

如图10C所示，将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12在垂直于巷道14的延伸方向的第一方向B-B’上堆叠以形成第四填充部20，第四填充部20具有第五间隙116和第六高度d6，且第四填充部20位于第四区域A4，第三区域A3和第四区域A4之间间隔有第二间隔区域A34。由于巷道较长，为了减少对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的运输，可以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12就地填充，以填充在相互间隔的第三填充部19和第四填充部20，这样可以节省运输成本，但不可避免地，在不同区域堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料之间存在间隔的区域，该间隔的区域通过填充充填混合物13可以实现对该间隔的区域对应的巷道的稳定支撑，这样可以将充填混合物13填充在该间隔的区域中以及堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙112中，以实现对巷道各个区域的稳定支撑。

如图10D所示，将充填混合物13施加至第二间隔区域A34，也即位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域，并对充填混合物13进行固化。

如图10E所示，将充填混合物13施加至第五间隙116以及第四填充部20和巷道14的顶部间隔的区域以形成第四混合层22，并对充填混合物13进行固化，这样可以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12更紧密地连接，且实现了采用充填混合物13填充大部分的巷道的区域，使得对巷道14进行了稳定的支撑。

例如，位于第三区域A3的第三填充部19、第四间隙114、第三混合层21、位于第四区域A4的第四填充部20、第五间隙116、第四混合层22和第二间隔区域A34形成一个第四组合单元，且包括一个或者多个第四组合单元，且距离巷道14的顶部最近的第三混合层21和第四混合层22分别与巷道14的顶部接触。

例如，还可以将上述图9A-9D和图10A-10E所示的方式进行组合，本公开的实施例对此不作限定。

例如，第一尺寸为第二尺寸的2～10倍，仅将尺寸大小在第一尺寸和第二尺寸之间的充填骨料12进行破碎处理，将尺寸大于或者等于第一尺寸的充填骨料12直接进行充填可以减少大部分破碎处理的成本，而且充填骨料12的尺寸越大对其破碎越困难，花费的时间成本和经济成本越高。

例如，第二尺寸为30毫米，形成充填混合物13的充填骨料12的尺寸为1毫米～30毫米，在该尺寸范围内的充填骨料12形成的充填混合物13中充填骨料12会分散地比较均匀，从而使得形成的充填混合物固化后的粘性保持一致性。

例如，该采空区充填方法还包括：将充填设备放置在采空区中，这样可以直接在巷道内完成对充填骨料12的处理，从而减少了运输大部分充填骨料12的过程，而且缩短了输送管道的长度，从而大大地节省了成本。

例如，放置在采空区中即在井下的充填设备包括分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置，且该分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置的外侧均安装有支架，以实现在充填设备工作时对巷道顶部的支撑。例如，该支架为可伸缩液压支架，该支架也可形成巷道保护区以及应急人员的保护区。

例如，该破碎装置包括破碎机和振动筛，该采空区的充填方法还包括：采用破碎机对粒径小于第一尺寸的充填骨料进行破碎处理，采用振动筛将经过破碎处理的充填骨料进行筛分，将粒径大于或者等于第二尺寸的充填骨料和粒径小于第二尺寸的充填骨料分离，将尺寸大于或者等于第二尺寸的充填骨料返回至破碎机进行再次破碎，使得其粒径小于第二尺寸。

例如，采用破碎装置对充填骨料进行处理的整体过程包括：将充填骨料(矸石、建筑废料等)通过前装车经过覆式皮带输送机送达喂料仓，通过带有除铁器的振动给料机送达颚式破碎机，再经由高细破碎机和强力振动筛，将充填骨料筛分出适合充填的粒度，并由大倾角皮带输送机送达充填骨料料仓(储料仓)进行储存。

例如，在该采空区的充填方法中，将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水在采空区内混合形成充填混合物包括：将充填辅料和水输送至采空区内与粒径小于第二尺寸的充填骨料混合，然后在位于采空区内的混合装置中搅拌混合以形成膏状的充填混合物。

例如，在该采空区的充填方法中，充填骨料包括矸石和建筑废料至少之一，充填辅料包括胶结料和粉煤灰至少之一。

例如，将破碎后的充填骨料、充填辅料和水混合成充填混合物进一步包括：称重完成的充填骨料，分别经由卧式双轴搅拌机和立式搅拌罐，将充填骨料、胶结料、粉煤灰、以及水混合成满足充填要求的充填混合物，并经由输入管汇输出。例如，充填骨料、胶结料、粉煤灰、水均可以通过调节称重以适用不同状态下的充填配比。

例如，该输送装置包括供液元件和泵送元件，该采空区的充填方法包括：采用供液元件从混合装置接收充填混合物并将其输送给泵送元件，采用泵送元件将充填混合物加压后施加至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处，泵送元件可以给充填混合物施加流动的动力，加快其流动的速度。

例如，该分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置至少之一中还设置有防爆部件，例如，上述装置中均设置有防爆部件，该防爆部件可以实现对对应的装置的保护。

本公开至少一实施例还提供一种采空区充填设备，该采空区充填设备包括：设置在采空区的多个支架，以及分别设置在多个支架中的分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置，其中，分离装置被配置为在采空区将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离；破碎装置被配置为破碎粒径小于第一尺寸的充填骨料，以形成粒径小于第二尺寸的充填骨料；混合装置被配置为将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水混合成充填混合物；以及输送装置，被配置为将充填混合物输送至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处。

例如，图11为本公开一实施例提供的一种采空区充填设备的示意框图。该采空区充填设备10包括：设置在采空区的多个支架101，以及分别设置在多个支架101中的分离装置102、破碎装置103、混合装置104和输送装置105，其中，该分离装置102被配置为在采空区将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离，该破碎装置103被配置为破碎粒径小于第一尺寸的充填骨料，以形成粒径小于第二尺寸的充填骨料；该混合装置104被配置为将粒径小于第二尺寸的充填骨料、充填辅料和水混合成充填混合物；该输送装置105被配置为将充填混合物输送至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料的间隙处。

例如，该采空区为开采矿区后形成的巷道，多个支架101配置为对巷道的顶部进行支撑，以防止采空区充填设备在工作过程中坍塌。

例如，在一个示例中，该采空区内充填设备中的分离装置102包括分离筛，破碎装置103包括破碎机和强力振动筛，混合装置104包括立式搅拌罐和卧式搅拌机，输送装置105包括供液元件和泵送元件。

例如，该破碎机包括颚式破碎机和高细破碎机，例如，采用颚式破碎机对物料进行初步破碎，再采用高细破碎机对物料进行进一步的破碎。经过高细破碎机破碎的物料的颗粒度小于经颚式破碎机破碎的物料的颗粒度。

例如，在一个示例中，该分离筛、颚式破碎机、高细破碎机、强力振动筛、卧式搅拌机、立式搅拌罐、供液元件和泵送元件依次设置。

例如，混合装置通过供液元件与泵送元件相连，供液元件被配置为从混合装置接收充填混合物并将其输送给泵送元件，泵送元件被配置为将充填混合物加压后输出。

例如，该输送装置还包括管汇元件和充填输送管汇，管汇元件的一端与泵送元件相连，该管汇元件的另一端与充填输送管汇相连。

例如，在一个示例中，该供液元件包括供液橇、供液车或者供液半挂车。该泵送元件包括柱塞泵或者充填泵。以下主要以供液元件为供液橇，泵送元件为柱塞泵，管汇元件为管汇橇为例进行说明。

例如，图12为本公开的一实施例提供的一种采空区充填设备以及充填方法的示意图。如图12所示，分离装置102、破碎装置103、混合装置104和输送装置105依次设置，且均设置在支架101中。

例如，如图12所示，分离装置102包括设置在对应的支架101中的分离筛，分离筛中网孔的尺寸为第一尺寸，该分离筛可以实现在采空区将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于第一尺寸的充填骨料分离，粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料直接填充在充填区域20，粒径小于第一尺寸的充填骨料被输送至破碎装置103。

例如，如图12所示，该破碎装置103包括覆式皮带输送机1034、颚式破碎机1031、高细破碎机1032、振动筛1033、以及大倾角皮带输送机1035。振动筛可采用具有较强的筛分能力的振动筛，例如，强力振动筛，从强力振动筛筛分出的充填骨料的粒径小于第二尺寸，将该粒径小于第二尺寸的充填骨料放置于充填骨料仓中，本公开的实施例也可以采用其他的振动筛。覆式皮带输送机和大倾角皮带输送机也可以采用其他类型的输送机，本公开的实施例对此不作限定。

例如，混合装置104包括立式搅拌罐和卧式搅拌机。例如，卧式搅拌机包括卧式双轴搅拌机。如图12所示，混合装置104包括卧式双轴搅拌机1041和立式搅拌罐1042。为了提高混合效率，在图12中，一个立式搅拌罐对应多个卧式双轴搅拌机。多个卧式双轴搅拌机通过卸料机构1043连接至同一个立式搅拌罐。例如，卸料机构1043包括液压卸料机构，但本公开的实施例不限于此。

例如，常用的充填泵的压力范围低。例如，常用的充填泵的压力范围约70-80Mpa。而且，压力越大，充填泵的体积就越大。采矿时根据矿产情况可能会使得输送管路的长度变化，比如输送管路需要加长一定长度，例如，加长100-500米等。通常的充填泵对于充填混合物的长距离泵送较困难，但在一些实施例中也可以直接采用充填泵。

例如，在图12中，输送装置105包括供液橇1051和柱塞泵1052，供液橇1051包括离心泵。采用供液橇1051，可以使得输送装置布局紧凑，方便吊装，排量大，安全稳定性高。例如，供液橇1051包括橇装离心泵。供液橇1051设置在柱塞泵1052的前端，为柱塞泵1052提供充填混合物。例如，橇装离心泵可以为加压的离心泵，即橇装离心泵排出的充填混合物的压力大于橇装离心泵接收的充填混合物的压力。

例如，被柱塞泵1052加压后的充填混合物的压力可达140Mpa。例如，被柱塞泵1052加压后的充填混合物的压力范围为100-140Mpa。例如，被柱塞泵1052加压后的充填混合物的压力为137Mpa。较大的压力利于充填混合物的长距离泵送。

本公开的一实施例提供的一种采空区充填设备中的输送装置105，满足不同方量充填需求，并且柱塞泵的使用可以通过调节流体出口的压力和柱塞泵数量至少之一来完成不同输送距离，不同充填方量的充填需求。例如，在本公开的实施例中，流体即为充填混合物。

例如，如图12所示，输送装置105还包括管汇橇1054和充填输送管汇1053，管汇橇1054的一端与柱塞泵1052相连，管汇橇1054的另一端与充填输送管汇1053相连。例如，充填输送管汇1053的长度大于1000米。例如，充填输送管汇1053的长度范围为1000-2000米。例如，充填输送管汇1053的长度可根据地质和开采情况而定。

在本公开的实施例提供的采空区充填设备中，柱塞泵的压力范围通常在100-120Mpa，充填输送管汇1053(输送管道)的距离可达1000-2000米，柱塞泵的充填压力大，充填距离大，且体积小。

例如，在一些实施例中，为了提高充填方量，提供多个柱塞泵1052。设置多个柱塞泵1052可根据使用要求匹配不同规格和数量的柱塞泵1052，保障充填方量。

例如，该输送装置105还包括第一管汇1055和第二管汇1056，供液橇1051通过第一管汇1055与柱塞泵1052的流体入口(物料入口)F1相连，柱塞泵1052的流体出口(物料出口)F2通过第二管汇1056与管汇橇1054相连。例如，在本公开的实施例中，流体即为充填混合物。

例如，结合图12，本公开的实施例提供的采空区的充填方法还包括：经柱塞泵1052加压后的充填混合物通过充填输送管汇1053输送至充填区域20。例如，充填输送管汇1053的长度范围为1000-2000米。因设置了柱塞泵，充填混合物可以被施加较大的压力，适合远距离输送。

例如，结合图12，破碎充填骨料包括：将充填骨料(矸石、建筑废料等)通过前装车经过覆式皮带输送机送达喂料仓，通过带有除铁器的振动给料机送达颚式破碎机，再经由高细破碎机和强力振动筛，将充填骨料筛分出适合充填的粒度，并由大倾角皮带输送机送达充填骨料料仓(储料仓)进行储存。

例如，参考图12，将破碎后的充填骨料、充填辅料和水混合成充填混合物包括：称重完成的充填骨料，分别经由卧式双轴搅拌机和立式搅拌罐，将充填骨料、胶结料、粉煤灰、以及水混合成满足充填要求的充填混合物，并经由输入管汇输出。例如，充填骨料、胶结料、粉煤灰、水均可以通过调节称重以适用不同状态下的充填配比。例如，各个原料的配比可根据需要而定。

图12示出了胶结料料仓和粉煤灰料仓。卧式双轴搅拌机通过液压卸料机构将物料卸入立式搅拌罐中。例如，卧式双轴搅拌机包括卧式双轴强力搅拌机。

例如，参考图12，将充填混合物输送至充填区域包括：混合均匀的充填混合物经由供液橇输送至柱塞泵中，由柱塞泵增大充填混合物的输送压力，并通过充填输送管汇(高压管汇)1053输送至需要的充填区域。

例如，在一些实施例中，为了适应不同距离的输送，调节柱塞泵的流体出口的压力。例如，如图12所示，柱塞泵1052包括流体入口F1和流体出口F2。流体入口F1被配置为接收流体，流体出口F2被配置为排出流体。柱塞泵用于为流体加压。即，排出流体的压力大于接收的流体的压力。例如，在本公开的实施例中，流体即为充填混合物。

例如，在一些实施例中，为了提高效率以及适应更远距离的输送，调节柱塞泵的数量。例如，采用多个柱塞泵来实现充填混合物的输送。例如，如图12所示，多个柱塞泵1052与充填输送管汇1053相连。例如，如图12所示，多个柱塞泵1052与管汇橇1054相连。

本公开的实施例提供的充填设备中的输送机、破碎机、振动筛、立式搅拌罐以及卧式搅拌机等可采用本领域常用的机器来完成。

例如，该充填骨料包括矸石和建筑废料中的至少之一，充填辅料包括胶结料和粉煤灰至少之一。

例如，该采空区充填设备还包括防爆部件，该防爆部件设置在分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置至少之一中，该防爆部件可以实现对对应的装置的保护。

需要说明的是，本公开的实施例提供的采空区充填设备和充填方法可以满足不同充填骨料的充填需求，包括且不限于矸石、建筑废料等。

本公开至少一实施例还提供一种采空区充填结构，例如，结合图2-4，图2-4均为间隙被填充后的截面结构示意图，也即采空区充填结构的截面结构示意图，该采空区充填结构30包括粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12，以及填充在粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的间隙11中的具有第二尺寸的充填骨料的充填混合物13，该第一尺寸为第二尺寸的2～10倍。

例如，仅将尺寸大小在第一尺寸和第二尺寸之间的充填骨料12进行破碎处理，将尺寸大于或者等于第一尺寸的充填骨料12直接进行充填可以减少大部分破碎处理的成本，而且充填骨料12的尺寸越大对其破碎越困难，花费的时间成本和经济成本越高。

例如，第二尺寸为30毫米，形成充填混合物13的充填骨料12的尺寸为1毫米～30毫米，在该尺寸范围内的充填骨料12形成的充填混合物13中充填骨料12会分散地比较均匀，从而使得形成的充填混合物固化后的粘性保持一致性。

例如，在图2中，该间隙11包括：堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12中的空隙，由于粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的尺寸和形貌均不均一，不可避免地粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12不能整齐排布，堆叠后会形成间隙11，该形成的间隙11的尺寸也不均一，充填混合物13流动至各个间隙11中以对该间隙11进行充填，充填混合物13还流动至粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的周边，该充填混合物13最终被固化以实现对巷道的稳定支撑，当然，图2只是示意性地示出了采空区充填结构的截面结构示意图，该采空区充填结构的截面形状不限于图2中的矩形，还可以是其他形状，例如三角形、扇形、阶梯型、月牙形等，本公开的实施例对此不作限定。

需要说明的是，堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12对巷道具有一定的支撑力，但不排除可能会存在一些粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12堆叠的不稳定的问题，但不足以导致巷道坍塌，填充在间隙11中的充填混合物13加固了对巷道支撑的稳定性。本公开的实施例提供一种的采空区充填设备和采空区充填方法，满足多种充填骨料下的采空区的充填，不仅及时高效的解决矸石堆积问题、废弃物料无处安放问题，也能更好的变废为宝，解决了充填成本高问题。同时，该采空区充填设备和采空区充填方法可以很好的按照使用需求配置不同方量的充填。

例如，在图3中，该间隙11包括堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙112和位于不同区域的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域111。由于巷道较长，为了减少对粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12的运输，可以将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12就地填充，这样可以节省运输成本，但不可避免地，在不同区域堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料之间存在间隔的区域，该间隔的区域通过填充充填混合物13可以实现对该间隔的区域对应的巷道的稳定支撑，这样可以将充填混合物13填充在该间隔的区域中以及堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料中的空隙112中，以实现对巷道各个区域的稳定支撑。

例如，在图4中，该间隙11包括：位于不同区域的堆叠的粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料12之间间隔的区域，该间隔的区域通过填充充填混合物13可以实现对该间隔的区域对应的巷道的稳定支撑，而且，将充填混合物13施加到该间隔的区域111更容易操作和实现，甚至可以不需要使用泵送元件即可实现对该间隔的区域的填充。

该采空区充填结构还可以参见上述中相关描述，在此不再赘述。

本公开的实施例提供的采空区充填方法、采空区充填设备以及采空区充填结构，具有以下至少一项有益效果：

(1)本公开至少一实施例提供的采空区充填方法，将大块充填骨料直接填埋、小块充填骨料破碎后进行膏体充填，降低了破碎充填骨料的成本，提升了充填骨料的利用率。

(2)本公开至少一实施例提供的采空区充填方法，将整套设备置于井下，节省了输送管路的长度，降低了输送管道被堵塞的风险，并可以降低雨雪天气对最终充填效果的影响，让最终充填的效果更加均衡。

(3)本公开至少一实施例提供的采空区充填设备，在分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置的外侧均安装有支架，以实现在充填设备工作时对巷道顶部的支撑，该支架也可形成巷道保护区以及应急人员的保护区。

(4)本公开的实施例提供的采空区充填设备和充填方法，通过设置供液元件和泵送元件，实现采空区按照不同充填骨料、不同输送距离、不同输送方量充填作业。

在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种采空区充填方法，包括：

在所述采空区内将充填骨料进行筛分，以将粒径大于或者等于第一尺寸的所述充填骨料和粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料分离；

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料直接充填在所述采空区，对所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料进行破碎处理以形成粒径小于第二尺寸的所述充填骨料；

将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水在所述采空区内混合以形成充填混合物；

将所述充填混合物施加至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

2.根据权利要求1所述的采空区充填方法，其中，所述间隙包括：堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料中的空隙，和/或，位于不同区域的堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的区域。

3.根据权利要求2所述的采空区充填方法，其中，所述采空区为开采矿区后形成的巷道。

4.根据权利要求3所述的采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠至与所述巷道的顶部接触，且堆叠的所述第一尺寸的所述充填骨料具有第一间隙；将所述充填混合物施加至所述第一间隙，并对所述充填混合物进行固化，其中，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向。

5.根据权利要求3所述的采空区充填方法，还包括：将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠至与所述巷道的顶部接触，且沿着所述巷道的延伸方向位于相互间隔的第一区域和第二区域，其中，所述第一区域和所述第二区域之间具有第一间隔区域；将所述充填混合物施加至所述第一间隔区域，并对所述充填混合物进行固化；所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；所述第一区域、所述第一间隔区域和所述第二区域形成一个第一组合单元，且包括一个或者多个所述第一组合单元。

6.根据权利要求3所述的采空区充填方法，还包括：

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第一填充部，其中，所述第一填充部具有第二间隙和第一高度，且所述第一填充部与所述巷道的顶部间隔，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；

将所述充填混合物施加至所述第二间隙；

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料形成在所述第一填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧以形成第二填充部，所述第二填充部具有第三间隙和第二高度；

将所述充填混合物施加至所述第三间隙；

其中，所述第一填充部、所述第二间隙、所述第二填充部和所述第三间隙形成一个第二组合单元，且包括一个或者多个所述第二组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第二填充部与所述巷道的顶部接触。

7.根据权利要求3所述的采空区充填方法，还包括：

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第一填充部，其中，所述第一填充部具有第二间隙和第一高度，且所述第一填充部与所述巷道的顶部间隔，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；

将所述充填混合物施加至所述第二间隙和所述第一填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧，并对所述充填混合物进行固化处理，以形成第一混合层；

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料形成在所述第一混合层的靠近所述巷道的顶部的一侧以形成第二填充部，其中，所述第二填充部具有第三间隙和第二高度，且所述第二填充部与所述巷道的顶部间隔；

将所述充填混合物施加至所述第三间隙和所述第二填充部的靠近所述巷道的顶部的一侧，并对所述充填混合物进行固化处理，以形成第二混合层，其中，所述第一填充部、所述第二间隙、所述第一混合层、所述第二填充部、所述第三间隙和所述第二混合层形成一个第三组合单元，且包括一个或者多个所述第三组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第二混合层与所述巷道的顶部接触。

8.根据权利要求3所述的采空区充填方法，还包括：

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第三填充部，其中，所述第三填充部具有第四间隙和第三高度，所述第三填充部与所述巷道的顶部间隔，且所述第三填充部位于第三区域；

将所述充填混合物施加至所述第四间隙以及所述第三填充部和所述巷道的顶部间隔的区域以形成第三混合层；

将所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料在垂直于所述巷道的延伸方向的第一方向上堆叠以形成第四填充部，其中，所述第四填充部具有第五间隙和第六高度，且所述第四填充部位于第四区域，所述第三区域和所述第四区域之间间隔有第二间隔区域，所述第一方向为从所述巷道的底部至所述巷道的顶部的方向；

将所述充填混合物施加至所述第二间隔区域；

将所述充填混合物施加至所述第五间隙以及所述第四填充部和所述巷道的顶部间隔的区域以形成第四混合层，其中，位于所述第三区域的所述第三填充部、所述第四间隙、所述第三混合层、位于所述第四区域的所述第四填充部、所述第五间隙、所述第四混合层和所述第二间隔区域形成一个第四组合单元，且包括一个或者多个所述第四组合单元，且距离所述巷道的顶部最近的所述第三混合层和所述第四混合层分别与所述巷道的顶部接触。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的采空区充填方法，其中，所述第一尺寸为所述第二尺寸的2～10倍。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的采空区充填方法，其中，所述第二尺寸为30毫米，形成所述充填混合物的所述充填骨料的尺寸为1毫米～30毫米。

11.根据权利要求1～8中任一项所述的采空区充填方法，还包括：将充填设备放置在所述采空区中，其中，所述充填设备包括分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置。

12.根据权利要求11所述的采空区充填方法，其中，所述破碎装置包括破碎机和振动筛，所述采空区充填方法包括：采用所述破碎机对所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料进行破碎处理，采用振动筛将经过所述破碎处理的所述充填骨料进行筛分，将粒径大于或者等于所述第二尺寸的所述充填骨料和粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料分离，将尺寸大于或者等于所述第二尺寸的所述充填骨料返回至所述破碎机进行再次破碎。

13.根据权利要求11所述的采空区充填方法，其中，将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水在所述采空区内混合形成充填混合物包括：将所述充填辅料和所述水输送至所述采空区内与所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料混合，然后在位于所述采空区内的所述混合装置中搅拌混合以形成流体的所述充填混合物。

14.根据权利要求11所述的采空区充填方法，其中，所述输送装置包括供液元件和泵送元件，所述采空区充填方法包括：采用所述供液元件从所述混合装置接收所述充填混合物并将其输送给所述泵送元件，采用所述泵送元件将所述充填混合物加压后施加至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

15.根据权利要求1～8中任一项所述的采空区充填方法，其中，所述充填骨料包括矸石和建筑废料至少之一，所述充填辅料包括胶结料和粉煤灰至少之一。

16.一种采空区充填设备，包括：

设置在采空区的多个支架，以及分别设置在多个所述支架中的分离装置、破碎装置、混合装置和输送装置，其中，

所述分离装置被配置为在所述采空区将粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料和粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料分离；

所述破碎装置被配置为破碎所述粒径小于所述第一尺寸的所述充填骨料，以形成粒径小于第二尺寸的所述充填骨料；

所述混合装置被配置为将所述粒径小于所述第二尺寸的所述充填骨料、充填辅料和水混合形成充填混合物；以及

所述输送装置，被配置为将所述充填混合物输送至所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙处。

17.根据权利要求16所述的采空区充填设备，其中，所述采空区为开采矿区后形成的巷道，所述多个支架配置为对所述巷道的顶部进行支撑。

18.根据权利要求17所述的采空区充填设备，其中，所述分离装置包括分离筛；所述破碎装置包括破碎机和强力振动筛，所述破碎机包括颚式破碎机和高细破碎机；所述混合装置包括立式搅拌罐和卧式搅拌机；所述输送装置包括供液元件和泵送元件，且所述分离筛、所述颚式破碎机、所述高细破碎机、所述强力振动筛、所述卧式搅拌机、所述立式搅拌罐、所述供液元件和所述泵送元件依次设置。

19.根据权利要求18所述的采空区充填设备，其中，所述混合装置通过所述供液元件与所述泵送元件相连，所述供液元件被配置为从所述混合装置接收所述充填混合物并将其输送给所述泵送元件，所述泵送元件被配置为将所述充填混合物加压后输出。

20.根据权利要求19所述的采空区充填设备，其中，所述输送装置还包括管汇元件和充填输送管汇，所述管汇元件的一端与所述泵送元件相连，所述管汇元件的另一端与所述充填输送管汇相连。

21.根据权利要求16-20中任一项所述的采空区充填设备，还包括防爆部件，其中，所述防爆部件设置在所述分离装置、所述破碎装置、所述混合装置和所述输送装置至少之一中。

22.一种采空区充填结构，包括粒径大于或者等于第一尺寸的充填骨料，以及填充在所述粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料的间隙中的具有第二尺寸的充填骨料的充填混合物，其中，所述第一尺寸为所述第二尺寸的2～10倍。

23.根据权利要求22所述的采空区充填结构，其中，所述间隙包括：堆叠的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的间隙，和/或，位于不同区域的粒径大于或者等于所述第一尺寸的所述充填骨料之间的区域。

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