CN114046176B - 进路采场充填接顶装置及充填接顶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种进路采场充填接顶装置及充填接顶方法。进路采场包括运输巷道、与运输巷道相连接的进路及设置于进路进口端的充填挡墙，该充填接顶装置包括设置于运输巷道顶部的充填主管和设置于进路顶部的至少三根不同长度的充填支管，以及设置于充填主管和充填支管之间的三通管和切换闸阀。充填挡墙与进路形成用于承载浆料的密封空间；当浆料由充填主管进入充填支管时，可以通过切换闸阀的开关调节浆料的流向，实现多管多点同时下料或多管多点分步下料。本发明将三根长度不同充填支管的进料口分别布设于进路的进口端、中部和尾部，下料时通过切换闸阀不仅能随时控制下料过程，还能便捷切换下料口。

Description

进路采场充填接顶装置及充填接顶方法

技术领域

本发明涉及矿山采场充填技术领域，尤其涉及一种进路采场充填接顶装置及充填接顶方法。

背景技术

进路充填采矿法因其采场暴露面积小、回采作业安全、资源回收率高等优势在矿体岩性破碎、矿石资源价值高的矿山有着广泛的应用。进路采场的采幅和跨度均较小，类似于巷道掘进，以较小的暴露面积来保证回采作业的安全，出矿后修筑挡墙，采用充填的方式回填空区，为周围采场回采创造条件。

进路充填采矿法首先需要保证回采作业的暴露面积足够小，因而对每个进路的充填接顶工艺要求极高。若进路采场回填空区时没有充填接顶或接顶效果差时，一方面会影响旁边进路的顶部暴露面积，极大地影响采场的稳定性，增加事故风险(若进路1回填空区时没有充填接顶，当回采旁边进路2时，进路2的顶部暴露面积将会是进路1和2两个采场总共的顶部暴露面积)；另一方面会造成采场无法顺利转层，上向进路充填采矿法的转层是建立在下分层充填体质量与平整度基础上的，若采场没有充填接顶，将会导致上分层无法开采；下向进路充填采矿法的转层安全性取决于上层充填假顶的整体强度，若上层充填体没有接顶，那么上层充填体不能与上上层充填体形成整体，充填体质量将会受到很大影响，无法保证开采工作的安全进行。

目前进路充填采矿法的充填接顶工艺，根据下料点的不同一般分为单点下料和多点下料：(1)单点下料即在进路顶部局部超挖，制造出下料最高点，将充填管道出口布置在最高点处，使浆料能灌满整个进路。由于进路充填采矿法的进路长度较长(一般为20-30m，甚至50-60m)，考虑到膏体浆料的流平性，当出料口接顶时，较长的进路长度会导致远离下料点的区域无法充满，产生空顶，即使采用正压强制接顶的方式，也难以保证接顶效果。(2)多点下料工艺可以采用单管多点下料和多管多点下料方式进行。单管多点下料可以在单根管道上设置多个下料口或在下料过程中将充填管道不断抽出来实现多点下料。申请号为CN202021365296.4的专利公开了一种多点同步下料充填管道系统，在单根管道上设置多个下料口，填料过程中多个下料口只能同时下料，无法根据实际需要更换下料点进行定点下料，不利于实际生产。在下料过程中将充填管道不断抽出来实现多点下料的方式对充填管道要求较高，充填挡墙修筑后，管道移动较为困难，亦不利于实际生产。目前多管多点下料的方式鲜有报道，申请号为CN201520927464.7的专利公开了一种适用于进路充填多点下料的输送管道，通过三通阀将多根充填管道连接，充填管道上设置多个下料口，实现多管多点同时下料。该方法的缺点依然在于无法根据实际需要进行定点下料，不利于实际生产。

有鉴于此，有必要设计一种改进的一种进路采场充填接顶装置及充填接顶方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种进路采场充填接顶装置及充填接顶方法，解决进路充填接顶时单点下料造成的接顶不完全以及多点下料时，下料口无法控制且无法便捷切换下料口的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种进路采场充填接顶装置，进路采场包括运输巷道、与所述运输巷道相连接的进路及设置于所述进路进口端的充填挡墙，充填接顶装置包括设置于所述运输巷道顶板处的充填主管和设置于所述进路顶板处的至少三根不同长度的充填支管，以及设置于所述充填主管和所述充填支管之间的三通管和切换闸阀；所述充填挡墙与所述进路形成用于承载浆料的密封空间；浆料进入所述充填主管，通过所述切换闸阀的开关调节浆料的下料位置完成充填接顶作业。

作为本发明的进一步改进，所述充填支管包括三根长度不同的第一充填支管、第二充填支管和第三充填支管；所述第一充填支管、第二充填支管和第三充填支管的出料口根据所述进路的长度分别布设于所述进路的进口端、中部和尾部。

作为本发明的进一步改进，进行充填作业时所述第一充填支管、第二充填支管和第三充填支管至少有一个下料口下料，实现多管多点同时下料或多管多点分步下料。

作为本发明的进一步改进，在所述进路与所述运输巷道交界的眉线处适当挑顶，形成高于所述进路顶板的斜三角空间，所述充填挡墙上端与所述进路的眉线挑顶处连接。

作为本发明的进一步改进，所述充填支管穿过所述充填挡墙的上端伸入所述进路内，且所述充填支管贴近所述进路的顶板；所述切换闸阀设置于所述充填挡墙远离所述进路的一侧。

作为本发明的进一步改进，所述充填挡墙的顶端嵌设有溢流管；所述溢流管高于所述进路的顶板。

作为本发明的进一步改进，所述溢流管倾斜嵌设于所述充填挡墙上，且所述溢流管位于所述进路内的一端低与位于所述运输巷道内的一端。

作为本发明的进一步改进，所述充填主管通过定位锚索固定于所述运输巷道顶板的岩层中；所述充填支管通过定位锚杆固定于所述进路顶板的岩层中。

作为本发明的进一步改进，所述第一充填支管、第二充填支管和第三充填支管位于同一水平面上，且与地面保持平行，避免浆料逆流，防止倒料。

本发明还提供了一种进路采场充填接顶方法，采用上述所述的进路采场充填接顶装置进行充填接顶作业，具体包括如下步骤：

S1.开启布设于所述进路尾部的所述第三充填支管的切换闸阀，向所述进路尾部充填浆料，待所述进路尾部达到预设充填量时，停止充填作业；

S2.开启布设于所述进路中部的所述第二充填支管的切换闸阀，向所述进路中部充填浆料，待所述进路中部达到预设充填量时，停止充填作业；

S3.开启布设于所述进路进口端的所述第一充填支管的切换闸阀，向所述进路进口端充填浆料，待所述进路进口端达到预设充填量时，停止充填作业；

S4.重复上述步骤，依次对所述进路的尾部、中部及进口端的剩余部分充填浆料，直到溢流管处有浆液流出时，说明所述进路内已充填接顶。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的一种进路采场充填接顶装置，根据进路的长度，将三根长度不同的充填支管的出料口分别布设与进路的进口端、中部和尾部，根据实际充填情况通过调节切换闸阀实现多管多点同时下料或多管多点分步下料，确保充填接顶效果。

(2)本发明提供的一种进路采场充填接顶装置，下料时通过切换闸阀可以随时控制下料过程，也可以便捷切换下料口，使料浆在采场内均匀分布，操作简便，接顶效果明显。

(3)本发明提供的一种进路采场充填接顶装置，在进路和运输巷道交界的眉线处挑顶，形成的斜三角空间有利于充填接顶作业充分接顶。另外，在充填挡墙上设置倾斜的溢流管，溢流管的设置便于判断是否完成充填接顶作业，便于观察实时充填情况。

(4)本发明提供的一种进路采场充填接顶方法，根据空区体积与浆料体积的计算，在各下料点输送理论所需体积的料浆，理论与实际相结合进行多管多点同时下料或多管多点分步下料，达到精细化接顶的目的。

附图说明

图1为本发明的进路采场充填接顶装置的顶部结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

附图标记

100-进路采场充填接顶装置；1-运输巷道；2-进路；3-充填主管；4-充填支管；5-切换闸阀；6-三通管；7-充填挡墙；8-溢流管；9-定位锚杆；10-点位锚索；41-第一充填支管；42-第二充填支管；43-第三充填支管；51-第一切换闸阀；52-第二切换闸阀；53-第三切换闸阀；54-第四切换闸阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1至图2所示，本发明提供了一种进路采场充填接顶装置100，进路采场包括运输巷道1、与运输巷道1相连接的进路2及设置于进路2进口端的充填挡墙，该充填接顶装置包括设置于运输巷道1顶板处的充填主管3和设置于进路2顶板处的至少三根不同长度的充填支管4，以及设置于充填主管3和充填支管4之间的三通管6和切换闸阀5；充填主管3与充填支管4通过三通管6连接；每个充填支管4的进料口端均设有切换闸阀5；充填挡墙7与进路2形成用于承载浆料的密封空间。如此设置，当浆料由充填主管3进入充填支管4时，可以通过切换闸阀5的开关调节浆料的流向，进而确定下料位置，最终实现多管多点同时下料或多管多点分步下料。

在一些实施例中，充填支管4包括三根长度不同的第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43。第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43的出料口根据进路2的长度分别布设于进路2的进口端、中部和尾部，这种布设方式使每根充填支管充填空间大小相同的采场区域，避免单点下料过程中因进路2的长度太长造成的浆料充填不均匀的问题。进行充填作业时第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43至少有一个下料口下料，实现多管多点同时下料或多管多点分步下料。

如图2所示，为了确保进路2内充分充填接顶，在进路2与运输巷道1交界的眉线处适当挑顶，形成高于进路2顶板的斜三角空间。充填挡墙7从进路2的底板砌筑至其眉线挑顶处，并做好充填挡墙7与进路2接触部位的密封工作，防止充填过程中漏浆。

第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43穿过充填挡墙7的上端(两者接触部位用砂浆等材料密封，防止充填过程中漏浆)并伸入进路2内，伸入进路2的部分通过定位锚杆9固定于进路2顶板的岩层中，且第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43均贴近进路2的顶板，尽可能将充填支管4固定于进路2内的最高位置，保证充填效果(切换闸阀5设置于充填挡墙7远离进路2的一侧；如图1所示，切换闸阀5包括设置于充填主管3上的第一切换闸阀51和第三切换闸阀53、设置于第一充填支管41进料口端的第二切换闸阀52、设置于第二充填支管42进料口端的第四切换闸阀54)。第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43通过充填挡墙7和定位锚杆9的协同作用固定，增加其稳定性。另外，第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43位于同一水平面上，且与地面保持平行，防止浆料逆流，避免倒料。

充填主管3通过定位锚索10固定于运输巷道1顶板的岩层中。定位锚杆9和定位锚索10是生产中固定吊架管道常用的设备，在管道设计标准图集中有多种样式可供参考，此处及后续不再赘述。

充填挡墙7的顶端嵌设有溢流管8，作为提示充填接顶作业完成与否的指示信号。溢流管8穿过充填挡墙7处用砂浆等材料密封，防止充填过程中漏浆。溢流管8设置在高于进路2顶板的眉线挑顶处，只有当进路2内全部充满浆料时，浆料才会从溢流管8流出，确保充填效果。另外，溢流管8倾斜嵌设于充填挡墙7上，且溢流管8位于进路2内的一端低与其位于运输巷道1内的一端，如此设置，当浆料高于溢流管8的出口端时，料浆才会从溢流管8流出，进一步确保充填效果。

本发明还提供了一种进路采场充填接顶方法，可以对进路2进行多管多点同时下料或多管多点分步下料。

在一些实施例中，对进路2进行多管多点分步下料，具体包括如下步骤：

S1.开启第一切换闸阀51和布设于进路2尾部的第三充填支管43的第三切换闸阀53，关闭第二切换闸阀52和第四切换闸阀54，浆料由充填主管3流至第三充填支管43，向进路2尾部充填浆料，待进路2尾部达到预设充填量(预设充填量为尾部区域充填至距离进路2顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S2.开启第一切换闸阀51和布设于进路2中部的第二充填支管42的第四切换闸阀54，关闭第二切换闸阀52和第三切换闸阀53，浆料由充填主管3流至第二充填支管42，向进路2中部充填浆料，待进路2中部达到预设充填量(预设充填量为中部区域充填至距离进路2顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S3.开启布设于进路2进口端的第一充填支管41的第二切换闸阀52，关闭第一切换闸阀51、第三切换闸阀53和第四切换闸阀54，浆料由充填主管3流至第一充填支管41，向进路2进口端充填浆料，待进路2进口端达到预设充填量(预设充填量为进口端区域充填至距离进路2顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S4.重复上述步骤，依次对进路2的尾部、中部及进口端的剩余部分充填浆料(每个区域剩余充填量根据理论计算可得)，直到溢流管8处有浆液流出时，说明进路2内已充填接顶。

在另一些实施例中，对进路2进行多管多点同时下料，具体包括如下步骤：

S1.开启第一切换闸阀51、第三切换闸阀53和第四切换闸阀54，关闭第二切换闸阀52，浆料由充填主管3流至第二充填支管42和第三充填支管43，向进路2的中部和尾部同时充填浆料，待进路2的中部和尾部达到预设充填量(预设充填量为中部和尾部区域充填至距离进路2顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S2.开启第二切换闸阀52，关闭第一切换闸阀51、第三切换闸阀53和第四切换闸阀54，浆料由充填主管3流至第一充填支管41，向进路2进口端充填浆料，待进路2进口端达到预设充填量(预设充填量为进口端区域充填至距离进路2顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业。

S3.重复上述步骤，依次对进路2的尾部和中部、进口端的剩余部分充填浆料(每个区域剩余充填量根据理论计算可得)，直到溢流管8处有浆液流出时，说明进路2内已充填接顶。

在本实施例中，以内蒙某多金属矿为例，以多管多点分步下料方式进行充填接顶作业。在采场出矿完毕之后，现场测量或运用三维扫描仪等工具计算出进路2的实际空区体积为35m×4m×4m(长×宽×高)，根据进路2的长度(35m)将第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管43分别分布于进路2的进口端(6m处)、中部(18m处)和尾部(30m)，根据每个区域的体积及浆料塌落度测试实验计算出第一充填支管41、第二充填支管42和第三充填支管4需要完成的充填量。

准备工作就绪后，开始进行充填作业，具体操作步骤如下：

S1.开启第一切换闸阀51和第三切换闸阀53，关闭第二切换闸阀52和第四切换闸阀54，浆料由充填主管3流至第三充填支管43，开始对进路2的尾部进行充填接顶作业，待进路2尾部达到预设充填量(预设充填量为尾部区域充填至距离进路2顶板处0.5m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S2.开启第一切换闸阀51和第四切换闸阀54，关闭第二切换闸阀52和第三切换闸阀53，浆料由充填主管3流至第二充填支管42，开始对进路2的中部进行充填接顶作业，待进路2中部达到预设充填量(预设充填量为中部区域充填至距离进路2顶板处0.5m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S3.最后开启第二切换闸阀52，关闭第一切换闸阀51、第三切换闸阀53和第四切换闸阀54，浆料由充填主管3流至第一充填支管41，开始对进路2的进口端进行充填接顶作业，待进路2进口端达到预设充填量(预设充填量为进口端区域充填至距离进路2顶板处0.5m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得)时，停止充填作业；

S4.重复上述步骤，分别对进路2的尾部、中部及进口端剩余部分进行充填(通过理论计算可知每个区域充填所需浆料的体积)作业，直到溢流管8处有浆液流出时，说明进路2内已充填接顶。

综上所述，发明提供的一种进路采场充填接顶装置及充填接顶方法，根据进路的长度，将三根长度不同充填支管的下料口的分别布设于进路的进口端、中部和尾部，通过调节切换闸阀根据实际情况进行多管多点同时下料或多管多点分布下料，确保充填接顶效果；下料时通过切换闸阀可以随时控制下料过程，也可以便捷切换下料口，使料浆在采场内均匀分布，操作简便，接顶效果明显；充填过程根据空区体积与浆料体积的计算，在各下料点输送理论所需体积的料浆，理论与实际相结合，达到精细化接顶的目的；在进路和运输巷道交界的眉线处挑顶，且在充填挡墙上设置倾斜的溢流管，便于判断是否完成充填接顶作业，便于观察实时充填情况，有利于充填接顶作业的接顶效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种进路采场充填接顶方法，其特征在于：所述进路采场充填接顶方法采用充填接顶装置实施；进路采场包括运输巷道(1)、与所述运输巷道(1)相连接的进路(2)及设置于所述进路(2)进口端的充填挡墙(7)，所述充填接顶装置包括设置于所述运输巷道(1)顶板处的充填主管(3)和设置于所述进路(2)顶板处的至少三根不同长度的充填支管(4)，以及设置于所述充填主管(3)和所述充填支管(4)之间的三通管(6)和切换闸阀(5)；所述充填挡墙(7)与所述进路(2)形成用于承载浆料的密封空间；浆料进入所述充填主管(3)，通过所述切换闸阀(5)的开关调节浆料的下料位置完成充填接顶作业；

所述充填支管(4)穿过所述充填挡墙(7)的上端伸入所述进路(2)内，且所述充填支管(4)贴近所述进路(2)的顶板；所述充填支管(4)和所述充填挡墙(7)的接触部位用砂浆密封；所述充填支管(4)包括三根长度不同的第一充填支管(41)、第二充填支管(42)和第三充填支管(43)；所述第一充填支管(41)、第二充填支管(42)和第三充填支管(43)的出料口根据所述进路(2)的长度分别布设于所述进路(2)的进口端、中部和尾部；所述第一充填支管(41)、第二充填支管(42)和第三充填支管(43)位于同一水平面上，且与地面保持平行，避免浆料逆流，防止倒料；进行充填作业时所述第一充填支管(41)、第二充填支管(42)和第三充填支管(43)至少有一个下料口下料，实现多管多点同时下料或多管多点分步下料；

所述切换闸阀(5)设置于所述充填挡墙(7)远离所述进路(2)的一侧，所述切换闸阀(5)包括设置于所述充填主管(3)上的第一切换闸阀(51)和第三切换闸阀(53)、设置于所述第一充填支管(41)进料口端的第二切换闸阀(52)以及设置于所述第二充填支管(42)进料口端的第四切换闸阀(54)；

在所述进路(2)与所述运输巷道(1)交界的眉线处适当挑顶，形成高于所述进路(2)顶板的斜三角空间，所述充填挡墙(7)上端与所述进路(2)的眉线挑顶处连接；

所述充填挡墙(7)的顶端嵌设有溢流管(8)，所述溢流管(8)高于所述进路(2)的顶板；所述溢流管(8)倾斜嵌设于所述充填挡墙(7)上，且所述溢流管(8)位于所述进路(2)内的一端低于位于所述运输巷道(1)内的一端；

所述进路采场充填接顶方法，包括如下步骤：

S1.开启所述第一切换闸阀(51)和布设于所述进路(2)尾部的所述第三充填支管(43)的所述第三切换闸阀(53)，关闭所述第二切换闸阀(52)和所述第四切换闸阀(54)，浆料由所述充填主管(3)流至所述第三充填支管(43)，向所述进路(2)尾部充填浆料，待所述进路(2)尾部达到预设充填量时，停止充填作业；其中，预设充填量为尾部区域充填至距离所述进路(2)顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得；

S2.开启所述第一切换闸阀(51)和布设于所述进路(2)中部的所述第二充填支管(42)的所述第四切换闸阀(54)，关闭所述第二切换闸阀(52)和所述第三切换闸阀(53)，浆料由所述充填主管(3)流至所述第二充填支管(42)，向所述进路(2)中部充填浆料，待所述进路(2)中部达到预设充填量时，停止充填作业；其中，预设充填量为中部区域充填至距离所述进路(2)顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得；

S3.开启布设于所述进路(2)进口端的所述第一充填支管(41)的所述第二切换闸阀(52)，关闭所述第一切换闸阀(51)、所述第三切换闸阀(53)和所述第四切换闸阀(54)，浆料由所述充填主管(3)流至所述第一充填支管(41)，向所述进路(2)进口端充填浆料，待所述进路(2)进口端达到预设充填量时，停止充填作业；其中，预设充填量为进口端区域充填至距离所述进路(2)顶板处0.5-1.0m时理论上所需的浆料体积，充填量根据理论计算可得；

S4.重复上述步骤，依次对所述进路(2)的尾部、中部及进口端的剩余部分充填浆料，每个区域剩余充填量根据理论计算可得，直到所述溢流管(8)处有浆液流出时，说明所述进路(2)内已充填接顶。

2.根据权利要求1所述的进路采场充填接顶方法，其特征在于：所述充填主管(3)通过定位锚索(10)固定于所述运输巷道(1)顶板的岩层中；所述充填支管(4)通过定位锚杆(9)固定于所述进路(2)顶板的岩层中。

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