CN114526116B - 浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供浅埋煤层矸石运‑充‑压一体化装置，一体化装置包括：行走系统，行走系统包括行走履带与底座，底座转动设置在行走履带上；支撑系统，支撑系统包括支架顶梁与两个液压强力支柱，每个液压强力支柱的底端与底座连接，每个液压强力支柱的顶端与支架顶梁连接；充填系统，充填系统包括运料管道，运料管道的充填入口设置在一体化装置的前端，运料管道的充填出口位于一体化装置的后端；运料管道上连接有抽吸装置；压实机构，压实机构包括电动机与压实重锤；运料管道的后端连接有端口位置可调的伸缩注料管，伸缩注料管为柔性软管；在柔性软管的端口至内部0.5m以上位置设置有柔性网，柔性网底端的一圈上均匀设置有至少两个导向盒。

Description

浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置

技术领域

本发明属于采空区治理技术领域，具体涉及浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置。

背景技术

充填采煤是一种采空区岩层控制技术，主要指用采场外部的砂、石、矿渣或炉灰等充填材料直接充填或制成膏体充填采空区，并靠填料的支撑作用减少顶板下沉和垮落。充填方式视其输送填料所用方式的不同，划分为水力充填、风力充填、机械充填、自溜充填、膏体充填，以及目前正在全国范围内推广采用的综合机械化密实矸石充填等。

充填采煤技术，特别是矸石固体密实充填不仅可以消除煤矿开采后的采空区，大大减弱了老采空区瓦斯超限的安全隐患，从而更安全地解放“三下”(建筑物下、水体下、铁路下)压煤资源。而且通过利用矸石和城市固体废物垃圾作为充填材料，可以解决我国矸石和城市垃圾问题，更好地保护我国的环境，是一种绿色“三下”充填采煤新措施。

目前，综合机械化固体充填装置主要为正四连杆四柱式充填液压支架和六柱支撑式充填液压支架，这两类装置为煤矿充填现场普遍应用的装置，在充填过程中，首先矸石等固体充填材料通过运矸系统输送至悬挂在充填支架后顶梁的多孔底卸式输送机上，再由多孔底卸式输送机的卸料孔将矸石充填入采空区，最后经充填支架后部的压实机进行压实。

然而，传统的充填工艺存在以下不足：

1、矸石充填材料通过运矸系统输送至悬挂在充填支架后顶梁的多孔底卸式输送机上，再由多孔底卸式输送机的卸料孔将矸石充填入采空区，该过程中矸石填入采空区中呈类似沙堆的散体状态，无序堆放，导致矸石材料之间的初始孔隙度较大，给后期的充填材料压实造成障碍。

2、充填材料通过充填支架后部的压实机进行压实，而压实结构只能够呈水平或者倾角角度伸缩来施加压力，但这种倾斜角度的推压作用力对于呈散体堆放的充填体而言，并不能让其达到最大的压实度，压实效率较低，且效果一般。

3、矸石与城市固体废物垃圾等充填材料虽然是一种废弃的固体资源，但作为地下空间充填材料也是有限的资源。而传统的充填工艺方法将这种充填材料无序堆放至采空区内，没有依据各个煤矿实际的地质条件类型与地应力大小进行有针对性的设计规划，都是充满所有采空区的空间为止，用料浪费且充填效果较差。

4、传统固体充填液压支架提供了充填空间的顶板支撑力和充填材料的压实动力，而多孔底卸式输送机提供了充填材料的运输功能，但卸料孔的角度不能够调节，导致充填空间尤其是边缘区域不能够让充填材料均匀分布，并且充填材料的运输、充填和压实过程都是独立分开的，并不能很好地达到协调配合，也无法最大程度节省系统的电力并优化动力系统分配。

5、传统充填工艺流程中涉及的固体充填液压支架以及多孔底卸式输送机均由人工进行操作控制，装备整体的智能化程度亟待提高。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅埋地层矸石运-充-压一体化装置，以至少解决目前机械化固体充填装置充填效率低、充填效果较差等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，所述一体化装置包括：

行走系统，所述行走系统包括行走履带与底座，所述底座转动设置在行走履带上；所述底座用于承载所述一体化装置中的各个部件，所述行走履带用于带动整个一体化装置位移；

支撑系统，所述支撑系统包括支架顶梁与两个液压强力支柱，每个所述液压强力支柱的底端与底座连接，每个所述液压强力支柱的顶端与支架顶梁连接，支架顶梁用于支护顶板；

充填系统，所述充填系统包括运料管道，所述运料管道的充填入口设置在所述一体化装置的前端，所述运料管道的充填出口位于所述一体化装置的后端；所述运料管道上连接有抽吸装置，所述抽吸装置用于在所述充填入口处形成负压，以将充填材料吸入到运料管道之中；

压实机构，所述压实机构包括电动机与压实重锤，所述电动机作为所述压实系统的动力源，用于驱动压实重锤将充填体压密实；

所述运料管道的后端连接有端口位置可调的伸缩注料管，所述伸缩注料管为柔性软管，所述伸缩注料管与运料管道连接处密封接触；在柔性软管的端口至内部0.5m以上位置设置有柔性网，柔性网顶端沿其周向一圈固定在柔性软管的内壁上，柔性网底端的一圈上均匀设置有至少两个导向盒，通过控制每个导向盒的运动以调节伸缩注料管的端口进行位移运动。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述底座包括立柱稳定底座与伸缩基座，所述立柱稳定底座水平转动设置在行走履带上；

所述伸缩基座设置在所述立柱稳定底座上方，所述液压强力支柱的底端连接在所述伸缩基座上，所述伸缩基座横向伸出，并在悬伸端头连接支腿，所述支腿插入底板岩土。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，在所述液压强力支柱的顶部设置有顶梁固定结构，所述顶梁固定结构为U型座；

所述支架顶梁同时卡入到两个液压强力支柱顶端顶梁固定结构的U型座中，所述支架顶梁与所述U型座铰接连接。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述支架顶梁的前部伸缩设置有支架伸缩梁，支架伸缩梁沿所述支架顶梁延伸方向伸出或缩入支架顶梁；支架伸缩梁包括前梁伸缩轴与前梁，前梁伸缩轴包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在前梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合；

所述支架伸缩梁上均布有平衡配重，通过支架伸缩梁的伸出量来调节平衡配重的重量；

所述支架顶梁的后部可伸缩的连接有尾梁，在尾梁与支架顶梁之间设置有尾梁伸缩轴，尾梁伸缩轴包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在尾梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述压实机构设置在所述尾梁上；所述压实机构还包括加压装置、压力缸、气压杆与伸缩杆；

电动机下方连接有加压装置，所述加压装置用于提供压力；

在所述加压装置的下方连接有压力缸，所述压力缸用于储存液压油；

在所述压力缸与气压杆连接，所述气压杆与所述伸缩杆连接，所述气压杆用于传递动力，以驱动伸缩杆的伸缩运动；

在所述伸缩杆的下方连接有压实重锤。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述底座上设置有固定伸缩臂，所述固定伸缩臂的端部连接有握裹装置，握裹装置用于握裹把持住运料管道；

所述顶梁的底部设置有固定机构，所述固定机构采用铰接方式将运料管道固定于顶梁的下方。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述一体化装置还包括围板储存仓，所述围板储存仓用于存放围板；

所述立柱稳定底座上设置有基座，所述基座上设置有调斜千斤顶，所述调斜千斤顶的底端通过第一可调旋轴与基座连接，所述千斤顶的顶端通过第二可调旋轴连接在围板储存仓的前端；

所述围板储存仓的后端通过升降基座支撑。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述围板储存仓的侧面设置有围板输入口，所述围板输入口用于向围板储存仓内部输入储备围板；所述围板储存仓的后端设置有角度可变的围板输出口；

所述围板储存仓的后端还设置有抓取机构，所述抓取机构用于抓取围板输出口输出的储备围板。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述抓取机构包括固定倾斜伸缩臂、第二千斤顶、伸缩杆与机械手臂；

所述抓取机构将宽度不同的储备围板依次从围板储存仓中拿出，宽度最大的围板构成底部围板，宽度最小的围板构成上部围板，上部围板设置在底部围板之上，围板四周相邻形成一个独立充填空间；相邻的两个围板之间通过卡槽连接在一起。

如所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，优选地，所述一体化装置还包括陀螺方向仪与空间探测装置，所述陀螺方向仪设置在底座上，用于检测一体化装置移动时的行走姿态；

所述空间探测装置设置在支架顶梁的后端，用于探测待充填空间的范围。

有益效果：在一体化装置中，采用充填矸石、秸秆粉碎料和水泥混合料，充填材料充填更加密实；便于压实，而且具有更好的压实效率与压实效果；该一体化装置更加节约充填材料资源且可以根据实际煤矿地质条件进行关键充填参数的设计调节。充填效果更加均匀，具有更高的充填效率。

附图说明

图1为本发明实施例中一体化装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中一体化装置的所在充填工作面示意图；

图3为本发明实施例中充填体布局示意图；

图4为本发明实施例中伸缩注料管截面图。

图中：1-平衡配重；2-运料管道；3-握裹装置；4-充填入口；5-充填材料；6-支架伸缩梁；7-固定伸缩臂；8-陀螺方向仪；9-第一支腿；10-支架顶梁；11-下履带；12-伸缩基座；13-立柱稳定底座；14-液压强力支柱；15-上履带；16-顶梁固定结构；17-第一可调旋轴；18-尾梁伸缩轴；19-固定机构；20-基座；21-伸缩臂；22-调斜千斤顶；23-围板储存仓；24-第二可调旋轴；25-被储存的围板；26-驱动轮；27-升降基座；28-固定倾斜伸缩臂；29-第二千斤顶；30-第二支腿；31-超声波传感器；32-伸缩杆；33-机械手臂；34-正在运送的围板；35-应力光纤传感器探测针36-单向孔；37-电动机；38-加压装置；39-空间探测装置；40-压力缸；41-气压杆；42-伸缩杆；43-压实重锤；44-伸缩注料管；441-柔性网；442-导向盒；45-上部围板；46-底部围板；47-地面；100-运输巷；200-进风巷；300-进风顺槽；400-回风顺槽；500-回采工作面；600-充填体；700-垮落矸石；800-沿空留巷。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1-4所示，本发明提供一种浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，一体化装置包括：

行走系统，行走系统包括行走履带与底座，底座转动设置在行走履带上；底座用于承载一体化装置中的各个部件，行走履带用于带动整个一体化装置位移。在本实施例中，履带包括下履带11与上履带15，在下履带11与上履带15之间设置有驱动轮26，驱动轮26用于驱动履带位移运动。在本实施例中，底座与履带之间设置有水平转动系统，该水平转动系统属于现有技术，该转动系统可为履带坦克上的转动系统。

支撑系统，支撑系统包括支架顶梁10与两个液压强力支柱14，每个液压强力支柱14的底端与底座连接，每个液压强力支柱14的顶端与支架顶梁10连接，支架顶梁10用于支护顶板。

充填系统，充填系统包括运料管道，运料管道的充填入口4设置在一体化装置的前端，运料管道的充填出口位于一体化装置的后端；运料管道上连接有抽吸装置，抽吸装置用于在充填入口4处形成负压，以将充填材料5吸入到运料管道之中。

在运料管道的后端连接有伸缩注料管44，伸缩注料管44的端口为充填出口，伸缩注料管44能够实现充填出口角度的空间旋转调节，使注浆材料喷射得更为均匀，尤其一些边角空间区域和地点，喷料也可以达到，克服了传统喷料地点单一且不均匀的缺点。

运料管道的后端连接有端口位置可调的伸缩注料管，伸缩注料管为柔性软管，伸缩注料管与运料管道连接处密封接触；在柔性软管的端口至内部0.5m以上位置设置有柔性网，柔性网顶端沿其周向一圈固定在柔性软管的内壁上，柔性网底端的一圈上均匀设置有至少两个导向盒，通过控制每个导向盒的运动以调节运料管道的端口进行位移。

在本实施例中，运料管道为钢管，伸缩注料管44为柔性软管，伸缩注料管44与运料管道连接处密封接触。柔性软管可以为塑料管、橡胶管等柔性材质制成的管。在柔性软管的端口至内部1m位置设置有柔性网441，柔性网441为钢丝网。柔性网顶端沿其周向一圈固定在柔性软管的内壁上，柔性网441底端的一圈上均匀设置有四个导向盒442，四个导向盒442沿竖直方向分别进行不同程度的位移；导向盒442先带动钢丝网运动，使得钢丝网发生形变，钢丝网带动伸缩注料管44发生形变，从而使得伸缩注料管44的充填出口发生位移。4个导向盒422在不同位置进行高度不同的位移运动，从而带动充填出口在不同方向发生位移，进而保证充填材料5能够更加均匀的进行落料。

在本实施例中，每个导向盒442的运动轨迹方位可由外部遥控控制，每个导向盒442的受力大小和方向可独立互不干扰，通过遥控控制导向盒442形成的合力方向和大小来引导伸缩注料管44的出口运动的作用力，该作用力作用于导向盒442所附着的钢丝网上，以此牵动拉扯柔性伸缩注料管向指定方向发生位移，以调整伸缩注料管44出口的方位和角度，从而控制伸缩注料管44出口的方向。导向盒包括电动马达、导向轮以及遥控信号接收装置，电动马达驱动导向轮转动，导向轮贴紧在伸缩注料管44的内壁，遥控信号接收装置与电动马达信号连接，用于在收到信号时，向电动马达发出驱动或者停止信号。

压实机构，压实机构包括电动机37与压实重锤43，电动机37作为压实系统的动力源，用于驱动压实重锤43将充填体压密实。

底座包括立柱稳定底座13与伸缩基座12，立柱稳定底座13水平转动设置在行走履带上；伸缩基座12设置在立柱稳定底座13上方，液压强力支柱14的底端连接在伸缩基座12上，伸缩基座12横向伸出，并在悬伸端头连接支腿，支腿插入底板岩土。在本实施例中，支腿包括第一支腿9与第二支腿30，两支腿分别设置在一体化装置的前后方向上。

在液压强力支柱14的顶部设置有顶梁固定结构16，顶梁固定结构16为U型座；支架顶梁10同时卡入到两个液压强力支柱14顶端顶梁固定结构的U型座中，支架顶梁10与U型座铰接连接，铰接连接能够承受较大的作用力，能够保证一体化装置的结构强度。

在本实施例中，顶梁固定结构与液压强力支柱14为一体结构，从而保证了液压强力支柱14具有更好的结构强度，从而保证一体化装置具有更好的支撑性。

支架顶梁10的前部伸缩设置有支架伸缩梁6，支架伸缩梁6沿支架顶梁10延伸方向伸出或缩入支架顶梁10。

支架伸缩梁6上均布有平衡配重1，通过支架伸缩梁6的伸出量来调节平衡配重1的重量。

支架顶梁10的后部可伸缩的连接有尾梁，在尾梁与支架顶梁10之间设置有尾梁伸缩轴18，尾梁伸缩轴18用于为尾梁伸缩调节提供伸缩动力。

在本实施例中，尾梁伸缩轴18包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在尾梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合，从而驱动尾梁进行伸缩运动。支架伸缩梁6包括前梁伸缩轴与前梁，前梁伸缩轴包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在前梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合，从而驱动前梁进行伸缩运动。

压实机构设置在尾梁上；压实机构还包括加压装置38、压力缸40、气压杆41与伸缩杆42。

电动机37下方连接有加压装置38，加压装置38用于提供压力。

在加压装置38的下方连接有压力缸40，所压力缸40用于储存液压油。

在压力缸40与气压杆连接，气压杆41与伸缩杆连接，气压杆41用于传递动力，以驱动伸缩杆的伸缩运动。

在伸缩杆42的下方连接有压实重锤43。

底座上设置有固定伸缩臂7，固定伸缩臂7的端部连接有握裹装置3，握裹装置3用于握裹把持住运料管道。

顶梁的底部设置有固定机构19，固定机构19采用铰接方式将运料管道固定于顶梁的下方。

在本实施例中，固定机构为运料管道上方设置有吊环，每隔一定距离(0.5m左右)设置一个吊环，顶梁的铰接通过套进吊环中实现对管道的固定。

一体化装置还包括围板储存仓23，围板储存仓23用于存放被储存的围板25；立柱稳定底座13上设置有基座20，基座20上设置有调斜千斤顶22，调斜千斤顶22的底端通过第一可调旋转轴17与基座20连接，千斤顶的顶端通过第二可调旋转轴24连接在围板储存仓23的前端；围板储存仓23的后端通过升降基座27支撑。通过前端的调斜千斤顶22和中端的升降基座27同步配合实现围板储存仓23的角度调节，前端调斜千斤顶22通过在前端处实现不同的升降移动，来拉拽围板储存仓23翘起一定角度；而升降基座27一是起到支撑作用，二是能够实现高度的调节，进而将围板储存仓23顶起不同的高度，来配合调斜千斤顶22的翘起高度和角度，进而整体配合完成功能。

围板储存仓23的侧面设置有围板输入口，围板输入口用于向围板储存仓23内部输入储备围板；围板储存仓23的后端设置有角度可变的围板输出口；围板储存仓23的后端还设置有抓取机构，抓取机构用于抓取围板输出口输出的储备围板。正在运送的围板34从围板输出口中被输出，围板输出口包括上下两片导轨，上下两片导轨均铰接设置在出口位置，通过转动上下两片导轨从而调节围板输出的角度，便于围板的输出。

抓取机构包括固定倾斜伸缩臂28、第二千斤顶29、伸缩杆32与机械手臂33。固定倾斜伸缩臂28倾斜的固定在围板储存仓23的顶部，第二千斤顶29的一端连接在固定倾斜伸缩臂28的顶端，第二千斤顶29的另一端连接有伸缩杆32，伸缩杆32的端部转动连接有机械手臂33；在水平方向上设置第二千斤顶29与伸缩杆32配合，从而能够达到更长的伸缩长度；而且千斤顶能够承受更大的作用力，便于抓取机构的使用。在本实施例中，固定倾斜伸缩臂28与伸缩杆32可由液压或者电机驱动，机械手臂33由电机与减速器驱动。

在围板储存仓23上围板输出口的下方设置有超声波传感器31，所述超声波传感器31用于探测路径上的障碍物，便于一体化装置进行避让。

在围板储存仓23上围板输出口的下方还设置有应力光纤传感器探测针35，对应探测针位置的围板上设置有单向孔，应力光纤传感器探测针35经过单向孔36插入充填体中。应力光纤传感器探测针35通过围板上预留的单向孔36插入垛式充填体的中间部位，然后启动震动捣实锤对垛式充填体进行捣实，同时通过应力光纤传感器探测针35实时感知充填料之间的接触力以及空间压实度，当达到设定阈值后垛式充填体压实完成。

抓取机构将宽度不同的储备围板依次从围板储存仓23中拿出，宽度最大的围板构成底部围板，宽度最小的围板构成上部围板45，上部围板设置在底部围板46之上，围板四周相邻形成一个独立充填空间；相邻的两个围板之间通过卡槽连接在一起。

一体化装置还包括陀螺方向仪8与空间探测装置39，陀螺方向仪8设置在底座上，用于检测一体化装置移动时的行走姿态，以保证一体化装置行走姿态能够随时调整以及行走路径变化。

空间探测装置39设置在支架顶梁10的后端，用于探测待充填空间的范围。以计算所需的充填材料5质量及密度，以此确定所需充填矸石和秸秆粉碎料的数量及配比。

如图3所示，回采工作面500的前方两侧分别为进风顺槽300与回风顺槽400，进风顺槽300与回风顺槽400与进风巷200连通，运输巷100平行于进风巷200；回采工作面500的后方两侧分别为沿空留巷800与垮落矸石700，随着回采工作面500向前推进，浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置在回采工作面500的后方作业，以完成充填体600的充填作业。θ角度为充填体垂向与水平方向的夹角，该角度可以根据需要设计的充填垛的方位进行调整，范围从0°-180°，实现垛式充填体的倾斜布置。

浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置的使用方法如下：

步骤一，一体化装置通过超声波传感器31和陀螺方向仪8自启检查并自动完成前方路径上障碍物的避让和装置行走姿态自调整，直至一体化装置行进到预定充填工作地点。

步骤二，智慧决策一体化装置开启工作模式，通过空间探测装置39扫描需要充填的三维空间范围，计算所需的充填体材料质量及密度，以此规划确定所需充填矸石和秸秆粉碎料的数量及配比。

需要说明，充填矸石、秸秆粉碎料和水泥的质量配比为3:4:3，充填矸石材料粒径为5-25cm的矸石研磨料，秸秆粉碎料为农业种植秸秆粉碎为长度为3-10cm的碎料(用以充当纤维增强剂)，水泥优选矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

步骤三，自控启动电气及液压混合系统，对运料-充填-压实各个机构分别分配合适的驱动动力，然后根据所需充填空间的大小和工程预计时间，自动分配启动多个伸缩注料管44。伸缩注料管44可转动设置，能够实现管口角度的空间旋转调节，使注浆材料喷射得更为均匀，尤其一些边角空间区域和地点，喷料也可以达到，克服了传统喷料地点单一且不均匀的缺点。

步骤四，伸缩注料管44设置为可伸缩的管，根据一体化装置距离工作壁面的距离伸缩注料管44伸缩为合适的长度。

步骤五，根据所需的充填矸石和秸秆料的数量进行充填材料5的配比和搅拌，使混合充填材料5达到设定的黏度、含水量、颗粒大小及硬度值，然后通过运输管道将充填材料5运送至伸缩注料管44出料口，在充填空间内注灌充填材料5。

步骤六，注灌充填材料5之前，控制启动抓取装置，机械手臂将围板储存仓23内运出的围板抓取并旋转至预定的角度，按照设定的位置将围板进行空间无缝安装搭接，最终形成四片高度为0.5m的围板将所需的充填空间四周密封围起，然后通过伸缩注料管44在充填空间内注灌充填材料5直至达到护板的预定高度停止注料，形成初步的垛式充填体。

步骤七，自启动压实装置，首先将应力光纤传感器探测针通过围板上预留的单向孔插入垛式充填体的中间部位，然后启动压实重锤对垛式充填体进行捣实，同时通过应力光纤传感器的探测针实时感知充填料之间的接触力以及空间压实度，当达到设定阈值后垛式充填体压实完成。

步骤八，围板储存仓23装置伸出第二节护板将所需的充填空间密封围起，重复步骤六和步骤七，垛式充填体层层增高、压实直至接触采空区顶板，通过智慧护板装置伸出的多节护板互相无缝搭接后将垛式充填体围在垛式空间中直至充填材料5初凝强度达到设定值，最终形成墙垛式充填体。该墙垛式充填体由若干组类似墙体结构的充填材料5组成，呈固定间隔空间排列，墙垛式充填体可根据实际充填整体结构和强度的需求改变各组之间的间距和空间排列角度。

步骤九，一体化装置启动回收程序，依次分节收回护板，智慧决策一体化装置移动至相邻工作充填区域，从步骤二开始再次开启工作流程。

最终实现垛式的砌筑充填结构，且各个砌筑体之间的角度可整体形成规则排列，依据需要充填的空间顶板结构和上覆岩层的传力状况适当做出调整。

综上所述，在本发明提供浅埋地层矸石运-充-压一体化装置的技术方案中，充填矸石、秸秆粉碎料和水泥混合料，充填材料充填更加密实；便于压实，而且具有更好的压实效率与压实效果；本发明采用墙垛砌体充填体，这样可以更加节约充填材料资源且可以根据实际煤矿地质条件进行关键充填参数的设计调节。充填效果更加均匀，具有更高的充填效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述一体化装置包括：

行走系统，所述行走系统包括行走履带与底座，所述底座转动设置在行走履带上；所述底座用于承载所述一体化装置中的各个部件，所述行走履带用于带动整个一体化装置位移；

支撑系统，所述支撑系统包括支架顶梁与两个液压强力支柱，每个所述液压强力支柱的底端与底座连接，每个所述液压强力支柱的顶端与支架顶梁连接，支架顶梁用于支护顶板；

充填系统，所述充填系统包括运料管道，所述运料管道的充填入口设置在所述一体化装置的前端，所述运料管道的充填出口位于所述一体化装置的后端；所述运料管道上连接有抽吸装置，所述抽吸装置用于在所述充填入口处形成负压，以将充填材料吸入到运料管道之中；

压实机构，所述压实机构包括电动机与压实重锤，所述电动机作为所述压实系统的动力源，用于驱动压实重锤将充填体压密实；

所述运料管道的后端连接有端口位置可调的伸缩注料管，所述伸缩注料管为柔性软管，所述伸缩注料管与运料管道连接处密封接触；在柔性软管的端口至内部0.5m以上位置设置有柔性网，柔性网顶端沿其周向一圈固定在柔性软管的内壁上，柔性网底端的一圈上均匀设置有至少两个导向盒，通过控制每个导向盒的运动以调节伸缩注料管的端口进行位移运动。

2.根据权利要求1所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述底座包括立柱稳定底座与伸缩基座，所述立柱稳定底座水平转动设置在行走履带上；

所述伸缩基座设置在所述立柱稳定底座上方，所述液压强力支柱的底端连接在所述伸缩基座上，所述伸缩基座横向伸出，并在悬伸端头连接支腿，所述支腿插入底板岩土。

3.根据权利要求1所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，在所述液压强力支柱的顶部设置有顶梁固定结构，所述顶梁固定结构为U型座；

所述支架顶梁同时卡入到两个液压强力支柱顶端顶梁固定结构的U型座中，所述支架顶梁与所述U型座铰接连接。

4.根据权利要求3所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述支架顶梁的前部伸缩设置有支架伸缩梁，支架伸缩梁沿所述支架顶梁延伸方向伸出或缩入支架顶梁；支架伸缩梁包括前梁伸缩轴与前梁，前梁伸缩轴包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在前梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合；

所述支架伸缩梁上均布有平衡配重，通过支架伸缩梁的伸出量来调节平衡配重的重量；

所述支架顶梁的后部可伸缩的连接有尾梁，在尾梁与支架顶梁之间设置有尾梁伸缩轴，尾梁伸缩轴包括电机与齿轮，电机用于驱动齿轮转动；在尾梁上设置有齿条，齿轮与齿条啮合。

5.根据权利要求4所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述压实机构设置在所述尾梁上；所述压实机构还包括加压装置、压力缸、气压杆与伸缩杆；

电动机下方连接有加压装置，所述加压装置用于提供压力；

在所述加压装置的下方连接有压力缸，所述压力缸用于储存液压油；

在所述压力缸与气压杆连接，所述气压杆与所述伸缩杆连接，所述气压杆用于传递动力，以驱动伸缩杆的伸缩运动；

在所述伸缩杆的下方连接有压实重锤。

6.根据权利要求1所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述底座上设置有固定伸缩臂，所述固定伸缩臂的端部连接有握裹装置，握裹装置用于握裹把持住运料管道；

所述顶梁的底部设置有固定机构，所述固定机构采用铰接方式将运料管道固定于顶梁的下方。

7.根据权利要求2所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述一体化装置还包括围板储存仓，所述围板储存仓用于存放围板；

所述立柱稳定底座上设置有基座，所述基座上设置有调斜千斤顶，所述调斜千斤顶的底端通过第一可调旋轴与基座连接，所述千斤顶的顶端通过第二可调旋轴连接在围板储存仓的前端；

所述围板储存仓的后端通过升降基座支撑。

8.根据权利要求7所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述围板储存仓的侧面设置有围板输入口，所述围板输入口用于向围板储存仓内部输入储备围板；所述围板储存仓的后端设置有角度可变的围板输出口；

所述围板储存仓的后端还设置有抓取机构，所述抓取机构用于抓取围板输出口输出的储备围板。

9.根据权利要求8所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述抓取机构包括固定倾斜伸缩臂、第二千斤顶、伸缩杆与机械手臂；

所述抓取机构将宽度不同的储备围板依次从围板储存仓中拿出，宽度最大的围板构成底部围板，宽度最小的围板构成上部围板，上部围板设置在底部围板之上，围板四周相邻形成一个独立充填空间；相邻的两个围板之间通过卡槽连接在一起。

10.根据权利要求1-9任一所述的浅埋煤层矸石运-充-压一体化装置，其特征在于，所述一体化装置还包括陀螺方向仪与空间探测装置，所述陀螺方向仪设置在底座上，用于检测一体化装置移动时的行走姿态；

所述空间探测装置设置在支架顶梁的后端，用于探测待充填空间的范围。

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