CN114909137A - 一种煤矿井下柱式体系风力充填开采装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备及其方法，在井下依次设置并联接空气压缩机、储气罐、给料装置和通向采空区充填区域的输送管道；使储气罐内气体达到设定工作压力；将储气罐中压缩空气通向输送管道；矸石通过矸石粉碎机后到达料仓，随后将物料颗粒喷入输送管道中；连续采煤机开始对煤体进行采掘，完成后退出到支护完好地带；通过沿线铺设的输送管道中压力的作用，将矸石物料颗粒送至采掘后的巷道配合水路形成湿料，完成填充作业。本发明可以提高柱式采煤效率，解决巷道的排矸速度，减轻辅助运输系统的压力，减少副井矿车矸石的提升任务；降低成本，杜绝矸石升井造成的环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下柱式体系风力充填开采装置及其方法，尤其适用于柱式开采填充，实现柱式采煤与充填工艺优化组合。
背景技术
我国是世界产煤、耗煤大国，煤炭在我国一次性能源消费中所占比例最大，而矸石是煤炭开采的伴生物，致使矸石大量堆积，占有土地资源，采空区和塌陷区在不断扩大。因此，矸石山的存在已经对矿区环境和居民生活带来严重的影响。同时我国“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)积压着大量的煤炭资源，开采率极低，工作面效率低，造成极大的资源浪费。近年来，煤炭行业竞相发展应用煤矸分离和矸石回填技术，把矸石用于充填采空区和“三下”压煤区，可以有效地解决矸石山和“三下”压煤区所存在的问题。
矸石输送是实现矸石井下充填的关键技术之一。现见于报道的有抛矸机抛矸充填、刮板输送机卸矸充填、气力充填、似膏体自流充填和矸石泵送充填，其中气力充填在国外应用较多。我国对气力充填也进行了试用，结果表明与上述其他充填技术相比，该充填系统密闭且布置灵活，可实现平行作业，占用巷道空间小，便于物料输运和各种处理设备配置等优点。但存在动力消耗大和管道磨损严重的问题，限制了这一技术的推广应用。
目前，用于固体粉料颗粒气力输送主要分为稀相气力输送和浓相气力输送。气力输送技术在世界各国均得到了迅速的发展和应用，输送对象从早期的面粉、谷物和信件迅速发展到冶金、水泥、化工、矿山、电力等领域，我国广泛用于燃煤电厂除尘器底部粉煤灰的输送、煤矿采空区充填、干煤粉加氢煤气化及IGCC发电等工程领域。因为稀相气力输送固气比低，能耗高，对管路磨损严重，浓相气力输送技术受到越来越多的关注。因此，需要研究一种动力消耗小、管道磨损少、经济环保的煤矿井下矸石气力输送充填方法及设备。
发明内容
基于上述现状，本发明具体涉及一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备及其方法，通过对井下产出的矸石及井上矸石山，通过矸石粉碎机破碎成固体粉颗粒，便于气力输送；通过对固体粉料颗粒进行正压气力输送，达到需填充区域；通过压力变送器测量输送管道的初始压力、沿程压力和末端压力，可以实现系统的自动排堵；通过脉冲反吹滤袋除尘器进行气固分离；通过电容层析成像测试系统对管道内气固两相流的运行情况进行实时图像监测，并可以测量相应的参数，分析气驱固试验过程和相关参数，以便随时调整工作参数。
该工艺是柱式开采与充填工艺相结合，在使用连续采煤机在对第一条巷道(或窄工作面)开采后，即对回采处的巷道进行填充，保证顶板应力不会集中，维持煤体的整体稳定性；同时回采另一巷道(或窄工作面)，实现充填与开采基本不相互影响，保证了生产矿井的产量。
一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，包括依次连接的空气压缩机、气水分离器、分离过滤器、主管路过滤器、高效除油过滤器、储气罐，储气罐的出气管路上依次设有温度传感器，气源压力变送器，气体流量计，进气阀组；
还包括给料装置，给料装置包括与矸石粉碎器连接的料仓，料仓内设有气化装置；料仓的出料口与发送器通过进料阀连接；发送器上设有料位计、平衡阀、称重仪；
进气阀组的出气管路和发送器出料口均通过充料管与输送管道连接，充料管上依次设有单元压力变送器、出料阀、排堵装置；
输送管道在井上下输送段设有压力变送器，在充填工作面段设有卸料孔；
还包括降尘管路，降尘管路与输送管道在充填工作面段并列安装，降尘管路上设有降尘阀门。
整个系统结构简单、坚固、密封性能好、输送能力大且输送距离长，采用手动控制与PC-PLC远程自动控制相结合的控制手段，可进行不同输送距离的气力输送；
空气压缩机、储气罐、给料装置通过高压风管依次联接，实现全封闭式工作，减少井下粉尘污染；
压力变送器安设在输送管道上，由1台气源压力变送器、1台发送单元压力变送器和多台管道压力变送器组成，可以实时监测输送管路内部压降情况，自动辨别管路堵塞情况实现系统自动排堵；
输送管道包括无缝主钢管、快速法兰接头和无缝支钢管三部分，无缝主钢管两端设有快速法兰接头，无缝主钢管的两侧斜置焊接有不在同一个水平面上的两根无缝支钢管，无缝支钢管的端头通过软管与高压风管相连，可实现井下复杂环境铺设；
上述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，在使用连续采煤机开采的同时，可以对开采后的巷道(窄工作面)进行填充，实现对“三下”煤体高效回采，且保持地表稳定等优点。
技术方案：本发明所述的矿井下柱式体系风力充填开采方法，包括以下步骤：
a、在井下依次设置并联接空气压缩机、储气罐、给料装置和通向采空区充填区域的输送管道；
b、利用空气压缩机向储气罐中充气，使储气罐内气体达到设定工作压力；
c、打开储气罐的控制阀，将储气罐中压缩空气经高压风管通向输送管道；
d、待输送管道中流场稳定后，启动给料装置，矸石通过矸石粉碎机后到达料仓，随后将物料颗粒喷入输送管道中；
e、连续采煤机开始对煤体进行采掘，完成后退出到支护完好地带。
f、通过沿线铺设的输送管道中压力的作用，将矸石物料颗粒送至采掘后的巷道配合水路形成湿料，完成填充作业。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：使用煤矿井下柱式体系风力充填开采工艺及设备，可以提高柱式采煤效率，解决巷道的排矸速度，减轻辅助运输系统的压力，减少副井矿车矸石的提升任务；降低成本，杜绝矸石升井造成的环境污染；同时气力输送可以为巷道提供通风，减小局部风机的负载，整个施工过程无扬尘，健康环保；较少的人员配备即可实现作业，实现安全、效益双赢。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的示意图进行简单介绍：
图1为本发明充填设备结构示意图；
图2(a)为本发明连续采煤机对巷道开始采掘示意图；
图2(b)为本发明对巷道进行填充作业示意图；
图2(c)连为本发明续采煤机开始下一周期采掘示意图；
图2(d)为本发明对下一周期巷道进行填充作业示意图；
1——气水分离器；2——空气压缩机；3——分离过滤器；
4——主管路过滤器；5——高效除油过滤器；6——储气罐；
7——温度传感器；8——气源压力变送器；9——气体流量计；
10——进气阀组；11——发送器；12——料位计；
13——气化装置；14——进料阀；15——平衡阀；16——称重仪；
17——发送单元压力变送器；18——出料阀；
19——压力变送器；20——输送管道；21——矸石粉碎器；
22——排堵装置；23——料仓；24——降尘管路25——连续采煤机。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，包括依次连接的空气压缩机2、气水分离器1、分离过滤器3、主管路过滤器4、高效除油过滤器5、储气罐6，储气罐6的出气管路上依次设有温度传感器7，气源压力变送器8，气体流量计9，进气阀组10；
还包括与矸石粉碎器21连接的料仓23，料仓23内设有气化装置13；料仓23的出料口与发送器11通过进料阀14连接；发送器11上设有料位计12、平衡阀15、称重仪16；
进气阀组10的出气管路和发送器11出料口均通过连接管与输送管道20连接，连接管上依次设有单元压力变送器17、出料阀18、排堵装置22；
输送管道20在井上下输送段设有压力变送器19，在充填工作面段设有卸料孔25；
还包括降尘管路24，降尘管路24与输送管道20在充填工作面段并列安装，降尘管路24上设有降尘阀门26。
所采用的煤矿井下柱式体系风力充填开采方法，以12CM27-10E型连续采煤机为例，包括如下步骤：
步骤一：首先要在井下依次设置并联接空气压缩机2、储气罐6、矸石粉碎器21、料仓23和通向工作面和“三下”压煤充填区域的输送管道20，开启进气阀组10，检测各连接处与管道是否存在漏风，若有及时处理，完成后进行下一步工作。
步骤二：启动空气压缩机2使储气罐6中的压力达到工作所需要求，可根据实际工作调节内部压强，然后填充系统进行一次没有下料的空吹过程。
步骤三：储气罐6中的压力达到所需气压时，点击控制系统的“开始”按钮后，矸石粉碎器21完成粉碎工作，系统顺序开启进料阀14、出料阀18。
步骤四：粉碎后的矸石固体粉料颗粒充料进入到料仓23，在气力带动下，通过预先铺设好的输送管道20，填充工作准备完成
步骤五：连续采煤机25开动调整截割臂、铲装板或输送机的位置，行走之前确认稳定器是否升起，调整好截割臂和输送机的位置。在机器行走之前检查一个稳定器是否升起来了，按“水喷雾”按钮提供冷却和降尘喷雾水。操作相应的行走按键及截割头升降，开始割煤。在使用连续采煤机开采宽为5m的巷道割煤后，在停机之前，先把连续采煤机开到顶板支护完好的地区，并且将截割臂、铲装板和输送机落地，断开先导回路，确认负荷中心故障断电。
步骤六：采煤机退出巷道后，通过输送管道开始对巷道进行填充，支撑顶板压力；填充完毕后，进行下一巷道的掘进，依次循环，完成对煤体的高效回采。
综上所述，本发明主要用于煤矿井下柱式体系风力充填开采工艺及设备。
最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的实施方式已经对本发明进行了描述，但本领域的科研技术人员应当明白，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (6)
1.一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，其特征在于，包括依次连接的空气压缩机(2)、储气罐(6)，储气罐(6)的出气管路上设有进气阀组(10)；
还包括与矸石粉碎器(21)连接的料仓(23)，料仓(23)内设有气化装置(13)；料仓(23)的出料口与发送器(11)通过进料阀(14)连接；
进气阀组(10)的出气管路和发送器(11)出料口均通过充料管、出料阀(18)与输送管道(20)连接；
输送管道(20)在井上下输送段设有压力变送器(19)，在充填工作面段设有卸料孔(25)；
还包括降尘管路(24)，降尘管路(24)与输送管道(20)在充填工作面段并列安装，降尘管路(24)上设有降尘阀门(26)。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，其特征在于，所述的空气压缩机(2)与储气罐(6)连接的管路上还依次设有气水分离器(1)、分离过滤器(3)、主管路过滤器(4)、高效除油过滤器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，其特征在于，所述的储气罐(6)的出气管路上还依次设有温度传感器(7)，气源压力变送器(8)，气体流量计(9)。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，其特征在于，所述的发送器(11)上设有料位计(12)、平衡阀(15)、称重仪(16)。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，其特征在于，所述的充料管上还设有单元压力变送器(17)、排堵装置(22)。
6.一种煤矿井下柱式体系风力充填开采方法，其特征在于，采用权利要求1到5任一项所述的一种煤矿井下柱式体系风力充填开采设备，步骤为：
步骤一：首先要在井下依次设置并联接空气压缩机(2)、储气罐(6)、矸石粉碎器(21)、料仓(23)和通向“三下”压煤充填区域的输送管道(20)，开启进气阀组(10)，检测各连接处与管道是否存在漏风；
步骤二：启动空气压缩机(2)使储气罐(6)中的压力达到工作所需要求；
步骤三：储气罐(6)中的压力达到所需气压时，矸石粉碎器(21)完成粉碎工作，系统顺序开启进料阀(14)、出料阀(18)；
步骤四：粉碎后的矸石固体粉料颗粒充料进入到料仓(23)，在气力带动下，通过预先铺设好的输送管道(20)，到达预填充巷道；
步骤五：连续采煤机(25)开动调整截割臂、铲装板或输送机的位置，行走之前确认稳定器是否升起，调整好截割臂和输送机的位置；在机器行走之前检查一个稳定器是否升起来了，提供冷却和降尘喷雾水；操作相应的行走按键及截割头升降，开始割煤；在使用连续采煤机开采宽为5m的巷道割煤后，在停机之前，先把连续采煤机开到顶板支护完好的地区，并且将截割臂、铲装板和输送机落地，断开先导回路，确认负荷中心故障断电；
步骤六：采煤机退出巷道后，通过输送管道开始对巷道进行填充，通过与井下水路相通的管路，在填充面形成水幕，与干粉充填物料混合形成湿料，对填充面完成填充工作，保持煤体矿压稳定；填充完毕后，进行下一巷道的掘进，依次循环，完成对煤体的高效回采。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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