CN115680760B - 一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统及充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统及充填方法，充填系统包括：重介分选机、分选精煤输送机、分选矸石输送机、采空区矸石输送机和架后充填输送设备；重介分选机的进料口位于外部的原煤破碎机下方；分选精煤输送机的输送皮带位于靠近重介分选机的顶部；分选矸石输送机的输送皮带位于靠近重介分选机的底部；采空区矸石输送机的出料端位于架后充填输送设备的进料端的上方，架后充填输送设备的出料端位于采空区上方。本发明通过从开采源头对原煤流的原煤和矸石进行快速分离，将分离出的矸石就近直接输送至采空区用于采空区原位充填，实现矸石随采分离就地处理，减少对地面环境的污染、地表沉陷，降低矿井生产运输成本。

Description

一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统及充填方法

技术领域

本发明属于煤矸石处理技术领域，具体涉及一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统及充填方法。

背景技术

矸石不升井是现代煤矿绿色开采的重要标志。煤炭是我国的主要能源和消费资源，随着国家级煤炭基地开发建设步伐加快，每年有7.7亿吨煤矸石需要排放。在开采过程中大煤量矸石堆积，不仅破坏了良田，又加速了矿区环境污染，也加大了原煤生产和运输成本。多年以来，累积的煤矸石数量庞大，矸石自燃、爆炸造成量严重安全隐患，现有技术中没有有效对矸石进行处理的装置。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统及充填方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例的第一方面提供一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，包括：重介分选机、分选精煤输送机、分选矸石输送机、采空区矸石输送机和架后充填输送设备；

所述重介分选机的进料口位于外部的原煤破碎机下方；

所述分选精煤输送机的输送皮带位于靠近所述重介分选机的顶部；

所述分选精煤输送机的输送皮带的一端位于所述原煤破碎机的一侧，另一端沿所述重介分选机的顶部的长轴延伸至所述重介分选机外部的胶运顺槽输送机的进料端的上方；

所述分选矸石输送机的输送皮带位于所述靠近所述重介分选机的底部且沿所述所述重介分选机的底部的长轴延伸；

所述分选矸石输送机的输送皮带的一端并穿出所述重介分选机且位于所述采空区矸石输送机的进料端的上方，另一端延伸至所述重介分选机的内部的端部；

所述采空区矸石输送机的出料端位于所述架后充填输送设备的进料端的上方，所述架后充填输送设备的出料端位于采空区上方。

在本发明的一个实施例中，还包括：重介液存储箱、重介液监测仪、摄像头和重介液抽放泵；

所述重介液监测仪，固定设置在所述重介分选机内部；

所述摄像头，固定设置在所述重介分选机的上方；

所述重介液抽放泵，一端位于所述重介液存储箱内，另一端位于所述重介分选机内

所述重介液存储箱，设置在所述重介分选机的外部的一侧。

在本发明的一个实施例中，所述架后充填输送设备，包括：架后充填输送机和旋转转载装置；

所述旋转转载装置的转动部与所述架后充填输送机的进料端的输送皮带固定连接。

在本发明的一个实施例中，所述旋转转载装置，包括：驱动电机和转动部；

所述驱动电机，输出轴与所述架后充填输送机的输送面垂直且与所述转动部固定连接。

在本发明的一个实施例中，所述采空区内设置有多个充填模具；

所述充填模具，包括：石墩体充填模具、墙体充填模具、坝体充填模具或柱体充填模具。

本发明实施例的第二方面提供一种全自动煤流快速分离矸石原位充填方法，应用于本发明实施例第一方面提供的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，包括以下步骤：

步骤一，原煤破碎机中完成破碎的原煤落入重介分选机进行筛选处理；其中，精煤向上运动至靠近在所述重介分选机内的液态筛选介质的表面，以落入分选精煤输送机的输送皮带上，矸石向下运动至靠近液态筛选介质的底部，以落入分选矸石输送机的输送皮带上，完成煤矸分离筛选；

步骤二，分选精煤输送机将精煤输送至胶运顺槽输送机的进料端处，由胶运顺槽输送机输送至地面；

步骤三，采空区矸石输送机将矸石输送至架后充填输送设备的进料端，架后充填输送设备将矸石输送至采空区内的充填模具内进行充填。

在本发明的一个实施例中，还包括：

重介液监测仪对重介分选机内的液态筛选介质的参数进行监测，并向外部的自动控制系统发送监测数据，自动控制系统根据接收的监测数据控制重介液抽放泵工作。

本发明的有益效果：

本发明通过从开采源头对原煤流的原煤和矸石进行快速分离，将分离出的矸石就近直接输送至采空区用于采空区原位充填，实现矸石随采分离，煤矸固废就地处理，有效解决大量矸石处理问题。矸石直接用来对采空区进行充填，减少矸石升井量，减少对地面环境的污染、占用和地表沉陷，降低矿井生产运输成本，实现了矸石不升井的绿色开采。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的重介分选机、分选精煤输送机、分选矸石输送机和采空区矸石输送机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的采空区矸石输送机和架后充填输送设备的结构示意图；

图3是图1的俯视图的示意图；

图4是本发明实施例提供的架后充填输送设备的俯视图；

图5是本发明实施例提供的矸石墩的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的矸石墙的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的矸石坝的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的矸石柱的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统的充填墙体充填模具的工作状态示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统的充填石墩体充填模具的工作状态示意图。

附图标记说明：

10-重介分选机；11-液态筛选介质；12-重介液存储箱；13-重介液监测仪；14-摄像头；15-重介液抽放泵；20-分选精煤输送机；30-分选矸石输送机；40-采空区矸石输送机；50-架后充填输送设备；51-架后充填输送机；52-旋转转载装置；60-原煤破碎机；70-刮板输送机；81-矸石墩；82-矸石墙；83-矸石坝；84-矸石柱；90-胶运顺槽输送机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图2和图3所示，一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，包括：重介分选机10、分选精煤输送机20、分选矸石输送机30、采空区矸石输送机40和架后充填输送设备50。

原煤经采煤机开采，并经过原煤破碎机60破碎后，落入重介分选机10原煤分选筛进行筛选处理。原煤破碎机60上方还设置有刮板输送机70将原煤输送至原煤破碎机60中。重介分选机10的进料口位于外部的原煤破碎机60下方。重介分选机10内盛装有液态筛选介质11，该液态筛选介质11密度处于原煤与矸石之间(即密度大于原煤，但小于矸石)，落入重介分选机10内的煤与矸石由于密度不同，煤漂浮于筛选液表面，而矸石会沉于液态筛选介质11的底部。

分选精煤输送机20的输送皮带位于靠近重介分选机10的顶部。分选精煤输送机20的输送皮带的一端位于原煤破碎机60的一侧，分选精煤输送机20的输送皮带的另一端沿重介分选机10的顶部的长轴延伸至重介分选机10外部的胶运顺槽输送机90的进料端的上方。在重介分选机10内分选时，煤落入分选精煤输送机20的输送皮带上，并被输送至胶运顺槽输送机90，通过胶运顺槽输送机90输送至地面。

分选矸石输送机30的输送皮带位于靠近重介分选机10的底部且沿重介分选机10的底部的长轴延伸。分选矸石输送机30的输送皮带的一端并穿出重介分选机10且位于采空区矸石输送机40的进料端的上方，分选矸石输送机30的输送皮带的另一端延伸至重介分选机10的内部的端部；在重介分选机10内分选时，矸石落入底部的分选矸石输送机30的输送皮带上，并被输送至采空区矸石输送机40。

采空区矸石输送机40的出料端位于架后充填输送设备50的进料端的上方，架后充填输送设备50的出料端位于采空区上方。采空区矸石输送机40将矸石输送至架后充填输送设备50中，由架后充填输送设备50输送至采空区进行采空区充填。同时，矸石通过架后充填输送设备50落入采空区的充填模具中，作为充填材料，防止架后顶板快速冒落诱发架前顶板冒落，减缓架后顶板冒落速度造成冲击和架前顶板整体下沉。

本实施例中，煤矸分选过程是在煤流源头利用煤矸石密度差异化原理，使用重介筛选技术、破碎技术及压裂技术使煤和矸石筛分出来，将煤与矸石分离，精煤运至地面，分离矸石就近充填采空区空间，形成矸石墩81、矸石坝83及矸石墙82等不同充填体，实现矸石不升井，同时充填有效缓解顶板冲击和顶板整体下沉过量问题，还能够实现绿色、经济、环保。

本发明通过从开采源头对主运系统原煤流的原煤和矸石进行就地快速分离，将分离出的矸石就近直接输送至采空区用于采空区原位充填，实现矸石随采分离，煤矸固废就地处理，矸石运输距离短，操控便捷，有效解决大量矸石堆积处理问题。矸石直接用来对采空区进行充填，减少矸石升井量，减少对地面环境的污染、占用和地表沉陷，降低矿井生产运输成本，实现了矸石不升井的绿色开采。

具体地，本实施例的充填系统的矸石处理过程为：

步骤一，原煤破碎机60中完成破碎的原煤落入重介分选机10进行筛选处理；其中，精煤向上运动至靠近在重介分选机10内的液态筛选介质11的表面，以落入分选精煤输送机20的输送皮带上，矸石向下运动至靠近液态筛选介质11的底部，以落入分选矸石输送机30的输送皮带上，完成煤矸分离筛选；

步骤二，分选精煤输送机20将精煤输送至胶运顺槽输送机90的进料端处，由胶运顺槽输送机90输送至地面；

步骤三，采空区矸石输送机40将矸石输送至架后充填输送设备50的进料端，架后充填输送设备50将矸石输送至采空区内的充填模具进行充填。

其中，采空区内设置有多个充填模具，多个充填模具包括石墩体充填模具、墙体充填模具、坝体充填模具或柱体充填模具。矸石充填在这些充填模具中，对应形成矸石墩81、矸石墙82、矸石坝83或矸石柱84，如图5、图6、图7和图8所示。如图9和图10所示，在原煤开采过程中，开采设备、原煤破碎机60和充填系统构成设备列车，随着设备列车的行进，工作面不断推进，在工作面上进行原煤开采，并在开采完成的采空区内放置充填模具，充填系统依次完成充填。

在一个实施例中，如图1和图2所示，一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统还包括：重介液存储箱12、重介液监测仪13、摄像头14和重介液抽放泵15。

重介液监测仪13固定设置在重介分选机10内部，重介液监测仪13用于对液态筛选介质11的高度、浓度、温度等参数进行监测。摄像头14固定设置在重介分选机10的上方，通过摄像头14拍摄重介分选机10的工作过程的视频，对重介分选机10的工作过程进行监控。

重介液抽放泵15的一端位于重介液存储箱12内，重介液抽放泵15的另一端位于重介分选机10内；重介液存储箱12设置在重介分选机10的外部的一侧。重介液存储箱12用于存储液态筛选介质。重介液抽放泵15可以将重介液存储箱12内的液态筛选介质注入至重介分选机10中，或者将重介分选机10中的液态筛选介质11抽出至重介液存储箱12内。

本实施例中，当重介分选机10中的液态筛选介质11的高度、浓度、温度等参数发生变化时，例如，当液面高度过低(过高)，重介液抽放泵15进行注入(抽出)操作。本实施例的充填系统自动化程度较高，便于监测重介分选机10的工作，提高了生产效率。

具体地，重介液监测仪13、摄像头14和重介液抽放泵15可以通过外部的自动控制系统进行控制，重介液监测仪13监测对重介分选机10内的液态筛选介质11的各个参数进行监测，并向外部的自动控制系统发送监测数据，自动控制系统根据接收的监测数据判断检测数据是否发生变化，根据监测数据的变化向重介液抽放泵15发送注入或抽出的工作指令，控制重介液抽放泵15工作。

进一步地，如图3和图4所示，架后充填输送设备50，包括：架后充填输送机51和旋转转载装置52。旋转转载装置52的转动部与架后充填输送机51的进料端的输送皮带固定连接。旋转转载装置52可以驱动架后充填输送机51的输送皮带在水平面内以旋转转载装置52为旋转中心转动一定的角度，架后充填输送机51的出料端随之移动，出料端可以位于不同位置的充填模具的上方，以将矸石输送至不同位置的充填模具中进行充填。当然，旋转架后充填输送机51也可以对同一个充填模具内的不同位置进行充填，以进行均匀的充填。

进一步地，旋转转载装置52，包括：驱动电机和转动部；

驱动电机的输出轴与架后充填输送机51的输送面垂直且与转动部固定连接。具体地，架后充填输送机51将矸石输送至输送带的出料端位置对应的充填模具进行充填，充填完成之后，驱动电机驱动旋转部转动，旋转部带动架后充填输送机51转动一定的角度θ，架后充填输送机51的出料端随之移动到另一位置，以将矸石输送至另一个充填模具的位置进行充填，随着工作面的推移逐步完成充填，自动化程度较高。

本发明实施例还提供一种全自动煤流快速分离矸石原位充填方法，应用于上述的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，包括以下步骤：

步骤一，原煤破碎机60中完成破碎的原煤落入重介分选机10进行筛选处理；其中，精煤向上运动至靠近在重介分选机10内的液态筛选介质11的表面，以落入分选精煤输送机20的输送皮带上，矸石向下运动至靠近液态筛选介质11的底部，以落入分选矸石输送机30的输送皮带上，完成煤矸分离筛选；

步骤二，分选精煤输送机20将精煤输送至胶运顺槽输送机90的进料端处，由胶运顺槽输送机90输送至地面；

步骤三，采空区矸石输送机40将矸石输送至架后充填输送设备50的进料端，架后充填输送设备50将矸石输送至采空区内的充填模具中进行充填。

需要说明的是，在步骤一、步骤二和步骤三的工作过程中，重介液监测仪13对重介分选机10内的液态筛选介质11的参数进行监测，并向外部的自动控制系统发送监测数据，自动控制系统根据接收的监测数据控制重介液抽放泵15工作。

其中，如图9和图10所示，在步骤一、步骤二和步骤三的工作过程中，开采设备、原煤破碎机60和充填系统不断行进，工作面不断推进，在工作面上进行原煤开采，开采的原煤通过刮板输送机70输送至原煤破碎机60中进行破碎，破碎完成的原煤经过充填系统对开采完成的采空区中的充填模具依次完成充填。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，其特征在于，包括：重介分选机(10)、分选精煤输送机(20)、分选矸石输送机(30)、采空区矸石输送机(40)和架后充填输送设备(50)；

所述重介分选机(10)的进料口位于外部的原煤破碎机(60)下方，所述原煤破碎机(60)上方设置有刮板输送机(70)，所述刮板输送机(70)用于将原煤输送至所述原煤破碎机(60)中；

所述分选精煤输送机(20)的输送皮带位于靠近所述重介分选机(10)的顶部；

所述分选精煤输送机(20)的输送皮带的一端位于所述原煤破碎机(60)的一侧，另一端沿所述重介分选机(10)的顶部的长轴延伸至所述重介分选机(10)外部的胶运顺槽输送机(90)的进料端的上方；

所述分选矸石输送机(30)的输送皮带位于所述靠近所述重介分选机(10)的底部且沿所述重介分选机(10)的底部的长轴延伸；

所述分选矸石输送机(30)的输送皮带的一端并穿出所述重介分选机(10)且位于所述采空区矸石输送机(40)的进料端的上方，另一端延伸至所述重介分选机(10)的内部的端部；

所述采空区矸石输送机(40)的出料端位于所述架后充填输送设备(50)的进料端的上方，所述架后充填输送设备(50)的出料端位于采空区上方；

还包括：重介液存储箱(12)、重介液监测仪(13)、摄像头(14)和重介液抽放泵(15)；

所述重介液监测仪(13)，固定设置在所述重介分选机(10)内部；

所述摄像头(14)，固定设置在所述重介分选机(10)的上方；

所述重介液抽放泵(15)，一端位于所述重介液存储箱(12)内，另一端位于所述重介分选机(10)内；

所述重介液存储箱(12)，设置在所述重介分选机(10)的外部的一侧；

所述架后充填输送设备(50)，包括：架后充填输送机(51)和旋转转载装置(52)；

所述旋转转载装置(52)的转动部与所述架后充填输送机(51)的进料端的输送皮带固定连接；

所述旋转转载装置(52)，包括：驱动电机和转动部；

所述驱动电机，输出轴与所述架后充填输送机(51)的输送面垂直且与所述转动部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，其特征在于，所述采空区内设置有多个充填模具；

所述充填模具，包括：石墩体充填模具、墙体充填模具、坝体充填模具或柱体充填模具。

3.一种全自动煤流快速分离矸石原位充填方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填系统，包括以下步骤：

步骤一，原煤破碎机(60)中完成破碎的原煤落入重介分选机(10)进行筛选处理；其中，精煤向上运动至靠近在所述重介分选机(10)内的液态筛选介质(11)的表面，以落入分选精煤输送机(20)的输送皮带上，矸石向下运动至靠近液态筛选介质(11)的底部，以落入分选矸石输送机(30)的输送皮带上，完成煤矸分离筛选；

步骤二，分选精煤输送机(20)将精煤输送至胶运顺槽输送机(90)的进料端处，由胶运顺槽输送机(90)输送至地面；

步骤三，采空区矸石输送机(40)将矸石输送至架后充填输送设备(50)的进料端，架后充填输送设备(50)将矸石输送至采空区内的充填模具内进行充填。

4.根据权利要求3所述的一种全自动煤流快速分离矸石原位充填方法，其特征在于，还包括：

重介液监测仪(13)对重介分选机(10)内的液态筛选介质(11)的参数进行监测，并向外部的自动控制系统发送监测数据，自动控制系统根据接收的监测数据控制重介液抽放泵(15)工作。