CN116241319B - 一种膏体充填系统及其双模式联合布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绿色开采技术领域，尤其是配备了井下矸石分选而又达不到充填需矸能力的煤矿使用，特别涉及一种基于井下矸石分选的膏体充填系统及其双模式联合布置方法，包括地面膏体制备及输送系统Ⅰ、井下矸石制备及运输系统Ⅱ、井下充填中转系统Ⅲ和工作面充填系统Ⅳ。将分选出来矸石在井下就地制成膏体材料完成采空区充填，系统简单，避免了传统充填方式仍需将选矸提升至地面的缺点；而A、B双模式可以有效对井下选矸不足以支撑充填量时进行补充，有利于保证充填工作的稳定、高效；能够有效控制地表变形释放“三下”压煤，又能兼顾矸石不升井和处理地面矸石废弃物的目的，绿色生态效应显著。

Description

一种膏体充填系统及其双模式联合布置方法

技术领域

本发明涉及绿色开采技术领域，尤其是配备了井下矸石分选而又达不到充填需矸能力的煤矿使用，特别涉及一种基于井下矸石分选的膏体充填系统及其双模式联合布置方法。

背景技术

随着优质煤炭资源的逐步消耗和环境保护意识的进一步提升，传统垮落法开采方式产生的矛盾越来越突出，尤其是在华北地区，大多煤矿不同程度的面临密集建（构）筑物群下采煤和煤矿矸石地面排放的问题。而充填开采作为重要的绿色开采手段，将矸石作为骨料充填到井下采空区，既能有效控制地表下沉，又可以合理消耗地面矸石，成功实现控制地表沉陷、释放“三下”压煤、处理矸石废弃物和绿色生态等多重效果。目前国内相对成熟的主要有固体、膏体、超高水三种充填材料，膏体充填因具有充填体压缩率低、地面减沉效果好、开采条件适应性强等优点而被最广泛应用，是华北地区最主要的充填方式。

为满足工作面充填能力较大（一般为150~200m³/h）的需要，制备膏体材料的充填站一般设置在地面。但随着井下矸石分选技术的成熟，大约90%以上的矸石可以在井下完成分选，将这些分选出来的矸石提升至地面制成膏体再运送至井下势必会造成运输环节的折返和生产成本的增加，而如果将地面充填站全套系统全部移至井下不仅占用空间太过巨大难以布置，且还会出现井下选矸不足以支撑充填量需要外来矸石补充的问题。因此，如何简洁、高效的将井下选矸就地制备成稳定的膏体原料无疑具有巨大的实际生产意义和推广价值。

为此，本申请设计了膏体充填系统及其双模式联合布置方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种基于井下矸石分选的膏体充填系统及其双模式联合布置方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于井下矸石分选的膏体充填系统，包括地面膏体制备及输送系统Ⅰ、井下矸石制备及运输系统Ⅱ、井下充填中转系统Ⅲ和工作面充填系统Ⅳ，其中：

所述地面膏体制备及输送系统Ⅰ包括矸石破碎机、筛分机、矸石转载皮带、矸石成品仓、矸石成品输送皮带、水泥仓、粉煤灰仓、添加剂仓、水池、搅拌机以及其他辅助工程，地面矸石经矸石破碎机、筛分机的破碎、筛分和二次破碎环节达到粒径级配要求的矸石骨料由矸石转载皮带输送至矸石成品仓，罐车将散装水泥/粉煤灰运来后通过风力打入水泥仓/粉煤灰仓，矸石（A模式不参与）、水泥、粉煤灰、添加剂、水分别完成定量称取计量后，由自动化控制系统自动控制底部卸料至搅拌机内，制备形成质量合格的浆液（A模式）或膏体（B模式），通过溜槽自流进入充填管路中；

所述井下矸石制备及运输系统Ⅱ包括原矸仓、矸石转载皮带、矸石破碎机、筛分机和水平矸石缓冲仓，井下分选和掘进的矸石首先进入井下原矸仓，仓底设给料机，出来的原矸通过矸石转载皮带运至井下充填中转站前端，经矸石破碎机、筛分机的破碎、筛分和二次破碎达到粒径级配要求的矸石骨料进入水平矸石缓冲仓；

井下充填中转系统Ⅲ包括井下搅拌机、井下输送泵以及连接切换装置，A模式状态下由地面自流过来的浆液和水平矸石缓冲仓中的矸石骨料按一定比例输送至井下搅拌机内进行搅拌后经井下输送泵进行加压输送至作业地点，B模式状态下通过切换装置直接将地面过来的膏体自流至井下输送泵进行加压输送至作业地点，切换装置一路直接与输送泵连接，一路与搅拌站连接；

工作面充填系统Ⅳ设有充填管道、充填支架及封闭隔离设备，待工作面推进一定距离以后首先对采空区充填空间进行密封，然后利用压力将充填材料注入采空区进行封闭充填。

本发明进一步的改进在于，地面膏体充填系统Ⅰ采用自流形式输送。

本发明进一步的改进在于，地面膏体充填系统Ⅰ通过在间断制备系统内设置调控模块，可以选择制成膏体或浆液两种不同种类的充填材料，在一个作业周期内二种材料不能同时制备，只能二选一。

本发明进一步的改进在于，矸石缓冲仓采用水平布置，通过螺旋输送机将矸石骨料运送至搅拌机计量装置。

本发明进一步的改进在于，井下充填中转系统Ⅲ中的连接切换装置为分叉形式，输入端与Ⅰ中充填管路连接，输出端一路与搅拌站连接，一路直接与输送泵连接，两路可以智能切换。

本发明进一步的改进在于，充填中转站的膏体由输送管路输送至采煤工作面，完成2-3刀割煤后利用工作面充填系统将膏体材料充填至采空区。

一种基于井下矸石分选的膏体充填双模式联合布置方法，该方法基于所述的一种基于井下矸石分选的膏体充填系统，采用以下布置形式：

在地面工业场地或者采场附近上方建立地面膏体充填站，并配备膏体充填系统，其子系统包括矸石破碎存储及给料系统、水泥/粉煤灰存储给料系统、添加剂存储给料系统、间断制备及输送系统；

在井下建立与矸石分选衔接的矸石制备及运输系统，其主要环节包括矸石的破碎、存储和运输；

在合适巷道内布置充填中转站，位置要在地面充填系统自溜辐射范围、自流备线≤4~6，将地面输送浆液和井下选矸制备的矸石骨料进行二次搅拌和加压泵送。

由充填中转站出来的成品膏体由输送管路经由大巷、采区巷道和工作面顺槽输送至采煤工作面，与工作面充填系统连接。

本发明进一步的改进在于，采用联合布置，在井上、井下分别设立一套充填系统，地面为膏体充填站，井下为矸石制备系统，通过井下充填中转站将两套系统集成。

本发明进一步的改进在于，设立A、B两种运行模式：A模式在地面膏体充填站以粉煤灰、胶结料、添加剂和水制成浆液，矸石主要来源于井下矸石制备系统，B模式在井下存矸量不足时使用，由地面膏体充填站独立制成膏体充填；每班充填作业前根据井下原矸存量进行研判，在双模式之间切换。

本发明的有益效果是：

通过井上和井下充填系统联合布置方式，高效的和井下矸石分选系统结合，将分选出来矸石在井下就地制成膏体材料完成采空区充填，系统简单，避免了传统充填方式仍需将选矸提升至地面的缺点；而A、B双模式可以有效对井下选矸不足以支撑充填量时进行补充，有利于保证充填工作的稳定、高效；该系统的稳定运行，既能够有效控制地表变形释放“三下”压煤，又能兼顾矸石不升井和处理地面矸石废弃物的目的，绿色生态效应显著。

附图说明

图1为本发明的膏体充填系统示意图；

图2为本发明的膏体充填双模式联合布置方法流程图。

图中，

Ⅰ—地面膏体制备及输送系统；Ⅱ—井下矸石制备及运输系统；Ⅲ—井下充填中转系统；Ⅳ—工作面充填系统；

1—矸石破碎机；2—筛分机；3—矸石转载皮带；4—矸石成品仓；5—矸石成品输送皮带；6—水泥仓；7—粉煤灰仓；8—添加剂仓；9—水池；10—搅拌机；11—原矸仓；12—给料机；13—矸石转载皮带；14—矸石破碎机；15—筛分机；16—水平矸石缓冲仓；17—井下搅拌机；18—井下输送泵；19—连接切换装置；20—充填支架；21—封闭隔离装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1-图2为本发明的一种具体实施例，如图1所示，本发明提供的一种基于井下矸石分选的膏体充填系统，包括地面膏体制备及输送系统Ⅰ、井下矸石制备及运输系统Ⅱ、井下充填中转系统Ⅲ和工作面充填系统Ⅳ。

所述地面膏体制备及输送系统Ⅰ包括矸石破碎机（1）、筛分机（2）、矸石转载皮带（3）、矸石成品仓（4）、矸石成品输送皮带（5）、水泥仓（6）、粉煤灰仓（7）、添加剂仓（8）、水池（9）、搅拌机（10）以及其他辅助工程，地面矸石经矸石破碎机（1）、筛分机（2）的破碎、筛分和二次破碎环节达到粒径级配要求的矸石骨料由矸石转载皮带（3）输送至矸石成品仓（4），罐车将散装水泥/粉煤灰运来后通过风力打入水泥仓/粉煤灰仓（6、7），矸石（A模式不参与）、水泥、粉煤灰、添加剂、水分别完成定量称取计量后，由自动化控制系统自动控制底部卸料至搅拌机内，制备形成质量合格的浆液（A模式）或膏体（B模式），通过溜槽自流进入充填管路中。

所述井下矸石制备及运输系统Ⅱ包括原矸仓（11）、给料机（12）、矸石转载皮带（13）、矸石破碎机（14）、筛分机（15）和水平矸石缓冲仓（16），井下分选和掘进的矸石首先进入井下原矸仓（11），仓底设给料机（12），出来的原矸通过矸石转载皮带（13）运至井下充填中转站前端，经矸石破碎机（14）、筛分机（15）的破碎、筛分和二次破碎达到粒径级配要求的矸石骨料进入水平矸石缓冲仓（16）。

所述井下充填中转系统Ⅲ包括井下搅拌机（17）、井下输送泵（18）以及连接切换装置（19），A模式状态下由地面自流过来的浆液和水平矸石缓冲仓（16）中的矸石骨料按一定比例输送至井下搅拌机（17）内进行搅拌后经井下输送泵（18）进行加压输送至作业地点，B模式状态下通过切换装置（19）直接将地面过来的膏体自流至井下输送泵进行加压输送至作业地点，切换装置一路直接与搅拌机（17）连接，一路与输送泵（18）连接。

所述工作面充填系统Ⅳ设有充填管道、充填支架（20）及封闭隔离装置（21），待工作面推进一定距离以后首先对采空区充填空间进行密封，然后利用压力将充填材料注入采空区进行封闭充填。

所述地面膏体充填系统Ⅰ采用自流形式输送。所述地面膏体充填系统Ⅰ通过在间断制备系统内设置调控模块，可以选择制成膏体或浆液两种不同种类的充填材料，在一个作业周期内二种材料不能同时制备。所述矸石缓冲仓采用水平布置，通过螺旋输送机将矸石骨料运送至搅拌机计量装置。所述Ⅲ中的连接切换装置为分叉形式，输入端与Ⅰ中充填管路连接，输出端一路与搅拌站连接，一路直接与输送泵连接，两路可以智能切换。所述充填中转站的膏体由输送管路输送至采煤工作面，完成2-3刀割煤后利用工作面充填系统将膏体材料充填至采空区。

如图2所示，本发明提供一种基于井下矸石分选的膏体充填双模式联合布置方法，采用以下布置形式：

（a）在地面工业场地或者采场附近上方建立地面膏体充填站，并配备膏体充填系统，其子系统包括矸石破碎存储及给料系统、水泥/粉煤灰存储给料系统、添加剂存储给料系统、间断制备及输送系统；

（b）在井下建立与矸石分选选衔接的矸石制备及运输系统，其主要环节包括矸石的破碎、存储和运输；

（c）在合适巷道内布置充填中转站，位置要在地面充填系统自溜辐射范围、自流备线≤4~6，将地面输送浆液和井下选矸制备的矸石骨料进行二次搅拌和加压泵送；

（d）由充填中转站出来的成品膏体由输送管路经由大巷、采区巷道和工作面顺槽输送至采煤工作面，与工作面充填系统连接。

所述方法采用联合布置，在井上、井下分别设立一套充填系统，地面为膏体充填站，井下为矸石制备系统，通过井下充填中转站将两套系统集成。

所述方法设立A、B两种运行模式：A模式在地面膏体充填站以粉煤灰、胶结料、添加剂和水制成浆液，矸石主要来源于井下矸石制备系统，B模式在井下存矸量不足时使用，由地面膏体充填站独立制成膏体充填；每班充填作业前根据井下原矸存量进行研判，在双模式之间切换。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种膏体充填系统，包括地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）、井下矸石制备及运输系统（Ⅱ）、井下充填中转系统（Ⅲ）和工作面充填系统（Ⅳ），其特征在于：

所述地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）包括矸石破碎机（1）、筛分机（2）、矸石转载皮带（3）、矸石成品仓（4）、矸石成品输送皮带（5）、水泥仓（6）、粉煤灰仓（7）、添加剂仓（8）、水池（9）和搅拌机（10），地面矸石经矸石破碎机（1）、筛分机（2）的破碎、筛分和二次破碎环节达到粒径级配要求的矸石骨料由矸石转载皮带（3）输送至矸石成品仓（4），罐车将散装水泥和粉煤灰运来后通过风力打入水泥仓（6）和粉煤灰仓（7），矸石、水泥、粉煤灰、添加剂、水分别完成定量称取计量后，由自动化控制系统自动控制底部卸料至搅拌机内，制备形成质量合格的浆液或膏体，所述浆液为在地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）以粉煤灰、水泥、添加剂和水制成的浆液，所述膏体为在井下存矸量不足时使用，由地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）独立制成膏体，通过溜槽自流进入充填管路中；

所述井下矸石制备及运输系统（Ⅱ）包括原矸仓（11）、给料机（12）、矸石转载皮带（13）、矸石破碎机（14）、筛分机（15）和水平矸石缓冲仓（16），井下分选和掘进的原矸首先进入井下原矸仓（11），仓底设给料机（12），出来的原矸通过矸石转载皮带（13）运至井下充填中转系统前端，经矸石破碎机（14）、筛分机（15）的破碎、筛分和二次破碎达到粒径级配要求的矸石骨料进入水平矸石缓冲仓（16）；

所述井下充填中转系统（Ⅲ）包括井下搅拌机（17）、井下输送泵（18）以及连接切换装置（19），A模式状态下由地面自流过来的浆液和水平矸石缓冲仓（16）中的矸石骨料按一定比例运输至井下搅拌机（17）内进行搅拌后经井下输送泵（18）进行加压输送至作业地点，B模式状态下通过连接切换装置（19）直接将地面过来的膏体自流至井下输送泵（18）进行加压输送至作业地点，连接切换装置（19）一路与井下搅拌机（17）连接，一路与输送泵（18）连接；

所述工作面充填系统（Ⅳ）设有充填管道、充填支架（20）及封闭隔离装置（21），待工作面推进一定距离以后首先对采空区充填空间进行密封，然后利用压力将充填材料注入采空区进行封闭充填。

2.根据权利要求1所述的膏体充填系统，其特征在于：

所述地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）采用自流形式输送。

3.根据权利要求1所述的膏体充填系统，其特征在于：

所述地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）通过在间断制备系统内设置调控模块，可以选择制成膏体或浆液两种不同种类的充填材料，在一个作业周期内二种材料只能二选一进行制备。

4.根据权利要求1所述的膏体充填系统，其特征在于：

所述水平矸石缓冲仓（16）采用水平布置，通过螺旋输送机将矸石骨料运送至搅拌机计量装置。

5.根据权利要求1所述的膏体充填系统，其特征在于：

所述井下充填中转系统（Ⅲ）的连接切换装置为分叉形式，输入端与地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）中充填管路连接，输出端一路与井下搅拌机（17）连接，一路直接与井下输送泵（18）连接，两路根据生产实际智能切换。

6.根据权利要求1所述的膏体充填系统，其特征在于：

所述井下充填中转系统（Ⅲ）生产的膏体由输送管路输送至采煤工作面，完成2-3刀割煤后利用工作面充填系统（Ⅳ）将膏体材料充填至采空区。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的膏体充填系统的双模式联合布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在地面工业场地或者采场附近上方建立地面膏体制备及输送系统（Ⅰ），并配备膏体充填系统，其子系统包括矸石破碎存储及给料系统、水泥和粉煤灰存储给料系统、添加剂存储给料系统、间断制备及输送系统；

S2，在井下建立与矸石分选衔接的矸石制备及运输系统（Ⅱ），其主要环节包括矸石的破碎、存储和运输；

S3，在合适巷道内布置井下充填中转系统（Ⅲ），在管道自流输送充填倍线≤6范围内布置井下充填中转系统（Ⅲ），对地面膏体制备及输送系统（Ⅰ）、矸石制备及运输系统（Ⅱ）两套系统进行集成，井下充填中转系统（Ⅲ）内设井下搅拌机（17）和井下输送泵（18），将地面输送浆液和井下选矸制备的矸石骨料进行二次搅拌和加压泵送；

S4，由井下充填中转系统（Ⅲ）出来的成品膏体由输送管路经由大巷、采区巷道和工作面顺槽输送至采煤工作面，与工作面充填系统连接。

8.根据权利要求7所述的双模式联合布置方法，其特征在于：

所述S1与S2中的井上、井下分别设立一套充填系统，采用联合布置，地面为地面膏体制备及输送系统（Ⅰ），井下为井下矸石制备及运输系统（Ⅱ），通过井下充填中转系统（Ⅲ）将两套系统集成。

9.根据权利要求7所述的双模式联合布置方法，其特征在于：

所述双模式联合布置方法的双模式为A、B两种运行模式，所述A模式在地面膏体制备及输送系统以粉煤灰、水泥、添加剂和水制成浆液，矸石主要来源于井下矸石制备及运输系统（Ⅱ），所述B模式在井下存矸量不足时使用，由地面膏体制备及输送系统独立制成膏体充填；每班充填作业前根据井下原矸存量进行研判，在双模式之间切换。