CN116291447A - 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法 - Google Patents

三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116291447A
CN116291447A CN202310413156.1A CN202310413156A CN116291447A CN 116291447 A CN116291447 A CN 116291447A CN 202310413156 A CN202310413156 A CN 202310413156A CN 116291447 A CN116291447 A CN 116291447A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filling
filling slurry
roadway
slurry
mining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310413156.1A
Other languages
English (en)
Inventor
赵国贞
陈佳鑫
梁卫国
李嘉栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202310413156.1A priority Critical patent/CN116291447A/zh
Publication of CN116291447A publication Critical patent/CN116291447A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/14—Layout of tunnels or galleries; Constructional features of tunnels or galleries, not otherwise provided for, e.g. portals, day-light attenuation at tunnel openings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/08—Filling-up hydraulically or pneumatically
    • E21F15/10—Hydraulic or pneumatic filling-up machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Air Transport Of Granular Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法，属于煤矿充填开采领域。本发明解决了以往煤炭开采方法进行“三下”遗留煤炭资源回收存在的煤炭资源回收率不高、系统复杂、技术要求高等问题。本发明包括地面配料系统、充填浆料运输系统、井下连采连充开采系统、连采连充自动化控制系统四部分，地面配料系统利用粉煤灰作为充填原料，解决了环境污染问题；充填浆料运输系统主要布置在专用管子道中，减少充填浆料运输对原始生产系统干扰；井下连采连充开采系统将支巷分为3组，组内支巷进行全部充填，连采连充自动化控制系统实现了连采连充浆料制备、运输的自动化控制。本发明的煤炭资源回收率高、地面沉陷控制效果好。

Description

三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法
技术领域
本发明涉及一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法，属于煤矿充填开采技术领域。
背景技术
稀缺煤炭资源是我国经济社会发展的重要物质基础，能否实现优质炼焦煤等稀缺煤炭资源的充分回采事关国计民生和国家安全。随着煤炭资源的持续大规模开采，部分开采稀缺煤炭资源的矿井面临着资源枯竭、需要对建筑物下、铁路下和水体下(简称“三下”)稀缺遗留煤炭资源回收的问题。一方面，使用长壁采煤法不适合遗留煤炭资源复杂的赋存状况，不能布置完整的长壁开采工作面；另一方面，使用短壁采煤法虽不会造成地表显著变形，但因其需要留设较多煤柱，故煤炭回采率不高，不利于稀缺煤炭资源的高效回收。
中国专利CN104775817B公开了一种全负压连采连充分步置换“三下”采煤法，该发明从空间上将掘、采、充三个工序分布到不同支巷，进行了有效隔离、互不影响、安全程度大大提升；采用充填矸石胶带输送机和抛矸机在回采完毕后的支巷内充填，实现采充平行作业。此采煤方法在开采支巷时，上分层采用掘进机掘进，下分层采用连采机后退式卧底开采，步骤烦琐且效率低，不利于稀缺煤炭资源的高效回收；支巷间煤柱固定为5m，不能适应不同的围岩赋存状况，可能导致支巷变形等问题；充填过程为考虑管路内剩余充填物的问题，工人操作熟练度的不同会造成充填浆料不同程度的浪费。
中国专利CN110905506B公开了一种煤矿井筒下压煤奇偶分区循环连采连充开采方法，该方法是老旧矿井解决资源枯竭问题的重要方法，也是煤炭企业贯彻绿色开采理念的思路。但是，此连采连充开采方法将开采范围的煤层划分为等宽等长矩形状的奇偶区，不适用于遗煤回采工作面形状不规则、面积大小不一的情况。
中国专利CN111396051B公开了一种无人智能化连采连充保水采煤方法，该方法改进了连采连充采掘面采煤工艺与充填工艺，优化了全过程负压通风路线，可实现破煤、装煤和运煤的高效作业，以及采掘面的高效率、高质量充填。与此同时，该方法能够智能识别煤岩体，实现采掘面无人智能化采煤，充填体与煤柱协同支撑顶板可有效控制覆岩运移，从而保护覆岩含(隔)水层结构不发生破坏。然而，此方法在每个工作面需要额外掘进两条回风巷，不适用于遗煤回采工作面形状不规则、面积大小不一的情况。
中国专利CN111927541B公开了一种连采连充矸石条带充填高压注浆开采方法，此方法采用抛矸机从回风巷向连采条带内进行抛矸并进行高压注浆，且对充填条带数的50％的相邻条带不作充填处理，无法完全控制地表沉陷量，无法保证地表工业广场建筑物的安全；工艺步骤多，工人劳动量大。
因此，急需一种适用于井下不规则形状煤柱回收的三下遗煤的开采系统与方法。
发明内容
本发明旨在提供一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法，可以实现煤矿三下稀缺遗煤的绿色高效回收；适用于遗煤回采工作面形状不规则、面积大小不一的情况。
本发明提供的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法，创新点如下：①适应性强：工作面布置不受空间制约，形状不限于传统的矩形，可实现全地形不规则边界煤柱回采；地面配料系统可解决井下空间不足，无法布置设备进行充填原料预处理的问题；充填管道布置于专用钻孔和专用管子道中，大幅减少煤炭资源回采过程对煤矿原有生产系统的干扰；②绿色环保：将粉煤灰、煤矸石等废料作为原料，通过地面配料系统加工成充填所需的胶结充填浆料，可有效减少煤矸石、粉煤灰等固体废弃物排放量，降低充填成本并提高投资回报率；③集成度高，便于实现自动化：地面配料系统集成度较高，控制阀门采用气动控制，可实现远程自动化控制；支巷未充填空间信息采用毫米波雷达传感器实时监测，通过连采连充自动化控制系统实时比对“支巷未充填空间×备用系数(1.0～1.5)”与“充填浆料充满充填浆料运输系统所需的体积”间的大小关系，提前决策地面配料系统的停止输送浆料时间，降低了充填浆料浪费量；④安全可靠：根据不同的稀缺煤炭资源赋存与回采条件，1号支巷与开切眼间保持一定的垂直最短距离，与此同时支巷与运输巷道间保持一定的夹角，可实现有效预防支巷变形条件下不规则边界区域的稀缺煤炭资源回收。
本发明提供了一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，包括地面配料系统、充填浆料运输系统、井下连采连充开采系统、连采连充自动化控制系统。
(1)地面配料系统：
在地面布置地面配料系统，其中，地面配料系统包括胶结材料输送计量装置、粉煤灰输送计量装置、水输送计量装置和充填浆料搅拌加压装置；
所述胶结材料输送计量装置包括由上至下依次连接的胶结材料粉料筒仓、胶结材料计量斗、胶结材料插板控制阀、胶结材料输送机；所述粉煤灰输送计量装置由上至下安装有粉煤灰粉料筒仓、粉煤灰计量斗、粉煤灰插板控制阀、粉煤灰输送机；所述水输送计量装置由上至下安装有水池、水计量斗、水插板控制阀；所述充填浆料搅拌加压装置由上至下安装有充填浆料搅拌机、充填浆料加压输送器；水输送计量装置位于充填浆料搅拌加压装置上方，胶结材料输送计量装置和粉煤灰输送计量装置位于充填浆料搅拌加压装置两侧；所述胶结材料插板控制阀、粉煤灰插板控制阀、水插板控制阀采用气动控制。
(2)充填浆料运输系统：
在地面布置充填浆料地面管路，在井下布置充填浆料缓冲池、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路，在地面与井下之间布置充填浆料下放管路；在地面开凿充填专用钻孔，在井下开凿专用充填管子道；
所述充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路采用耐磨硬管；充填浆料地面管路的沿线最高点处设置垂直地面向上的气动自动控制排气阀；充填浆料地面管路沿线和充填浆料井下主管路沿线采用可以减小沿程损失的光滑内壁管道；充填浆料地面管路与充填浆料加压输送器和充填浆料下放管路连接处、充填浆料井下主管路与充填浆料井下工作面管路连接处采用可以减小局部损失措施的弯管；所述充填专用钻孔上出口位于地面，下出口位于专用充填管子道；所述充填浆料下放管路布置在充填专用钻孔中，管道以外的钻孔区域采用水泥进行固定充实；所述充填浆料井下工作面管路布置在充填开采工作面的相对标高较高一侧的回风巷道内。
(3)井下连采连充开采系统：
在井下三下遗煤开采区域布置井下连采连充开采系统，所述井下连采连充开采系统包括运输巷道、回风巷道、开切眼、支巷、运输大巷、轨道大巷、回风大巷；
所述运输巷道、回风巷道、开切眼位于井下三下遗煤开采区域边缘；所述运输巷道一端与运输大巷连接，另一端与开切眼连接；所述回风巷道一端与轨道大巷和回风大巷连接，另一端与开切眼连接；所述开切眼一端与运输巷道连接，另一端与回风巷道连接；所述运输巷道用于进风和煤炭资源外运；所述回风巷道用于回风和材料运输；所述开切眼用于形成独立通风系统；所述运输大巷用于进风和煤炭资源外运；所述轨道大巷用于进风和设备、人员、材料等辅助运输；所述回风大巷用于回风；
所述支巷沿开切眼至停采线方向布置并依次命名1号支巷、2号支巷、…、n号支巷，支巷宽度相同，支巷间互相平行且与运输巷道呈α角度，0°＜α≤90°；所述支巷存在两种连接形式：①一端连接运输巷道、另一端连接回风巷道，②一端连接运输巷道、另一端连接开切眼；1号支巷与开切眼间保留煤柱，1号支巷与开切眼的垂直距离最短处为a米，0＜a≤25m。
(4)连采连充自动化控制系统：
本发明提出一种连采连充自动化控制系统，包括数据获取模块、数据计算分析模块和设备控制模块；
所述数据获取模块，对毫米波雷达传感器获取的支巷空间信息进行实时接收，其中，支巷空间信息包括充填浆料在支巷内逐渐充实过程中形成的水平面的表面积S、所述水平面至支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方所在平面的垂直距离H1、支巷顶板长度x1、支巷底板与水平面夹角β、支巷高度H、支巷宽度W；对充填浆料运输系统的容积(即充满充填浆料运输系统所需要的充填浆料体积)V1进行收集；
所述数据计算分析模块，利用所述数据获取模块获得的数据，进行计算分析，对支巷未充填空间与充填浆料运输系统的容积大小关系进行判断，并将信号传输至设备控制模块，包括以下步骤：
1)计算支巷在水平面投影长度L＝x1·cosβ；
2)计算所述水平面与支巷两帮相交形成的交线长度L1＝SW；
3)判断支巷类型，当x1·sinβ＞H时，为类型1；当x1·sinβ＝H时，为类型2；当x1·sinβ＜H时，为类型3；
4)计算未充填空间体积V，支巷为类型1且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型1且H＜H1≤x1·sinβ时，V＝L1(H1-H2)；支巷为类型1且x1·sinβ＜H1≤x1·sinβ+H时，
Figure BDA0004183926110000041
支巷为类型2且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型2且H＜H1≤2H时，/>
Figure BDA0004183926110000042
支巷为类型3且H1≤x1·sinβ时，V＝L1·H12；支巷为类型3且x1·sinβ＜H1≤H时，V＝L(H1-x1·sinβ2)；支巷为类型3且H＜H1≤x1·sinβ+H时，/>
Figure BDA0004183926110000043
5)判断V1是否≥(1.0～1.5)·V，若V1≥(1.0～1.5)·V，认为充填浆料运输系统的容积足以充满支巷未充填空间，其中1.0～1.5是备用系数，此时发出停止输送充填浆料信号至设备控制模块；
所述设备控制模块，对地面配料系统和充填浆料运输系统进行自动化控制，包括以下步骤：
1)充填浆料加工与输送控制，井下井下连采连充开采系统准备完毕后，工人向设备控制模块发出准备完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；与此同时，向气动自动控制排气阀发出自动排气信号，气动自动控制排气阀在收到停止排气信号前，可以保持自动排除管路内多余气体的功能；
2)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充浆指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充浆信号，地面配料系统对胶结材料、粉煤灰和水按照重量比例进行搅拌、加压、输送操作；与此同时，向数据获取模块发出开始工作信号；
3)当设备控制模块接收到数据获取模块发出的停止输送充填浆料信号时，向地面配料系统发出停止充浆信号；与此同时，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；
4)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充气指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充气信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统充气；与此同时，向气动自动控制排气阀发出停止排气信号；
5)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端没有水流出时，向设备控制模块发出充填完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出停止信号，地面配料系统结束对充填浆料运输系统充气。
本发明提供了采用上述开采系统进行三下遗煤连采连充绿色高效开采方法，包括如下步骤：
a.向胶结材料粉料筒仓、粉煤灰粉料筒仓、水池添加对应物料；根据充填体强度、管路运输和经济成本确定充填材料配比；根据充填所需空间和地面配料系统处理能力确定胶结材料、粉煤灰和水的重量；
b.胶结材料从胶结材料粉料筒仓进入胶结材料计量斗，经过胶结材料插板控制阀落入胶结材料输送机，在胶结材料输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当胶结材料计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，胶结材料插板控制阀关闭；粉煤灰从粉煤灰粉料筒仓进入粉煤灰计量斗，经过粉煤灰插板控制阀落入粉煤灰输送机，在粉煤灰输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当粉煤灰计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，粉煤灰插板控制阀关闭；水从水池进入水计量斗，经过水插板控制阀落入充填浆料搅拌机，当水计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，水插板控制阀关闭；
c.充填浆料搅拌机对胶结材料、粉煤灰和水进行充分搅拌，搅拌后充填浆料进入充填浆料加压输送器加压；
d.充填浆料沿充填浆料加压输送器→充填浆料地面管路→充填浆料下放管路→充填浆料缓冲池→充填浆料井下主管路→充填浆料井下工作面管路路径运输至充填支巷；
e.支巷开采工序按照如下步骤进行：包括准备作业、掘进作业、充填作业：
(1)准备作业。在支巷掘进作业前，在运输巷道与运输大巷连接处的迎风方向布置压入式局部通风机，通过压入式通风机将运输大巷中的新鲜风流定向引入支巷掘进面；
(2)掘进作业。掘进机从支巷与运输巷道连接处开始掘进，待支巷掘通后同步进行以下子步骤：
1)撤出局部通风装置；
2)从支巷与回风巷道连接处向支巷内进行喷雾降尘；
3)在支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方位置安装毫米波雷达传感器，用于实时测量支巷内充填浆料在支巷内逐渐淹没过程中形成的水平面的表面积和水平面至支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方所在平面的垂直距离，该数据用于计算机计算支巷未充填空间，以此控制气动阀门的提前开关，以减少充填浆料的浪费量；
4)掘进机原路退回到支巷与运输巷道连接处。
(3)充填作业。包括如下子步骤：
1)在支巷与运输巷道连接处以及1号支巷与回风巷道连接处各设置一面挡浆墙，挡浆墙的高度随充填浆料在支巷中的充填高度增加而增加；
2)向设备控制模块发出准备完毕指令，设备控制模块收到准备完毕指令后，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；与此同时，设备控制模块向气动自动控制排气阀发出自动排气信号，气动自动控制排气阀在收到停止排气信号前，可以保持自动排除管路内多余气体的功能；
3)充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充浆指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充浆信号，地面配料系统对胶结材料、粉煤灰和水按照重量比例进行搅拌、加压、输送操作；与此同时，向数据获取模块发出开始工作信号；待充填浆料从充填浆料井下工作面管路末端流出时，将充填浆料井下工作面管路接入支巷，开始充填支巷；充填支巷过程中，充满支巷未充填空间信息受毫米波雷达传感器实时监测并回传到设备控制模块，数据计算分析模块负责对数据获取模块获得的数据进行计算分析，对支巷未充填空间与充填浆料运输系统的容积大小关系进行判断，并将信号传输至设备控制模块；
4)井下工人发现支巷充满后，将充填浆料井下工作面管路出口切换至工作面水沟；
5)充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充气指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充气信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统充气；与此同时，向气动自动控制排气阀发出停止排气信号；
6)充填浆料井下工作面管路末端没有水流出时，向设备控制模块发出充填完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出停止信号，地面配料系统结束对充填浆料运输系统充气。
上述准备作业用于辅助掘进作业，掘进作业完成后立即进行充填作业，以尽可能减小支巷悬顶时的顶板下沉量。至此完成一条支巷的全部充填作业流程。
所述井下连采连充开采系统运用流程分为3组进行，第一组包括1、4、7、…号支巷，第二组包括2、5、8、…号支巷，第三组包括3、6、9、…号支巷，每组支巷按照编号从小到大顺序依次完成；第一组井下连采连充开采系统运用流程全部完成后，待1号支巷内充填体达到充填强度要求后进行相邻支巷即第二组2号支巷的井下连采连充开采系统运用流程，过程中保证进行中支巷的相邻支巷内充填体达到充填强度要求；第二组最后一条支巷井下连采连充开采系统运用流程全部完成后，待2号支巷充填体达到充填强度要求后进行相邻支巷即第三组3号支巷的井下连采连充开采系统运用流程，过程中保证进行中支巷的相邻支巷内充填体达到充填强度要求。
优选的，所述充填浆料地面管路的沿线最高点处设置垂直地面向上的气动自动控制排气阀。
优选的，充填浆料井下工作面管路末端采用变径后接入软管。
优选的，充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路采用无缝钢管。
优选的，充填浆料地面管路与充填浆料加压输送器和充填浆料下放管路连接处、充填浆料井下主管路与充填浆料井下工作面管路连接处采用带导流片的弯管进行过渡。
优选的，充填浆料缓冲池、充填浆料井下主管路布置在专用充填管子道的巷道地面。
本发明的有益效果：
充填与开采系统结构简单，对煤矿原始生产系统影响小，且系统容易建设，工人操作较为简便，对煤矿三下稀缺遗煤的绿色高效回收具有重要意义。
(1)连采连充自动化控制系统的应用，可降低井下工人劳动强度、降低充填浆料浪费量，助力了煤矿充填精准自动化开采水平。
(2)充填浆料地面管路的沿线最高点处设置垂直地面向上的气动控制自动排气阀，配合连采连充自动化控制系统，可实现充填浆料运输系统多余气体的自动排出，提高充填浆料运输效率。
(3)充填浆料井下工作面管路末端采用变径将硬管转换为软管，方便工人在充填作业时对管路进行移动。
(4)充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路采用无缝钢管，因其内壁光滑且材质坚硬，可有效降低充填浆料的沿程能量损失，同时保证充填浆料运输安全与顺畅。
(5)应用带导流片弯管可以减小密度较高的充填浆料在管路方向改变时的局部能量损失，有利于降低开采系统的能量消耗。
(6)将原本布置于大巷等井下位置的充填浆料缓冲池和充填浆料井下主管路置于专用管子道的巷道地面，可有效减少充填浆料运输系统对正常生产的干扰同时便于维护。
(7)支巷与运输巷道呈α(0°＜α≤90°)角度布置，可减小支巷掘进时对相邻巷道产生影响，有利于井下连采连充开采工序的正常接替；支巷采用分组全部充填形式，工序简单、充填密实率高，可有效减弱煤层开采引起的上覆岩层变形与地表沉陷效应；支巷间无需保留煤柱，提高了三下稀缺遗留煤炭资源回收率，有利于经济社会的可持续发展。
(8)工作面布置形状不受限制，适合全地形不规则煤柱的回收。
(9)将粉煤灰等固体废弃物再次利用，可有效降低充填成本，提高固体废物处置率，对减少环境污染具有重要意义；充填浆料采用地面配料+管道运输，平衡了遗煤回收过程中充填原材料的资源配置关系，为矿井正规生产奠定良好基础。
附图说明
图1为地面配料系统与充填浆料运输系统示意图；
图2为井下充填开采系统示意图；
图3为支巷剖面示意图；
图4为连采连充自动化控制系统原理示意图。
图中：1-1、胶结材料粉料筒仓，1-2、胶结材料计量斗，1-3、胶结材料插板控制阀，1-4、胶结材料输送机，2-1、粉煤灰粉料筒仓，2-2、粉煤灰计量斗，2-3、粉煤灰插板控制阀，2-4、粉煤灰输送机，3-1、水池，3-2、水计量斗，3-3、水插板控制阀，4-1、充填浆料搅拌机，4-2、充填浆料加压输送器，5-1、充填浆料缓冲池，5-2、充填浆料地面管路，5-3、充填浆料下放管路，5-4、充填浆料井下主管路，5-5、充填浆料井下工作面管路，6、充填开采工作面，6-1、运输巷道，6-2、回风巷道，6-3、开切眼，6-4、毫米波雷达传感器，7-1、运输大巷，7-2、轨道大巷，7-3、回风大巷。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更加容易地理解本发明，下面将结合附图及具体实施案例对本发明做清晰、完整的说明。
请参阅图1、图2、图3和图4，一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法，首先布置三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，包括地面配料系统、充填浆料运输系统和井下连采连充开采系统三部分。
一、地面配料系统的布置与运用
如图1横线上部即煤矿地面部分所示，综合考虑煤矿地面场地状况、充填材料地面加工及运输等因素，本着降低运输成本、简化充填系统、降低投资的原则，在地面上方布置地面配料系统，地面配料系统包括胶结材料输送计量装置、粉煤灰输送计量装置、水输送计量装置和充填浆料搅拌加压装置。
胶结材料输送计量装置包括胶结材料粉料筒仓1-1、胶结材料计量斗1-2、胶结材料插板控制阀1-3、胶结材料输送机1-4；粉煤灰输送计量装置包括粉煤灰粉料筒仓2-1、粉煤灰计量斗2-2、粉煤灰插板控制阀2-3、粉煤灰输送机2-4；水输送计量装置包括水池3-1、水计量斗3-2、水插板控制阀3-3；充填浆料搅拌加压装置包括充填浆料搅拌机4-1、充填浆料加压输送器4-2。胶结材料输送计量装置、粉煤灰输送计量装置、水输送计量装置分别通过各自的输送机与充填浆料搅拌加压装置连接；分别对胶结材料、粉煤灰、水进行定量称取，并控制上述材料进入充填浆料搅拌加压装置中。经过搅拌和加压操作后，通过充填浆料运输系统运到充填开采工作面。
本实施例选用标准325水泥作为充填所需胶结材料，通过水泥罐车从水泥厂运至胶结材料粉料筒仓1-1中临时储存；选用粉煤灰作为充填材料骨料，通过粉煤灰罐车从煤矿附近热电厂运至地面配料站并将其输送到粉煤灰粉料筒仓2-1中临时储存；采用污水处理站处理过的污水作为地面配料系统水源，不足部分直接取自矿井水源井，均通过管道运输至水池3-1中临时储存。
综合考虑粉煤灰膏体需达到的充填体强度要求、管路运输和经济成本，确定充填材料配比为水泥:粉煤灰:水＝2:8:7，28天抗压强度可达到3.0MPa，脱模时间10h，泌水率1.9％；根据确定好的充填材料配比、充填开采工作面单条支巷空间和地面配料系统处理能力确定各种充填材料所需重量。
胶结材料粉料筒仓1-1中的水泥经胶结材料计量斗1-2称重，胶结材料插板控制阀1-3采用气动控制，使称重过的水泥以平稳的流速落入胶结材料输送机1-4上，通过胶结材料输送机1-4运输至充填浆料搅拌机4-1中；粉煤灰粉料筒仓2-1中的粉煤灰经粉煤灰计量斗2-2称重，粉煤灰插板控制阀1-3采用气动控制，使称重过的粉煤灰以平稳的流速落入粉煤灰输送机2-4上，通过粉煤灰输送机2-4运输至充填浆料搅拌机4-1中；水池3-1中的生产用水经水计量斗3-2称重，水插板控制阀3-3采用气动控制，使称重过的生产用水以平稳的流速直接流入充填浆料搅拌机4-1中；开启充填浆料搅拌机4-1，对水泥、粉煤灰和生产用水进行搅拌，搅拌后的物料进入充填浆料加压输送器4-2，用于充填浆料的运输。
二、充填浆料运输系统的布置与运用
如图1和图2所示，综合考虑煤矿充填开采系统管理与检修、充填材料运抵充填工作面的距离等因素，布置用于将充填浆料从地面配料系统运至充填工作面的充填浆料运输系统，充填浆料运输系统包括充填浆料缓冲池5-1、充填浆料地面管路5-2、充填浆料下放管路5-3、充填浆料井下主管路5-4、充填浆料井下工作面管路5-5、其中，充填浆料地面管路5-2、充填浆料下放管路5-3、充填浆料井下主管路5-4全程采用无缝钢管材质，充填浆料井下工作面管路5-5末端采用变径，将无缝钢管转换为可移动的软管，其余部分采用无缝钢管材质。
充填浆料地面管路5-2入口处与充填浆料加压输送器4-2连接，出口处与充填浆料下放管路5-3连接；为保障运输平稳、减少系统能量损失，充填浆料地面管路5-2沿线坡度不超过3‰且转弯处采用带导流片的弯管进行过渡；在充填浆料地面管路5-2沿线最高点处，设置垂直地面向上的气动控制自动排气阀，用于排出管道内多余气体，保障管路运输畅通。
考虑井下充填开采工作面所处位置以及布置充填浆料下放管路5-3所需充填专用钻孔深度，在地面开设充填专用钻孔，在充填专用钻孔中布置充填浆料下放管路5-3，使充填专用钻孔底部到所有充填开采工作面的累计距离最短；待充填浆料下放管路5-3通过管路耐压性测试后，向充填专用钻孔内注入水泥，用于固定充填浆料下放管路5-3；充填浆料下放管路5-3与充填浆料地面管路5-2连接处采用带导流片的弯管进行过渡。
充填专用钻孔底部落平处布置充填浆料缓冲池5-1，用于缓冲充填浆料通过充填浆料下放管路5-3向下运输过程中产生的能量，充填浆料下放管路5-3和充填浆料井下主管路5-4通过充填浆料缓冲池相连接。
在井下新掘进小断面专用充填管子道，充填浆料井下主管路5-4沿专用充填管子道地面布置，便于充填管路维护、减少充填管路对正常生产的干扰，同时防止管线出现特殊情况危害人身和矿井生产安全；本实施例专用充填管子道入口为充填专用钻孔底部落平处，出口为轨道大巷7-2，充填浆料井下主管路5-4通过轨道大巷7-2分别与各充填开采工作面的充填浆料井下工作面管路5-5相连接；管路转弯处采用带导流片的弯管进行过渡。
综上，充填浆料运输路径为：充填浆料加压输送器4-2→充填浆料地面管路5-2→充填浆料下放管路5-3→充填浆料缓冲池5-1→充填浆料井下主管路5-4→充填浆料井下工作面管路5-5。
三、井下连采连充开采系统的布置与运用
如图2所示，在井下三下遗煤开采区域布置井下连采连充开采系统，井下连采连充开采系统包括运输巷道6-1、回风巷道6-2、开切眼6-3、运输大巷7-1、轨道大巷7-2、回风大巷7-3，其中，运输大巷7-1用于进风和煤炭资源外运，轨道大巷7-2用于进风、行人和材料运输，回风大巷7-3专门用于回风。
充填开采工作面6布置在上述三条大巷的一侧，沿三下遗煤开采区域边界布置运输巷道6-1、回风巷道6-2和开切眼6-3；运输巷道6-1位于相对标高较低一侧，巷道两侧分别与运输大巷7-1和开切眼6-3相连；回风巷道6-2位于相对标高较高一侧，巷道一侧与回风大巷7-3和轨道大巷7-2相连，回风巷道6-2一侧与开切眼6-3相连；运输巷道6-1与回风巷道6-2通过开切眼6-3相沟通。
沿开切眼6-3至三条大巷方向布置28条与运输巷道6-1呈45°夹角的支巷，其中，28条支巷互相平行，每条支巷宽度为4.5m，第一条支巷距离开切眼6-3的最窄处(即图2所示的1号支巷与回风巷道6-2连接处)为25m。
四、连采连充自动化控制系统的布置与运用
如图4所示，布置一套连采连充自动化控制系统，包括数据获取模块、数据计算分析模块和设备控制模块。数据获取模块负责对毫米波雷达传感器6-4获取的支巷空间信息进行实时接收，其中，支巷空间信息包括充填浆料在支巷内逐渐充实过程中形成的水平面表面积S、水平面至支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方所在平面的垂直距离H1、支巷顶板长度x1、支巷底板与水平面夹角(支巷倾角)β、支巷高度H、支巷宽度W；对充填浆料运输系统容积(即充满充填浆料运输系统所需要的充填浆料体积)V1进行收集。
利用数据计算分析模块对数据获取模块获得的数据进行计算分析，判断支巷未充填空间与充填浆料运输系统的容积大小关系，并将信号传输至设备控制模块，包括以下步骤：
1)计算支巷在水平面投影长度L＝x1·cosβ；
2)计算水平面与支巷两帮相交形成的交线长度L1＝SW；
3)判断支巷类型，当x1·sinβ＞H时，为类型1；当x1·sinβ＝H时，为类型2；当x1·sinβ＜H时，为类型3；
4)计算未充填空间体积V，支巷为类型1且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型1且H＜H1≤x1·sinβ时，V＝L1(H1-H2)；支巷为类型1且x1·sinβ＜H1≤x1·sinβ+H时，
Figure BDA0004183926110000121
支巷为类型2且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型2且H＜H1≤2H时，/>
Figure BDA0004183926110000122
支巷为类型3且H1≤x1·sinβ时，V＝L1·H12；支巷为类型3且x1·sinβ＜H1≤H时，V＝L(H1-x1·sinβ2)；支巷为类型3且H＜H1≤x1·sinβ+H时，/>
Figure BDA0004183926110000123
5)判断V1是否≥1.3·V，若V1≥1.3·V，认为充填浆料运输系统的容积足以充满支巷未充填空间，其中1.3是备用系数，此时发出停止输送充填浆料信号至设备控制模块。
设备控制模块对地面配料系统和充填浆料运输系统进行自动化控制，包括以下步骤：
1)充填浆料加工与输送控制，井下连采连充开采系统准备完毕后，工人向设备控制模块发出准备完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；与此同时，向气动自动控制排气阀发出自动排气信号，气动自动控制排气阀在收到停止排气信号前，可以保持自动排除管路内多余气体的功能；
2)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充浆指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充浆信号，地面配料系统对胶结材料、粉煤灰和水按照重量比例进行搅拌、加压、输送操作；与此同时，向数据获取模块发出开始工作信号；
3)当设备控制模块接收到数据获取模块发出的停止输送充填浆料信号时，向地面配料系统发出停止充浆信号；与此同时，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；
4)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充气指令，设备控制模块向地面配料系统发出充气信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统充气；与此同时，向气动自动控制排气阀发出停止排气信号；
5)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端没有水流出时，向设备控制模块发出充填完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出停止信号，地面配料系统结束对充填浆料运输系统充气。
本发明提供了三下遗煤连采连充绿色高效开采方法，包括如下步骤：
步骤一、向胶结材料粉料筒仓、粉煤灰粉料筒仓、水池添加对应物料；根据充填体强度、管路运输和经济成本确定充填材料配比；根据充填所需空间和地面配料系统处理能力确定胶结材料、粉煤灰和水的重量；
步骤二、胶结材料从胶结材料粉料筒仓进入胶结材料计量斗，经过胶结材料插板控制阀落入胶结材料输送机，在胶结材料输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当胶结材料计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，胶结材料插板控制阀关闭；粉煤灰从粉煤灰粉料筒仓进入粉煤灰计量斗，经过粉煤灰插板控制阀落入粉煤灰输送机，在粉煤灰输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当粉煤灰计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，粉煤灰插板控制阀关闭；水从水池进入水计量斗，经过水插板控制阀落入充填浆料搅拌机，当水计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，水插板控制阀关闭；
步骤三、充填浆料搅拌机对胶结材料、粉煤灰和水进行充分搅拌，搅拌后充填浆料进入充填浆料加压输送器加压；
步骤四、充填浆料沿充填浆料加压输送器→充填浆料地面管路→充填浆料下放管路→充填浆料缓冲池→充填浆料井下主管路→充填浆料井下工作面管路路径运输至充填支巷；
步骤五、支巷开采工序按照如下步骤进行：按照上述支巷布置规则，在开切眼6-3向轨道大巷7-2方向，依次掘进1号支巷、4号支巷、7号支巷、…、28号支巷，每条支巷掘进均从该支巷与运输巷道6-1连接处开始。支巷开采工序包括准备作业、掘进作业和充填作业：
(1)准备作业。在1号支巷掘进作业前，提前在运输巷道6-1与运输大巷7-1连接处的迎风方向布置压入式局部通风机，通过压入式通风机将运输大巷7-1中的新鲜风流引入1号支巷掘进面。通风采用压入式通风，随着掘进机的前进而增加通风软管的长度。
(2)掘进作业。在1号支巷与运输巷道6-1连接处布置掘进机并从此处开始掘进作业，煤炭资源通过掘进机后方的胶带运输机从运输巷道6-1运出充填开采工作面6；待1号支巷贯通后，同时进行以下操作：
a.撤出局部通风装置；
b.从1号支巷与回风巷道6-2连接处向支巷内进行喷雾降尘，便于传感器对支巷空间体积的监测；
c.在支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方位置安装毫米波雷达传感器，用于实时测量支巷内充填浆料在支巷内逐渐淹没过程中形成的水平面的表面积和水平面至支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方所在平面的垂直距离，该数据用于计算机计算支巷未充填空间，以次控制气动阀门的提前开关，以减少充填浆料的浪费量；
d.掘进机原路退回到1号支巷与运输巷道6-1连接处并移动到4号支巷与运输巷道6-1连接处准备掘进4号支巷。
(3)充填作业：
a.在1号支巷与运输巷道6-1连接处以及1号支巷与回风巷道6-2连接处各设置一面挡浆墙，挡浆墙的高度随充填浆料在支巷中的充填高度增加而增加；
b.向设备控制模块发出准备完毕指令，设备控制模块收到准备完毕指令后，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；与此同时，设备控制模块向气动自动控制排气阀发出自动排气信号，气动自动控制排气阀在收到停止排气信号前，可以保持自动排除管路内多余气体的功能；
c.充填浆料井下工作面管路5-5末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充浆指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充浆信号，地面配料系统对胶结材料、粉煤灰和水按照重量比例进行搅拌、加压、输送操作；与此同时，向数据获取模块发出开始工作信号；待充填浆料从充填浆料井下工作面管路5-5末端流出时，将充填浆料井下工作面管路接入1号支巷，开始充填1号支巷；充填支巷过程中，充满支巷未充填空间信息受毫米波雷达传感器6-4实时监测并回传到设备控制模块，数据计算分析模块负责对数据获取模块获得的数据进行计算分析，对支巷未充填空间与充填浆料运输系统的容积大小关系进行判断，并将信号传输至设备控制模块，包括以下步骤：①计算支巷在水平面投影长度L＝x1·cosβ；②计算水平面与支巷两帮相交形成的交线长度L1＝SW；③判断支巷类型，当x1·sinβ＞H时，为类型1；当x1·sinβ＝H时，为类型2；当x1·sinβ＜H时，为类型3；④计算未充填空间体积V，支巷为类型1且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型1且H＜H1≤x1·sinβ时，V＝L1(H1-H2)；支巷为类型1且x1·sinβ＜H1≤x1·sinβ+H时，
Figure BDA0004183926110000141
支巷为类型2且H1≤H时，V＝L1·H12；支巷为类型2且H＜H1≤2H时，/>
Figure BDA0004183926110000142
支巷为类型3且H1≤x1·sinβ时，V＝L1·H12；支巷为类型3且x1·sinβ＜H1≤H时，V＝L(H1-x1·sinβ2)；支巷为类型3且H＜H1≤x1·sinβ+H时，/>
Figure BDA0004183926110000143
⑤判断V1是否≥1.3·V，若V1≥1.3·V，认为充填浆料运输系统的容积足以充满支巷未充填空间，其中是备用系数，此时发出停止输送充填浆料信号至设备控制模块；当设备控制模块接收到数据获取模块发出的停止输送充填浆料信号时，向地面配料系统发出停止充浆信号；与此同时，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；
d.井下工人发现1号支巷充满后将充填浆料井下工作面管路5-5末端出口切换至工作面水沟；
e.充填浆料井下工作面管路5-5末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充气指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充气信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统充气；与此同时，向气动自动控制排气阀发出停止排气信号；
f.充填浆料井下工作面管路5-5末端没有水流出时，向设备控制模块发出充填完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出停止信号，地面配料系统结束对充填浆料运输系统充气。
上述支巷准备作业用于辅助掘进作业，掘进作业完成后立即进行充填作业，以尽可能减小支巷悬顶时的顶板下沉量。按照上述支巷开采工序依次对1号支巷、4号支巷、7号支巷、…、28号支巷进行相关操作。
步骤六，待1号支巷内充填体硬化即1号支巷充填完成后的第28天，开始对2号支巷、5号支巷、8号支巷、…、26号支巷进行开采，支巷开采工序与步骤五相同，注意：每条支巷进行操作前务必保证其相邻支巷已达到硬化强度要求；
步骤七，待2号支巷内充填体硬化后即2号支巷充填完成后的第28天，开始掘进3号支巷、6号支巷、9号支巷、…、27号支巷，作业方法同步骤五。
上述步骤完成后，回收设备，完成连采连充开采全过程。
本实施例提供了优选的方案：
充填浆料加压输送器与充填浆料地面管路连接处以远至充填浆料地面管路与充填浆料下放管路连接处为止范围内，充填浆料地面管路的沿线最高点处设置垂直地面向上的气动控制自动排气阀；若充填浆料地面管路保持平行，则在充填浆料地面管路与充填浆料下放管路连接处位置设置垂直地面向上的气动控制自动排气阀。
充填浆料井下工作面管路水平段在距离支巷上出口0.5m的位置采用变径接入软管。
优选的，充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路采用无缝钢管。充填浆料井下工作面管路水平段在距离支巷上出口0.5m的位置采用变径接入软管，方便充填管路的移动，便于充填作业顺利进行。
充填浆料地面管路与充填浆料加压输送器连接处下方的垂直转角、充填浆料地面管路与充填浆料下放管路连接处的垂直转角、充填浆料井下主管路沿线的垂直转角、充填浆料井下主管路与充填浆料井下工作面管路连接处，上述地点采用带导流片的弯管进行过渡。优选的，充填浆料缓冲池、充填浆料井下主管路布置在专用充填管子道的巷道地面。

Claims (8)

1.一种三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于：包括地面配料系统、充填浆料运输系统、井下连采连充开采系统、连采连充自动化控制系统；
所述地面配料系统包括胶结材料输送计量装置、粉煤灰输送计量装置、水输送计量装置和充填浆料搅拌加压装置；胶结材料输送计量装置包括胶结材料粉料筒仓、胶结材料计量斗、胶结材料插板控制阀、胶结材料输送机；粉煤灰输送计量装置包括粉煤灰粉料筒仓、粉煤灰计量斗、粉煤灰插板控制阀、粉煤灰输送机；水输送计量装置包括水池、水计量斗、水插板控制阀；充填浆料搅拌加压装置包括充填浆料搅拌机、充填浆料加压输送器；胶结材料输送计量装置、粉煤灰输送计量装置、水输送计量装置分别通过各自的输送机与充填浆料搅拌加压装置连接；分别对胶结材料、粉煤灰、水进行定量称取，并控制上述材料进入充填浆料搅拌加压装置中；经过搅拌和加压操作后，通过充填浆料运输系统运到充填开采工作面；
充填浆料运输系统用于将充填浆料从地面配料系统运至充填工作面的充填浆料运输系统，包括充填浆料缓冲池、充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路、充填浆料井下工作面管路；充填浆料地面管路入口处与充填浆料加压输送器连接，出口处与充填浆料下放管路连接；充填浆料地面管路沿线坡度不超过3‰且转弯处采用带导流片的弯管进行过渡；在充填浆料地面管路沿线最高点处，垂直地面向上安装气动控制自动排气阀，用于排出管道内多余气体；在地面开设充填专用钻孔，在充填专用钻孔中布置充填浆料下放管路，充填浆料下放管路与充填浆料地面管路连接处采用带导流片的弯管进行过渡；充填专用钻孔底部落平处布置充填浆料缓冲池，用于缓冲充填浆料通过充填浆料下放管路向下运输过程中产生的能量，充填浆料下放管路和充填浆料井下主管路通过充填浆料缓冲池相连接；
井下连采连充开采系统包括运输巷道、回风巷道、开切眼、运输大巷、轨道大巷、回风大巷，其中，运输大巷用于进风和煤炭资源外运，轨道大巷用于进风、行人和材料运输，回风大巷用于回风；充填开采工作面布置在上述三条大巷的一侧，沿三下遗煤开采区域边界布置运输巷道、回风巷道和开切眼；运输巷道位于相对标高较低一侧，巷道两侧分别与运输大巷和开切眼相连；回风巷道位于相对标高较高一侧，巷道一侧与回风大巷和轨道大巷相连，回风巷道一侧与开切眼相连；运输巷道与回风巷道通过开切眼相沟通；井下连采连充开采系统将支巷分为3组，组内支巷进行全部充填，支巷与回风巷道连接处的巷道顶板位置安装毫米波雷达传感器，实时感知测量支巷体积数据并上传到地面指挥室；
连采连充自动化控制系统包括数据获取模块、数据计算分析模块和设备控制模块；所述数据获取模块，对毫米波雷达传感器获取的支巷空间信息进行实时接收；所述数据计算分析模块，利用所述数据获取模块获得的数据，进行计算分析，对支巷未充填空间与充填浆料运输系统的容积大小关系进行判断，并将信号传输至设备控制模块；所述设备控制模块，对地面配料系统和充填浆料运输系统进行自动化控制。
2.根据权利要求1所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于：充填浆料地面管路、充填浆料下放管路、充填浆料井下主管路全程采用无缝钢管材质，充填浆料井下工作面管路末端采用变径，将无缝钢管转换为可移动的软管，其余部分采用无缝钢管材质。
3.根据权利要求1所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于：在井下新掘进小断面充填管子道，充填浆料井下主管路沿充填管子道地面布置，出口为轨道大巷，充填浆料井下主管路通过轨道大巷分别与各充填开采工作面的充填浆料井下工作面管路相连接；管路转弯处采用带导流片的弯管进行过渡。
4.根据权利要求1所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于：沿开切眼至三条大巷方向布置28条与运输巷道呈α夹角的支巷，0°＜α≤90°；其中，28条支巷互相平行，宽度相同，第一条支巷距离开切眼间保留煤柱，第一条支巷与开切眼的垂直距离最短处为a米，0＜a≤25m。
5.根据权利要求1所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于：所述数据获取模块获取的支巷空间信息包括充填浆料在支巷内逐渐充实过程中形成的水平面的表面积S、所述水平面至支巷与回风巷道连接处的支巷顶板正上方所在平面的垂直距离H1、支巷顶板长度x1、支巷底板与水平面夹角β、支巷高度H、支巷宽度W；对充填浆料运输系统的容积V1进行收集；
数据计算分析模块，计算分析过程包括以下内容：
1)计算支巷在水平面投影长度L＝x1·cosβ；
2)计算所述水平面与支巷两帮相交形成的交线长度L1＝S/W；
3)判断支巷类型，当x1·sinβ＞H时，为类型1；当x1·sinβ＝H时，为类型2；当x1·sinβ＜H时，为类型3；
4)计算未充填空间体积V，支巷为类型1且H1≤H时，V＝L1·H1/2；支巷为类型1且H＜H1≤x1·sinβ时，V＝L1(H1-H/2)；支巷为类型1且x1·sinβ＜H1≤x1·sinβ+H时，
Figure FDA0004183926100000021
支巷为类型2且H1≤H时，V＝L1·H1/2；支巷为类型2且H＜H1≤2H时，/>
Figure FDA0004183926100000031
支巷为类型3且H1≤x1·sinβ时，V＝L1·H1/2；支巷为类型3且x1·sinβ＜H1≤H时，V＝L(H1-x1·sinβ/2)；支巷为类型3且H＜H1≤x1·sinβ+H时，/>
Figure FDA0004183926100000032
5)判断V1是否≥(1.0～1.5)·V，若V1≥(1.0～1.5)·V，认为充填浆料运输系统的容积足以充满支巷未充填空间，其中1.0～1.5是备用系数，此时发出停止输送充填浆料信号至设备控制模块；
所述设备控制模块进行自动化控制的过程如下：
1)充填浆料加工与输送控制，井下井下连采连充开采系统准备完毕后，工人向设备控制模块发出准备完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；与此同时，向气动自动控制排气阀发出自动排气信号，气动自动控制排气阀在收到停止排气信号前，可以保持自动排除管路内多余气体的功能；
2)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充浆指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充浆信号，地面配料系统对胶结材料、粉煤灰和水按照重量比例进行搅拌、加压、输送操作；与此同时，向数据获取模块发出开始工作信号；
3)当设备控制模块接收到数据获取模块发出的停止输送充填浆料信号时，向地面配料系统发出停止充浆信号；与此同时，向地面配料系统发出充水信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统注水；
4)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，向设备控制模块发出开始充气指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出充气信号，地面配料系统开始向充填浆料运输系统充气；与此同时，向气动自动控制排气阀发出停止排气信号；
5)井下工人发现充填浆料井下工作面管路末端没有水流出时，向设备控制模块发出充填完毕指令，设备控制模块收到指令后，向地面配料系统发出停止信号，地面配料系统结束对充填浆料运输系统充气。
6.一种三下遗煤连采连充绿色高效开采方法，采用权利要求1～5任一项所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采系统，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、向胶结材料粉料筒仓、粉煤灰粉料筒仓、水池添加对应物料；根据充填体强度、管路运输和经济成本确定充填材料配比；根据充填所需空间和地面配料系统处理能力确定胶结材料、粉煤灰和水的重量；
步骤二、胶结材料从胶结材料粉料筒仓进入胶结材料计量斗，经过胶结材料插板控制阀落入胶结材料输送机，在胶结材料输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当胶结材料计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，胶结材料插板控制阀关闭；粉煤灰从粉煤灰粉料筒仓进入粉煤灰计量斗，经过粉煤灰插板控制阀落入粉煤灰输送机，在粉煤灰输送机的运输下落入充填浆料搅拌机，当粉煤灰计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，粉煤灰插板控制阀关闭；水从水池进入水计量斗，经过水插板控制阀落入充填浆料搅拌机，当水计量斗监测经过物料量达到充填所需量时，水插板控制阀关闭；
步骤三、充填浆料搅拌机对胶结材料、粉煤灰和水进行充分搅拌，搅拌后充填浆料进入充填浆料加压输送器加压；
步骤四、充填浆料沿充填浆料加压输送器→充填浆料地面管路→充填浆料下放管路→充填浆料缓冲池→充填浆料井下主管路→充填浆料井下工作面管路路径运输至充填支巷；
步骤五、支巷开采工序按照如下步骤进行：依次包括准备作业、掘进作业、充填作业：
(1)准备作业：在支巷掘进作业前，在运输巷道与运输大巷连接处的迎风方向布置压入式局部通风机，通过压入式通风机将运输大巷中的新鲜风流定向引入支巷掘进面；
(2)掘进作业：掘进机从支巷与运输巷道连接处开始掘进；
(3)充填作业：包括如下子步骤：
1)在支巷与运输巷道连接处以及支巷与回风巷道连接处各设置一面挡浆墙，挡浆墙的高度随充填浆料在支巷中的充填高度增加而增加；
2)对充填浆料运输系统充水，与此同时，控制自动排气阀，加快排出管路内空气，此时充填浆料井下工作面管路的水排入工作面水沟；
3)向充填浆料运输系统充入充填浆料，待充填浆料从充填浆料井下工作面管路末端流出时，将充填浆料井下工作面管路接入支巷，开始充填支巷；
4)待毫米波雷达传感器获取到的支巷未充填空间×备用系数≤充填浆料充满充填浆料运输系统所需的体积时，即认为充填浆料运输系统内残留的充填浆料能将剩余空间充满，此时对充填浆料运输系统进行再次充水；当毫米波雷达传感器监测到支巷体积充满时，将充填浆料井下工作面管路出口切换至工作面水沟，以便排出系统内残余的充填浆料，防止充填浆料凝固后堵塞管路；
5)待充填浆料井下工作面管路末端流出清澈的水后，开始对充填浆料运输系统充入气体，直至充填浆料井下工作面管路没有水流出。
7.根据权利要求6所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采方法，其特征在于：在步骤五、(2)掘进作业中，首先在1号支巷与运输巷道连接处布置掘进机并从此处开始掘进作业，待1号支巷贯通后，同时进行以下操作：
a.撤出局部通风装置；
b.从1号支巷与回风巷道连接处向支巷内进行喷雾降尘，便于传感器对支巷空间体积的监测；
c.在1号支巷与回风巷道连接处的巷道顶板位置安装毫米波雷达传感器，支巷体积数据实时感知测量并上传到地面指挥室，该数据用于阀门的提前性开关，以减小充填浆料的浪费量；
d.掘进机原路退回到1号支巷与运输巷道连接处并移动到4号支巷与运输巷道连接处准备掘进4号支巷。
8.根据权利要求6所述的三下遗煤连采连充绿色高效开采方法，其特征在于：充填材料的重量配比为水泥:粉煤灰:水＝1.8～2.2:7.8～8.2:6.8～7.2，28天抗压强度能达到2.8～3.2MPa，脱模时间8～12h，泌水率1.8～2.0％。
CN202310413156.1A 2023-04-18 2023-04-18 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法 Pending CN116291447A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310413156.1A CN116291447A (zh) 2023-04-18 2023-04-18 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310413156.1A CN116291447A (zh) 2023-04-18 2023-04-18 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116291447A true CN116291447A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86794233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310413156.1A Pending CN116291447A (zh) 2023-04-18 2023-04-18 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116291447A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117090550A (zh) * 2023-10-17 2023-11-21 太原理工大学 基于过热蒸汽及超临界水原位复合开采遗煤的装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117090550A (zh) * 2023-10-17 2023-11-21 太原理工大学 基于过热蒸汽及超临界水原位复合开采遗煤的装置及方法
CN117090550B (zh) * 2023-10-17 2024-02-02 太原理工大学 基于过热蒸汽及超临界水原位复合开采遗煤的装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101008316B (zh) 磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺
CN108915765B (zh) 一种地下全尾砂-废石膏体充填系统及充填方法
WO2021068691A1 (zh) 一种煤矿强弱强全采全充方法
Steiner Tunnelling in squeezing rocks: case histories
WO2018176892A1 (zh) 一种薄煤层综合开采与瓦斯治理网络一体协同控制系统及方法
CN102392644A (zh) 中厚以下煤层的条带式流体膨胀充填开采方法
CN106522948A (zh) 一种短壁矸石胶结连采连充采煤法
CN102061938A (zh) 一种采用膏体充填采空区回收煤柱的充填工艺
CN109882239B (zh) 一种露天端帮压煤放射式充填开采方法
CN203925502U (zh) 一种水力采煤和充填同步进行的系统
CN116291447A (zh) 三下遗煤连采连充绿色高效开采系统与方法
CN102493839A (zh) 一种充实采空区的方法
CN108301833B (zh) 全负压短壁充填采煤法
CN109989785A (zh) 一种覆岩隔离注浆充填智能化注浆系统
CN101749047B (zh) 膏体充填模拟试验系统
CN109209491A (zh) 一种矸石充填方法
CN201587031U (zh) 膏体充填系统自动混料装置
CN112267885A (zh) 一种两步骤分条回采嗣后废石胶结充填的开采方法
CN116378750A (zh) 一种煤矸石膏体井下动态充填方法
CN109184784A (zh) 基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法
Brannon et al. Development of and production update for the Grasberg Block Cave mine–PT Freeport Indonesia
CN111485883B (zh) 基于膏体-多介质协同充填的高地应力环境低成本采矿方法
CN107387158B (zh) 一种煤矿井下分体式膏体制备与输送装置
CN113339054B (zh) 一种煤矿冒落带充填工艺
CN218760011U (zh) 一种防跑浆提高充填效果的隔断膏体充填结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination