阅读说明：本技术 一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统 (System for performing pumping gangue goaf treatment by utilizing conventional fully mechanized mining hydraulic support ) 是由 邓雪杰 杨宝贵 李玉 刘浩 冯建业 郭鹏 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置方法,无需专用充填液压支架,在常规综采液压支架系统的基础上增加矸石采空区充填系统,即可实现矸石的采空区处置。在常规综采液压支架的尾部增加充填管路,充填管路和综采液压支架通过拉移千斤顶连接。将地面制备好的矸石料浆通过充填主管、充填支管输送到采空区进行充填处置,主管布置于综采液压支架后部,支管延伸至采空区,与主管采用三通阀连接。本发明可应用于沿煤层倾向仰采布置的工作面或煤层倾角角度小于8°的沿煤层走向布置的综采工作面,可以解决矸石井下采空区处置的问题,具有投资小、成本低、效率高、系统简单、布置灵活、绿色环保等优点,具有广泛的适用性。(The invention discloses a method for treating a gangue goaf pumped by a conventional fully mechanized mining hydraulic support, which can realize the goaf treatment of gangue by adding a gangue goaf filling system on the basis of a conventional fully mechanized mining hydraulic support system without a special filling hydraulic support. A filling pipeline is added at the tail part of the conventional fully mechanized mining hydraulic support, and the filling pipeline is connected with the fully mechanized mining hydraulic support through a pulling and moving jack. And (3) conveying the gangue slurry prepared on the ground to a goaf through a filling main pipe and a filling branch pipe for filling treatment, wherein the main pipe is arranged at the rear part of the fully mechanized mining hydraulic support, and the branch pipe extends to the goaf and is connected with the main pipe by a three-way valve. The method can be applied to the working face which is arranged along the trend of the coal seam and is inclined to face upward or the fully mechanized working face which is arranged along the trend of the coal seam and has the inclination angle of less than 8 degrees, can solve the problem of disposal of the waste rock underground goaf, has the advantages of small investment, low cost, high efficiency, simple system, flexible arrangement, environmental protection and the like, and has wide applicability.)

一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统

技术领域

本发明涉及一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，属于矿山充填开采科学研究领域。

背景技术

在煤炭资源开采的过程中会产生大量的矸石，大部分矸石常年在地面堆积形成矸石山，没有合理处置的矸石不仅会造成环境污染而且还有一定的安全隐患。在建设绿色矿山、发展绿色矿业成为中国矿业领域的发展目标和迫切需求的背景下，高效合理的处置矸石成为一个煤矿开采的发展趋势，充填开采作为一种绿色开采技术，是实现矸石井下处置的关键技术手段之一，其技术思路是将矸石、粉煤灰等固体废弃物直接干式输送或掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制成胶结充填料浆，再通过泵送或自流的方式沿管路将充填料浆输送到采空区进行充填作业，使充填体具有一定的强度和整体性，不仅能实现矸石等固体废弃物的井下处置，还能控制岩层移动破断实现环境保护。虽然充填开采作为一种绿色开采方法已经被逐步推广，但是目前存在两大难题亟待解决。首先，充填开采工作面生产能力较低，当前固体充填工作面处理矸石能力不足100万t/a，胶结充填工作面处理矸石能力不足50万t/a，无法满足大型矿井的生产需求。其次，当前的充填开采方法需要一套专用的充填采煤液压支架，单面装备费用超过1亿元，投资巨大，很多矿山难以承受。综上所述，亟需研究一种生产能力大，设备投资低的矸石处置方法。

发明目的：本发明的目的是为了解决矿井采空区充填处置矸石投资大且能力不足的问题，提供了一种设备简单、投资少、安全高效、经济合理的采空区矸石处置方法。

技术方案：为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，在常规综采液压支架后部增设拉移千斤顶和充填管路。将地面矸石，通过制浆系统，用破碎机破碎，与水、添加剂一起进入到搅拌机，制成矸石料浆，利用输送管道和充填泵输送到井下工作面采空区进行矸石处置。到达井下后通过在支架后部增设的充填管路系统，矸石料浆先通过充填主管，利用三通阀转到充填支管，最后矸石料浆自流入采空区进行充填。随着工作面的不断推进，充填系统跟随综采液压支架逐步前移，不断重复上述步骤，实现工作面采空区矸石处置的目的。该技术系统具有布置简单、投资少、绿色环保的优点。

一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置方法，操作步骤如下：

步骤一是在常规综采液压支架后部增设拉移千斤顶、充填主管及充填支管，井下工作面正常进行割煤移架作业。

步骤二是地面破碎机将矸石破碎，破碎好的矸石与水、添加剂一起进入搅拌机混合，混合后的矸石料浆利用充填泵开始向井下采空区输送。通过液压支架尾部的充填主管，经三通阀输送到各个充填支管，最后矸石料浆会自流到采空区进行自动充填。

步骤三是工作面正常推进，采煤机割完煤后正常前移液压支架，液压支架后部的拉移千斤顶活柱伸出实现支架正常前移，移架完成后，收缩支架尾部拉移千斤顶并且同时拉动充填主管前移，充填支管也随之移动，不断注入的矸石料浆和采空区垮落的岩石混合，逐渐在采空区形成充填体。

重复上述工作，工作面不断推进，采空区不断被充填，实现常规综采液压支架充填采煤，利用泵送采空区矸石处置采空区。

进一步的，所述上述步骤中，充填主管与各个充填支管之间用三通阀连接，充填支管由柔性管和刚性管组成，柔性管用于连接充填主管，刚性管用于向采空区处置矸石充填材料。充填支管长度为8-10m，每两个充填支管之间的距离为30m左右。

进一步的，所述上述步骤中，矸石料浆是利用采选完的矸石输送到地面制浆设备，通过破碎机破碎，与水、添加剂进入搅拌机混合，制好的矸石料浆，利用充填泵输送到井下。到达井下后，通过液压支架后部的充填主管，经三通阀流入各个充填支管，向采空区进行充填矸石处置。

进一步的，所述添加剂可以为减水剂、发泡剂在内的流变改性材料。

进一步的，所述综采液压支架与充填主管之间是用拉移千斤顶连接，连接方式为铰接，综采液压支架前移，拉移千斤顶活柱伸出实现支架正常前移，移架工作完成后，收缩支架后部拉移千斤顶活柱，拉移千斤顶收缩的同时拉动充填主管前移，实现共同前进的目的。

有益效果：本发明提供一种利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，直接采用常规综采液压支架实现充填开采，无需购置专用充填液压支架，并且可以实现200万t/a级别的大规模矸石处理，解决了现在充填处置矸石的能力低、投资高的两大难题。采用本发明可以很好的解决矿井矸石处置不合理的问题，工艺简单、成本低、生产效率高的优点，应用及推广价值巨大。

附图说明：

图1是本发明的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统布置图；

图2是本发明的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置工作面剖面图；

图3是本发明所采用的综采液压支架和充填系统剖面图；

图4是本发明的综采液压支架与拉移千斤顶的铰接连接方式；

图中：1、运煤皮带；2、转载机；3、皮带顺槽；4、轨道顺槽；5、运矸皮带；6、泵；7、充填主管；8、充填支管；9、三通阀；10、综采液压支架；11、采煤机；12、连通阀；13、柔性管；14、刚性管；15、拉移千斤顶；16、矸石；17、破碎机；18、胶带机；19、蓄水池；20、搅拌机；21、添加剂

具体实施方法：

下面结合附图对本发明进行具体实施方法的描述：

本发明主要包括在常规综采液压支架后部增设拉移千斤顶和充填管路，工作系统包括地面矸石制浆系统、泵送系统和充填管路系统。

前述的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，所述在常规综采液压支架10后部增设拉移千斤顶15、充填主管7及支管8，拉移千斤顶15与综采液压支架10和充填管路之间的连接方式为铰接，其余设备正常进行割煤移架作业。充填主管7与充填支管8之间用三通阀9连接，充填支管8由柔性管13和刚性管14组成，柔性管13用于连接充填主管7，刚性管14用于向采空区处置矸石充填材料。充填主管7长度为8-10m，每两个充填支管8之间的距离为30m左右。

前述的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，所述的工作系统，包括地面的矸石制浆流程和井下增设充填主管7和充填支管8。地面矸石16，利用胶带机18运送到破碎机17破碎，与水19、添加剂21加入到搅拌机20混合，将混合好的料浆，利用充填泵6向井下采空区输送。到达井下后，矸石料浆通过液压支架10尾部到达充填主管7，经三通阀9流入充填支管8，自流到采空区进行充填。

前述的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置系统，所述的步骤相继完成，采煤机11割完煤后正常拉移综采液压支架10，此时尾部的拉移千斤顶15活柱伸出，在支架10完成前移后，收缩支架10后部的拉移千斤顶15的活柱，此时带动充填主管7共同前移，充填支管8也随之移动，矸石料浆不断注入采空区和垮落的岩石混合，逐渐在采空区形成充填体。

前述的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置方法，所述的步骤完成后进行重复工作，工作面推进后，形成新的充填空间，重复上述步骤，实现常规综采工作面采煤过程中，利用采空区同步处置矸石。

实施例：

1、工作流程布置

如图1所示，针对一个矿井，布置长壁工作面采煤法的生产系统，工作面长为200m，在井下皮带顺槽3布置运煤皮带1和转载机2，在轨道顺槽4布置运矸皮带5和泵6；在地面安装好破碎机17、胶带机18、蓄水池19、搅拌机20、添加剂21；在工作面安装好液压支架10后，安装充填系统，液压支架10尾部增设拉移千斤顶15和充填主管7，连接方式为铰接，在充填主管7上每隔30m布置一条充填支管8。

2、充填作业

在地面采选完的矸石16利用胶带机18输送到破碎机17破碎，将破碎好的矸石运送到搅拌机20与水19、添加剂21一起搅拌混合，制好的矸石料浆由泵6送到井下。到达井下后，矸石料浆通过充填主管7，经三通阀9输送到充填支管8，最后矸石料浆自流入采空区，实现采空区矸石处置。

3、重复工作

随着工作面的不断前进，前述步骤依次不断完成，液压支架10不断前移，支架10尾部的拉移千斤顶15不断拉动充填管路也跟随前进，矸石料浆不断的流入采空区，最终在采空区形成充填体。

在沿倾向仰采布置或煤层倾角角度小于8°的沿走向布置工作面，常规综采液压支架正常移架，矸石料浆自流入采空区，工作人员只需控制矸石料浆的流速，经过不断的充填，实现本次设计的利用常规综采液压支架进行泵送矸石采空区处置方法。

本发明方案利用常规综采液压支架配合本次设计的充填系统，可以实现同步配合、操作简单。利用常规综采液压支架，可以省去购置专用充填液压支架的费用，并且可以实现200万t/a级别的大规模矸石处理，解决能力低、投资少的问题，实现经济合理、安全高效的目的。