一种连采连充无永久支护充填的系统及实施方法
阅读说明：本技术 一种连采连充无永久支护充填的系统及实施方法 (Continuous mining and continuous filling system without permanent support filling and implementation method ) 是由 成云海 左垒安 逄楚铭 韩承建 史明伟 王旭东 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：一种连采连充无永久支护充填的系统及实施方法,属于煤矿充填开采技术领域。包括掘进机、运输设备、自动支撑临时支护装置、临时支护转载装置、临时支护安装机械臂、抛矸机、矸石运输设备和移动小车,其中,掘进机上设置有临时支护安装机械臂,掘进机连接有运输设备,抛矸机上设置有临时支护安装机械臂,抛矸机连接有矸石运输设备,移动小车上设置有临时支护安装机械臂,临时支护转载装置连接有自动支撑临时支护装置,本发明机械化程度高、操作简单、安全可靠、工作效率高,实现连采连充的同时省去现存开采技术中安装永久性支护的步骤,降低煤矿开采成本,避免造成大量的资源浪费。(A continuous mining and filling system without permanent support filling and an implementation method belong to the technical field of coal mine filling mining. The automatic temporary support device for the coal mine comprises a heading machine, transportation equipment, an automatic support temporary support device, a temporary support transshipment device, a temporary support installation mechanical arm, a gangue throwing machine, gangue transportation equipment and a movable trolley, wherein the temporary support installation mechanical arm is arranged on the heading machine, the heading machine is connected with the transportation equipment, the temporary support installation mechanical arm is arranged on the gangue throwing machine, the gangue throwing machine is connected with the gangue transportation equipment, the temporary support installation mechanical arm is arranged on the movable trolley, and the temporary support transshipment device is connected with the automatic support temporary support device.)
技术领域
本发明涉及一种连采连充无永久支护充填的系统及实施方法，属于煤矿充填开采技术领域。
背景技术
国内目前在煤矿连采连充过程中都要用到支护，而且都为永久性支护，如锚杆支护、锚杆锚网支护、锚杆锚梁支护、锚杆锚网喷浆支护、素喷浆支护、碹石起拱支护、现浇钢筋水泥支护、U型钢支护、工字钢三节棚支护等，这些支护手段一般在煤矿开采工作完成后不再回收利用，基本上全部废弃，这不仅会增加煤矿开采的成本，也会造成大量的资源浪费；在连采连充过程中，加装支护时，设备一般都会停止工作，这样会不仅会降低工作效率，而且开采工作的机械化程度低，增大了工人劳动强度，工人的工作环境也较差，对工人的健康状况造成一定威胁。
目前还没有出现连采连充无永久支护充填的方法，在无永久支护充填研究方面也面临许多问题。现已有的一些临时支护技术，在加装临时支护后，仍要对煤岩体进行一些永久性支护，仍会造成一定程度上的资源浪费。如中国专利文件CN206035517U公开了一种平行作业式快速掘进支护系统，包括掘进机和若干支护架，所述掘进机上设置有运输装置，运输装置由机架、前调梁和后调梁组成，机架的两侧设置有相互平行的传送链条，机架的中央开设有导向槽，前调梁、后调梁的一端分别铰接于位于导向槽中的不同底座上，另一端设置有托梁器。在该系统中，对开采巷道进行部分永久性支护，在一定程度上会降低作业效率，在开采完成后，这些永久性支护难以回收，造成资源浪费，并且该系统不能进行连采连充，作业效率较低，后续支巷开采也会面临许多问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种连采连充无永久支护充填的系统及实施方法，机械化程度高、操作简单、安全可靠、工作效率高，实现连采连充的同时省去现存开采技术中安装永久性支护的步骤，降低煤矿开采成本，避免造成大量的资源浪费。
本发明的技术方案如下：
一种连采连充无永久支护充填的系统，包括掘进机、运输设备、自动支撑临时支护装置、临时支护转载装置、临时支护安装机械臂、抛矸机、矸石运输设备和移动小车，其中，
掘进机上设置有临时支护安装机械臂，掘进机连接有运输设备，抛矸机上设置有临时支护安装机械臂，抛矸机连接有矸石运输设备，移动小车上设置有临时支护安装机械臂，临时支护转载装置连接有自动支撑临时支护装置。
优选的，自动支撑临时支护装置包括支护架、横向油缸、竖向油缸和导轨，支护架两端倾斜设置，避免与巷道侧帮产生干涉，支护架两端分别设置有支杆，支杆下端设置有竖向油缸，支杆与支护架之间倾斜设置有横向油缸，支护架中部设置有运输管道，支护架中部下侧设置有导轨。通过横向油缸和竖向油缸的配合实现自动支撑临时支护装置的展开与收缩，运输管道用于运输充填膏体，自动支撑临时支护装置紧密安装时各导轨连接于一起，共同组成临时支护转载装置的运行轨道，保证临时支护转载装置在运行轨道上来回运行。
优选的，临时支护转载装置包括车架、滚轮和电机，车架通过滚轮设置于导轨下侧，滚轮连接有电机，车架上设置有挂钩，通过电机驱动滚轮和车架沿导轨运行，挂钩上挂装自动支撑临时支护装置，实现自动支撑临时支护装置的前后转移。
上述连采连充无永久支护充填的实施方法，操作步骤如下：
(1)将工作面沿走向划分为若干支巷，先对最内侧支巷开采，掘进机和运输设备连接在一起，掘进机上安装临时支护安装机械臂，随着掘进机的不断向前掘进，开采的煤体通过运输设备运出，在掘进机的开采过程中，自动支撑临时支护装置通过临时支护转载装置运送至采空区(待安装区)，然后临时支护安装机械臂将自动支撑临时支护装置放置到设定位置，自动支撑临时支护装置展开，进行临时支护，两个自动支撑临时支护装置之间的部分为支护区间；
(2)最内侧支巷开采完成后，掘进机退出，中间隔一支巷，掘进机继续进行下一支巷开采，抛矸机前进至最内侧支巷采空区最深处支护区间，抛矸机上同样设置有临时支护安装机械臂，抛矸机连接有矸石运输设备，采空区最深处支护区间所在的自动支撑临时支护装置收缩，临时支护安装机械臂将收缩后的自动支撑临时支护装置放置到临时支护转载装置上，临时支护转载装置将自动支撑临时支护装置运出至掘进机工作的支巷，同时，矸石(粉煤灰、黄土或风积沙)通过矸石运输设备运往采空区，抛矸机进行抛矸充填，边退支撑边充填；
(3)采空区最深处完成充填作业后，抛矸机后退，重复步骤(2)，继续进行剩余部分的充填作业，直至完成最内侧支巷整个采空区的充填工作；
(4)循环步骤(1)-(3)，支巷顺次间隔开采充填完毕后，继续对所间隔的支巷进行开采和充填工作，直至所有支巷全部开采充填完毕。
优选的，步骤(1)中，自动支撑临时支护装置紧密安装，做到全方位保护，步骤(2)中，在开采完成后，掘进机退出，不进行永久性支护安装，围岩压力由自动支撑临时支护装置和围岩自身承担。
优选的，步骤(1)中，若出现巷道围岩破碎，需要额外对巷道进行简单的支护，支护强度弱于常规的支护强度，短期内顶板不冒落、两帮不跨落即可，根据现场情况进行点式或组合式锚杆支护、架棚或单体点柱；如巷帮片帮严重或两帮移近量较大，对帮部采用锚杆或锚网进行支护。
优选的，所述连采连充无永久支护充填的实施方法采用膏体充填，自动支撑临时支护装置上设置有运输管道，充填膏体通过运输管道输送至采空区，移动小车上设置临时支护安装机械臂，通过移动小车带动临时支护安装机械臂实现自动支撑临时支护装置的拆卸，边退支撑边充填。根据开采巷道围岩条件和矿井生产系统情况选择抛矸充填或膏体充填。
优选的，顶板良好，支护架与巷道侧帮之间的肩窝空档大时，通过在肩窝铺设运输管道将充填膏体送至采空区，运输管道紧靠巷道侧帮，在临时支护安装机械臂将自动支撑临时支护装置撤除后，立即充填，连续进行，直至自动支撑临时支护装置全部撤除，整个巷道完全充填完毕；顶板不好时，充填膏体通过支护架中部的运输管道送至采空区。
优选的，根据煤岩体条件和煤矿技术要求，确定开门和预透采用常规支护长度，在三岔门开门处(主巷道与支巷道交叉处)和透点处加强支护(永久性支护)，三岔门开门内1-8m加强支护，透点处1-8m加强支护。
本发明的有益效果在于：
1、本发明械化程度高、操作简单、安全可靠、工作效率高，实现连采连充的同时省去现存开采技术中安装永久性支护的步骤，降低煤矿开采成本，避免造成大量的资源浪费。
2、本发明全程通过远端控制机械运转，大幅减少操作人员参与，提高了开采工作的安全性和开采效率，实现少人化和智能化的效果。
附图说明
图1为本发明的开采结构示意图；
图2为本发明的抛矸机充填结构示意图；
图3为本发明的膏体充填结构示意图；
图4为本发明的自动支撑临时支护装置结构示意图；
图5为本发明的三岔门开门施工示意图；
图6为本发明的透点施工示意图；
其中：1-掘进机；2-自动支撑临时支护装置；3-运输设备；4-临时支护安装机械臂；5-临时支护转载装置；6-导轨；7-矸石运输设备；8-抛矸机；9-移动小车；10-运输管道；11-巷道侧帮；12-横向油缸；13-竖向油缸；14-煤岩体；15-主巷道；16-支巷道；17-永久性支护。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-4所示，本实施例提供一种连采连充无永久支护充填的系统，包括掘进机1、运输设备3、自动支撑临时支护装置2、临时支护转载装置5、临时支护安装机械臂4、抛矸机8、矸石运输设备7和移动小车9，其中，
掘进机1上设置有临时支护安装机械臂4，掘进机1连接有运输设备3，抛矸机8上设置有临时支护安装机械臂4，抛矸机8连接有矸石运输设备7，移动小车9上设置有临时支护安装机械臂4，临时支护转载装置5连接有自动支撑临时支护装置2。
自动支撑临时支护装置2包括支护架、横向油缸12、竖向油缸13和导轨6，支护架两端倾斜设置，避免与巷道侧帮11产生干涉，支护架两端分别设置有支杆，支杆下端设置有竖向油缸13，支杆与支护架之间倾斜设置有横向油缸12，支护架中部设置有运输管道10，支护架中部下侧设置有导轨6。通过横向油缸和竖向油缸的配合实现自动支撑临时支护装置的展开与收缩，运输管道用于运输充填膏体，自动支撑临时支护装置紧密安装时各导轨连接于一起，共同组成临时支护转载装置的运行轨道，保证临时支护转载装置在运行轨道上来回运行。
临时支护转载装置5包括车架、滚轮和电机，车架通过滚轮设置于导轨下侧，滚轮连接有电机，车架上设置有挂钩，通过电机驱动滚轮和车架沿导轨运行，挂钩上挂装自动支撑临时支护装置，实现自动支撑临时支护装置的前后转移。
上述连采连充无永久支护充填的实施方法，操作步骤如下：
(1)将工作面沿走向划分为若干支巷，先对最内侧支巷开采，掘进机1和运输设备3连接在一起，掘进机1上安装临时支护安装机械臂4，随着掘进机1的不断向前掘进，开采的煤体通过运输设备3运出，在掘进机1的开采过程中，自动支撑临时支护装置2通过临时支护转载装置5运送至采空区(待安装区)，然后临时支护安装机械臂4将自动支撑临时支护装置2放置到设定位置，自动支撑临时支护装置2展开，进行临时支护，两个自动支撑临时支护装置2之间的部分为支护区间；
(2)最内侧支巷开采完成后，掘进机1退出，中间隔一支巷，掘进机1继续进行下一支巷开采，抛矸机8前进至最内侧支巷采空区最深处支护区间，抛矸机8上同样设置有临时支护安装机械臂4，抛矸机8连接有矸石运输设备7，采空区最深处支护区间所在的自动支撑临时支护装置2收缩，临时支护安装机械臂4将收缩后的自动支撑临时支护装置2放置到临时支护转载装置5上，临时支护转载装置5将自动支撑临时支护装置2运出至掘进机1工作的支巷，同时，矸石(粉煤灰、黄土或风积沙)通过矸石运输设备7运往采空区，抛矸机8进行抛矸充填，边退支撑边充填；
(3)采空区最深处完成充填作业后，抛矸机8后退，重复步骤(2)，继续进行剩余部分的充填作业，直至完成最内侧支巷整个采空区的充填工作；
(4)循环步骤(1)-(3)，支巷顺次间隔开采充填完毕后，继续对所间隔的支巷进行开采和充填工作，直至所有支巷全部开采充填完毕。
掘进机1、运输设备3、临时支护安装机械臂4、抛矸机8和矸石运输设备均为现有矿用设备，掘进机1、运输设备3、自动支撑临时支护装置2、临时支护转载装置5、临时支护安装机械臂4、抛矸机8和矸石运输设备均通过远程操控系统进行控制，所述连采连充无永久支护充填系统搭载有常规使用的传感器、窥探器和照明系统，保证设备运行工况可通过线缆传输至远程操控系统，实时进行监控。
步骤(1)中，自动支撑临时支护装置2紧密安装，做到全方位保护，步骤(2)中，在开采完成后，掘进机退出，不进行永久性支护安装，围岩压力由自动支撑临时支护装置和围岩自身承担。
实施例2：
一种连采连充无永久支护充填的实施方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，步骤(1)中，若出现巷道围岩破碎，需要额外对巷道进行简单的支护，支护强度弱于常规的支护强度，短期内顶板不冒落、两帮不跨落即可，根据现场情况进行点式或组合式锚杆支护、架棚或单体点柱；如巷帮片帮严重或两帮移近量较大，对帮部采用锚杆或锚网进行支护。
实施例3：
一种连采连充无永久支护充填的实施方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，所述连采连充无永久支护充填的实施方法采用膏体充填，不使用抛矸机8进行充填，自动支撑临时支护装置2上设置有运输管道10，充填膏体通过运输管道输送至采空区，移动小车9上设置临时支护安装机械臂4，通过移动小车9带动临时支护安装机械臂4实现自动支撑临时支护装置2的拆卸，自动支撑临时支护装置2的拆除数量根据巷道围岩实际情况而定，边退支撑边充填，直至该条支巷完全充填完毕后，再进行下一支巷的开采和充填工作。根据开采巷道围岩条件和矿井生产系统情况选择抛矸充填或膏体充填。
顶板良好，支护架与巷道侧帮之间的肩窝空档大时，通过在肩窝铺设运输管道将充填膏体送至采空区，运输管道紧靠巷道侧帮，在临时支护安装机械臂将自动支撑临时支护装置撤除后，立即充填，连续进行，直至自动支撑临时支护装置全部撤除，整个巷道完全充填完毕；顶板不好时，充填膏体通过支护架中部的运输管道送至采空区。
实施例4：
一种连采连充无永久支护充填的实施方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，根据煤岩体条件和煤矿技术要求，在三岔门开门内1-8m安装永久性支护17，正常支护后，继续掘进一排，此时沿图5中永久性支护17所指位置(两帮呈钝角侧)，从靠近最后一排永久性支护处垂直于侧帮设置自动支撑临时支护装置2，并逐步通过临时支护安装机械臂4进行自动支撑临时支护装置2的连续支设，完成支巷开采。
实施例5：
一种连采连充无永久支护充填的实施方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，根据煤岩体条件和煤矿技术要求，在透点内1-8m安装永久性支护17，如图6所示，掘进机在掘进到距离预透点1-8m时，不再进行自动支撑临时支护装置2的支设，转为每掘一排接着使用永久性支护17进行永久支护，直至两条巷道接通，完成在透点内1-8m的加强支护，以便后续充填施工。
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