发明内容

为此，本发明提供一种基于近水平巷道的973充填法，充填矸石占比达到90％，水泥含量小于7％，每小时充填矸石300吨的充填方法，该方法极大的提高了充填体中矸石占比，减小了水泥用量，充填强度高，解决了近水平充填上上三角接顶困难的难题，具有投资少、充填成本低、大量消耗矸石，解放压覆资源的绿色充填方法，用以克服现有技术中无法精确调控矸石和料浆配比导致的充填效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于近水平巷道的973充填法，包括：

步骤s1，将工作面划分为若干个相同宽度的支巷并使用数字依次标记各巷道，工作面由内向外先采奇数支巷，当一条奇数支巷开采完毕时，对该支巷进行充填并对下一奇数支巷进行开采，在充填体的凝固强度达到预设标准时由内向外回采偶数支巷，当一条偶数支巷开采完毕时，对该支巷进行充填并对下一偶数支巷进行开采；

步骤s2，当针对单个巷道进行填充时，中控处理器控制巷道内的第二视觉检测器检测巷道内的平均宽度和高度并根据平均宽度和高度确定矸石和料浆的用量，中控处理器根据巷道中上三角不接空间体积与巷道总体积的占比对矸石和料浆的用量进行调节；

步骤s3，所述中控处理器控制矸石胶带输送机将井下矸石缓冲仓内储存的矸石输送至矸浆混合装置并控制地面制浆站将制备完成的料浆通过输送管道输送至矸浆混合装置；

步骤s4，在输送矸石和料浆时，所述中控处理器通过矸浆混合装置中的第一视觉检测器检测矸浆混合装置内物料液面中矸石的分布密度并在判定矸石分布密度不符合标准时将矸浆混合装置的搅拌转速调节至对应值；在调节所述矸浆混合装置的搅拌转速时，若所述中控处理器判定无法通过调节转速以将矸石分布密度调节至对应值，中控处理器根据实际分布密度与预设分布密度之间的差值调节单位时间内矸石的添加量；

步骤s5，当所述中控处理器判定矸石和料浆混合均匀时，所述矸浆混合装置将混合均匀的物料输送至抛矸装置，抛矸装置将物料输送至巷道内以自下至上填充巷道，在填充过程中，中控处理器控制所述第二视觉检测器实时检测单位时间内巷道内物料高度的变化量并在判定物料高度变化量不符合标准时对抛矸装置的物料输送流量进行调节；

步骤s6，当所述中控处理器判定巷道内剩余未充填空间为上三角不接空间时，中控处理器控制所述抛矸装置停止输送物料并判定需使用高浓度胶结料浆对上三角不接空间进行充填，通过注浆的方式对上三角不接空间充填接顶。

进一步地，在所述步骤s4中，在制备混合物料的过程中，所述中控处理器通过第一视觉检测器检测矸浆混合装置液面中矸石的分布密度，中控处理器将测得的分布密度记为P并根据P判定混合物料中矸石的含量是否符合标准进行初步判定；

所述中控处理器中设有第一预设分布密度P1、第二预设分布密度P2和预设转速调节系数α，其中，P1＜P2，0.5＜α＜1；

若P＜P1，所述中控处理器初步判定混合物料中矸石含量低，中控处理器使用α对矸浆混合装置的初始搅拌转速W进行调节，调节后的搅拌转速记为Wa，设定Wa＝W×α；

若P1≤P≤P2，所述中控处理器初步判定混合物料中矸石含量符合标准并不对矸浆混合装置的初始搅拌转速W进行调节；

若P＞P2，所述中控处理器初步判定混合物料中矸石含量高，中控处理器使用α对矸浆混合装置的初始搅拌转速W进行调节，调节后的搅拌转速记为Wb，设定Wb＝W×(1+α)；

当中控处理器初步判定混合物料中矸石含量符合标准时，中控处理器在矸浆混合装置以初始搅拌转速W搅拌物料的时长达到预设时长t0时重控制所述第一视觉检测器重新检测物料液面矸石的分布密度P’，若P1≤P’≤P2，中控处理器判定物料混合均匀并控制矸浆混合装置将物料输送至抛矸装置；若P’＜P1或P’＞P2，中控处理器使用所述预设转速调节系数α对矸浆混合装置的初始搅拌转速W进行调节；

当中控处理器使用所述预设转速调节系数α对矸浆混合装置的初始搅拌转速W进行调节时，中控处理器在矸浆混合装置以调节后的搅拌转速Wa/Wb搅拌物料的时长达到预设时长t0时重控制所述第一视觉检测器重新检测物料液面矸石的分布密度Pa’/Pb’，

若P1≤Pa’≤P2或P1≤Pb’≤P2，中控处理器判定物料混合均匀并控制矸浆混合装置将物料输送至抛矸装置；若Pa’＜P1或Pa’＞P2，中控处理器使用所述预设转速调节系数α对矸浆混合装置的搅拌转速Wa进行进一步调节；若Pb’＜P1或Pb’＞P2，中控处理器使用所述预设转速调节系数α对矸浆混合装置的搅拌转速Wb进行进一步调节。

进一步地，所述中控处理器中还设有预设转速临界调节次数N0，当中控处理器对所述矸浆混合装置的搅拌转速的调节次数达到N0且调节后的物料液面上矸石的分布密度P”＜P1时，中控处理器判定物料配比不符合标准、计算分布密度差值△P并根据△P增加单位时间内矸石的添加量，设定△P＝P1-P”；所述中控处理器中还设有第一预设分布密度差值△P1、第二预设分布密度差值△P2、第一预设移速调节系数β1、第二预设移速调节系数β2和第三预设移速调节系数β3，其中，△P1＜△P2，1＜β1＜β2＜β3＜1.5；

若△P≤△P1，所述中控处理器使用第一预设移速调节系数β1调节所述胶带输送机输送矸石的速度V；

若△P1＜△P≤△P2，所述中控处理器使用第二预设移速调节系数β2调节所述胶带输送机输送矸石的速度V；

若△P＞△P3，所述中控处理器使用第三预设移速调节系数β3调节所述胶带输送机输送矸石的速度V；

当所述中控处理器使用第i预设移速调节系数βi增加所述胶带输送机输送矸石的速度V时，设定i＝1，2，3，调节后的胶带输送机输送矸石的速度记为V’，设定V’＝V×βi。

进一步地，当中控处理器对所述矸浆混合装置的搅拌转速的调节次数达到N且调节后的物料液面上矸石的分布密度P”＞P2时，中控处理器判定物料配比不符合标准、计算分布密度差值△P’并根据△P’减少单位时间内矸石的添加量，设定△P’＝P”-P2；

若△P’≤△P1，所述中控处理器使用第一预设移速调节系数β1调节所述胶带输送机输送矸石的速度V；

若△P1＜△P’≤△P2，所述中控处理器使用第二预设移速调节系数β2调节所述胶带输送机输送矸石的速度V；

若△P’＞△P3，所述中控处理器使用第三预设移速调节系数β3调节所述胶带输送机输送矸石的速度V并减少单位时间内所述地面制浆站单位时间内针对料浆的输送量；

当所述中控处理器使用第i预设移速调节系数βi减少所述胶带输送机输送矸石的速度V时，设定i＝1，2，3，调节后的胶带输送机输送矸石的速度记为V’，设定V’＝V×(2-βi)。

进一步地，在所述步骤s5中，当所述抛矸装置使用物料充填巷道时，所述中控处理器控制所述第二视觉传感器检测单位时间内巷道内物料高度的增加量L并根据L判定是否调节所述抛矸装置输出的混合物料的流量Q；所述中控处理器中还设有第一预设高度增加量L1、第二预设高度增加量L2以及预设流量调节系数g，其中，L1＜L2，0＜g＜0.5；

当L＜L1时，所述中控处理器判定物料充填速率过低并使用g调节所述抛矸装置输出的混合物料的流量Q，调节后的抛矸装置输出的混合物料的流量记为Qa，设定Qa＝Q×(1-g)；

当L1≤L≤L2时，所述中控处理器判定物料充填速率符合标准，不对所述抛矸装置输出的混合物料的流量进行调节并实时检测抛矸装置内剩余的物料量；

当L＞L2时，所述中控处理器判定物料充填速率过高并使用g调节所述抛矸装置输出的混合物料的流量Q，调节后的抛矸装置输出的混合物料的流量记为Qb，设定Qb＝Q×(1+g)。

进一步地，所述中控处理器中还设有预设物料剩余量U0，当所述中控处理器判定物料充填速率符合标准时，中控处理器实时检测矸浆混合装置内剩余的物料量U，当U＜U0时，中控处理器控制所述第二视觉检测器检测巷道内剩余的需充填空间的体积S以判定是否向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆，所述中控处理器中还设有第一预设体积S1、第二预设体积S2、第一预设物料添加量△G1和第二预设物料添加量△G2，其中，S1＜S2，△G1＜△G2，

若S≤S1，所述中控处理器判定剩余待充填空间体积过小，不向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆并在所述步骤s6中增加高浓度胶结料浆的使用量；

若S1＜S≤S2，所述中控处理器判定需向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆并将添加的矸石和料浆的总量设置为△G1；

若S＞S2，所述中控处理器判定需向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆并将添加的矸石和料浆的总量设置为△G2；

当所述中控处理器判定需向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆时，中控处理器根据制备料浆过程中将矸石在料浆表面分布密度调节至标准区间内时矸石和料浆的配比制备混合物料。

进一步地，在所述步骤s2中，当所述中控处理器确定矸石和料浆的用量时，中控处理器根据巷道的高度初步确定需使用的矸石和料浆的总量并根据巷道内的平均宽度对矸石和料浆的总量进行调节；所述中控处理器中还设有第一预设高度H1、第二预设高度H2、第一预设物料总量G1、第二预设物料总量G2和第三预设物料总量G3，其中，H1＜H2，G1＜G2＜G3；

若巷道的实际高度H≤H1，所述中控处理器将矸石和料浆的使用量初步判定为G1；

若巷道的实际高度H1＜H≤H2，所述中控处理器将矸石和料浆的使用量初步判定为G2；

若巷道的实际高度H＞H2，所述中控处理器将矸石和料浆的使用量初步判定为G3；

当所述中控处理器将矸石和料浆的使用量初步判定为Gj时，设定j＝1，2，3，中控处理器根据巷道的平均宽度R判定是否对Gj进行调节；所述中控处理器中还设有第一预设平均宽度R1、第二预设平均宽度R2、第一预设用量调节系数e1和第二预设用量调节系数e2，其中，R1＜R2，0.7＜e1＜1＜e2＜1.4；

若R≤R1，所述中控处理器判定巷道宽度低于标准值并使用e1对Gj进行调节；

若R1＜R≤R2，所述中控处理器判定巷道宽度为标准宽度，中控处理器不对Gj进行调节；

若R＞R2，所述中控处理器判定巷道宽度高于标准值并使用e2对Gj进行调节；

当所述中控处理器使用第k预设用量调节系数ek对Gj进行调节时，设定k＝1，2，调节后的矸石和料浆的使用量记为Gj’，设定Gj’＝Gj×ek。

进一步地，当所述中控处理器完成对矸石和料浆的使用量的确定时，中控处理器通过所述第一视觉检测器检测巷道中三角不接空间所占体积并计算该体积与巷道总体积之间的比值B，中控处理器根据B判定是否需对确定的矸石和料浆的使用量进行修正；所述中控处理器中还设有第一预设体积占比B1、第二预设体积占比B2、第三预设体积占比B3、第一预设用量修正系数c1和第二预设用量修正系数c2，其中，0＜B1＜B2＜B3＜0.5，0.8＜c2＜c1＜0.9；

当B≤B1时，所述中控处理器判定巷道内不存在三角不接空间，中控处理器不对确定的矸石和料浆的使用量进行修正；

当B1＜B≤B2时，所述中控处理器判定巷道内不存在三角不接空间并使用c1对确定的矸石和料浆的使用量进行修正；

当B＞B2时，所述中控处理器判定巷道内不存在三角不接空间并使用c2对确定的矸石和料浆的使用量进行修正；

所述中控处理器中还设有预设配比，当所述中控处理器完成对确定的矸石和料浆的使用量的修正时，中控处理器根据预设配比分别确定矸石的使用量和料浆的使用量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置中控处理器，使中控处理器在矸浆混合装置混合矸石和料浆时通过第一视觉采集器实时检测物料液面处矸石的分布密度以对矸石在料浆中的实际分布密度进行初步判定，根据判定结果调节矸浆混合装置的搅拌转速并在判定矸石用量不符合标准时实时调节矸石在单位时间内的输送量，能够使矸石和料浆充分混合并使物料中矸石的数量符合标准，能够有效提高充填后巷道中充填体的强度，从而有效提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，在制备混合物料的过程中，中控处理器通过第一视觉检测器检测矸浆混合装置液面中矸石的分布密度，中控处理器将测得的分布密度记为P并根据P判定混合物料中矸石的含量是否符合标准进行初步判定并在判定混合物料中矸石含量不符合标准时对矸浆混合装置的初始搅拌转速进行调节，本发明通过将实际测得的分布密度与各预设分布密度进行比对以对物料中矸石的实际含量进行初步判定，同时通过调节矸浆混合装置的初始搅拌转速能够有效将矸石和料浆混合均匀，从而有效避免中控处理器误判的情况发生，并进一步效提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，当中控处理器对矸浆混合装置的搅拌转速的调节次数达到预设转速临界调节次数且判定调节后的物料液面上矸石的分布密度仍不符合标准时，中控处理器计算实际分布密度与预设分布密度之间的分布密度差值△P并根据△P增加或减少单位时间内矸石的添加量，本发明在中控处理器判定分布密度不符合标准并非是矸石和料浆混合不均匀的问题时迅速判定矸石添加量过高或过低，从而通过调节胶带输送机输送矸石的速率以保证矸石和料浆的配比达到预设值，从而在进一步提高充填后巷道中充填体的强度地同时，进一步提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，当抛矸装置使用物料充填巷道时，中控处理器控制第二视觉传感器检测单位时间内巷道内物料高度的增加量L并根据L判定是否调节所述抛矸装置输出的混合物料的流量Q，本发明通过实时检测巷道内物料高度的增加速率以对抛矸装置输出物料的流量进行实时调节，能够有效避免在充填过程中物料充填速率过低或过快导致的充填耗时过长或物料充填密度不符合标准的情况，从而进一步提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，当所述中控处理器判定物料充填速率符合标准时，中控处理器实时检测矸浆混合装置内剩余的物料量并在其低于预设物料剩余量时控制第二视觉检测器检测巷道内剩余的需充填空间的体积以判定是否向所述矸浆混合装置中添加矸石和料浆，本发明通过实时监控抛矸装置内剩余的物料量并在剩余的物料量低于标准时根据巷道中剩余的待充填体积判定是否补充矸石和料浆并在判定需补充时根据实际的剩余待充填体积确定矸石和料浆的添加量，能够有效避免充填过程中物料过多或过少导致的无法对巷道进行完全充填或物料过多导致的资源浪费的区概况发生，从而进一步提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，当中控处理器确定矸石和料浆的用量时，中控处理器根据巷道的高度初步确定需使用的矸石和料浆的总量并根据巷道内的平均宽度对矸石和料浆的总量进行调节，本发明通过根据巷道的高度初步确定矸石和料浆的用量，再通过巷道的平均宽度对矸石和料浆的用量进行微调，能够进一步避免充填过程中物料过多或过少导致的无法对巷道进行完全充填或物料过多导致的资源浪费的区概况发生，并进一步提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。

进一步地，当中控处理器完成对矸石和料浆的使用量的确定时，中控处理器通过第一视觉检测器检测巷道中三角不接空间所占体积并计算该体积与巷道总体积之间的比值，中控处理器根据该比值判定是否需对确定的矸石和料浆的使用量进行修正，本发明通过计算三角不接空间与巷道总空间的体积占比，能够有效避免三角不接空间占比过高导致的确定的矸石和料浆的使用量过高或过低的情况发生，在进一步避免充填过程中物料过多或过少导致的无法对巷道进行完全充填或物料过多导致的资源浪费的区概况发生的同时，进一步提高了本发明所述方法针对巷道的充填效率。