发明内容

为了解决常规固体充填开采应用中存在的采空区充填体密实度低、充填材料呈松散状态等问题，发明了一种井下压缩块体堆砌式充填系统及充填方法。

本发明提供如下技术方案：

井下压缩充填压缩块体堆砌式充填方法主要包括充填材料配制系统、压缩成型系统、压缩块体的输送系统和压缩块体的充填系统等以及各系统之间按照一定顺序进行的时空配合。

充填材料配制系统主要包括各种材料储存仓、进料管路、搅拌机、物料混合桶、材料皮带机等装置，材料储存仓与物料混合桶和混合桶与压缩成型系统通过皮带机相连。材料储存仓可分为矸石仓、粉煤灰仓和其他煤基固废材料仓和胶凝材料仓等。材料皮带机的机尾处有控制开关，用来控制皮带机的运转和控制搅拌好的材料进入成型箱的数量。

充填材料压缩成型系统主要包括压力机及其配套的压缩成型箱等，压力机的最大施加压力为充填工作面上覆岩层载荷的1.2-1.3倍，压缩成型箱的宽度0.6-0.8m，具体宽度应与工作面开采步距一致或为2倍，高度为30-50cm范围，长度为1.5-1.8m范围，具体长度不大于工作面液压支架长度。压缩成型箱的前后钢板固定，左侧钢板与小型千斤顶连接，右侧钢板为活动钢板，方便充填材料压缩成块后利用小型千斤顶推动左侧钢板将充填压缩块体从右侧推到输送机上。压缩成型箱底钢板与输送系统的输送机连接，上钢板与压力机压头固定，并随着压头的伸缩而上下移动，其长宽应与压缩成型箱内侧的长宽一致。

压缩块体输送系统分别与压缩成型系统和采空区块体充填系统连接，主要有输送支撑架、托辊和电机组成，托辊分为带有电机的主动轮和从动轮，主动轮一般位于一个支撑架的前后位置，提供充填压缩块体向前的动力，托辊由支架支撑，托辊的半径5-10cm范围，长度为 40-50cm范围，高度离地面50cm左右，位于支架的最上端，能够使物料在支架上方顺利输送而避免与支架发生碰触摩擦等。

压缩块体充填系统主要为特制推入砌块式充填支架，支架前部与常规支架前部基本一致，都由采煤机、液压支架、输送机等机构组成，支架的后部为推入砌块而特制，主要包括横向伸缩推板、移动平台和架后输送机等装置。架后输送机的组成和参数与前述充填压缩块体输送机基本一致，悬挂于液压支架的后上方，与支架顶梁连接，距离顶梁高度为35-45cm范围，保证充填压缩块体能够顺利通过架后输送机而不与支架顶部发生接触碰撞。架后输送机的机尾最后一个支架不安装托辊，每个支架内的架后输送机的两侧位置安装主动轮，其余位置安装从动轮，一个支架的架后输送机的托辊组成一组，一组托辊可以整体移动到相邻支架上，以留出充填压缩块体的卸料口。移动平台可以上下移动，最高可位于充填输送机下部20cm左右，方便充填压缩块体能够落到移动平台上并进行依次堆叠，当平台位于底部时还可以前后平移，能够将充填压缩块体平移至采空区。横向伸缩推板能够前后移动，负责将堆叠好的充填压缩块体整齐的推送至采空区里。

具体的充填方法如下流程所示：

流程一，将各材料储存仓内的充填材料按照一定配比放入物料混合桶内，加入一定量的水，开动搅拌机对混合材料进行充分搅拌，混合后的充填材料应满足以下要求：似膏体状，质量分数不低于80％，泌水率不大于2％，具有较好的和易性，初凝时间不大于4-6小时，初凝强度不低于2MPa。混合后的充填材料通过皮带机转运到充填材料压缩成型系统。物料混合桶内的充填材料应持续处于搅拌状态，充填压缩块体制作过程中应保证混合桶内的充填材料不低于桶体积的1/3，避免影响后续工作进度。

流程二，调整好压缩成型箱的尺寸，打开皮带机机尾处的控制开关，将充填材料放入底部和四周钢板都固定好的压缩成型箱内，待充填材料均匀铺满压缩成型箱后，启动压力机上压头，对压缩成型箱内的充填材料实施缓慢压缩作业。施加的压力值根据工作面上覆岩层载荷而定，一般为上覆岩层载荷值的80％-110％。将充填材料压缩成高度为30-40cm的高密度压缩块体后，打开右侧钢板，然后通过左侧钢板后的千斤顶推动左侧钢板将充填材料压缩成型后的充填压缩块体从右侧出口推出，直到充填压缩块体与输送机支架上的主动轮接触。

流程三，在充填材料压缩成型进行的同时启动输送系统，开启主动轮上的电机，其主动轮正常转动。当压缩成型后的充填压缩块体被推到输送机支架上的主动轮上后，充填压缩块体在主动轮的推动和从动轮的转动下向前滑动，待充填压缩块体输送出一个输送机支架的距离后，重新调整好压缩成型箱，进行下一个充填压缩块体的压缩成型工作。

流程四，调直工作面充填支架，使架后输送机排成一条直线，支架与支架间的托辊首尾接续，防止出现较大空缺，在工作面机尾的最后一个支架的架后输送机应留有一个卸料口，便于卸落充填压缩块体。充填压缩块体由输送系统输送至架后输送机上，卸落充填压缩块体的顺序为由工作面机尾向机头进行。在充填压缩块体到达机尾前，先启动移动平台，使其抬升至与架后输送机高度一致或者接近的位置，充填压缩块体通过主动轮推动至机尾处的卸料口，卸料口相邻的架后输送机上的主动轮推动充填压缩块体从卸料口卸落到移动平台上，然后降低移动平台，使移动平台上的充填压缩块体上面与架后输送机在一个水平面上，下一个充填压缩块体的卸落工作与上述第一个充填压缩块体的卸落工作一致，使充填压缩块体叠加在第一个充填压缩块体上面，之后移动平台的下降和充填压缩块体的卸落和叠加作业依此进行，直到移动平台下降至支架底部，与地面接触，充填压缩块体叠加至接近采高的位置为止。然后启动支架底部的横向千斤顶，将移动平台伸展至采空区，同时启动横向伸缩推板，待移动平台移动至采空区内并使平台上的充填压缩块体与上一步距的充填压缩块体接触后停止，然后横向伸缩推板抵住移动平台上的充填压缩块体，缩回移动平台，使堆叠的充填压缩块体落入采空区内，缩回横向伸缩推板，开始下一个支架的充填工作，充填顺序从工作面机尾处依次向机头进行。为了使采空区内堆叠的充填压缩块体紧密连接，减少充填压缩块体堆叠接触的间隙，必要时向采空区进行高压喷(注)浆作业，使充填压缩块体胶结成整体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述压缩成型系统主要包括压缩成型箱、压力机上压头及与其固定的压板。

作为本发明的一种优选技术方案，所述特制推入砌块式充填支架主要特征为架后构件主要为横向伸缩推板、移动平台和架后输送机等装置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述堆砌式充填方法主要包括充填材料的搅拌、充填压缩块体的压缩成型、压缩块体的输送、压缩块体的堆叠和充填等流程。

本发明具有以下有益之处：

本发明在原有固体充填液压支架上进行了改造，使其更适应充填压缩块体的堆砌充填工艺，而且还具有一定的创新性，现实可行性。该方法提前将充填材料压缩成型，预制成高密实度的压缩充填压缩块体，通过特制支架将堆叠的充填压缩块体推入采空区，减少了充填体在采空区顶板作用下的压缩量，实现密实充填。该方法有效提高了采空区充填体的密实度，减少了顶板对充填体的压缩，进而减少了顶板的弯曲下沉和地表的沉陷，同时采空区内的充填压缩块体具有较高的密闭性，减少了采空区瓦斯聚集、遗煤自燃和工作面漏风等现象，实现了充填材料原位置换煤炭的目的，节省成本，经济适用效果良好。