本發(fā)明涉及采礦工藝領(lǐng)域，具體的是一種煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)，還是一種煤礦開采全勢能末端管道輸送膏體充填方法。

背景技術(shù)：

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國生產(chǎn)礦井“三下”(指建筑物下、鐵路下、水體下)壓煤量達(dá)143億噸，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對煤炭資源的開發(fā)利用越來越高，“三下”壓煤開采為煤礦開采面臨的主要問題。長期以來，我國建下壓煤主要采用村莊搬遷、條帶開采、水砂充填和覆巖離層注漿等幾種方式。尤其是充填開采方式工藝落后，充填成本高，難以維持和推廣。

另一方面，煤礦開采產(chǎn)生的煤矸石和電廠燃煤所產(chǎn)生的粉煤灰等工業(yè)廢棄物也帶來了空氣污染、水體污染、占用耕地等一系列問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決煤矸石和粉煤灰工業(yè)廢棄物污染和“三下”采空區(qū)充填的問題，本發(fā)明提供了一種煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)和方法，該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)和方法充分利用了矸石、水泥和粉煤灰等來源廣泛的充填材料。該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)和方法是一種工藝設(shè)備簡單、效率高、投資少、成本低、可持續(xù)的煤礦“三下”采空區(qū)全勢能膏體充填技術(shù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)，包括：

制漿設(shè)備，用于將水泥和粉煤灰制成漿料；

矸石供給設(shè)備，能夠向地下的待充支巷輸送矸石；

漿料輸送管，用于向地下輸送所述漿料；

高壓軟管，一端與漿料輸送管連接，高壓軟管能夠?qū){料輸送管排出的所述漿料引導(dǎo)至待充支巷。

所述制漿設(shè)備含有水泥罐、粉煤灰罐、水池和攪拌機(jī)，水泥罐中的水泥、粉煤灰罐中的粉煤灰和水池中的水能夠進(jìn)入攪拌機(jī)中混合攪拌，所述制漿設(shè)備位于地面。

水泥罐和攪拌機(jī)之間設(shè)有用于控制水泥供應(yīng)量的螺旋秤，粉煤灰罐和攪拌機(jī)之間設(shè)有用于控制粉煤灰供應(yīng)量的螺旋秤，水池和攪拌機(jī)之間設(shè)有用于控制水供應(yīng)量的水量控制儀。

漿料輸送管含有豎直段和水平段，漿料輸送管的豎直段位于煤礦立井內(nèi)，漿料輸送管的水平段位于井下運(yùn)輸平巷內(nèi)，該制漿設(shè)備還含有儲漿罐，攪拌機(jī)的出料口與儲漿罐的入口連接，儲漿罐的出口與漿料輸送管的豎直段的上端連接。

所述矸石供給設(shè)備含有矸石輸矸通道、矸石緩沖倉、第一矸石傳送皮帶、第二矸石傳送皮帶和第三矸石傳送皮帶，矸石輸矸通道、矸石緩沖倉、第一矸石傳送皮帶、第二矸石傳送皮帶和該第三矸石傳送皮帶均位于地下，地面上的矸石能夠依次經(jīng)過矸石輸矸通道、矸石緩沖倉、第一矸石傳送皮帶、第二矸石傳送皮帶和所述第三矸石傳送皮帶后被輸送至待充支巷。

矸石輸矸通道為豎直狀態(tài)，矸石緩沖倉位于矸石輸矸通道的正下方，矸石輸矸通道的內(nèi)徑為500mm，矸石輸矸通道的內(nèi)壁設(shè)有陶瓷耐磨管，矸石緩沖倉內(nèi)的底部設(shè)有破碎桿，該破碎桿能夠使所述矸石在矸石輸矸通道中自由下落后與該破碎桿碰撞粉碎。

所述矸石供給設(shè)備還含有煤矸分離裝置、矸石儲存?zhèn)}和第四矸石傳送皮帶，煤矸分離裝置、矸石儲存?zhèn)}和第四矸石傳送皮帶均位于矸石緩沖倉的下方，第四矸石傳送皮帶和第二矸石傳送皮帶連接，煤矸分離裝置分離出矸石能夠依次經(jīng)過矸石儲存?zhèn)}和第四矸石傳送皮帶、第二矸石傳送皮帶和所述第三矸石傳送皮帶后被輸送至待充支巷。

第二矸石傳送皮帶位于采區(qū)下山內(nèi)。

高壓軟管能夠彎曲，高壓軟管的一端的直徑為高壓軟管另一端的直徑的2倍至5倍。

該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填方法采用了上述的煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)，該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填方法包括以下步驟：

步驟1、將待充支巷的下出口封堵嚴(yán)密，使高壓軟管的另一端與待充支巷的上出口相對應(yīng)，使該矸石供給設(shè)備的出矸石位置與待充支巷的上出口相對應(yīng)，開啟該制漿設(shè)備和矸石供給設(shè)備，向待充支巷內(nèi)灌注所述漿料和矸石的混合物，直至該混合物充填結(jié)實(shí)頂板為止；

步驟2、使高壓軟管的另一端向外側(cè)的下一個待充支巷移動，使該矸石供給設(shè)備的出矸石位置向外側(cè)的下一個待充支巷移動，重復(fù)步驟1，直至完成所有待充支巷的充填。

本發(fā)明的有益效果是：

1、滿足礦井垂直傳輸以及井下長距離輸送矸石的要求，結(jié)合高水材料流動性和膠結(jié)性好，漿液和矸石在一起滾動中充分混合，運(yùn)用勢能實(shí)現(xiàn)自流，同時省去了攪拌裝置和輸送裝置，整個充填過程不需要額外耗費(fèi)動力，從而實(shí)現(xiàn)充填的連續(xù)性與高效性，充填成本大大降低；

2、因添加一定量的水泥，具有長期的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的粘結(jié)性和抗剪切強(qiáng)度，完全能實(shí)現(xiàn)充填物成型的要求；混合后形成具有初始流速的膏體膠結(jié)物，實(shí)現(xiàn)下山自流充填結(jié)實(shí)頂板，充填效果好，強(qiáng)度高，有效的控制頂板破壞和地表沉降；

3、由于充填速度快，實(shí)現(xiàn)了充填速度大于回采速度，解決了充填制約開采的問題，為工作面的進(jìn)一步開采提效創(chuàng)造了空間；

4、本發(fā)明充填方法即解決了采煤場矸石上井的問題，又解決了地面洗煤廠矸石處理的問題，還解決了電廠粉煤灰的處理問題，改善了礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1是該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)的總體示意圖。

1、水泥罐；2、粉煤灰罐；3、水池；4、攪拌機(jī)；5、儲漿罐；6、煤礦立井；7、漿料輸送管；8、井下運(yùn)輸平巷；9、采區(qū)下山；10、上出口；11、高壓軟管；12、充填工作面；13、待充支巷；14、木板；15、矸石儲存?zhèn)}；16、煤矸分離裝置；17、矸石緩沖倉；18、第一矸石傳送皮帶；19、矸石輸矸通道；20、儲矸場；21、第二矸石傳送皮帶；22、第四矸石傳送皮帶；23、膠帶輸送機(jī)。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)，包括：

制漿設(shè)備，用于將水泥和粉煤灰制成漿料；

矸石供給設(shè)備，能夠向地下的待充支巷13輸送矸石；

漿料輸送管7，用于向地下輸送所述漿料；

高壓軟管11，一端(如圖1中高壓軟管11的左端)與漿料輸送管7連接，另一端(如圖1中高壓軟管11的右端)的位置與待充支巷13相對應(yīng)，高壓軟管11能夠?qū){料輸送管7排出的所述漿料引導(dǎo)至待充支巷13，使所述漿料與矸石在待充支巷13內(nèi)混合成膏體，如圖1所示。

在本實(shí)施例中，所述制漿設(shè)備含有水泥罐1、粉煤灰罐2、水池3和攪拌機(jī)4，水泥罐1中的水泥、粉煤灰罐2中的粉煤灰和水池3中的水能夠進(jìn)入攪拌機(jī)4中混合攪拌從而制成漿料，所述制漿設(shè)備位于地面，如圖1所示。水泥罐1和攪拌機(jī)4之間設(shè)有用于控制水泥供應(yīng)量的螺旋秤，粉煤灰罐2和攪拌機(jī)4之間設(shè)有用于控制粉煤灰供應(yīng)量的螺旋秤，水池3和攪拌機(jī)4之間設(shè)有用于控制水供應(yīng)量的水量控制儀，螺旋秤和水量控制儀均為現(xiàn)有設(shè)備。

在本實(shí)施例中，漿料輸送管7含有豎直段和水平段，漿料輸送管7的豎直段位于煤礦立井6中，漿料輸送管7的水平段位于井下運(yùn)輸平巷8內(nèi)，該制漿設(shè)備還含有儲漿罐5，攪拌機(jī)10的出料口與儲漿罐5的入口連接，儲漿罐5的出口與漿料輸送管7的豎直段的上端連接，如圖1所示。

具體的，并從煤礦立井6中向井下的充填工作面12布置漿料輸送管7；攪拌機(jī)4為雙軸螺旋攪拌機(jī)，儲漿罐5的底部與漿料輸送管7的豎直段的上端連通；通過水泥罐1和粉煤灰灌2底部的螺旋秤，按比例調(diào)節(jié)水泥和粉煤灰進(jìn)入攪拌機(jī)4的給入量，同時通過水池3的水量控制儀按比例調(diào)節(jié)進(jìn)入攪拌機(jī)4的給水量，經(jīng)攪拌機(jī)4的均勻攪拌后制成混合漿料，將混合漿料注入儲漿罐5。在混合漿料中上述材料配比的重量份數(shù)為：水泥25份、粉煤灰25份、水50份。

在本實(shí)施例中，所述矸石供給設(shè)備含有矸石輸矸通道19、矸石緩沖倉17、第一矸石傳送皮帶18、第二矸石傳送皮帶21和第三矸石傳送皮帶(圖中未示，但位置與高壓軟管11的位置基本相同)，矸石輸矸通道19、矸石緩沖倉17、第一矸石傳送皮帶18、第二矸石傳送皮帶21和該第三矸石傳送皮帶均位于地下，地面上的矸石能夠依次經(jīng)過矸石輸矸通道19、矸石緩沖倉17、第一矸石傳送皮帶18、第二矸石傳送皮帶21和所述第三矸石傳送皮帶后被輸送至待充支巷13的上出口10，如圖1所示。

在本實(shí)施例中，矸石輸矸通道19為豎直狀態(tài)，矸石緩沖倉17位于矸石輸矸通道19的正下方，，矸石輸矸通道19的內(nèi)徑為500mm，矸石輸矸通道19的內(nèi)壁設(shè)有陶瓷耐磨管，矸石緩沖倉17內(nèi)的底部設(shè)有破碎桿，該破碎桿能夠使所述矸石在矸石輸矸通道19中自由下落后與該破碎桿碰撞粉碎。所述矸石供給設(shè)備還含有煤矸分離裝置16、矸石儲存?zhèn)}15和第四矸石傳送皮帶22，煤矸分離裝置16、矸石儲存?zhèn)}15和第四矸石傳送皮帶22均位于矸石緩沖倉17的下方，第四矸石傳送皮帶22和第二矸石傳送皮帶21連接，矸石緩沖倉17和矸石儲存?zhèn)}15均為具有一定容積的呈漏斗形結(jié)構(gòu)，煤矸分離裝置16分離出矸石能夠依次經(jīng)過矸石儲存?zhèn)}15和第四矸石傳送皮帶22、第二矸石傳送皮帶21和所述第三矸石傳送皮帶后被輸送至待充支巷13的上出口10，所述漿料與矸石在待充支巷13的上出口10開始混合。

具體的，矸石輸矸通道19的直徑為500mm，并且矸石輸矸通道19內(nèi)壁設(shè)有陶瓷內(nèi)襯耐磨管，第二矸石傳送皮帶21位于采區(qū)下山9內(nèi)。將地面洗煤廠產(chǎn)出的矸石運(yùn)送到儲矸場20，當(dāng)需要進(jìn)行充填時，可以通過地面的膠帶輸送機(jī)23均勻的輸送到矸石輸矸通道19中，矸石輸矸通道19中矸石在自由下落后與矸石緩沖倉17底部的破碎桿碰撞粉碎，使40％以上的矸石破碎成粉末狀，并儲存在矸石緩沖倉17中。高壓軟管11能夠彎曲和擺動，這樣高壓軟管11的另一端在充填完一個待充支巷13后可以移動至另一個待充支巷13的位置進(jìn)行下一次的充填。高壓軟管11的一端的直徑為高壓軟管11另一端的直徑的2倍至5倍，即圖1中高壓軟管11左端的直徑為高壓軟管11右端直徑的2倍至5倍。

一種煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填方法，該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填方法采用了上述的煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填系統(tǒng)，該煤礦采空區(qū)全勢能膏體充填方法包括以下步驟：

步驟1、將充填工作面12的待充支巷13的下出口采用木板14封堵嚴(yán)密，使高壓軟管11的另一端與待充支巷13的上出口10相對應(yīng)，使該矸石供給設(shè)備的出矸石位置(即所述第三矸石傳送皮帶的出料端)與待充支巷13的上出口10相對應(yīng)，開啟該制漿設(shè)備和矸石供給設(shè)備，向待充支巷13內(nèi)灌注所述漿料和矸石的混合物，直至該混合物充填結(jié)實(shí)頂板為止。具體的，儲漿罐5中的混合漿料利用高度差產(chǎn)生的動力形成穩(wěn)定的流量，經(jīng)高壓軟管11后自流輸送到充填工作面12的上出口10，通過待充支巷13的自然坡度進(jìn)行下山自流；同時，矸石緩沖倉17中的矸石粉末用井下的第一矸石傳送皮帶18運(yùn)至采區(qū)下山9；將井下煤矸分離裝置16產(chǎn)生的矸石暫存在矸石儲存?zhèn)}15中，用第四矸石傳送皮帶22運(yùn)至采區(qū)下山9；上述來自井上、井下的矸石在采區(qū)下山的雙層膠帶輸送機(jī)(即第二矸石傳送皮帶21)匯合后，運(yùn)送到充填工作面12的上出口10，通過待充支巷13的自然坡度進(jìn)行向下自溜；混合漿料和矸石在一起滾動中充分混合，在待充支巷13中形成膏體，并由下到上逐步結(jié)實(shí)頂板，完成整個待充支巷13的充填。

步驟2、使高壓軟管11的另一端(如圖中高壓軟管11的右端)向外側(cè)的下一個待充支巷13移動，使該矸石供給設(shè)備的出矸石位置向外側(cè)的下一個待充支巷13移動，重復(fù)步驟1，直至完成所有待充支巷13的充填。即如圖1所示，從右向左一個一個的充填待充支巷13，直至完成所有待充支巷13的充填。

通過上述介紹可知，本發(fā)明的有益效果是：

1、滿足礦井垂直傳輸以及井下長距離輸送矸石的要求，結(jié)合高水材料流動性和膠結(jié)性好，漿液和矸石在一起滾動中充分混合，運(yùn)用勢能實(shí)現(xiàn)自流，同時省去了攪拌裝置和輸送裝置，整個充填過程不需要額外耗費(fèi)動力，從而實(shí)現(xiàn)充填的連續(xù)性與高效性，充填成本大大降低；

2、因添加一定量的水泥，具有長期的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的粘結(jié)性和抗剪切強(qiáng)度，完全能實(shí)現(xiàn)充填物成型的要求；混合后形成具有初始流速的膏體膠結(jié)物，實(shí)現(xiàn)下山自流充填結(jié)實(shí)頂板，充填效果好，強(qiáng)度高，有效的控制頂板破壞和地表沉降；

3、由于充填速度快，實(shí)現(xiàn)了充填速度大于回采速度，解決了充填制約開采的問題，為工作面的進(jìn)一步開采提效創(chuàng)造了空間；

4、本發(fā)明充填方法即解決了采煤場矸石上井的問題，又解決了地面洗煤廠矸石處理的問題，還解決了電廠粉煤灰的處理問題，改善了礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，不能以其限定發(fā)明實(shí)施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。