專利名稱：一種充實(shí)采空區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充填開采法中的充填方法，特別是一種用于充填開采中充實(shí)采空區(qū)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有充填開采法中的充填方法，如公開號為CN101881180A的一種“煤礦工作面似膏體充填方法及檔漿裝置”，該方法是在工作面切頂排支柱上安設(shè)有擋漿裝置，開始充填， 直至似膏體的充填高度與擋漿簾的高度一致，將采空區(qū)高度充實(shí)；充填完成后，當(dāng)似膏體半凝固、不淌漿時(shí)，再進(jìn)行循環(huán)采煤；然后回收擋漿裝置，再回撤切頂排支柱；待工作面達(dá)到一個(gè)充填步距后，按前述工序循環(huán)進(jìn)行。但是，由于充填采空區(qū)時(shí)，液壓支架尾梁占據(jù)一定空間而未能充填，因而存在未充填的采空區(qū)。為了克服未充填采空區(qū)存在，在充填開采方法中，其工作面必須采用仰斜開采方式，切眼沿煤層走向設(shè)置，而且仰斜傾角如果過大，雖然充填效果好，但是機(jī)道煤壁容易發(fā)生片幫，影響安全生產(chǎn)；仰斜傾角如果過小，雖然機(jī)道煤壁發(fā)生片幫的可能性較小，有利于安全生產(chǎn)，但充填效果較差。因此，在平巷充填開采中，采空區(qū)的充實(shí)不完全，使得頂板因跨度大而增大下沉量或垮落，充填工作無法再進(jìn)行，“三下壓煤”也因此而得不到解放。
在現(xiàn)有充填開采方法中所用到的充填設(shè)備有工作面固體充填液壓支架、反四桿式充填液壓支架、六柱式充填液壓支架、自夯式充填液壓支架、擋墻式充填液壓支架以及掩護(hù)式充填液壓支架等。這些充填液壓支架均由前頂梁、后頂梁、底座、立柱、連桿機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和充填隔離機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以及在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)，如對隔離墻的改進(jìn)，有了防漏的充填液壓支架，還有在尾梁下部加一些夯實(shí)機(jī)構(gòu)，具有搗實(shí)機(jī)構(gòu)的充填液壓支架，以及為了更好的支撐頂板，采用六柱式支撐式充填液壓支架，雖然現(xiàn)有設(shè)備種類齊全，設(shè)備改進(jìn)加多，但由于液壓支架的尾梁的存在，以及充填似膏體的凝結(jié)壓縮，均未能實(shí)現(xiàn)采空區(qū)得完全充實(shí)，且下一次充填也未能對其彌補(bǔ)，因此，最終的充填效果很不理想。
在現(xiàn)有充填開采方法中所用到的充填材料均是固體充填材料，即采用礦車、風(fēng)力或其它機(jī)械將固體填料，如廢石、砂石等，輸送到充填采空區(qū)。固體充填由于工序復(fù)雜、采場作業(yè)周期長、采礦強(qiáng)度低和經(jīng)濟(jì)效益差等一些缺點(diǎn)，已不能滿足現(xiàn)代采礦生產(chǎn)強(qiáng)采、強(qiáng)出和強(qiáng)充填的需求。另外水砂充填是利用砂漿泵或自流方式，將選煤廠尾砂、碎石砂石等固-液兩相漿體輸送到井下以充填采空區(qū)。但是由于水砂充填充填體強(qiáng)度不夠，而且非膠結(jié)以致很多礦柱無法回采，資源浪費(fèi)嚴(yán)重被淘汰。
膠結(jié)充填，是將采集和加工的細(xì)砂等惰性材料，如常見的有碎石、河砂、尾砂和戈壁集料，摻入適量的膠凝材料，如水泥和石灰，加水混合攪拌制成漿體或膏體，再沿鉆孔、管等向采空區(qū)輸送和堆放，然后使?jié){體在采空區(qū)中脫去多余的水或不脫水，形成具有一定強(qiáng)度和整體性的充填體，為下一步采礦提供條件。
與水砂充填相比，膠結(jié)充填的充填體強(qiáng)度大，充填速度快，充填量大，工藝簡單。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，膠結(jié)材料類型多元化，加上摻合料的多樣化，使?jié){體、膠體或膏體的成份更加復(fù)雜和多樣，再加上漿體輸送工藝的發(fā)展，使膠結(jié)充填發(fā)展比較成熟。膠結(jié)充填包括尾砂膠結(jié)充填、塊石膠結(jié)充填、高濃度全尾砂膠結(jié)充填、膏體泵送充填、高水速凝充填。其中，膏體充填是充填采礦技術(shù)的發(fā)展方向，所謂膏體充填技術(shù)是將矸石或矸石與碎石的混合料等固體廢物在地面加工成的膏狀漿體，通過管道泵送到井下工作面，適時(shí)充填采空區(qū)的采礦技術(shù)。膏體充填具有充填料漿濃度高，凝固時(shí)間短，充填體壓縮率低，強(qiáng)度高，成本低，充填體易于接頂，充填作業(yè)循環(huán)周期短，有利于采場穩(wěn)定和采礦作業(yè)安全。但由于膏體材料的選擇和配比不合適以及料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，充填管道很容易堵塞。
上述現(xiàn)有的充填方法中，所用到的充填設(shè)備和充填材料，各自均存在不同的不足， 未能夠?qū)崿F(xiàn)充實(shí)所需充實(shí)的空間，因此，發(fā)明一種充填設(shè)備，并且對充填材料重新配置，以及對充填工藝地改善，已經(jīng)成為解決平巷開采中充填不完善迫切需要解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在充填開采法中，因工作面開采傾角較小而所剩充填空間未能完全充實(shí)的問題，并提供一種充實(shí)采空區(qū)的方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的措施是一種充實(shí)采空區(qū)的方法，包括充填采空區(qū)的方法；其所述方法是在充填過程中，待膏體到達(dá)彈性擋板位置時(shí)，由液壓支架尾梁上設(shè)置的推實(shí)裝置往復(fù)推拉彈性擋板，將充填膏體推移到液壓支架后的未充實(shí)采空區(qū)進(jìn)行再次充填；其中所述推實(shí)裝置是在液壓支架尾梁的左端絞接有推移千斤頂，推移千斤頂?shù)挠叶诉B接有彈性擋板；所述充填膏體是按質(zhì)量比為煤矸石粉煤灰；膠結(jié)材料水=45%: 20%: 15%: 20%混合均勻。
在上述技術(shù)方案中，所述彈性擋板是設(shè)置于尾梁末端的1/3處；所述彈性擋板是與尾梁等寬，高度大于尾梁的中空板，并在其中設(shè)置有彈簧；所述彈性擋板往復(fù)推拉的范圍是尾梁右末端的1/3處到尾梁的右末端；所述充填膏體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80% ；所述煤矸石是小于15 mm的原礦井煤矸石；所述小于15 mm的原料煤矸石中小于5 mm的煤矸石占30%—50%; 所述膠結(jié)材料是由85 90%硅酸鹽；2 5%的甲酸鈣，8 10%的膨脹劑混合均勻構(gòu)成；所述膨脹劑是按質(zhì)量比為氯化鈉1. 2% 硫代硫酸鈉1. 5% :拉開粉BX 0. 3% 減水劑JN 0. 4% 氯化銨0. 8% 鋁粉0. 8% 鐵粉95%混合構(gòu)成。
實(shí)施本發(fā)明所提供的一種充實(shí)采空區(qū)的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法是在現(xiàn)有充填采空區(qū)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的再次充實(shí)方法，其主要特點(diǎn)是在充填過程中，待膏體到達(dá)隔離擋板上部位置時(shí)，尾梁上的推移千斤頂來回推拉彈性擋板將膏體推移到支架后面，進(jìn)而對上一充填班未充實(shí)的地方再次充填，特別是對移架后尾梁移走時(shí)所形成的空隙和膏體凝固壓縮所形成的下沉進(jìn)行充填，循環(huán)往復(fù)，下一個(gè)充填班對上一個(gè)充填班依次彌補(bǔ)，最終充實(shí)整個(gè)采空區(qū)，對地表的下沉起到有效的控制。第二是在液壓支架的尾梁上設(shè)置有推實(shí)裝置，用于再次充實(shí)未充實(shí)采空區(qū)(II )，而且推實(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；第三是實(shí)現(xiàn)充實(shí)的膏體材料，該膏體材料采用原礦井原料，經(jīng)過顆粒大小的不同配比，實(shí)現(xiàn)了輸送和控制的便利，而且凝結(jié)速度快，具有一定的膨脹度，接頂效果顯著；該膏體材料還具有彈性模量較大，泊松比較小，壓縮屈服面較大，充填體的承載能力較強(qiáng)，充填體有一定的早期強(qiáng)度，后期強(qiáng)度持續(xù)增加，充填體壓縮率明顯小于沙子、矸石粉和粉煤灰的壓縮率，地表下沉量較小。


圖1是本發(fā)明液壓支架整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的彈性擋板機(jī)構(gòu)仰視圖。
圖中1 頂梁；2 鉸接結(jié)構(gòu)；3 推移千斤頂；4 尾梁；5 前立柱；6 后立柱；7 尾梁千斤頂；8 隔離擋板；9 擋板千斤頂；10 底座；11 彈性擋板；12 推桿；13 彈簧。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的具體施方式作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明實(shí)施本發(fā)明所提供的一種充實(shí)采空區(qū)的方法，是一種在現(xiàn)有充填開采法中充實(shí)采空區(qū)的方法，實(shí)現(xiàn)該方法的思路是通過設(shè)置和設(shè)計(jì)推實(shí)裝置和配置充實(shí)采空區(qū)的膏體材料，以達(dá)到充實(shí)采空區(qū)的目的，具體實(shí)施過程如下為了保證充填開采順利實(shí)施，設(shè)計(jì)專門的綜采液壓充實(shí)支架，這種支架應(yīng)該滿足以下基本要求(1)對工作面采煤作業(yè)空間頂板的支護(hù)作用。與普通綜采工作面對支架的要求一致。采用全部充填，充填開采工作面不出現(xiàn)周期來壓現(xiàn)象，對充填支架工作面阻力要求較小。要求支護(hù)強(qiáng)度為0. 35MPa，支護(hù)工作面阻力為4500KN。(2)對工作面待充填空間頂板的支護(hù)作用。工作面采煤作業(yè)空間與待充填空間支護(hù)共同決定充填前頂?shù)装逡平?，這直接影響到充填前的頂?shù)装逡平?，為給充填創(chuàng)造良好的條件，提高充填控制地表沉陷效果，工作面采煤作業(yè)空間與待充填空間的支護(hù)必須在保證支護(hù)空間安全的同時(shí)，減少充填前的頂?shù)装逡平俊?3)對未凝結(jié)固化的新充填體的保護(hù)作用。充填漿體凝結(jié)固化到能夠自立并有能力對頂?shù)装迤鹨欢ǖ闹巫饔?，防止直接頂板冒落破壞，至少需?h左右，為了提高充填工作面煤炭生產(chǎn)能力，保證充填完成以后即可安排采煤工作，甚至邊采煤邊充填，需要充填支架在保證工作面采煤前移的同時(shí)，能夠繼續(xù)保持對新充填體的支護(hù)作用。(4)隔離作用，即在充填過程中，充填支架起到隔離充填區(qū)的作用，保證充填接頂，防止充填漿料流入工作面而影響生產(chǎn)。(5)便于實(shí)施沿空留巷，要求機(jī)頭、機(jī)尾支架可實(shí)現(xiàn)沿空留巷。
本發(fā)明是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對液壓支架進(jìn)行改進(jìn)的，包括頂梁1、前立柱5、后立柱6、底座10、尾梁4、隔離擋板8、尾梁千斤頂7、擋板千斤頂9以及彈性擋板11。彈性擋板11不僅可以構(gòu)成隔離墻，還可以對尾梁4進(jìn)行有效的支護(hù)，待充填膏體到達(dá)彈性擋板11 上部位置時(shí)，尾梁4上的尾梁千斤頂7來回推拉彈性擋板11，將膏體推到支架后面上部未充實(shí)的地方，特別是在尾梁4上裝有推移膏體后移的尾梁千斤頂7和可伸縮彈性擋板11 ；推移千斤頂3左端與尾梁4左端鉸接，右端連接有彈性擋板11，推移千斤頂3的最大推力為2000KN ’尾梁4上設(shè)有彈性擋板11移動(dòng)的軌道，既方便彈性擋板11的移動(dòng)，又防止彈性擋板11的磨損；支架高度1.6 — 2. 5米，支護(hù)寬度1.4一 1.6米，中心距1.5米，初撐力4470 KN，工作阻力4800 KN，支護(hù)強(qiáng)度0.35 MPa，前立柱初撐力801 KN，工作阻力865 KN，缸徑/柱徑是 0I8O/0I6O，推移千斤頂缸徑/柱徑是0160/0105，后立柱初撐力633 KN，工作阻力670 KN, 缸徑/柱徑是0160/0130，均采用高強(qiáng)度鋼板制作。
充填材料的選擇，對膏體充填材料的力學(xué)性能的試驗(yàn)研究分析，彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也就越大，即材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。與其它類型的充填材料相比，膏體充填材料的彈性模量較大。膏體材料的彈性模量對地表下沉量控制有很大的影響；彈性模量越大，壓縮屈服面越大，充填體承載能力越強(qiáng)，壓縮量就越小，地表下沉量越
孫恒虎教授提出的膏體充填技術(shù)指出了膏體充填材料具有較大的彈性模量和較小的泊松比；充填體有一定的早期強(qiáng)度，后期強(qiáng)度持續(xù)增加；充填體壓縮率明顯小于沙子、 矸石粉和粉煤灰的壓縮率。
粉煤灰在充填材料中發(fā)揮微集料作用，在膠結(jié)料摻量很少的條件下保證膏體具有良好的工藝性能，在保證安全輸送條件下，為提高料漿濃度創(chuàng)造了有利條件，進(jìn)而改善充填體的效果。
煤矸石中主要物相包括石英、高嶺土、白云母、鉀長石和綠泥石等，將煤矸石活化處理，同時(shí)通過材料匹配設(shè)計(jì)，制備性能良好的煤矸石膏體充填材料；制得的煤矸石膏體充填材料的物理性能、力學(xué)性能等均能滿足國家水泥標(biāo)準(zhǔn)要求，可以用于礦區(qū)膏體充填。與水泥混凝土相比，煤矸石膏體充填材料所制備的混凝土具備更好的耐久性。
膏體膠結(jié)料是以普通硅酸鹽水泥為基材，與早凝劑和膨脹劑科學(xué)配制的復(fù)合材料，材料加水混合后，凝結(jié)的初期快速水化成適當(dāng)量的高結(jié)晶水化物一鈣礬石，結(jié)晶水分子容積高達(dá)81. 16%，達(dá)到速凝，早強(qiáng)的效果；凝結(jié)的中期和后期又能夠正常水化生成硅酸鈣凝膠等膠凝物質(zhì)，具有后期強(qiáng)度持續(xù)增長的特點(diǎn)，保證了后期強(qiáng)度的需要。
根據(jù)以上現(xiàn)有資料和技術(shù)，選擇充填材料為煤矸石、粉煤灰、膠結(jié)材料和水，并確定質(zhì)量分?jǐn)?shù)。膏體充填材料制備成可輸送的膏體后，須滿足一定的要求，具有良好的穩(wěn)定性，流動(dòng)性和可塑性，流動(dòng)性是指它能流動(dòng)，且流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生離析，不分層，同時(shí)滿足強(qiáng)度要求，膏體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是關(guān)鍵。增加質(zhì)量分?jǐn)?shù)，膏體的流動(dòng)性降低，不利于輸送，使泵送壓力增加，輸送能力降低，易引起管道堵塞；反之，降低質(zhì)量分?jǐn)?shù)，漿體的流動(dòng)性將改善，使泵送壓力降低，提高輸送能力，但是需要添加激發(fā)劑，工藝過程復(fù)雜。據(jù)文獻(xiàn)，膏體的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80. 91%。綜合考慮以上技術(shù)，以及對新陽礦的實(shí)際分析，將膏體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定為 80%。
粉煤灰含量在10%—15%時(shí)，泌水量大，塌落度好；粉煤灰含量為20%時(shí)，泌水量適中，塌落度好；大于20%時(shí)，塌落度較小。粉煤灰比例升高，塌落度隨之變小，泌水量越來越小，說明增加粉煤灰含量，料漿變濃，泌水少，而整體強(qiáng)度值變化不大，粉煤灰在20%的配比下強(qiáng)度略高?？紤]充填料漿對泌水量、塌落度和強(qiáng)度的要求，料漿濃度為80%時(shí)，粉煤灰配比20%為最佳。
取粉煤灰20%的比例進(jìn)行試驗(yàn)，隨著膠結(jié)材料配比的增加，塌落度隨著增大，料漿流動(dòng)性越來越好，強(qiáng)度隨之增大，膠結(jié)材料15 %時(shí)各方面表現(xiàn)良好。
由此確定合理的料漿配比為膠結(jié)材料15%，粉煤灰20%，煤矸石45%，水20%。 制成的料漿濃度為80%，充填料漿塌落度適中，流動(dòng)性好，泌水量適中，強(qiáng)度大。對應(yīng)每立方米充填體中各種材料用量為膠結(jié)材料；粉煤灰380Kg/nT3 ；煤矸石85^(g/nT3 ； 水 380Kg/m~3。6
膨脹劑的制備，稱量氯化鈉1. 2Kg,硫代硫酸鈉1. 5Kg,拉開粉BXO. 3Kg,減水劑JN 0. 4Kg，氯化銨0. 8Kg，鋁粉0. 8Kg，鐵粉卯Kg，一并放入攪拌機(jī)中攪拌，待攪拌均勻后，放回儲(chǔ)存室，保持環(huán)境干燥。
膠結(jié)材料是由普通硅酸鹽水泥85 90%，甲酸鈣2 5%，膨脹劑8 10%均勻混合而成。其中配置方案1 普通硅酸鹽水泥25^(g，甲酸鈣MKg，膨脹劑30Kg攪拌均勻； 配置方案2 普通硅酸鹽水泥270Kg，甲酸鈣6Kg，膨脹劑MKg攪拌均勻； 配置方案3 普通硅酸鹽水泥^4Kg，甲酸鈣9Kg，膨脹劑27Kg攪拌均勻； 根據(jù)后期實(shí)驗(yàn)分析，方案3為最佳配置方案，早凝和膨脹效果適中，前期管道輸送過程中不會(huì)堵管，而且后期凝結(jié)速度較快，有一定的膨脹性。
矸石作為充填骨料，為了改善料漿的輸送性能并防止離析現(xiàn)象的發(fā)生，需要有合理的粒級組成，才能夠使充填材料既具有良好的流動(dòng)性能，又具有較高的強(qiáng)度性能，因此煤矸石破碎加工有以下要求(1)最大粒度小于15 mm ;(2)小于5 mm顆粒所占比例40%左右， 最少不低于30%，最高不大于50%。其中，本發(fā)明選取的方案之一是0—5 mm煤矸石500Kg， 5—15 mm 500Kg混合；選取的方案之二是0 — 5 mm煤矸石400Kg，5—15 mm 600Kg混合；選取的方案之三是0 — 5 mm煤矸石300Kg，5—15 mm 700Kg，三種方任選混合均勻即可。在小于5 mm顆粒所占比例40%左右時(shí)，即0— 5 mm煤矸石400Kg，5—15 mm 600Kg混合效果最佳。
煤矸石的破碎加工按照0—5 mm,5—15 mm兩種規(guī)格分級、分別存儲(chǔ)，然后按設(shè)計(jì)比例配合使用。充填材料允許矸石粗細(xì)顆粒比例變化范圍較大，為了簡化矸石破碎系統(tǒng)，節(jié)省投資，矸石按0 —15 mm—種規(guī)格加工，加工出來的矸石中需要控制的0— 5 mm顆粒通過調(diào)節(jié)破碎機(jī)出料口大小，改變破碎矸石中0—5 mm比例保證，具體調(diào)節(jié)辦法，在破碎機(jī)安裝調(diào)試期間測定出料口大小與出料中0—5 mm顆粒比重確定。另外，裝載機(jī)司機(jī)裝料時(shí)發(fā)現(xiàn)大塊顆粒比較集中時(shí)，與附近的顆粒較小的矸石搭配使用。矸石從最大粒度300 mm破碎加工到最大粒度15 mm以下，破碎機(jī)的破碎比要達(dá)到20以上，考慮通過破碎機(jī)調(diào)節(jié)0—5 mm顆粒與5— 15 mm顆粒的需要，破碎比將達(dá)到30左右。
矸石、粉煤灰、膠結(jié)材料和水儲(chǔ)存方式是破碎加工好的矸石存放在矸石配料倉， 粉煤灰、配置好的膠結(jié)材料分別存放在各自的圓筒倉內(nèi)，水存放在蓄水池內(nèi)。
按照設(shè)計(jì)的濃度，以及煤矸石、粉煤灰、膠結(jié)材料的比例制備充填漿體，并充分混合均勻，才能保證充填材料流動(dòng)性能、凝結(jié)固化性能，井下回采工作面充填才能夠達(dá)到預(yù)期的覆巖沉陷控制目標(biāo)。根據(jù)材料配比實(shí)驗(yàn)，要使材料流動(dòng)性能穩(wěn)定，充填料漿的質(zhì)量濃度變化幅度要求控制在士0. 5%范圍內(nèi)，必須要求(1)物料(煤矸石、粉煤灰、專用膠結(jié)材料、水) 計(jì)量允許誤差彡1. 0% ；2，水分檢測允許誤差彡0. 5%。
配比攪拌(1)稱料。充填四種材料稱料同時(shí)進(jìn)行，矸石配料倉下設(shè)置四個(gè)放料閘門，每兩個(gè)服務(wù)一臺攪拌機(jī)，配料開始時(shí)四個(gè)放料間門全部打開，將矸石放入稱量皮帶，當(dāng)矸石加量快到達(dá)設(shè)計(jì)值時(shí)，每條計(jì)量皮帶只留一個(gè)間門放料，直到達(dá)到設(shè)計(jì)值，完成矸石稱料后，開動(dòng)稱量皮帶和矸石上料覆式皮帶，將稱好的矸石送到充填樓矸石緩沖斗；粉煤灰、 膠結(jié)料通過螺旋給料機(jī)向各自的稱量斗中加料，水通過水泵從水池向稱量斗內(nèi)供水計(jì)量， 達(dá)到設(shè)計(jì)值即停止計(jì)量。(2)投料。確定攪拌機(jī)的放漿口關(guān)閉，攪拌機(jī)處于空機(jī)狀態(tài)，同時(shí)打開稱量斗和矸石緩沖斗將稱好的四種材料快速投入攪拌機(jī)內(nèi)。投完料后隨即關(guān)閉各稱量斗和矸石緩沖斗閘門。(3)攪拌。充填材料中膠結(jié)材料用量少，需要比一般混凝土更長的攪拌時(shí)間才能制成質(zhì)量良好的充填料漿，每次攪拌時(shí)間設(shè)置為50秒。(4)放漿。攪拌時(shí)間達(dá)到50秒，將攪拌機(jī)放漿口打開，將拌制好的充填料漿放入料漿斗，供充填泵輸送下井。料漿放完以后，隨即關(guān)閉好放漿門。為提高系統(tǒng)制漿能力，在投料完成以后，即進(jìn)行下一循環(huán)稱料工作，上一罐料攪拌機(jī)拌好前，下一循環(huán)已經(jīng)準(zhǔn)備好，如此不斷循環(huán)，直到設(shè)計(jì)任務(wù)全部完成。
高濃度料漿在管道內(nèi)的流速一般控制在1. 5m/s以內(nèi)，漿體的速度過高，料漿流動(dòng)需要克服的水力坡將大，管道磨損速度也快，增大能量消耗，流速過小則充填能力不能滿足生產(chǎn)要求或需要增加充填管道內(nèi)徑。根據(jù)煤礦對充填能力的要求，充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)流速相對較大。采用以煤矸石作為高濃度充填料漿的骨料，輸送阻力相對較小，所以，充填系統(tǒng)流速按以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)在充填泵最大充填能力時(shí)，保證流速1. 8m/s左右。
煤炭開采的充填過程中，首先設(shè)置充填管道，工作面充填管設(shè)置在充填支架后部， 每隔15 20米設(shè)置一布料管。工作面充填管與布料管之間接三通閥，利用三通閥切換控制充填料漿，按照由低向高順序依次進(jìn)行充填。為減少充填管路清洗水對回采工作面和巷道的損壞，工作面兩巷均布置排水管，排水管與工作面充填管快速連接，將清洗水外排。
充填檢查準(zhǔn)備，對井上下檢查、聯(lián)系，確認(rèn)系統(tǒng)正常，設(shè)備完好，管道內(nèi)充滿清水， 并設(shè)定好當(dāng)班充填量后，進(jìn)入灰漿推水，先泵送由粉煤灰和膠接料制成的粉煤灰充填料漿， 將管路內(nèi)清水排出。矸石漿推灰漿，少量粉煤灰充填體料漿不能將管內(nèi)清水全部排出，主要對正常充填的矸石粉煤灰充填料漿起隔離作用，設(shè)計(jì)好的粉煤灰充填料漿將要泵送完時(shí)， 將正常配比的矸石粉煤灰充填料漿放入緩沖料漿斗，繼續(xù)泵送，當(dāng)管內(nèi)出現(xiàn)較濃的粉煤灰料漿時(shí)，切換相關(guān)閘閥，粉煤灰充填料漿流入充填區(qū)，完成灰菜推水過程。同時(shí)利用防塵水將工作面排水管中少量低濃度粉煤灰料漿排到放水巷，避免堵管。
工作面正常充填，首先運(yùn)料巷側(cè)第一個(gè)布料管進(jìn)行充填，充填同時(shí)，將第二根布料管接好，并處于關(guān)閉狀態(tài)。第一個(gè)布料管充填完成后，立即打開第二個(gè)布料管膠管閥，關(guān)閉第一個(gè)布料管，充填液轉(zhuǎn)從第二布料管充填。在第二布料管充填的同時(shí)，接通第三個(gè)布料管，如此重復(fù)。在充填過程中，待膏體到達(dá)彈性擋板11位置時(shí)，尾梁上的推移千斤頂3來回推拉彈性擋板11把膏體推壓到支架后面，對上一充填班未充填的地方再次充填，特別是對移架后尾梁移走時(shí)形成的空隙和膏體凝固壓縮形成的下沉，循環(huán)往復(fù)，下一個(gè)充填班對上一個(gè)充填班再次充填，最終充實(shí)整個(gè)采空區(qū)。
充填區(qū)完成充填的布料管及時(shí)拆除與清洗，清洗完成后，再將布料管聯(lián)接好，待充填任務(wù)完成后，進(jìn)行最后的沖水壓風(fēng)清洗。充填至最后一根布料管充填范圍時(shí)，隨時(shí)分析待充填空間，約110立方米時(shí)及時(shí)通知充填站控制室控制充填量。最后一個(gè)布料管充填接近完成時(shí)，打開工作面主管路末端閥，充滿后關(guān)閉最后的布料管閥。充填的順序由工作面低端向高端依次進(jìn)行，充填到兩個(gè)布料管中間支設(shè)隔離墻時(shí)，兩個(gè)相鄰布料管輪流進(jìn)行充填，切換時(shí)間控制在15 20分鐘內(nèi)，以免因漿體凝固而發(fā)生堵管事故。充填過程中， 須要專人觀察工作面上下兩巷的隔離強(qiáng)受力以及充填體接頂情況，如果充填過程中隔離墻因受力而發(fā)生變形，必須及時(shí)采取措施進(jìn)行處理并向現(xiàn)場跟班隊(duì)長進(jìn)行匯報(bào)；上訴布料管充填順序的控制采用膠管閥切換控制。
充填驗(yàn)收和凝固檢修，充填工作面結(jié)束后，充填體凝固時(shí)間需要4小時(shí)左右，定在檢修班凝固。
新陽煤礦的具體實(shí)施中，工作面充填開采設(shè)計(jì)采用“四六”工作制，每兩班為一個(gè)循環(huán)，在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，一班采煤并對沿空留巷巷道進(jìn)行支護(hù)、下一班充填。采煤班設(shè)計(jì)每班三刀，采煤機(jī)截深0. 8米，有效進(jìn)尺0. 7米/刀，三刀進(jìn)尺2米計(jì)算，所以兩個(gè)采煤班日進(jìn)尺為4米/天。正常工作面長度100米，采高2. 15米，按照煤密度1. 35噸/立方米，工作面采出率95%，年工作330天考慮，一個(gè)工作面日產(chǎn)量為1103噸/天，年產(chǎn)量36. 4萬噸/年， 滿足計(jì)劃要求。每年將處理大量的矸石及粉煤灰，顯著減少矸石、粉煤灰對環(huán)境的污染，減少矸石、粉煤灰處理所占用的土地。實(shí)現(xiàn)村莊下開采，避免工農(nóng)矛盾。新陽礦其它村莊保護(hù)煤柱也可推廣應(yīng)用充填技術(shù)進(jìn)行開采。充填開采技術(shù)可以推廣應(yīng)用到集團(tuán)其他各礦，解決各礦三下壓煤的開采問題和充不實(shí)問題，進(jìn)而推廣應(yīng)用到全國其他礦區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種充實(shí)采空區(qū)的方法，包括充填采空區(qū)的方法；其所述方法是在充填過程中，待充填膏體到達(dá)彈性擋板(11)位置時(shí)，由液壓支架尾梁(4)上設(shè)置的推實(shí)裝置往復(fù)推拉彈性擋板(11 )，將充填膏體推移到液壓支架后的未充實(shí)采空區(qū)(II)進(jìn)行再次充填；所述推實(shí)裝置是在液壓支架尾梁(4 )的左端絞接有推移千斤頂(3 )，推移千斤頂(3 )的右端連接有彈性擋板(11);所述充填膏體是按質(zhì)量比為煤矸石粉煤灰膠結(jié)材料水=45%: 20%: 15%: 20%混合均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述彈性擋板(11)是設(shè)置于尾梁右末端的1/3處。
3.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述彈性擋板(11)是寬度與尾梁相同， 高度大于尾梁的中空板，并在其中設(shè)置有彈簧(13)。
4.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述彈性擋板(11)往復(fù)推拉的范圍是尾梁右末端的1/3處到尾梁的右末端。
5.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述充填膏體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%。
6.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述煤矸石是小于15mm的原礦井煤矸石。
7.如權(quán)利要求6所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述小于15mm的原料煤矸石中小于5 mm 的煤矸石占30%—50%。
8.如權(quán)利要求1所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述膠結(jié)材料是按質(zhì)量比為85 90%硅酸鹽；2 5%的甲酸鈣，8 10%的膨脹劑混合均勻構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的充實(shí)采空區(qū)的方法，其所述膨脹劑是按質(zhì)量比為氯化鈉1.2% 硫代硫酸鈉1. 5% 拉開粉BX 0. 3% 減水劑JN 0. 4% 氯化銨0. 8% 鋁粉0. 8% 鐵粉95%混合構(gòu)成。
全文摘要
一種充實(shí)采空區(qū)的方法是在充填過程中，待充填膏體到達(dá)彈性擋板位置時(shí)，由液壓支架尾梁上設(shè)置的推實(shí)裝置往復(fù)推拉彈性擋板，將充填膏體推移到液壓支架后的未充實(shí)采空區(qū)進(jìn)行再次充填；所述推實(shí)裝置是在液壓支架尾梁的左端絞接有推移千斤頂，推移千斤頂?shù)挠叶诉B接有彈性擋板；所述充填膏體是按質(zhì)量比為煤矸石粉煤灰膠結(jié)材料水=45%:20%:15%:20%混合均勻。本發(fā)明在液壓支架尾梁上設(shè)置的推實(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；充填膏體材料通過顆粒大小及其含量的不同配比，輸送和控制便利，而且凝結(jié)速度快，具有一定的膨脹性，接頂效果良好，有效地控制了地表下沉。
文檔編號E21D23/04GK102493839SQ201110413329
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月10日
發(fā)明者馮國瑞, 郭曉彥, 高鴻宇 申請人:太原理工大學(xué)