本發(fā)明屬于煤礦開采，涉及一種綜采工作面架后密集柱式充填方法。

背景技術(shù)：

1、煤礦綜采工作面長(zhǎng)臂架后充填開采技術(shù)是一種在采煤過程中，同時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填的技術(shù)。其主要目的是減少地表下沉，提高煤炭資源回收率，同時(shí)降低采煤對(duì)環(huán)境的影響。該技術(shù)通常使用矸石、粉煤灰等固體廢棄物作為充填材料，通過管道輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填。目前，煤礦綜采工作面架后充填主要包括架后固體充填和架后膏體充填兩種充填方案。

2、一、煤礦綜采工作面架后固體充填

3、該充填方案指的是把矸石等固體物料，用機(jī)械的方式輸送到井下，適時(shí)充填采空區(qū)，固體材料充填物在頂板下沉壓實(shí)過程中支撐控制采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)的采煤方法。由于固體矸石充填體壓縮率較大，不接頂，地面巖層移動(dòng)變形難以控制，無法達(dá)到地表建（構(gòu)）筑物的防護(hù)等級(jí)要求，一般以解決矸石處置為主，對(duì)“三下”壓煤開采需要采用專用自夯式充填支架，投資較大，適應(yīng)性不強(qiáng)，地表沉陷變形難以滿足建（構(gòu)）筑物保護(hù)等級(jí)要求。

4、二、煤礦綜采工作面架后膏體充填

5、?該充填方案利用充填支架提供采煤和充填的空間，在正規(guī)工作面開采的同時(shí)，依靠充填管道和架后的擋漿板對(duì)后方的采空區(qū)實(shí)施充填。充填膏體是有破碎后的煤矸石、粉煤灰、水泥以及一些添加劑加水?dāng)嚢韬笾瞥傻?。充填液壓支架與常規(guī)綜采支架不同，充填支架除支護(hù)頂板外，還得提供充填作業(yè)空間，是用于充填法采煤工作面的特種液壓支架。充填支架可以是新設(shè)置的特種液壓支架，也可以是利用現(xiàn)有支架加工改造成具有后支撐的液壓支架。

6、三、現(xiàn)有的綜采工作面架后充填開采技術(shù)存在的問題

7、1）無論是固體充填還是膏體充填均需要專用的充填支架配合才能完成充填作業(yè)。對(duì)于大部分煤礦，現(xiàn)有使用的綜采支架基本上為普通支架，新購(gòu)充填支架或者改造現(xiàn)有支架均需要投入較大的費(fèi)用（有時(shí)接近上億元的投入）。

8、2）對(duì)于固體充填，矸石充填體壓縮率較大，不接頂，地面巖層移動(dòng)變形難以控制，無法達(dá)到地表建（構(gòu)）筑物的防護(hù)等級(jí)要求。

9、3）對(duì)于膏體充填，雖然地表變形相對(duì)于固體充填效果要好，但是，膏體制備成本高（需要大量的水泥或其他膠凝材料）。除此以外，架后膏體充填還有如下缺點(diǎn)：

10、①充填與采煤工藝相互交叉，工作面投入人員多。由于膏體凝固達(dá)到一定強(qiáng)度前需要一段時(shí)間，該段時(shí)間內(nèi)，綜采支架無法移架。因此，嚴(yán)重影響工作面推進(jìn)速度，進(jìn)而限制了工作面的生產(chǎn)能力，僅能達(dá)到原有產(chǎn)能的30%~40%。

11、②膏體輸送極易發(fā)生管路堵塞問題，處理不及時(shí)將造成管路報(bào)廢。造成重復(fù)投資，影響生產(chǎn)。目前多通過使用前后管道沖洗來減少堵塞，因此增加了充填準(zhǔn)備時(shí)間和管路沖洗廢水的收集和清理問題。

12、綜上所述，現(xiàn)有的煤礦綜采工作面架后充填開采技術(shù)仍然有諸多缺陷，如何實(shí)現(xiàn)綜采工作面充填開采的安全、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保，仍需更先進(jìn)的充填開采工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種綜采工作面架后密集柱式充填方法；本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

2、一種綜采工作面架后密集柱式充填方法，沿著綜采工作面排布有若干綜采液壓支架，在綜采液壓支架后面的采空區(qū)內(nèi)布置多個(gè)架后充填機(jī)器人進(jìn)行充填作業(yè)；架后充填機(jī)器人底部設(shè)有行走機(jī)構(gòu)；架后充填機(jī)器人與綜采液壓支架相鄰；綜采液壓支架向前移架后，使用架后充填機(jī)器人制作充填柱體，若干充填柱體呈矩陣式均布支撐在采空區(qū)內(nèi)，對(duì)移架后相應(yīng)位置的采空區(qū)進(jìn)行充填，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)采空區(qū)實(shí)現(xiàn)密集充填支撐；

3、制作充填柱體是通過架后充填機(jī)器人先將柔膜袋撐開，通過控制壓縮空氣將矸石粉料加注至柔膜袋內(nèi)；將矸石粉料注入填滿之后，達(dá)到接頂?shù)母叨?；然后再向柔膜袋?nèi)注入膠結(jié)料，用于粘結(jié)凝固，形成充填柱體。

4、進(jìn)一步的，將5-12個(gè)綜采液壓支架劃分為1組，每1組配備1個(gè)架后充填機(jī)器人。

5、進(jìn)一步的，在礦井地面或井下建設(shè)矸石破碎站，將矸石多級(jí)破碎制備成矸石粉料；矸石粉料被運(yùn)輸至工作面順槽口，等待充填使用。

6、更進(jìn)一步，矸石破碎站連接有垂直落料管，在井下設(shè)置有矸石成品倉(cāng)，垂直落料管的底端與矸石成品倉(cāng)連接，破碎后的矸石通過垂直落料管儲(chǔ)存于矸石成品倉(cāng)；矸石成品倉(cāng)與皮帶輸送機(jī)的入料口連接；皮帶輸送機(jī)的落料口設(shè)置在工作面順槽口處。

7、進(jìn)一步的，矸石粉料的粒徑＜3mm。

8、進(jìn)一步的，充填柱體的柱體直徑為1.0m~1.2m。

9、進(jìn)一步的，在綜采液壓支架后部設(shè)置有軌道；軌道與綜采液壓支架底座連接，架后充填機(jī)器人底部滑動(dòng)連接在軌道上。

10、進(jìn)一步的，架后充填機(jī)器人為垂直包裝機(jī)。

11、進(jìn)一步的，架后充填機(jī)器人包括底座和垂直連接在底座上的框架立柱；框架立柱一側(cè)連接有儲(chǔ)卷支架，框架立柱另一側(cè)設(shè)置有連接有切割撐袋組件和模具筒結(jié)構(gòu)，所述切割撐袋組件位于框架立柱頂部，切割撐袋組件包括水平支架、傳動(dòng)滾筒、封邊機(jī)、可伸縮刀頭、液壓拉桿、液壓推桿、上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條；傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接在水平支架上，儲(chǔ)卷支架上轉(zhuǎn)動(dòng)套接有柔膜袋儲(chǔ)卷，柔膜袋儲(chǔ)卷上的柔膜袋被傳動(dòng)滾筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中輸送至框架立柱另一側(cè)；

12、水平支架兩側(cè)均設(shè)置有滑軌，封邊機(jī)滑動(dòng)連接在靠近柔膜袋儲(chǔ)卷一側(cè)的滑軌上，可伸縮刀頭滑動(dòng)連接在遠(yuǎn)離柔膜袋儲(chǔ)卷一側(cè)的滑軌上；水平支架固定連接有激光測(cè)距感應(yīng)器；柔膜袋在傳動(dòng)的過程中，到達(dá)設(shè)定的位置，激光測(cè)距感應(yīng)器通過控制器將信號(hào)傳遞給封邊機(jī)對(duì)此處的柔膜袋封邊，柔膜袋繼續(xù)向前行進(jìn)，封邊的一端一直延伸至框架立柱的底部；

13、上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條位于可伸縮刀頭后側(cè)，上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條上分布有膠液噴出口，水平支架底部連接有儲(chǔ)膠箱，儲(chǔ)膠箱通過管路與泵與膠液噴出口連接；上粘結(jié)鋼條位于水平傳動(dòng)的柔膜袋上部，下粘結(jié)鋼條位于水平傳動(dòng)的柔膜袋下部；且上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條分別設(shè)置在液壓拉桿的兩端；液壓拉桿與立桿鉸接，立桿與液壓推桿連接；在柔膜袋移動(dòng)的過程中，液壓拉桿將上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條撐開，且泵不工作，當(dāng)柔膜袋移動(dòng)到相應(yīng)位置時(shí)，液壓拉桿將上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條貼合，泵開始工作，上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條將柔膜袋兩側(cè)粘結(jié)，當(dāng)粘結(jié)鋼條與拉出部分柔膜帶粘牢后，由傳動(dòng)滾筒后面安裝的可伸縮刀頭通過沿滑軌運(yùn)動(dòng)，將拉出部分的柔膜與柔膜帶儲(chǔ)卷分離；液壓推桿推動(dòng)立桿向前伸出，在柔膜袋重力的作用下，液壓拉桿由豎直狀轉(zhuǎn)動(dòng)成水平狀，并且液壓拉桿再將上粘結(jié)鋼條和下粘結(jié)鋼條相互拉開，進(jìn)而將柔膜袋撐開；

14、模具筒結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)活動(dòng)半圓金屬桶和水平液壓推桿；兩個(gè)活動(dòng)半圓金屬桶一端通過轉(zhuǎn)軸鉸接，兩個(gè)活動(dòng)半圓金屬桶的一側(cè)均鉸接有一個(gè)水平液壓推桿，水平液壓推桿連接在框架立柱上；安裝于框架立柱上的水平液壓推桿將兩個(gè)活動(dòng)半圓金屬桶推出，由打開狀態(tài)形成閉合狀態(tài)將撐開的柔膜袋包裹，此時(shí)架后充填機(jī)器人處于等待充填狀態(tài)，矸石粉料充填至柔膜袋內(nèi)，再將a/b雙液膠結(jié)材料充填至柔膜袋內(nèi)矸石粉料間隙中，最后形成膠結(jié)狀態(tài)；當(dāng)柔膜袋內(nèi)的充填體膠結(jié)凝固后，水平液壓推桿收縮，將兩個(gè)活動(dòng)半圓金屬桶拉回。

15、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果為：

16、1、解決了架后充填工作對(duì)專業(yè)充填支架的依賴，節(jié)約了充填成本。

17、2、充填速度快，能及時(shí)接頂并形成最終強(qiáng)度，解決了采充銜接問題，實(shí)現(xiàn)了采充速度匹配。

18、3、不需要管路輸送結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有充填管路輸送方式中管路防堵、清洗等難題，以及管路輸送受限于充填工業(yè)泵能力的問題。

19、4、通過采用架后充填機(jī)器人作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了架后充填作業(yè)無人化、自動(dòng)化，大大提高了充填安全性，并降低了充填人員工作強(qiáng)度和充填作業(yè)成本。解決現(xiàn)有煤礦綜采工作面架后充填開采工藝工序復(fù)雜，準(zhǔn)備及輔助作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工作面存在充填體潰漏安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。

20、5、通過對(duì)順槽側(cè)面沿空兩排充填柱間空間的充注可同時(shí)實(shí)現(xiàn)沿空留巷作業(yè)，大大節(jié)約沿空留巷成本。