一种薄与极薄煤层湿喷充填工艺及设备.pdf

本发明公开了一种薄与极薄煤层湿喷充填工艺及设备，根据薄与极薄煤层井下开采实际工况，在主巷道或硐室内将井下作业产生的矸石破碎，与沙、水泥搅拌混合后制备成充填干料，并通过文丘里喷射设备输送至顺槽，在顺槽内对充填干料进行加湿处理并采用高压气体输送至采空区进行气力充填作业。该充填工艺及设备在主巷道或硐室内进行充填干料的制备，减少了顺槽工作面的空间占用，同时采用气力输送设备分级输送充填干料与充填潮料，耗能低、设备配置便捷、占用空间小，尤其适用于薄与极薄煤层井下工况，而且将矸石作为充填主料，能有效降低煤矿充填成本与运输成本，对实现煤矿绿色开采具有重要的实际意义。

1.  一种薄与极薄煤层湿喷充填工艺，其特征在于：包括如下步骤：
a．将干物料混合输送配套设备置于主巷道或硐室内，利用矸石破碎机（1）将井下作业产生的矸石破碎成30 ~ 50mm粒径的矸石颗粒；
b．通过与矸石破碎机（1）相连的搅拌输送设备（2）将破碎后的矸石与沙子、水泥按2：1：0.5的质量比混合搅拌制成充填干料，并输送给巷道用文丘里喷射器（3）；
c．巷道用文丘里喷射器（3）利用空气压缩机（4）提供的高压气体将混合好的充填干料气力输送至顺槽内的加湿搅拌设备（6）中；
d．加湿搅拌设备（6）将主巷道输送来的充填干料通过水雾喷头（6-2）加湿后，由搅拌输送叶片（6-1）做进一步搅拌，制成充填潮料后输送给顺槽用文丘里喷射器（7），通过空气压缩机（4）输送充填干料的气体进入加湿搅拌设备（6）后经过除尘罩（6-3）除尘除湿处理后，由抽气泵（6-4）送回通风系统；
e．将顺槽湿喷充填配套设备置于顺槽内，顺槽用文丘里喷射器（7）将加湿搅拌设备（6）输送来的充填潮料输送至混合物料喷头（9），同时通过速凝剂箱（8）向混合物料喷头（9）输送速凝剂；
f．打开速凝剂阀和高压气体通路，经混合物料喷头（9）将充填潮料与水、速凝剂混合并经高压气体加压后喷射到高度为0.65～1.3m薄煤层狭小的采空区进行充填作业。

2.  一种实现权利要求1所述工艺的薄与极薄煤层湿喷充填设备，其特征在于：它包括干料混合输送配套设备、与干料混合输送配套设备相连的顺槽湿喷充填配套设备；
所述的干料混合输送配套设备包括布设在主巷道或硐室内的矸石破碎机（1）、搅拌输送设备（2）、巷道用文丘里喷射器（3），矸石破碎机（1）与搅拌输送设备（2）相连，搅拌输送设备（2）与巷道用文丘里喷射器（3）相连，巷道用文丘里喷射器（3）的入口端与通风系统中的空气压缩机（4）相连；
所述的顺槽湿喷充填配套设备包括布置在顺槽内的补气增压装置（5）、加湿搅拌设备（6）、顺槽用文丘里喷射器（7）和速凝剂箱（8）；所述的补气增压装置（5）设置在巷道用文丘里喷射器（3）和加湿搅拌设备（6）之间的输送管路上，补气增压装置（5）的入口经管路分别分与巷道用文丘里喷射器（3）和空气压缩机（4）的出口相连，补气增压装置（5）的出口与加湿搅拌设备（6）的入口相连，所述的顺槽用文丘里喷射器（7）与加湿搅拌设备（6）相连，加湿搅拌设备（6）的出料口与顺槽用文丘里喷射器（7）的入口相连，加湿搅拌设备（6）的出气口与通风系统相连，由通风系统中的空气压缩机（4）提供高压气体，顺槽用文丘里喷射器（7）、速凝剂箱（8）、水路和高压空气管路分别与设有采空区的物料混合喷头（9）相连，所述的物料混合喷头（9）包括充填潮料入口、速凝剂入口和高压气体入口，物料混合喷头（9）的充填潮料入口与顺槽用文丘里喷射器（7）相连，物料混合喷头（9）的速凝剂入口与速凝剂箱（8）相连，物料混合喷头（9）的高压气体入口与通风系统中的空气压缩机（4）相连。

3.  根据权利要求2所述的薄与极薄煤层湿喷充填设备，其特征在于：所述的加湿搅拌设备（6）包括多个搅拌输送叶片（6-1）、水雾喷头（6-2）、除尘罩（6-3）和抽气泵（6-4），水雾喷头（6-2）设在搅拌输送叶片（6-1）的上部，除尘罩（6-3）设在水雾喷头（6-2）上部，除尘罩（6-3）上部一侧设有经输气管道与通风系统相连的抽气泵（6-4）。

一种薄与极薄煤层湿喷充填工艺及设备
技术领域
本发明涉及一种开采充填工艺及设备，尤其是一种适用于薄与极薄开采煤层湿喷充填工艺及设备。
背景技术
随着采煤机械化程度的不断提高以及煤矿大规模的开采，大多数煤矿的中厚煤层资源已接近枯竭，因此越来越多的煤矿企业将目光转向煤层厚度小于1.3米的薄与极薄煤层的开采。由于薄与极薄煤层井下工作环境较中厚煤层而言更为恶劣，狭小的工作空间让传统的充填设备很难进入采空区内部，从而造成了充填作业成本高、充填不全面、占用井下空间大、存在安全隐患等缺点。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种薄与极薄煤层湿喷充填工艺及设备，以解决薄与极薄煤层湿喷充填过程中设备进出不便、充填不完全等问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的薄与极薄煤层湿喷充填工艺，包括如下步骤：
a.将干物料混合输送配套设备置于主巷道或硐室内，利用矸石破碎机将井下作业产生的矸石破碎成30～50mm粒径的矸石颗粒；
b.通过与矸石破碎机相连的搅拌输送设备将破碎后的矸石与沙子、水泥按2：1：0.5的质量比混合搅拌制成充填干料，并输送给巷道用文丘里喷射器；
c.巷道用文丘里喷射器利用空气压缩机提供的高压气体将混合好的充填干料气力输送至顺槽内的加湿搅拌设备中；
d.加湿搅拌设备将主巷道输送来的充填干料通过水雾喷头加湿后，由搅拌输送叶片做进一步搅拌，制成充填潮料后输送给顺槽用文丘里喷射器，通过空气压缩机输送充填干料的气体进入加湿搅拌设备后经过除尘罩除尘除湿处理后，由抽气泵送回通风系统；
e.将顺槽湿喷充填配套设备置于顺槽内，顺槽用文丘里喷射器将加湿搅拌设备输送来的充填潮料输送至混合物料喷头，同时通过速凝剂箱向混合物料喷头输送速凝剂；
f.打开速凝剂阀和高压气体通路，经混合物料喷头将充填潮料与水、速凝剂混合并经高压气体加压后喷射到高度为0.65～1.3薄煤层狭小的采空区进行充填作业。
一种实现上述工艺的薄与极薄煤层湿喷充填设备，包括干料混合输送配套设备、与干料混合输送配套设备相连的顺槽湿喷充填配套设备；
所述的干料混合输送配套设备包括布设在主巷道或硐室内的矸石破碎机、搅拌输送设备、巷道用文丘里喷射器，矸石破碎机与搅拌输送设备相连，搅拌输送设备与巷道用文丘里喷射器相连，巷道用文丘里喷射器的入口端与通风系统中的空气压缩机相连；
所述的顺槽湿喷充填配套设备包括布置在顺槽内的补气增压装置、加湿搅拌设备、顺槽用文丘里喷射器和速凝剂箱；所述的补气增压装置设置在巷道用文丘里喷射器和加湿搅拌设备之间的输送管路上，补气增压装置的入口经管路分别分与巷道用文丘里喷射器和空气压缩机的出口相连，补气增压装置的出口与加湿搅拌设备的入口相连，所述的顺槽用文丘里喷射器与加湿搅拌设备相连，加湿搅拌设备的出料口与顺槽用文丘里喷射器的入口相连，加湿搅拌设备的出气口与通风系统相连，由通风系统中的空气压缩机提供高压气体，顺槽用文丘里喷射器、速凝剂箱、水路和高压空气管路分别与设有采空区的物料混合喷头相连，所述的物料混合喷头包括充填潮料入口、速凝剂入口和高压气体入口，物料混合喷头的充填潮料入口与顺槽用文丘里喷射器相连，物料混合喷头的速凝剂入口与速凝剂箱相连，物料混合喷头的高压气体入口与通风系统中的空气压缩机相连。
所述的加湿搅拌设备包括多个搅拌输送叶片、水雾喷头、除尘罩和抽气泵，水雾喷头设在搅拌输送叶片的上部，除尘罩设在水雾喷头上部，除尘罩上部一侧设有经输气管道与通风系统相连的抽气泵。
有益效果：本发明尤其适用于厚度为0.65～1.3m薄与极薄开采煤层的湿喷充填，与现有技术相比具有如下优点：
1、采用气力输送系统进行物料的输送，设备配置便捷，利用空气压缩机提供的高压气体，以气力输送管道代替传统的皮带运输机和刮板输送机，具有占用井下空间小的优点，而且将矸石作为充填主料，能有效降低煤矿充填成本与运输成本，对实现煤矿绿色开采具有重要的实际意义；
2、主巷道、顺槽、采空区输送或喷射的物料依次为干物料、潮物料、湿物料，以该工艺取代传统的直接输送潮湿物料工艺，可以极大地降低物料在输送过程中的能耗；
3、干物料混合输送系统置于主巷道或硐室内，湿喷作业系统置于顺槽内，特别适用于薄与极薄煤层狭小的工作条件；
4、加湿搅拌设备上设置有采气装置，可以收集运输干物料所排出的气体并将其送回通风系统，实现井下空气的二次利用。
附图说明
图1是本发明的薄与极薄煤层湿喷充填工艺设备布置示意图。
图2是加湿搅拌设备结构示意图。
图中：1、矸石破碎机，2、搅拌输送设备，3、巷道用文丘里喷射器，4、空气压缩机，5、补气增压装置，6、加湿搅拌设备，6-1、搅拌输送叶片，6-2、水雾喷头，6-3、除尘罩，6-4、抽气泵，7、顺槽用文丘里喷射器，8、速凝剂箱，9、物料混合喷头。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的薄与极薄煤层湿喷充填工艺，具体步骤如下：
a.将干物料混合输送配套设备置于主巷道或硐室内，利用矸石破碎机1将井下作业产生的矸石破碎成30～50mm粒径的矸石颗粒；
b.通过与矸石破碎机1相连的搅拌输送设备2将破碎后的矸石与沙子、水泥按2：1：0.5的质量比混合搅拌制成充填干料，并输送给巷道用文丘里喷射器3；
c.巷道用文丘里喷射器3利用空气压缩机4提供的高压气体将混合好的充填干料气力输送至顺槽内的加湿搅拌设备6中，设置在巷道用文丘里喷射器3和加湿搅拌设备6之间的补气增压装置5为充填干料的输送补充动力；
d.加湿搅拌设备6将主巷道输送来的充填干料通过水雾喷头6-2加湿后，由搅拌输送叶片6-1做进一步搅拌，制成充填潮料后输送给顺槽用文丘里喷射器7，通过空气压缩机4输送充填干料的气体进入加湿搅拌设备6后经过除尘罩6-3除尘除湿处理后，由抽气泵6-4送回通风系统；
e.顺槽用文丘里喷射器7将加湿搅拌设备6输送来的充填潮料输送至混合物料喷头9，同时通过速凝剂箱8向混合物料喷头9输送速凝剂；
f.打开速凝剂阀和高压气体通路，经混合物料喷头9将充填潮料与水、速凝剂混合并经高压气体加压后喷射到高度为0.65～1.3m薄与极薄煤层狭小的采空区进行充填作业。
如图1所示，本发明的薄与极薄煤层湿喷充填设备，主要由干料混合输送配套设备、与干料混合输送配套设备相连的顺槽湿喷充填配套设备构成，针对薄与极薄煤层狭小的工作条件，将干物料混合输送配套设备置于主巷道或硐室内，将顺槽湿喷充填配套设备置于顺槽内；
所述的干料混合输送配套设备包括布设在主巷道或硐室内的矸石破碎机1、搅拌输送设备2、巷道用文丘里喷射器3，矸石破碎机1与搅拌输送设备2相连，搅拌输送设备2与巷道 用文丘里喷射器3相连，巷道用文丘里喷射器3的入口端与通风系统中的空气压缩机4相连；矸石破碎机1具有入料口与出料口，出料口与搅拌输送设备2的矸石入料口相连，搅拌输送设备2具有矸石入料口、沙子入料口、水泥入料口以及充填干料出口，所述矸石入料口、沙子入料口与水泥入料口可按比例投放矸石、沙子与水泥，
所述的顺槽湿喷充填配套设备包括布置在顺槽内的补气增压装置5、加湿搅拌设备6、顺槽用文丘里喷射器7和速凝剂箱8；所述的补气增压装置5设置在巷道用文丘里喷射器3和加湿搅拌设备6之间的输送管路上，补气增压装置5的入口经管路分别分与巷道用文丘里喷射器3和空气压缩机4的出口相连，补气增压装置5的出口与加湿搅拌设备6的入口相连，所述的顺槽用文丘里喷射器7与加湿搅拌设备6相连，加湿搅拌设备6的出料口与顺槽用文丘里喷射器7的入口相连，加湿搅拌设备6的出气口与通风系统相连，由通风系统中的空气压缩机4提供高压气体，顺槽用文丘里喷射器7、速凝剂箱8、水路和高压空气管路分别与设有采空区的物料混合喷头9相连，所述的物料混合喷头9包括充填潮料入口、速凝剂入口和高压气体入口，物料混合喷头9的充填潮料入口与顺槽用文丘里喷射器7相连，物料混合喷头9的速凝剂入口与速凝剂箱8相连，物料混合喷头9的高压气体入口与通风系统中的空气压缩机4相连。
如图2所示，所述的加湿搅拌设备6包括多个搅拌输送叶片6-1、水雾喷头6-2、除尘罩6-3和抽气泵6-4，水雾喷头6-2设在搅拌输送叶片6-1的上部，除尘罩6-3设在水雾喷头6-2上部，除尘罩6-3上部一侧设有经输气管道与通风系统相连的抽气泵6-4。
在顺槽内布置有加湿搅拌设备6，所述加湿搅拌设备6配套有补气增压装置5、顺槽用文丘里喷射器7、速凝剂箱8和喷头9，所述补气增压装置5设置在巷道用文丘里喷射器3和加湿搅拌设备6之间的输送管路上，所述顺槽用文丘里喷射器7与加湿搅拌设备6相连，并由通风系统中的空气压缩机4提供高压气体，所述喷头9具有喷嘴、充填潮料入口、速凝剂入口和高压气体入口，喷头9的充填潮料入口与顺槽用文丘里喷射器7相连，喷头9的速凝剂入口与速凝剂箱8相连，喷头9的高压气体入口与通风系统中的空气压缩机4相连。
如图2所示，加湿搅拌设备6由搅拌输送叶片6-1、水雾喷头6-2、除尘罩6-3和抽气泵6-4组成，抽气泵6-4出口通过输气管道与通风系统相连。
将井下作业产生的矸石通过气力输送充填到采空区，在气力输送途中设置的补气增压装置5的个数根据充填干料输送管道长短而确定，以保证输送充填干料所需的动力为准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发 明的保护范围。