一种充实采空区的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110413329.7

申请日:

2011.12.10

公开号:

CN102493839A

公开日:

2012.06.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||著录事项变更IPC(主分类):E21F 15/06变更事项:发明人变更前:冯国瑞 郭晓彦 高鸿宇变更后:冯国瑞 郭晓彦 高鸿宇 戚庭野 郭育霞 张玉江 郭军 康立勋 韩玉林|||实质审查的生效IPC(主分类):E21F 15/06申请日:20111210|||公开

IPC分类号:

E21F15/06; E21D23/04; E21D23/16

主分类号:

E21F15/06

申请人:

太原理工大学

发明人:

冯国瑞; 郭晓彦; 高鸿宇

地址:

030024 山西省太原市迎泽西大街79号

优先权:

专利代理机构:

太原科卫专利事务所(普通合伙) 14100

代理人:

戎文华

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内容摘要

一种充实采空区的方法是在充填过程中,待充填膏体到达弹性挡板位置时,由液压支架尾梁上设置的推实装置往复推拉弹性挡板,将充填膏体推移到液压支架后的未充实采空区进行再次充填;所述推实装置是在液压支架尾梁的左端绞接有推移千斤顶,推移千斤顶的右端连接有弹性挡板;所述充填膏体是按质量比为煤矸石:粉煤灰:胶结材料:水=45%:20%:15%:20%混合均匀。本发明在液压支架尾梁上设置的推实装置结构简单,操作方便;充填膏体材料通过颗粒大小及其含量的不同配比,输送和控制便利,而且凝结速度快,具有一定的膨胀性,接顶效果良好,有效地控制了地表下沉。

权利要求书

1: 一种充实采空区的方法, 包括充填采空区的方法 ; 其所述方法是在充填过程中, 待 充填膏体到达弹性挡板 (11) 位置时, 由液压支架尾梁 (4) 上设置的推实装置往复推拉弹性 挡板 (11) , 将充填膏体推移到液压支架后的未充实采空区 (Ⅱ) 进行再次充填 ; 所述推实装置是在液压支架尾梁 (4) 的左端绞接有推移千斤顶 (3) , 推移千斤顶 (3) 的 右端连接有弹性挡板 (11) ; 所述充填膏体是按质量比为煤矸石 : 粉煤灰 : 胶结材料 : 水 = 45%:20%:15%: 20% 混合 均匀。
2: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述弹性挡板 (11) 是设置于尾梁右末端 的 1/3 处。
3: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述弹性挡板 (11) 是宽度与尾梁相同, 高度大于尾梁的中空板, 并在其中设置有弹簧 (13) 。
4: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述弹性挡板 (11) 往复推拉的范围是尾 梁右末端的 1/3 处到尾梁的右末端。
5: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述充填膏体的质量分数为 80%。
6: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述煤矸石是小于 15 ㎜的原矿井煤矸 石。
7: 如权利要求 6 所述的充实采空区的方法, 其所述小于 15 ㎜的原料煤矸石中小于 5 ㎜ 的煤矸石占 30%— 50%。
8: 如权利要求 1 所述的充实采空区的方法, 其所述胶结材料是按质量比为 85 ~ 90% 硅 酸盐 ; 2 ~ 5% 的甲酸钙, 8 ~ 10% 的膨胀剂混合均匀构成。
9: 如权利要求 8 所述的充实采空区的方法, 其所述膨胀剂是按质量比为氯化钠 1.2% : 硫代硫酸钠 1.5% : 拉开粉 BX 0.3% : 减水剂 JN 0.4% : 氯化铵 0.8% : 铝粉 0.8% : 铁粉 95% 混 合构成。

说明书


一种充实采空区的方法

    技术领域 本发明涉及一种充填开采法中的充填方法, 特别是一种用于充填开采中充实采空 区的方法。
     背景技术 现有充填开采法中的充填方法, 如公开号为 CN101881180A 的一种 “煤矿工作面似 膏体充填方法及档浆装置” , 该方法是在工作面切顶排支柱上安设有挡浆装置, 开始充填, 直至似膏体的充填高度与挡浆帘的高度一致, 将采空区高度充实 ; 充填完成后, 当似膏体半 凝固、 不淌浆时, 再进行循环采煤 ; 然后回收挡浆装置, 再回撤切顶排支柱 ; 待工作面达到 一个充填步距后, 按前述工序循环进行。但是, 由于充填采空区时, 液压支架尾梁占据一定 空间而未能充填, 因而存在未充填的采空区。 为了克服未充填采空区存在, 在充填开采方法 中, 其工作面必须采用仰斜开采方式, 切眼沿煤层走向设置, 而且仰斜倾角如果过大, 虽然 充填效果好, 但是机道煤壁容易发生片帮, 影响安全生产 ; 仰斜倾角如果过小, 虽然机道煤 壁发生片帮的可能性较小, 有利于安全生产, 但充填效果较差。 因此, 在平巷充填开采中, 采 空区的充实不完全, 使得顶板因跨度大而增大下沉量或垮落, 充填工作无法再进行, “三下 压煤” 也因此而得不到解放。
     在现有充填开采方法中所用到的充填设备有工作面固体充填液压支架、 反四杆式 充填液压支架、 六柱式充填液压支架、 自夯式充填液压支架、 挡墙式充填液压支架以及掩护 式充填液压支架等。这些充填液压支架均由前顶梁、 后顶梁、 底座、 立柱、 连杆机构、 液压系 统和充填隔离机构构成, 以及在此基础上的改进, 如对隔离墙的改进, 有了防漏的充填液压 支架, 还有在尾梁下部加一些夯实机构, 具有捣实机构的充填液压支架, 以及为了更好的支 撑顶板, 采用六柱式支撑式充填液压支架, 虽然现有设备种类齐全, 设备改进加多, 但由于 液压支架的尾梁的存在, 以及充填似膏体的凝结压缩, 均未能实现采空区得完全充实, 且下 一次充填也未能对其弥补, 因此, 最终的充填效果很不理想。
     在现有充填开采方法中所用到的充填材料均是固体充填材料, 即采用矿车、 风力 或其它机械将固体填料, 如废石、 砂石等, 输送到充填采空区。固体充填由于工序复杂、 采 场作业周期长、 采矿强度低和经济效益差等一些缺点 , 已不能满足现代采矿生产强采、 强 出和强充填的需求。另外水砂充填是利用砂浆泵或自流方式 , 将选煤厂尾砂、 碎石砂石等 固 - 液两相浆体输送到井下以充填采空区。 但是由于水砂充填充填体强度不够 , 而且非胶 结以致很多矿柱无法回采 , 资源浪费严重被淘汰。
     胶结充填, 是将采集和加工的细砂等惰性材料, 如 常见的有碎石、 河砂、 尾砂和戈 壁集料, 掺入适量的胶凝材料, 如水泥和石灰, 加水混合搅拌制成浆体或膏体, 再沿钻孔、 管 等向采空区输送和堆放 , 然后使浆体在采空区中脱去多余的水或不脱水, 形成具有一定强 度和整体性的充填体, 为下一步采矿提供条件。
     与水砂充填相比, 胶结充填的充填体强度大, 充填速度快, 充填量大, 工艺简单。 随着材料科学的发展, 胶结材料类型多元化, 加上掺合料的多样化, 使浆体、 胶体或膏体的
     成份更加复杂和多样, 再加上浆体输送工艺的发展, 使胶结充填发展比较成熟。 胶结充填包 括尾砂胶结充填、 块石胶结充填、 高浓度全尾砂胶结充填、 膏体泵送充填、 高水速凝充填。 其 中, 膏体充填是充填采矿技术的发展方向, 所谓膏体充填技术是将矸石或矸石与碎石的混 合料等固体废物在地面加工成的膏状浆体, 通过管道泵送到井下工作面, 适时充填采空区 的采矿技术。膏体充填具有充填料浆浓度高, 凝固时间短, 充填体压缩率低, 强度高, 成本 低, 充填体易于接顶, 充填作业循环周期短, 有利于采场稳定和采矿作业安全。但由于膏体 材料的选择和配比不合适以及料浆质量分数较高, 充填管道很容易堵塞。
     上述现有的充填方法中, 所用到的充填设备和充填材料, 各自均存在不同的不足, 未能够实现充实所需充实的空间, 因此, 发明一种充填设备, 并且对充填材料重新配置, 以 及对充填工艺地改善, 已经成为解决平巷开采中充填不完善迫切需要解决的问题。 发明内容
     本发明要解决的技术问题是在充填开采法中, 因工作面开采倾角较小而所剩充填 空间未能完全充实的问题, 并提供一种充实采空区的方法。
     为了解决上述问题, 本发明所采取的措施是一种充实采空区的方法, 包括充填采 空区的方法 ; 其所述方法是在充填过程中, 待膏体到达弹性挡板位置时, 由液压支架尾梁上 设置的推实装置往复推拉弹性挡板, 将充填膏体推移到液压支架后的未充实采空区进行再 次充填 ; 其中 : 所述推实装置是在液压支架尾梁的左端绞接有推移千斤顶, 推移千斤顶的右端连接有 弹性挡板 ; 所述充填膏体是按质量比为煤矸石 : 粉煤灰 ; 胶结材料 : 水 = 45%:20%:15%: 20% 混合 均匀。
     在上述技术方案中, 所述弹性挡板是设置于尾梁末端的 1/3 处 ; 所述弹性挡板是 与尾梁等宽, 高度大于尾梁的中空板, 并在其中设置有弹簧 ; 所述弹性挡板往复推拉的范围 是尾梁右末端的 1/3 处到尾梁的右末端 ; 所述充填膏体的质量分数为 80% ; 所述煤矸石是小 于 15 ㎜的原矿井煤矸石 ; 所述小于 15 ㎜的原料煤矸石中小于 5 ㎜的煤矸石占 30%—50%; 所述胶结材料是由 85 ~ 90% 硅酸盐 ; 2 ~ 5% 的甲酸钙, 8 ~ 10% 的膨胀剂混合均匀构成 ; 所 述膨胀剂是按质量比为氯化钠 1.2% : 硫代硫酸钠 1.5% : 拉开粉 BX 0.3% : 减水剂 JN 0.4% : 氯化铵 0.8% : 铝粉 0.8% : 铁粉 95% 混合构成。
     实施本发明所提供的一种充实采空区的方法, 与现有技术相比, 本发明方法是在 现有充填采空区方法的基础上, 进行的再次充实方法, 其主要特点是在充填过程中, 待膏 体到达隔离挡板上部位置时, 尾梁上的推移千斤顶来回推拉弹性挡板将膏体推移到支架后 面, 进而对上一充填班未充实的地方再次充填, 特别是对移架后尾梁移走时所形成的空隙 和膏体凝固压缩所形成的下沉进行充填, 循环往复, 下一个充填班对上一个充填班依次弥 补, 最终充实整个采空区, 对地表的下沉起到有效的控制。 第二是在液压支架的尾梁上设置 有推实装置, 用于再次充实未充实采空区 (Ⅱ) , 而且推实装置结构简单, 操作方便 ; 第三是 实现充实的膏体材料, 该膏体材料采用原矿井原料, 经过颗粒大小的不同配比, 实现了输送 和控制的便利, 而且凝结速度快, 具有一定的膨胀度, 接顶效果显著 ; 该膏体材料还具有弹 性模量较大, 泊松比较小, 压缩屈服面较大, 充填体的承载能力较强, 充填体有一定的早期强度, 后期强度持续增加, 充填体压缩率明显小于沙子、 矸石粉和粉煤灰的压缩率, 地表下 沉量较小。 附图说明 图 1 是本发明液压支架整体结构示意图 ; 图 2 是本发明的弹性挡板机构仰视图。
     图中 : 1: 顶梁 ; 2: 铰接结构 ; 3: 推移千斤顶 ; 4: 尾梁 ; 5: 前立柱 ; 6: 后立柱 ; 7: 尾 梁千斤顶 ; 8: 隔离挡板 ; 9: 挡板千斤顶 ; 10 : 底座 ; 11 : 弹性挡板 ; 12 : 推杆 ; 13 : 弹簧。
     具体实施方式
     下面对本发明的具体施方式作出进一步的详细说明 : 实施本发明所提供的一种充实采空区的方法, 是一种在现有充填开采法中充实采空区 的方法, 实现该方法的思路是通过设置和设计推实装置和配置充实采空区的膏体材料, 以 达到充实采空区的目的, 具体实施过程如下 : 为了保证充填开采顺利实施, 设计专门的综采液压充实支架, 这种支架应该满足以下 基本要求 : (1) 对工作面采煤作业空间顶板的支护作用。与普通综采工作面对支架的要求 一致。 采用全部充填, 充填开采工作面不出现周期来压现象, 对充填支架工作面阻力要求较 小。要求支护强度为 0.35MPa, 支护工作面阻力为 4500KN。 (2) 对工作面待充填空间顶板的 支护作用。工作面采煤作业空间与待充填空间支护共同决定充填前顶底板移近量, 这直接 影响到充填前的顶底板移近量, 为给充填创造良好的条件, 提高充填控制地表沉陷效果, 工 作面采煤作业空间与待充填空间的支护必须在保证支护空间安全的同时, 减少充填前的顶 底板移近量。 (3) 对未凝结固化的新充填体的保护作用。充填浆体凝结固化到能够自立并 有能力对顶底板起一定的支撑作用, 防止直接顶板冒落破坏, 至少需要 4h 左右, 为了提高 充填工作面煤炭生产能力, 保证充填完成以后即可安排采煤工作, 甚至边采煤边充填, 需要 充填支架在保证工作面采煤前移的同时, 能够继续保持对新充填体的支护作用。 (4) 隔离作 用, 即在充填过程中, 充填支架起到隔离充填区的作用, 保证充填接顶, 防止充填浆料流入 工作面而影响生产。 (5) 便于实施沿空留巷, 要求机头、 机尾支架可实现沿空留巷。
     本发明是在现有技术的基础上, 对液压支架进行改进的, 包括顶梁 1、 前立柱 5、 后 立柱 6、 底座 10、 尾梁 4、 隔离挡板 8、 尾梁千斤顶 7、 挡板千斤顶 9 以及弹性挡板 11。弹性挡 板 11 不仅可以构成隔离墙, 还可以对尾梁 4 进行有效的支护, 待充填膏体到达弹性挡板 11 上部位置时, 尾梁 4 上的尾梁千斤顶 7 来回推拉弹性挡板 11, 将膏体推到支架后面上部未充 实的地方, 特别是在尾梁 4 上装有推移膏体后移的尾梁千斤顶 7 和可伸缩弹性挡板 11 ; 推移千斤顶 3 左端与尾梁 4 左端铰接, 右端连接有弹性挡板 11, 推移千斤顶 3 的最大推 力为 2000KN ; 尾梁 4 上设有弹性挡板 11 移动的轨道, 既方便弹性挡板 11 的移动, 又防止弹 性挡板 11 的磨损 ; 支架高度 1.6— 2.5 米, 支护宽度 1.4— 1.6 米, 中心距 1.5 米, 初撑力 4470 KN, 工作 阻力 4800 KN, 支护强度 0.35 MPa, 前立柱初撑力 801 KN, 工作阻力 865 KN, 缸径 / 柱径是 ø180/ø160, 推移千斤顶缸径 / 柱径是 ø160/ø105, 后立柱初撑力 633 KN, 工作阻力 670 KN, 缸径 / 柱径是 ø160/ø130, 均采用高强度钢板制作。充填材料的选择, 对膏体充填材料的力学性能的试验研究分析, 弹性模量可视为 衡量材料产生弹性变形难易程度的指标, 其值越大, 使材料发生一定弹性变形的应力也就 越大, 即材料刚度越大, 亦即在一定应力作用下, 发生弹性变形越小。 与其它类型的充填材 料相比, 膏体充填材料的弹性模量较大。膏体材料的弹性模量对地表下沉量控制有很大的 影响 ; 弹性模量越大, 压缩屈服面越大, 充填体承载能力越强, 压缩量就越小, 地表下沉量越 小。
     孙恒虎教授提出的膏体充填技术指出了膏体充填材料具有较大的弹性模量和较 小的泊松比 ; 充填体有一定的早期强度, 后期强度持续增加 ; 充填体压缩率明显小于沙子、 矸石粉和粉煤灰的压缩率。
     粉煤灰在充填材料中发挥微集料作用, 在胶结料掺量很少的条件下保证膏体具有 良好的工艺性能, 在保证安全输送条件下, 为提高料浆浓度创造了有利条件, 进而改善充填 体的效果。
     煤矸石中主要物相包括石英、 高岭土、 白云母、 钾长石和绿泥石等, 将煤矸石活化 处理, 同时通过材料匹配设计, 制备性能良好的煤矸石膏体充填材料 ; 制得的煤矸石膏体充 填材料的物理性能、 力学性能等均能满足国家水泥标准要求, 可以用于矿区膏体充填。 与水 泥混凝土相比, 煤矸石膏体充填材料所制备的混凝土具备更好的耐久性。
     膏体胶结料是以普通硅酸盐水泥为基材 , 与早凝剂和膨胀剂科学配制的复合材 料, 材料加水混合后, 凝结的初期快速水化成适当量的高结晶水化物—钙矾石, 结晶水分子 容积高达 81.16%, 达到速凝, 早强的效果 ; 凝结的中期和后期又能够正常水化生成硅酸钙 凝胶等胶凝物质, 具有后期强度持续增长的特点, 保证了后期强度的需要。
     根据以上现有资料和技术, 选择充填材料为煤矸石、 粉煤灰、 胶结材料和水, 并确 定质量分数。膏体充填材料制备成可输送的膏体后, 须满足一定的要求, 具有良好的稳定 性, 流动性和可塑性, 流动性是指它能流动, 且流动时不产生离析, 不分层, 同时满足强度要 求, 膏体的质量分数是关键。增加质量分数, 膏体的流动性降低, 不利于输送, 使泵送压力 增加, 输送能力降低, 易引起管道堵塞 ; 反之, 降低质量分数, 浆体的流动性将改善, 使泵送 压力降低, 提高输送能力, 但是需要添加激发剂, 工艺过程复杂。据文献, 膏体的临界质量 分数为 80.91%。综合考虑以上技术, 以及对新阳矿的实际分析, 将膏体的质量分数确定为 80%。
     粉煤灰含量在 10%— 15%时, 泌水量大, 塌落度好 ; 粉煤灰含量为 20%时, 泌水量 适中, 塌落度好 ; 大于 20%时, 塌落度较小。粉煤灰比例升高, 塌落度随之变小, 泌水量越来 越小, 说明增加粉煤灰含量, 料浆变浓, 泌水少, 而整体强度值变化不大, 粉煤灰在 20%的配 比下强度略高。考虑充填料浆对泌水量、 塌落度和强度的要求, 料浆浓度为 80%时, 粉煤灰 配比 20%为最佳。
     取粉煤灰 20%的比例进行试验, 随着胶结材料配比的增加, 塌落度随着增大, 料浆 流动性越来越好, 强度随之增大, 胶结材料 15%时各方面表现良好。
     由此确定合理的料浆配比为 : 胶结材料 15%, 粉煤灰 20%, 煤矸石 45%, 水 20%。 制成的料浆浓度为 80%, 充填料浆塌落度适中, 流动性好, 泌水量适中, 强度大。 对应每立方 米充填体中各种材料用量为 : 胶结材料 285Kg/m^3 ; 粉煤灰 380Kg/m^3 ; 煤矸石 855Kg/m^3 ; 水 380Kg/m^3。膨胀剂的制备, 称量氯化钠 1.2Kg, 硫代硫酸钠 1.5Kg, 拉开粉 BX0.3Kg, 减水剂 JN 0.4Kg, 氯化铵 0.8Kg, 铝粉 0.8Kg, 铁粉 95Kg, 一并放入搅拌机中搅拌, 待搅拌均匀后, 放回 储存室, 保持环境干燥。
     胶结材料是由普通硅酸盐水泥 85 ~ 90%, 甲酸钙 2 ~ 5%, 膨胀剂 8 ~ 10% 均匀混 合而成。其中 : 配置方案 1 : 普通硅酸盐水泥 255Kg, 甲酸钙 15Kg, 膨胀剂 30Kg 搅拌均匀 ; 配置方案 2 : 普通硅酸盐水泥 270Kg, 甲酸钙 6Kg, 膨胀剂 24Kg 搅拌均匀 ; 配置方案 3 : 普通硅酸盐水泥 264Kg, 甲酸钙 9Kg, 膨胀剂 27Kg 搅拌均匀 ; 根据后期实验分析, 方案 3 为最佳配置方案, 早凝和膨胀效果适中, 前期管道输送过程 中不会堵管, 而且后期凝结速度较快, 有一定的膨胀性。
     矸石作为充填骨料, 为了改善料浆的输送性能并防止离析现象的发生, 需要有合 理的粒级组成, 才能够使充填材料既具有良好的流动性能, 又具有较高的强度性能, 因此煤 矸石破碎加工有以下要求 : (1) 最大粒度小于 15 ㎜ ; (2) 小于 5 ㎜颗粒所占比例 40% 左右, 最少不低于 30%, 最高不大于 50%。其中, 本发明选取的方案之一是 : 0— 5 ㎜煤矸石 500Kg, 5—15 ㎜ 500Kg 混合 ; 选取的方案之二是 : 0—5 ㎜煤矸石 400Kg, 5—15 ㎜ 600Kg 混合 ; 选取 的方案之三是 : 0—5 ㎜煤矸石 300Kg, 5—15 ㎜ 700Kg, 三种方任选混合均匀即可。在小于 5 ㎜颗粒所占比例 40% 左右时, 即 0— 5 ㎜煤矸石 400Kg, 5— 15 ㎜ 600Kg 混合效果最佳。 煤矸石的破碎加工按照 0—5 ㎜、 5—15 ㎜两种规格分级、 分别存储, 然后按设计比 例配合使用。 充填材料允许矸石粗细颗粒比例变化范围较大, 为了简化矸石破碎系统, 节省 投资, 矸石按 0— 15 ㎜一种规格加工, 加工出来的矸石中需要控制的 0— 5 ㎜颗粒通过调节 破碎机出料口大小, 改变破碎矸石中 0— 5 ㎜比例保证, 具体调节办法, 在破碎机安装调试 期间测定出料口大小与出料中 0—5 ㎜颗粒比重确定。 另外, 装载机司机装料时发现大块颗 粒比较集中时, 与附近的颗粒较小的矸石搭配使用。矸石从最大粒度 300 ㎜破碎加工到最 大粒度 15 ㎜以下, 破碎机的破碎比要达到 20 以上, 考虑通过破碎机调节 0—5 ㎜颗粒与 5— 15 ㎜颗粒的需要, 破碎比将达到 30 左右。
     矸石、 粉煤灰、 胶结材料和水储存方式是 : 破碎加工好的矸石存放在矸石配料仓, 粉煤灰、 配置好的胶结材料分别存放在各自的圆筒仓内, 水存放在蓄水池内。
     按照设计的浓度, 以及煤矸石、 粉煤灰、 胶结材料的比例制备充填浆体, 并充分混 合均匀, 才能保证充填材料流动性能、 凝结固化性能, 井下回采工作面充填才能够达到预期 的覆岩沉陷控制目标。 根据材料配比实验, 要使材料流动性能稳定, 充填料浆的质量浓度变 化幅度要求控制在 ±0.5% 范围内, 必须要求 : (1) 物料 (煤矸石、 粉煤灰、 专用胶结材料、 水) 计量允许误差≤ 1.0% ; 2, 水分检测允许误差≤ 0.5%。
     配比搅拌 : (1) 称料。充填四种材料称料同时进行, 矸石配料仓下设置四个放料闸 门, 每两个服务一台搅拌机, 配料开始时四个放料闸门全部打开, 将矸石放入称量皮带, 当 矸石加量快到达设计值时, 每条计量皮带只留一个闸门放料, 直到达到设计值, 完成矸石称 料后, 开动称量皮带和矸石上料覆式皮带, 将称好的矸石送到充填楼矸石缓冲斗 ; 粉煤灰、 胶结料通过螺旋给料机向各自的称量斗中加料, 水通过水泵从水池向称量斗内供水计量, 达到设计值即停止计量。 (2) 投料。确定搅拌机的放浆口关闭, 搅拌机处于空机状态, 同时 打开称量斗和矸石缓冲斗将称好的四种材料快速投入搅拌机内。 投完料后随即关闭各称量
     斗和矸石缓冲斗闸门。 (3) 搅拌。充填材料中胶结材料用量少, 需要比一般混凝土更长的搅 拌时间才能制成质量良好的充填料浆, 每次搅拌时间设置为 50 秒。 (4) 放浆。搅拌时间达 到 50 秒, 将搅拌机放浆口打开, 将拌制好的充填料浆放入料浆斗, 供充填泵输送下井。料浆 放完以后, 随即关闭好放浆门。为提高系统制浆能力, 在投料完成以后, 即进行下一循环称 料工作, 上一罐料搅拌机拌好前, 下一循环已经准备好, 如此不断循环, 直到设计任务全部 完成。
     高浓度料浆在管道内的流速一般控制在 1.5m/s 以内, 浆体的速度过高, 料浆流动 需要克服的水力坡将大, 管道磨损速度也快, 增大能量消耗, 流速过小则充填能力不能满足 生产要求或需要增加充填管道内径。根据煤矿对充填能力的要求, 充填系统设计流速相对 较大。采用以煤矸石作为高浓度充填料浆的骨料, 输送阻力相对较小, 所以, 充填系统流速 按以下原则进行设计 : 在充填泵最大充填能力时, 保证流速 1.8m/s 左右。
     煤炭开采的充填过程中, 首先设置充填管道, 工作面充填管设置在充填支架后部, 每隔 15 ~ 20 米设置一布料管。工作面充填管与布料管之间接三通阀, 利用三通阀切换控 制充填料浆, 按照由低向高顺序依次进行充填。为减少充填管路清洗水对回采工作面和巷 道的损坏, 工作面两巷均布置排水管, 排水管与工作面充填管快速连接, 将清洗水外排。 充填检查准备, 对井上下检查、 联系, 确认系统正常, 设备完好, 管道内充满清水, 并设定好当班充填量后, 进入灰浆推水, 先泵送由粉煤灰和胶接料制成的粉煤灰充填料浆, 将管路内清水排出。 矸石浆推灰浆, 少量粉煤灰充填体料浆不能将管内清水全部排出, 主要 对正常充填的矸石粉煤灰充填料浆起隔离作用, 设计好的粉煤灰充填料浆将要泵送完时, 将正常配比的矸石粉煤灰充填料浆放入缓冲料浆斗, 继续泵送, 当管内出现较浓的粉煤灰 料浆时, 切换相关闸阀, 粉煤灰充填料浆流入充填区, 完成灰浆推水过程。同时利用防尘水 将工作面排水管中少量低浓度粉煤灰料浆排到放水巷, 避免堵管。
     工作面正常充填, 首先运料巷侧第一个布料管进行充填, 充填同时, 将第二根布料 管接好, 并处于关闭状态。第一个布料管充填完成后, 立即打开第二个布料管胶管阀, 关闭 第一个布料管, 充填液转从第二布料管充填。在第二布料管充填的同时, 接通第三个布料 管, 如此重复。在充填过程中, 待膏体到达弹性挡板 11 位置时, 尾梁上的推移千斤顶 3 来回 推拉弹性挡板 11 把膏体推压到支架后面, 对上一充填班未充填的地方再次充填, 特别是对 移架后尾梁移走时形成的空隙和膏体凝固压缩形成的下沉, 循环往复, 下一个充填班对上 一个充填班再次充填, 最终充实整个采空区。
     充填区完成充填的布料管及时拆除与清洗, 清洗完成后, 再将布料管联接 好, 待充填任务完成后, 进行最后的冲水压风清洗。充填至最后一根布料管充填范围时, 随 时分析待充填空间, 约 110 立方米时及时通知充填站控制室控制充填量。最后一个布料管 充填接近完成时, 打开工作面主管路末端阀, 充满后关闭最后的布料管阀。 充填的顺序由工 作面低端向高端依次进行, 充填到两个布料管中间支设隔离墙时, 两个相邻布料管轮流进 行充填, 切换时间控制在 15 ~ 20 分钟内, 以免因浆体凝固而发生堵管事故。充填过程中, 须要专人观察工作面上下两巷的隔离强受力以及充填体接顶情况, 如果充填过程中隔离墙 因受力而发生变形, 必须及时采取措施进行处理并向现场跟班队长进行汇报 ; 上诉布料管 充填顺序的控制采用胶管阀切换控制。
     充填验收和凝固检修, 充填工作面结束后, 充填体凝固时间需要 4 小时左右, 定在
     检修班凝固。
     新阳煤矿的具体实施中, 工作面充填开采设计采用 “四六” 工作制, 每两班为一个 循环, 在一个循环内, 一班采煤并对沿空留巷巷道进行支护、 下一班充填。采煤班设计每班 三刀, 采煤机截深 0.8 米, 有效进尺 0.7 米 / 刀, 三刀进尺 2 米计算, 所以两个采煤班日进尺 为 4 米 / 天。正常工作面长度 100 米, 采高 2.15 米, 按照煤密度 1.35 吨 / 立方米, 工作面 采出率 95%, 年工作 330 天考虑, 一个工作面日产量为 1103 吨 / 天, 年产量 36.4 万吨 / 年, 满足计划要求。每年将处理大量的矸石及粉煤灰, 显著减少矸石、 粉煤灰对环境的污染, 减 少矸石、 粉煤灰处理所占用的土地。实现村庄下开采, 避免工农矛盾。新阳矿其它村庄保护 煤柱也可推广应用充填技术进行开采。充填开采技术可以推广应用到集团其他各矿, 解决 各矿三下压煤的开采问题和充不实问题, 进而推广应用到全国其他矿区。

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1、10申请公布号CN102493839A43申请公布日20120613CN102493839ACN102493839A21申请号201110413329722申请日20111210E21F15/06200601E21D23/04200601E21D23/1620060171申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号72发明人冯国瑞郭晓彦高鸿宇74专利代理机构太原科卫专利事务所普通合伙14100代理人戎文华54发明名称一种充实采空区的方法57摘要一种充实采空区的方法是在充填过程中,待充填膏体到达弹性挡板位置时,由液压支架尾梁上设置的推实装置往复推拉弹性挡板,将充填膏体推移到液压。

2、支架后的未充实采空区进行再次充填;所述推实装置是在液压支架尾梁的左端绞接有推移千斤顶,推移千斤顶的右端连接有弹性挡板;所述充填膏体是按质量比为煤矸石粉煤灰胶结材料水45201520混合均匀。本发明在液压支架尾梁上设置的推实装置结构简单,操作方便;充填膏体材料通过颗粒大小及其含量的不同配比,输送和控制便利,而且凝结速度快,具有一定的膨胀性,接顶效果良好,有效地控制了地表下沉。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图1页1/1页21一种充实采空区的方法,包括充填采空区的方法;其所述方法是在充填过程中,待充填膏体到达弹。

3、性挡板(11)位置时,由液压支架尾梁(4)上设置的推实装置往复推拉弹性挡板(11),将充填膏体推移到液压支架后的未充实采空区()进行再次充填;所述推实装置是在液压支架尾梁(4)的左端绞接有推移千斤顶(3),推移千斤顶(3)的右端连接有弹性挡板(11);所述充填膏体是按质量比为煤矸石粉煤灰胶结材料水45201520混合均匀。2如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述弹性挡板(11)是设置于尾梁右末端的1/3处。3如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述弹性挡板(11)是宽度与尾梁相同,高度大于尾梁的中空板,并在其中设置有弹簧(13)。4如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述弹性挡板(11。

4、)往复推拉的范围是尾梁右末端的1/3处到尾梁的右末端。5如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述充填膏体的质量分数为80。6如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述煤矸石是小于15的原矿井煤矸石。7如权利要求6所述的充实采空区的方法,其所述小于15的原料煤矸石中小于5的煤矸石占3050。8如权利要求1所述的充实采空区的方法,其所述胶结材料是按质量比为8590硅酸盐;25的甲酸钙,810的膨胀剂混合均匀构成。9如权利要求8所述的充实采空区的方法,其所述膨胀剂是按质量比为氯化钠12硫代硫酸钠15拉开粉BX03减水剂JN04氯化铵08铝粉08铁粉95混合构成。权利要求书CN102493839A1。

5、/7页3一种充实采空区的方法技术领域0001本发明涉及一种充填开采法中的充填方法,特别是一种用于充填开采中充实采空区的方法。背景技术0002现有充填开采法中的充填方法,如公开号为CN101881180A的一种“煤矿工作面似膏体充填方法及档浆装置”,该方法是在工作面切顶排支柱上安设有挡浆装置,开始充填,直至似膏体的充填高度与挡浆帘的高度一致,将采空区高度充实;充填完成后,当似膏体半凝固、不淌浆时,再进行循环采煤;然后回收挡浆装置,再回撤切顶排支柱;待工作面达到一个充填步距后,按前述工序循环进行。但是,由于充填采空区时,液压支架尾梁占据一定空间而未能充填,因而存在未充填的采空区。为了克服未充填采空。

6、区存在,在充填开采方法中,其工作面必须采用仰斜开采方式,切眼沿煤层走向设置,而且仰斜倾角如果过大,虽然充填效果好,但是机道煤壁容易发生片帮,影响安全生产;仰斜倾角如果过小,虽然机道煤壁发生片帮的可能性较小,有利于安全生产,但充填效果较差。因此,在平巷充填开采中,采空区的充实不完全,使得顶板因跨度大而增大下沉量或垮落,充填工作无法再进行,“三下压煤”也因此而得不到解放。0003在现有充填开采方法中所用到的充填设备有工作面固体充填液压支架、反四杆式充填液压支架、六柱式充填液压支架、自夯式充填液压支架、挡墙式充填液压支架以及掩护式充填液压支架等。这些充填液压支架均由前顶梁、后顶梁、底座、立柱、连杆机。

7、构、液压系统和充填隔离机构构成,以及在此基础上的改进,如对隔离墙的改进,有了防漏的充填液压支架,还有在尾梁下部加一些夯实机构,具有捣实机构的充填液压支架,以及为了更好的支撑顶板,采用六柱式支撑式充填液压支架,虽然现有设备种类齐全,设备改进加多,但由于液压支架的尾梁的存在,以及充填似膏体的凝结压缩,均未能实现采空区得完全充实,且下一次充填也未能对其弥补,因此,最终的充填效果很不理想。0004在现有充填开采方法中所用到的充填材料均是固体充填材料,即采用矿车、风力或其它机械将固体填料,如废石、砂石等,输送到充填采空区。固体充填由于工序复杂、采场作业周期长、采矿强度低和经济效益差等一些缺点,已不能满足。

8、现代采矿生产强采、强出和强充填的需求。另外水砂充填是利用砂浆泵或自流方式,将选煤厂尾砂、碎石砂石等固液两相浆体输送到井下以充填采空区。但是由于水砂充填充填体强度不够,而且非胶结以致很多矿柱无法回采,资源浪费严重被淘汰。0005胶结充填,是将采集和加工的细砂等惰性材料,如常见的有碎石、河砂、尾砂和戈壁集料,掺入适量的胶凝材料,如水泥和石灰,加水混合搅拌制成浆体或膏体,再沿钻孔、管等向采空区输送和堆放,然后使浆体在采空区中脱去多余的水或不脱水,形成具有一定强度和整体性的充填体,为下一步采矿提供条件。0006与水砂充填相比,胶结充填的充填体强度大,充填速度快,充填量大,工艺简单。随着材料科学的发展,。

9、胶结材料类型多元化,加上掺合料的多样化,使浆体、胶体或膏体的说明书CN102493839A2/7页4成份更加复杂和多样,再加上浆体输送工艺的发展,使胶结充填发展比较成熟。胶结充填包括尾砂胶结充填、块石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填、膏体泵送充填、高水速凝充填。其中,膏体充填是充填采矿技术的发展方向,所谓膏体充填技术是将矸石或矸石与碎石的混合料等固体废物在地面加工成的膏状浆体,通过管道泵送到井下工作面,适时充填采空区的采矿技术。膏体充填具有充填料浆浓度高,凝固时间短,充填体压缩率低,强度高,成本低,充填体易于接顶,充填作业循环周期短,有利于采场稳定和采矿作业安全。但由于膏体材料的选择和配比不合适。

10、以及料浆质量分数较高,充填管道很容易堵塞。0007上述现有的充填方法中,所用到的充填设备和充填材料,各自均存在不同的不足,未能够实现充实所需充实的空间,因此,发明一种充填设备,并且对充填材料重新配置,以及对充填工艺地改善,已经成为解决平巷开采中充填不完善迫切需要解决的问题。发明内容0008本发明要解决的技术问题是在充填开采法中,因工作面开采倾角较小而所剩充填空间未能完全充实的问题,并提供一种充实采空区的方法。0009为了解决上述问题,本发明所采取的措施是一种充实采空区的方法,包括充填采空区的方法;其所述方法是在充填过程中,待膏体到达弹性挡板位置时,由液压支架尾梁上设置的推实装置往复推拉弹性挡板。

11、,将充填膏体推移到液压支架后的未充实采空区进行再次充填;其中所述推实装置是在液压支架尾梁的左端绞接有推移千斤顶,推移千斤顶的右端连接有弹性挡板;所述充填膏体是按质量比为煤矸石粉煤灰;胶结材料水45201520混合均匀。0010在上述技术方案中,所述弹性挡板是设置于尾梁末端的1/3处;所述弹性挡板是与尾梁等宽,高度大于尾梁的中空板,并在其中设置有弹簧;所述弹性挡板往复推拉的范围是尾梁右末端的1/3处到尾梁的右末端;所述充填膏体的质量分数为80;所述煤矸石是小于15的原矿井煤矸石;所述小于15的原料煤矸石中小于5的煤矸石占3050;所述胶结材料是由8590硅酸盐;25的甲酸钙,810的膨胀剂混合均。

12、匀构成;所述膨胀剂是按质量比为氯化钠12硫代硫酸钠15拉开粉BX03减水剂JN04氯化铵08铝粉08铁粉95混合构成。0011实施本发明所提供的一种充实采空区的方法,与现有技术相比,本发明方法是在现有充填采空区方法的基础上,进行的再次充实方法,其主要特点是在充填过程中,待膏体到达隔离挡板上部位置时,尾梁上的推移千斤顶来回推拉弹性挡板将膏体推移到支架后面,进而对上一充填班未充实的地方再次充填,特别是对移架后尾梁移走时所形成的空隙和膏体凝固压缩所形成的下沉进行充填,循环往复,下一个充填班对上一个充填班依次弥补,最终充实整个采空区,对地表的下沉起到有效的控制。第二是在液压支架的尾梁上设置有推实装置,。

13、用于再次充实未充实采空区(),而且推实装置结构简单,操作方便;第三是实现充实的膏体材料,该膏体材料采用原矿井原料,经过颗粒大小的不同配比,实现了输送和控制的便利,而且凝结速度快,具有一定的膨胀度,接顶效果显著;该膏体材料还具有弹性模量较大,泊松比较小,压缩屈服面较大,充填体的承载能力较强,充填体有一定的早期说明书CN102493839A3/7页5强度,后期强度持续增加,充填体压缩率明显小于沙子、矸石粉和粉煤灰的压缩率,地表下沉量较小。附图说明0012图1是本发明液压支架整体结构示意图;图2是本发明的弹性挡板机构仰视图。0013图中1顶梁;2铰接结构;3推移千斤顶;4尾梁;5前立柱;6后立柱;7。

14、尾梁千斤顶;8隔离挡板;9挡板千斤顶;10底座;11弹性挡板;12推杆;13弹簧。具体实施方式0014下面对本发明的具体施方式作出进一步的详细说明实施本发明所提供的一种充实采空区的方法,是一种在现有充填开采法中充实采空区的方法,实现该方法的思路是通过设置和设计推实装置和配置充实采空区的膏体材料,以达到充实采空区的目的,具体实施过程如下为了保证充填开采顺利实施,设计专门的综采液压充实支架,这种支架应该满足以下基本要求(1)对工作面采煤作业空间顶板的支护作用。与普通综采工作面对支架的要求一致。采用全部充填,充填开采工作面不出现周期来压现象,对充填支架工作面阻力要求较小。要求支护强度为035MPA,。

15、支护工作面阻力为4500KN。(2)对工作面待充填空间顶板的支护作用。工作面采煤作业空间与待充填空间支护共同决定充填前顶底板移近量,这直接影响到充填前的顶底板移近量,为给充填创造良好的条件,提高充填控制地表沉陷效果,工作面采煤作业空间与待充填空间的支护必须在保证支护空间安全的同时,减少充填前的顶底板移近量。(3)对未凝结固化的新充填体的保护作用。充填浆体凝结固化到能够自立并有能力对顶底板起一定的支撑作用,防止直接顶板冒落破坏,至少需要4H左右,为了提高充填工作面煤炭生产能力,保证充填完成以后即可安排采煤工作,甚至边采煤边充填,需要充填支架在保证工作面采煤前移的同时,能够继续保持对新充填体的支护。

16、作用。(4)隔离作用,即在充填过程中,充填支架起到隔离充填区的作用,保证充填接顶,防止充填浆料流入工作面而影响生产。(5)便于实施沿空留巷,要求机头、机尾支架可实现沿空留巷。0015本发明是在现有技术的基础上,对液压支架进行改进的,包括顶梁1、前立柱5、后立柱6、底座10、尾梁4、隔离挡板8、尾梁千斤顶7、挡板千斤顶9以及弹性挡板11。弹性挡板11不仅可以构成隔离墙,还可以对尾梁4进行有效的支护,待充填膏体到达弹性挡板11上部位置时,尾梁4上的尾梁千斤顶7来回推拉弹性挡板11,将膏体推到支架后面上部未充实的地方,特别是在尾梁4上装有推移膏体后移的尾梁千斤顶7和可伸缩弹性挡板11;推移千斤顶3左。

17、端与尾梁4左端铰接,右端连接有弹性挡板11,推移千斤顶3的最大推力为2000KN;尾梁4上设有弹性挡板11移动的轨道,既方便弹性挡板11的移动,又防止弹性挡板11的磨损;支架高度1625米,支护宽度1416米,中心距15米,初撑力4470KN,工作阻力4800KN,支护强度035MPA,前立柱初撑力801KN,工作阻力865KN,缸径/柱径是180/160,推移千斤顶缸径/柱径是160/105,后立柱初撑力633KN,工作阻力670KN,缸径/柱径是160/130,均采用高强度钢板制作。说明书CN102493839A4/7页60016充填材料的选择,对膏体充填材料的力学性能的试验研究分析,弹性。

18、模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也就越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。与其它类型的充填材料相比,膏体充填材料的弹性模量较大。膏体材料的弹性模量对地表下沉量控制有很大的影响;弹性模量越大,压缩屈服面越大,充填体承载能力越强,压缩量就越小,地表下沉量越小。0017孙恒虎教授提出的膏体充填技术指出了膏体充填材料具有较大的弹性模量和较小的泊松比;充填体有一定的早期强度,后期强度持续增加;充填体压缩率明显小于沙子、矸石粉和粉煤灰的压缩率。0018粉煤灰在充填材料中发挥微集料作用,在胶结料掺量很少的条件下保证膏体具有良好的工艺。

19、性能,在保证安全输送条件下,为提高料浆浓度创造了有利条件,进而改善充填体的效果。0019煤矸石中主要物相包括石英、高岭土、白云母、钾长石和绿泥石等,将煤矸石活化处理,同时通过材料匹配设计,制备性能良好的煤矸石膏体充填材料;制得的煤矸石膏体充填材料的物理性能、力学性能等均能满足国家水泥标准要求,可以用于矿区膏体充填。与水泥混凝土相比,煤矸石膏体充填材料所制备的混凝土具备更好的耐久性。0020膏体胶结料是以普通硅酸盐水泥为基材,与早凝剂和膨胀剂科学配制的复合材料,材料加水混合后,凝结的初期快速水化成适当量的高结晶水化物钙矾石,结晶水分子容积高达8116,达到速凝,早强的效果;凝结的中期和后期又能够。

20、正常水化生成硅酸钙凝胶等胶凝物质,具有后期强度持续增长的特点,保证了后期强度的需要。0021根据以上现有资料和技术,选择充填材料为煤矸石、粉煤灰、胶结材料和水,并确定质量分数。膏体充填材料制备成可输送的膏体后,须满足一定的要求,具有良好的稳定性,流动性和可塑性,流动性是指它能流动,且流动时不产生离析,不分层,同时满足强度要求,膏体的质量分数是关键。增加质量分数,膏体的流动性降低,不利于输送,使泵送压力增加,输送能力降低,易引起管道堵塞;反之,降低质量分数,浆体的流动性将改善,使泵送压力降低,提高输送能力,但是需要添加激发剂,工艺过程复杂。据文献,膏体的临界质量分数为8091。综合考虑以上技术,。

21、以及对新阳矿的实际分析,将膏体的质量分数确定为80。0022粉煤灰含量在1015时,泌水量大,塌落度好;粉煤灰含量为20时,泌水量适中,塌落度好;大于20时,塌落度较小。粉煤灰比例升高,塌落度随之变小,泌水量越来越小,说明增加粉煤灰含量,料浆变浓,泌水少,而整体强度值变化不大,粉煤灰在20的配比下强度略高。考虑充填料浆对泌水量、塌落度和强度的要求,料浆浓度为80时,粉煤灰配比20为最佳。0023取粉煤灰20的比例进行试验,随着胶结材料配比的增加,塌落度随着增大,料浆流动性越来越好,强度随之增大,胶结材料15时各方面表现良好。0024由此确定合理的料浆配比为胶结材料15,粉煤灰20,煤矸石45,。

22、水20。制成的料浆浓度为80,充填料浆塌落度适中,流动性好,泌水量适中,强度大。对应每立方米充填体中各种材料用量为胶结材料285KG/M3;粉煤灰380KG/M3;煤矸石855KG/M3;水380KG/M3。说明书CN102493839A5/7页70025膨胀剂的制备,称量氯化钠12KG,硫代硫酸钠15KG,拉开粉BX03KG,减水剂JN04KG,氯化铵08KG,铝粉08KG,铁粉95KG,一并放入搅拌机中搅拌,待搅拌均匀后,放回储存室,保持环境干燥。0026胶结材料是由普通硅酸盐水泥8590,甲酸钙25,膨胀剂810均匀混合而成。其中配置方案1普通硅酸盐水泥255KG,甲酸钙15KG,膨胀剂。

23、30KG搅拌均匀;配置方案2普通硅酸盐水泥270KG,甲酸钙6KG,膨胀剂24KG搅拌均匀;配置方案3普通硅酸盐水泥264KG,甲酸钙9KG,膨胀剂27KG搅拌均匀;根据后期实验分析,方案3为最佳配置方案,早凝和膨胀效果适中,前期管道输送过程中不会堵管,而且后期凝结速度较快,有一定的膨胀性。0027矸石作为充填骨料,为了改善料浆的输送性能并防止离析现象的发生,需要有合理的粒级组成,才能够使充填材料既具有良好的流动性能,又具有较高的强度性能,因此煤矸石破碎加工有以下要求(1)最大粒度小于15;(2)小于5颗粒所占比例40左右,最少不低于30,最高不大于50。其中,本发明选取的方案之一是05煤矸石。

24、500KG,515500KG混合;选取的方案之二是05煤矸石400KG,515600KG混合;选取的方案之三是05煤矸石300KG,515700KG,三种方任选混合均匀即可。在小于5颗粒所占比例40左右时,即05煤矸石400KG,515600KG混合效果最佳。0028煤矸石的破碎加工按照05、515两种规格分级、分别存储,然后按设计比例配合使用。充填材料允许矸石粗细颗粒比例变化范围较大,为了简化矸石破碎系统,节省投资,矸石按015一种规格加工,加工出来的矸石中需要控制的05颗粒通过调节破碎机出料口大小,改变破碎矸石中05比例保证,具体调节办法,在破碎机安装调试期间测定出料口大小与出料中05颗粒。

25、比重确定。另外,装载机司机装料时发现大块颗粒比较集中时,与附近的颗粒较小的矸石搭配使用。矸石从最大粒度300破碎加工到最大粒度15以下,破碎机的破碎比要达到20以上,考虑通过破碎机调节05颗粒与515颗粒的需要,破碎比将达到30左右。0029矸石、粉煤灰、胶结材料和水储存方式是破碎加工好的矸石存放在矸石配料仓,粉煤灰、配置好的胶结材料分别存放在各自的圆筒仓内,水存放在蓄水池内。0030按照设计的浓度,以及煤矸石、粉煤灰、胶结材料的比例制备充填浆体,并充分混合均匀,才能保证充填材料流动性能、凝结固化性能,井下回采工作面充填才能够达到预期的覆岩沉陷控制目标。根据材料配比实验,要使材料流动性能稳定,。

26、充填料浆的质量浓度变化幅度要求控制在05范围内,必须要求(1)物料(煤矸石、粉煤灰、专用胶结材料、水)计量允许误差10;2,水分检测允许误差05。0031配比搅拌(1)称料。充填四种材料称料同时进行,矸石配料仓下设置四个放料闸门,每两个服务一台搅拌机,配料开始时四个放料闸门全部打开,将矸石放入称量皮带,当矸石加量快到达设计值时,每条计量皮带只留一个闸门放料,直到达到设计值,完成矸石称料后,开动称量皮带和矸石上料覆式皮带,将称好的矸石送到充填楼矸石缓冲斗;粉煤灰、胶结料通过螺旋给料机向各自的称量斗中加料,水通过水泵从水池向称量斗内供水计量,达到设计值即停止计量。(2)投料。确定搅拌机的放浆口关闭。

27、,搅拌机处于空机状态,同时打开称量斗和矸石缓冲斗将称好的四种材料快速投入搅拌机内。投完料后随即关闭各称量说明书CN102493839A6/7页8斗和矸石缓冲斗闸门。(3)搅拌。充填材料中胶结材料用量少,需要比一般混凝土更长的搅拌时间才能制成质量良好的充填料浆,每次搅拌时间设置为50秒。(4)放浆。搅拌时间达到50秒,将搅拌机放浆口打开,将拌制好的充填料浆放入料浆斗,供充填泵输送下井。料浆放完以后,随即关闭好放浆门。为提高系统制浆能力,在投料完成以后,即进行下一循环称料工作,上一罐料搅拌机拌好前,下一循环已经准备好,如此不断循环,直到设计任务全部完成。0032高浓度料浆在管道内的流速一般控制在1。

28、5M/S以内,浆体的速度过高,料浆流动需要克服的水力坡将大,管道磨损速度也快,增大能量消耗,流速过小则充填能力不能满足生产要求或需要增加充填管道内径。根据煤矿对充填能力的要求,充填系统设计流速相对较大。采用以煤矸石作为高浓度充填料浆的骨料,输送阻力相对较小,所以,充填系统流速按以下原则进行设计在充填泵最大充填能力时,保证流速18M/S左右。0033煤炭开采的充填过程中,首先设置充填管道,工作面充填管设置在充填支架后部,每隔1520米设置一布料管。工作面充填管与布料管之间接三通阀,利用三通阀切换控制充填料浆,按照由低向高顺序依次进行充填。为减少充填管路清洗水对回采工作面和巷道的损坏,工作面两巷均。

29、布置排水管,排水管与工作面充填管快速连接,将清洗水外排。0034充填检查准备,对井上下检查、联系,确认系统正常,设备完好,管道内充满清水,并设定好当班充填量后,进入灰浆推水,先泵送由粉煤灰和胶接料制成的粉煤灰充填料浆,将管路内清水排出。矸石浆推灰浆,少量粉煤灰充填体料浆不能将管内清水全部排出,主要对正常充填的矸石粉煤灰充填料浆起隔离作用,设计好的粉煤灰充填料浆将要泵送完时,将正常配比的矸石粉煤灰充填料浆放入缓冲料浆斗,继续泵送,当管内出现较浓的粉煤灰料浆时,切换相关闸阀,粉煤灰充填料浆流入充填区,完成灰浆推水过程。同时利用防尘水将工作面排水管中少量低浓度粉煤灰料浆排到放水巷,避免堵管。0035。

30、工作面正常充填,首先运料巷侧第一个布料管进行充填,充填同时,将第二根布料管接好,并处于关闭状态。第一个布料管充填完成后,立即打开第二个布料管胶管阀,关闭第一个布料管,充填液转从第二布料管充填。在第二布料管充填的同时,接通第三个布料管,如此重复。在充填过程中,待膏体到达弹性挡板11位置时,尾梁上的推移千斤顶3来回推拉弹性挡板11把膏体推压到支架后面,对上一充填班未充填的地方再次充填,特别是对移架后尾梁移走时形成的空隙和膏体凝固压缩形成的下沉,循环往复,下一个充填班对上一个充填班再次充填,最终充实整个采空区。0036充填区完成充填的布料管及时拆除与清洗,清洗完成后,再将布料管联接好,待充填任务完成。

31、后,进行最后的冲水压风清洗。充填至最后一根布料管充填范围时,随时分析待充填空间,约110立方米时及时通知充填站控制室控制充填量。最后一个布料管充填接近完成时,打开工作面主管路末端阀,充满后关闭最后的布料管阀。充填的顺序由工作面低端向高端依次进行,充填到两个布料管中间支设隔离墙时,两个相邻布料管轮流进行充填,切换时间控制在1520分钟内,以免因浆体凝固而发生堵管事故。充填过程中,须要专人观察工作面上下两巷的隔离强受力以及充填体接顶情况,如果充填过程中隔离墙因受力而发生变形,必须及时采取措施进行处理并向现场跟班队长进行汇报;上诉布料管充填顺序的控制采用胶管阀切换控制。0037充填验收和凝固检修,充。

32、填工作面结束后,充填体凝固时间需要4小时左右,定在说明书CN102493839A7/7页9检修班凝固。0038新阳煤矿的具体实施中,工作面充填开采设计采用“四六”工作制,每两班为一个循环,在一个循环内,一班采煤并对沿空留巷巷道进行支护、下一班充填。采煤班设计每班三刀,采煤机截深08米,有效进尺07米/刀,三刀进尺2米计算,所以两个采煤班日进尺为4米/天。正常工作面长度100米,采高215米,按照煤密度135吨/立方米,工作面采出率95,年工作330天考虑,一个工作面日产量为1103吨/天,年产量364万吨/年,满足计划要求。每年将处理大量的矸石及粉煤灰,显著减少矸石、粉煤灰对环境的污染,减少矸石、粉煤灰处理所占用的土地。实现村庄下开采,避免工农矛盾。新阳矿其它村庄保护煤柱也可推广应用充填技术进行开采。充填开采技术可以推广应用到集团其他各矿,解决各矿三下压煤的开采问题和充不实问题,进而推广应用到全国其他矿区。说明书CN102493839A1/1页10图1图2说明书附图CN102493839A10。

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