固体膏体结合充填系统及充填方法技术领域
本发明涉及采煤充填设备领域，特别是一种固体膏体结合充填系统。
背景技术
我国人均煤炭资源拥有量较少，“三下”压煤量较大，矿井正常生产接
续受到影响；常规垮落法煤炭开采方式引发地表沉陷和地下水及含水层破
坏，造成地表建筑物损毁；大量矸石直接外排堆存，占压土地、污染环境。
这些问题亟待通过充填开采技术创新予以解决。
目前，随着煤炭行业利润下滑，降低生产成本是大势所趋，使用煤矸
石作为充填材料是降低成本最佳途径。但是，在所有实施煤矿充填开采企
业都使用单一的充填方法，如固体矸石充填开采法、泵送矸石充填开采法、
似膏体矸石充填开采法等，这些充填方法各有利弊，在实施过程中不能很
好地解决存在的实际存在弊端，随着充填开采技术的不断发展和国家对充
填开采效果的要求不断提高，单一的煤矿充填开采方法越来越无法满足充
填开采的需求。
发明内容
本发明提供一种能够解决单一充填方法的不足的固体膏体结合充填系
统及充填方法。
一种固体膏体结合充填系统，包括：
用于存储矸石且具有高度差的矸石仓；
对矸石进行运输和初级破碎的仓顶联络巷，所述仓顶联络巷设置于所
述矸石仓上端，且沿远离所述矸石仓的方向依次设置双齿辊破碎机、梭式
溜子和翻车机；
对所述矸石仓内的矸石进行运输及二级破碎的集中轨道巷，所述集中
轨道巷设置于所述矸石仓下端，且内部设置有用于二次破碎的双转子反击
式破碎机以及用于输送矸石的称重式双向甲带和集中轨道巷皮带，所述称
重式双向甲带的入口与所述矸石仓下端连通，出口所述集中轨道巷皮带连
通，所述称重式双向甲带中间通过转载机与所述双转子反击式破碎机的入
口连通；
充填站，设置于所述集中轨道巷内，且与所述所述称重式双向甲带连
通；
用于控制所述似膏体充填料运输方向的管路切换装置，所述管路切换
装置设置于所述充填站出料口处；
待充填工作面，包括两条用于连通所述集中轨道巷和所述待充填工作
面的顺槽，所述顺槽设置于所述工作面两侧，且所述顺槽内设置有与所述
待充填工作面中部连通的运矸皮带和与所述待充填工作面两端分别连通的
两条膏体管路，所述集中轨道巷皮带与所述运矸皮带连通，所述管路切换
装置与所有所述膏体管路连通；
所述集中轨道巷皮带出口与所述充填站入口连通。
所述充填站包括：
用于向所述矸石粉中添加水泥和粉煤灰的螺旋给料机；
将混合后的矸石粉、水泥和粉煤灰加水搅拌成似膏体充填料的搅拌机；
用于将所述似膏体充填料向所述管路切换装置输送的充填泵；
所述破碎机、所述螺旋给料机和所述搅拌机通过运矸皮带依次连通，
所述搅拌机和所述充填泵通过管道连通。
所述管路切换装置包括壳体，所述壳体内部设置有换向软管、用于卡
持所述换向软管的卡持装置和用于转动所述卡持装置、一端固定于所述壳
体侧面上的旋转轴，所述壳体表面设置有一个入口和至少两个出口，所述
换向软管一端固定连接于所述入口，另一端通过所述卡持装置与所有所述
出口配合设置，用于将由所述入口进入的似膏体充填料送至所有所述出口，
两条所述膏体管路与所述管路切换装置的两个出口连通。
所述壳体相对的两个侧面分别设置有入口和所有出口，所有所述出口
沿以所述旋转轴为中心的圆设置，所述卡持装置设置于所述旋转轴处于所
述壳体内部的端部。
所述翻车机内设用于除去外形尺寸大于500mm×500mm的矸石、长
锚杆、道木的算子，所述梭式溜子与所述双齿辊破碎机连接处设置有用于
除去铁质杂质的除铁器。
一种利用上述的固体膏体结合充填系统的充填方法，包括：
第一步、将矸石由矿车运送至所述仓顶联络巷内，由所述翻车机翻至
所述梭式溜子上，并转载至所述双齿辊破碎机内进行初级破碎；
第二步、经初级破碎的矸石送入所述矸石仓内进行存储；
第三步、进行固体充填，将所述矸石仓内的矸石通过所述称重式双向
甲带给料器定量给料至集中轨道巷皮带送至所述待充填工作面中下部，并
向所述待充填工作面下端依次充填并夯实；
第四步、进行膏体充填，将所述矸石仓内的矸石通过所述称重式双向
甲带给料器定量给料至双转子反击式破碎机内进行二次破碎，在所述充填
站内通过所述搅拌机和所述螺旋给料机使破碎后的矸石形成膏体矸石，并
将所述膏体矸石通过上述充填泵送至所述管路切换装置，经所述管路切换
装置将膏体矸石送入所有所述膏体管路中对所述待充填工作面两端进行充
填；
第五步、进行膏体充填时，每充填一段，使用编织土工布、挡浆钢板、
竹笆、单体支柱封堵膏体矸石，并对所述膏体管路进行回收。
经过初级破碎后的所述矸石的尺寸不大于80mm×80mm。
经过二次破碎后的所述矸石的尺寸不大于25mm×25mm。
进行固体充填时，所述待充填工作面上端剩余长度为2到4m，下端剩
余长度为5至8m。
本发明提供的固体膏体结合充填系统及充填方法，对待充填工作面进
行分段充填，对容易充填的中段采用固体充填，能够实现工作面采空区快
速密实充填，对不容易充填的两端采用膏体充填，克服了固体充填对两端
充填的不足，而且采空区充填的更密实，进一步减少地表沉降量；同时解
决了固体矸石充填无法进行沿空留巷及实现Y型通风的难题。
说明书附图
图1是本发明提供的固体膏体结合充填系统及充填方法的运料储料装
置的结构示意图；
图2是本发明提供的固体膏体结合充填系统及充填方法的充填系统的
局部示意图；
图3是本发明提供的固体膏体结合充填系统及充填方法的充填站的结
构示意图；
图4是本发明提供的固体膏体结合充填系统及充填方法的管路切换装
置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图来详细说明本发明。
如图1所示的固体膏体结合充填系统，包括：用于存储矸石且具有高
度差的矸石仓1；
对矸石进行运输和初级破碎的仓顶联络巷2，所述仓顶联络巷2设置于
所述矸石仓1上端，且沿远离所述矸石仓1的方向依次设置双齿辊破碎机
21、梭式溜子22和翻车机23；
对所述矸石仓1内的矸石进行运输及二级破碎的集中轨道巷3，所述集
中轨道巷3设置于所述矸石仓1下端，且内部设置有用于二次破碎的双转
子反击式破碎机31以及用于输送矸石的称重式双向甲带32和集中轨道巷
皮带33，所述称重式双向甲带32的入口511与所述矸石仓1下端连通，
出口512所述集中轨道巷皮带33连通，所述称重式双向甲带32中间通过
转载机与所述双转子反击式破碎机31的入口511连通；
充填站4，设置于所述集中轨道巷3内，且与所述称重式双向甲带32
连通；
用于控制所述似膏体充填料运输方向的管路切换装置5，所述管路切换
装置5设置于所述充填站4出料口处；
待充填工作面6，包括两条用于连通所述集中轨道巷3和所述待充填工
作面6的顺槽61，所述顺槽61设置于所述工作面两侧，且所述顺槽61内
设置有与所述待充填工作面6中部连通的运矸皮带611和与所述待充填工
作面6两端分别连通的两条膏体管路612，所述集中轨道巷皮带33与所述
运矸皮带611连通，所述管路切换装置5与所有所述膏体管路612连通；
所述集中轨道巷皮带33出口512与所述充填站4入口511连通。
所述充填站4包括：
用于向所述矸石粉中添加水泥和粉煤灰的螺旋给料机41；
将混合后的矸石粉、水泥和粉煤灰加水搅拌成似膏体充填料的搅拌机
42；
用于将所述似膏体充填料向所述管路切换装置5输送的充填泵43；
所述螺旋给料机41和所述搅拌机42通过运矸皮带611连通，所述搅
拌机42和所述充填泵43通过管道连通。
每1吨矸石粉添加重量比为3％-6％的粉煤灰和6％-9％的水泥进行混
合。
所述管路切换装置5包括壳体51，所述壳体51内部设置有换向软管
52、用于卡持所述换向软管52的卡持装置53和用于转动所述卡持装置53、
一端固定于所述壳体51侧面上的旋转轴54，所述壳体51表面设置有一个
入口511和至少两个出口512，所述换向软管52一端固定连接于所述入口
511，另一端通过所述卡持装置53与所有所述出口512配合设置，用于将
由所述入口511进入的似膏体充填料送至所有所述出口512，两条所述膏
体管路612与所述管路切换装置5的两个出口512连通。
所述壳体51相对的两个侧面分别设置有入口511和所有出口512，所
有所述出口512沿以所述旋转轴54为中心的圆设置，所述卡持装置53设
置于所述旋转轴54处于所述壳体51内部的端部。
所述翻车机23内设用于除去外形尺寸大于500mm×500mm的矸石、
长锚杆、道木的算子，所述梭式溜子22与所述双齿辊破碎机21连接处设
置有用于除去铁质杂质的除铁器。
一种利用上述述的固体膏体结合充填系统的充填方法，包括：
第一步、将矸石由矿车运送至所述仓顶联络巷2内，由所述翻车机23
翻至所述梭式溜子22上，并转载至所述双齿辊破碎机21内进行初级破碎；
第二步、经初级破碎的矸石送入所述矸石仓1内进行存储；
第三步、进行固体充填，将所述矸石仓1内的矸石通过所述称重式双
向甲带32给料器定量给料至集中轨道巷皮带33送至所述待充填工作面6
中下部，并向所述待充填工作面6上端依次充填并夯实；
第四步、进行膏体充填，将所述矸石仓1内的矸石通过所述称重式双
向甲带32给料器定量给料至双转子反击式破碎机31内进行二次破碎，在
所述充填站4内通过所述搅拌机42和所述螺旋给料机41使破碎后的矸石
形成膏体矸石，并将所述膏体矸石通过上述充填泵43送至所述管路切换装
置5，经所述管路切换装置5将膏体矸石送入所有所述膏体管路612中对
所述待充填工作面6两端进行充填；
第五步、使用编织土工布、挡浆钢板、竹笆、单体支柱封堵膏体矸石，
并对所述膏体管路612进行回收。
经过初级破碎后的所述矸石的尺寸不大于80mm×80mm。
经过二次破碎后的所述矸石的尺寸不大于25mm×25mm。
进行固体充填时，所述待充填工作面6上端剩余长度为2到4m，下端
剩余长度为5至8m。
实施例
将矸石运送至所述仓顶联络巷2内，由所述翻车机23将矸石内大于
500mm×500mm的矸石、长锚杆、道木等杂质除去，并通过所述梭式溜
子22转载至所述双齿辊破碎机21内进行初级破碎，使矸石尺寸不大于
80mm×80mm，送入所述矸石仓1内进行存储。
当对所述待充填工作面6进行固体充填时，从所述矸石仓1内通过所
述称重式双向甲带32定量的将矸石通过集中轨道巷皮带33送至所述待充
填工作面6中下部，并依此向上述待充填工作面6上端进行充填，并用夯
实机夯实。
当对所述待充填工作面6的两端进行膏体充填时，从所述矸石仓1内
通过所述称重式双向甲带32定量的将矸石送至所述双转子反击式破碎机
31内进行二次破碎，使矸石形成尺寸不大于25mm×25mm的矸石粉，将
矸石粉送入所述充填站4，通过搅拌机42和螺旋给料机41向矸石粉中按
每1吨矸石粉内加入重量比为6％的粉煤灰和6％的水泥的比例加入水泥和
粉煤灰混合成膏体填料，并将混合好的膏体填料送至所述管路切换装置5，
调节所述换向软管52连通的所述出口512，使膏体填料分别送至所述待充
填工作面6的两端进行膏体填充。
在膏体充填过程中，每充填5m，使用编织土工布、挡浆钢板、竹笆、
单体支柱封堵膏体矸石完成填充。
在膏体充填过程中，不断回收所述膏体管路612，以便下次利用。
由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。