CN113586139B - 一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，利用矸石填充机对采空区抛洒矸石充填，再利用敷设的管路对充填矸石空隙逐层进行灌浆胶结加固，实现对矸石充填体的全范围的加固密实，从而解决矸石充填体胶结强度低、不能充分接顶等问题。利用矸石填充机自身的遥控功能，将填充机送到充填地点；利用填充机拖动胶带输送机、灌浆管路到充填区域。矸石经胶带运输、矸石填充机抛撒，对充填区域进行充填。抛矸充填一块区域后，灌浆装置随即对该区域进行喷浆操作。本发明采用抛矸充填加灌浆胶结联合施工工艺后，边抛矸边灌浆胶结，均匀混合，提高了充填体强度和稳定性，提高了充填率和密实率，对采空区及时提供支撑，实现控制围岩变形的目的。

Description

一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺

技术领域

本发明属于充填开采技术，更具体地说，特别涉及一种端帮支巷、井下支巷等巷道开采的采空区充填技术，即抛矸充填+管道灌浆胶结加固的无人施工工艺。

背景技术

我国煤炭发展的主要目标之一是煤矸石利用与达标排放率100％。因地制宜推广充填开采等绿色开采技术，提高矿区生态功能，建设绿色矿山。将煤矸石进行采空区充填，不仅能节省大量的煤矸石处理费用，还减少了固废地面堆放处置对生态环境的不利影响。

固体充填指的是把矸石等固体物料，用机械的方式输送到井下，通过抛矸等方式适时充填采空区，固体材料充填物在顶板下沉压实过程中支承控制采空区上覆岩层结构的采煤方法。

固体充填具有充填能力大、成本低等优点。但由于在垂直方向上不能实现全部充填(即完全接顶)，充填体的密实性达不到技术要求，充填体强度低。特别是对于端帮支巷、井下支巷等巷道充填开采，不能及时提供支撑，不能有效控制地表沉陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有端帮支巷、井下支巷开采及其他巷道开采中矸石充填的不足，提供一种基于充填开采过程中抛矸充填加管道灌浆胶结加固联合施工工艺。首先利用矸石填充机对采空区抛洒矸石充填，再利用敷设的管路对充填矸石空隙进行逐层灌浆胶结加固，实现对矸石充填体的全范围的加固密实。从而解决矸石充填体胶结强度低、不能充分接顶等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，包含有可伸缩胶带输送机和矸石填充机组成的抛矸充填工艺以及灌浆胶结加固施工工艺。

作为本发明的一种改进方案，该一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，包括以下步骤：

2.1)利用矸石填充机的遥控操作功能，将矸石填充机送到指定位置；矸石填充机与可伸缩胶带输送机联结，利用矸石填充机的移动，矸石运输系统布设到指定位置；

2.2)利用矸石填充机的移动，拖动灌浆管路，灌浆系统敷设到指定位置；或采用人工敷设管路至充填位置；

2.3)矸石经所述可伸缩胶带输送机输送至所述矸石填充机，所述矸石填充机通过对矸石进行抛撒，实现对充填区域的充填；

2.4)所述矸石填充机对一充填区域抛撒矸石之后，灌浆装置立即对该区域进行喷浆操作；所述灌浆系统中的浆体经注浆泵加压后，通过所述灌浆管路，对充填体进行逐层喷洒，填补矸石之间的空隙，均匀混合，实现充填体的胶结加固；

2.5)每抛撒完成一个充填步距，要后退一个充填步距，通过对伸缩胶带输送机的伸缩油缸施加伸出命令使得胶带进行收缩，所述伸缩胶带输送机向外收缩一个充填步距；同样矸石填充机通过遥控自行向外后退一个充填步距；同时，灌浆管路通过在外端拆卸一段管路，实现灌浆管路后退；

2.6)以此对下一充填区域充填，进而实现对整个巷道的充填。

作为本发明的一种改进方案，所述矸石填充机，在现有填充机的基础上进一步改进。一是采用大功率电动滚筒抛射，抛射效果好。二是采用液压阀组，先导手柄控制抛射皮带动作，操作简单，可靠性高。三是抛射皮带具有升降、回转、伸缩、推平功能，推进力大，能够保证巷道的全方位填充，巷道矸石填充率高，填充效果好。四是送料卸载机构具有调平、调斜、调偏、调高功能，适应能力强。五是矸石填充机具有手动操作和视距遥控操作功能，能够遥控矸石填充机构的各种动作。

作为本发明的一种改进方案，所述可伸缩式伸缩胶带输送机，包含有固定在固定机头架上的储带伸缩箱，放置于履带行走机构上，固定机头架两侧设置有整机伸缩油缸，油缸的活塞杆固定在机尾架上，机尾架上固定导向滚筒，机尾架通过活动伸缩架与支架相连，支架顶设上托辊，下设下托辊，储带箱内设有储带机构，胶带从储带箱底部的固定导向滚筒进入储带箱，经过储带机构后从上部穿出缠绕在设于储带箱外顶部的电动滚筒上，然后经过上托辊、固定导向滚筒、下托辊与储带箱底部的固定导向滚筒处的胶带连接，还设置有提供动力的液压泵和电动机。

作为本发明的一种改进方案，所述伸缩胶带输送机，当油缸伸出时，可将胶带收入储带箱中，当油缸缩回时，可将胶带放出储带箱，进而实现胶带在收缩和放出之间的转换，从而实现胶带输送机的延长和缩短。

作为本发明的一种改进方案，所述灌浆充填系统，由干料制备、制浆、泵送充填三个环节组成；首先进行洗选矸石的加工、破碎，之后将破碎后的矸石颗粒、粉煤灰等按比例运输至移动泵站，之后利用搅拌机等设备加水制备充填浆液，采用专用充填泵将浆液输送至采空区进行充填作业；矸石充填浆液构成为：微小矸石颗粒+粉煤灰+添加剂+水，具备流动性强、可远距离输送且长时间不离析、不泌水的优良特性。

作为本发明的一种改进方案，灌浆管路敷设，通过在矸石填充机两侧壁各焊接一圆环，该圆环用于固定灌浆管路；后方管路沿巷道底板放置，由运管小车托起；需灌浆充填区域，灌浆管路随矸石填充机抬升，对前端区域进行灌浆充填；

灌浆管路敷设，也可人工敷设，管路吊挂在顶板上，人工进行喷浆作业。

作为本发明的一种改进方案，所述灌浆管路由分段的灌浆管路经连接扣组合而成，连接扣安装在两运管小车之间的灌浆管区域；所述运管小车底板上方安装一U形托，所述灌浆管路由U形托支撑，所述运管小车带动所述灌浆管路的移动。

作为本发明的一种改进方案，所述灌浆胶结加固完成一个充填区域后，需要后退一个充填步距；从而带动所述运管小车后退，使得所述灌浆管路回退；在矸石填充机外移之前，拆卸一段灌浆管，待矸石填充机移动到位，再将剩余灌浆管联结；以此实现对所述巷道由里及外的逐步灌浆胶结加固。

作为本发明的一种改进方案，所述矸石填充机的控制器放置于巷道外，通过线缆对其施加动作信号，且所述矸石填充机设有窥视仪与照明系统，实现对巷道环境的监控。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、首先是在采空区采取矸石抛撒充填，可有效降低充填成本。

2、随即进行灌浆胶结加固，对矸石空隙逐层进行填补，均匀混合，灌浆胶结加固浆液渗入抛撒的矸石中，高压灌浆使得充填体压紧挤密，从而在采空区形成了充分接顶的充填体，提高了充填率和密实率，提高充填体强度和稳定性。对采空区及时提供支撑，实现控制围岩变形的目的。

3、同时，灌浆浆液由破碎的矸石颗粒组成，起到消耗矸石的目的。

附图说明

图1为抛矸充填灌浆胶结加固的剖面示意图；

图2为抛矸充填灌浆胶结加固的平面示意图；

图3为可伸缩式伸缩胶带输送机构的结构示意图；

图4为矸石填充机的结构示意图；

图5为灌浆工艺流程图；

图6为运管小车的结构示意图。

附图中：1—整机伸缩油缸；2—电动滚筒；3—固定机头架；4—储带伸缩油缸；5—液压泵；6—电动机；7—履带行走机构；8—上托辊；9—固定导向滚筒；10—活动伸缩架；11—万向轮；12—下托辊；13—胶带；14—滑道；15—支架；16—滑块；17—机尾架；18—活动导向滚筒；19—可伸缩胶带输送机；20—灌浆管路；21—抛矸填充机；22—圆环；23—注浆站；24—运管小车；25—U形托。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

一种抛矸充填管路灌浆胶结加固联合施工工艺，该工艺包括如下步骤：

1)抛矸充填系统布置：利用矸石填充机21的遥控功能，将矸石填充机21送到指定采空区需要充填位置；矸石填充机21与可伸缩胶带输送机19联结，利用矸石填充机的移动，矸石运输系统布设到指定位置。

2)在矸石填充机21的两侧上方，各焊接一个圆环22，用于固定灌浆管路20；利用矸石填充机21的移动，拖动灌浆管路20前行，灌浆系统敷设到指定位置。

3)矸石经可伸缩胶带输送机19输送至21矸石填充机，矸石填充机21通过对矸石进行抛撒，实现对充填区域的充填。

4)矸石填充机21对一块充填区域抛矸完后，灌浆装置立即对该区域进行喷浆操作；灌浆系统中的浆体经注浆泵加压后，通过所述灌浆管路20输送至敷设在矸石填充机21上的灌浆管路，实现对充填区域特别是充填体上方逐层的喷洒，填补矸石之间的空隙，对充填体胶结加固。

5)每抛撒完成一个充填步距，要后退一个充填步距，通过对伸缩胶带输送机19的伸缩油缸施加伸出命令使得胶带进行收缩，所述伸缩胶带输送机19向外收缩一个充填步距；同样矸石填充机21通过遥控自行向外后退一个充填步距。同时，灌浆管路20通过在外端拆卸一段管路，实现灌浆管路后退。

6)以此对下一充填区域充填，进而实现对整个巷道的充填。

图1是抛矸充填灌浆胶结加固的剖面示意图，图2为抛矸充填灌浆胶结加固的平面示意图，抛矸充填系统包括矸石填充机21、伸缩胶带输送机19；灌浆胶结加固系统包括与填充机联结的焊接环22，灌浆管路20。

图3是可伸缩式伸缩胶带输送机构的结构示意图：

本实施例中，伸缩胶带输送机19包含有储带伸缩箱，储带箱固定在固定机头架3上，固定机头架3放置于履带行走机构7上，固定机头架3两侧设置有整机伸缩油缸1，整机伸缩油缸1设置有四个，分别设置在固定机头架3的中部和下部两侧，四个整机伸缩油缸1底部分别固定在固定机头架3上，油缸1的活塞杆分别固定在机尾架17上，机尾架17上下分别固定导向滚筒9，机尾架17通过活动伸缩架10与支架15相连，支架15顶部设置有上托辊8，下部设置有下托辊12，底部设置有万向轮11，储带箱内设置有可为胶带13导向和伸缩的储带机构，胶带13从储带箱底部的固定导向滚筒9进入储带箱，经过若干个活动导向滚筒18的导向传输后从上部穿出缠绕在设置于储带箱外顶部的电动滚筒2上，然后经过上托辊8、固定导向滚筒9、下托辊12与储带箱底部的固定导向滚筒9处的胶带13连接，储带箱底部还设置有提供动力的液压泵5和电动机6。

本实施例中，储带机构包含有设置在储带箱内部两侧壁上设置的滑道14，滑道14内嵌滑块16，滑块16两端一侧分别嵌在两侧壁的滑道14内，另一侧通过轴连接活动导向滚筒18，滑块16设置活动导向滚筒18的对侧连接在储带伸缩油缸4的活塞杆上，储带伸缩油缸4固定在储带箱上，从下向上设置有若干个，且两相邻储带伸缩油缸4设置方向相反，活动导向滚筒18缠绕胶带。

图4是矸石填充机的结构示意图。图5是灌浆胶结加固工艺流程图，矸石破碎后，经筛分，进入制浆站，加入添加剂和水混合后，制作成浆料。经注浆泵加压，通过灌浆管路，对采空区进行灌浆胶结加固。

图6是运管小车的结构示意图，运管小车24的底板上方安装一U形托25，灌浆管路21由U形托支撑，运管小车24带动灌浆管路21的移动。

本发明采用抛矸充填、灌浆胶结联合施工工艺后，边抛矸边灌浆胶结，均匀混合，提高了充填体强度和稳定性，提高了充填率和密实率，对采空区及时提供支撑，实现控制围岩变形的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，其特征在于，包含有可伸缩胶带输送机和矸石填充机组成的抛矸充填工艺以及灌浆胶结加固施工工艺；

具体包括以下步骤：

2.1)利用矸石填充机的遥控操作功能，将矸石填充机送到指定位置；矸石填充机与可伸缩胶带输送机联结，利用矸石填充机的移动，矸石运输系统布设到指定位置；

2.2)利用矸石填充机的移动，拖动灌浆管路，灌浆系统敷设到指定位置；或采用人工敷设管路至充填位置；

2.3)矸石经所述可伸缩胶带输送机输送至所述矸石填充机，所述矸石填充机通过对矸石进行抛撒，实现对充填区域的充填；

2.4)所述矸石填充机对一充填区域抛撒矸石之后，灌浆装置立即对该区域进行喷浆操作；所述灌浆系统中的浆体经注浆泵加压后，通过所述灌浆管路，对充填体进行逐层喷洒，填补矸石之间的空隙，均匀混合，实现充填体的胶结加固；

2.5)每抛撒完成一个充填步距，要后退一个充填步距，通过对伸缩胶带输送机的伸缩油缸施加伸出命令使得胶带进行收缩，所述伸缩胶带输送机向外收缩一个充填步距；同样矸石填充机通过遥控自行向外后退一个充填步距；同时，灌浆管路通过在外端拆卸一段管路，实现灌浆管路后退；

2.6)以此对下一充填区域充填，进而实现对整个巷道的充填；

所述灌浆系统，由干料制备、制浆、泵送充填三个环节组成；

灌浆管路敷设，通过在矸石填充机两侧壁各焊接一圆环，该圆环用于固定灌浆管路；后方管路沿巷道底板放置，由运管小车托起；需灌浆充填区域，灌浆管路随矸石填充机抬升，对前端区域进行灌浆充填；

灌浆管路敷设，也可人工敷设，管路吊挂在顶板上，人工进行喷浆作业；

所述灌浆管路由分段的灌浆管路经连接扣组合而成，连接扣安装在两运管小车之间的灌浆管区域；所述运管小车底板上方安装一U形托，所述灌浆管路由U形托支撑，所述运管小车带动所述灌浆管路的移动；

所述灌浆胶结加固完成一个充填区域后，需要后退一个充填步距；从而带动所述运管小车后退，使得所述灌浆管路回退；在矸石填充机外移之前，拆卸一段灌浆管，待矸石填充机移动到位，再将剩余灌浆管联结；以此实现对所述巷道由里及外的逐步灌浆；

所述伸缩胶带输送机包含有储带伸缩箱，储带伸缩箱固定在固定机头架上，固定机头架放置于履带行走机构上，固定机头架两侧设置有整机伸缩油缸，整机伸缩油缸设置有四个，分别设置在固定机头架的中部和下部两侧，四个整机伸缩油缸底部分别固定在固定机头架上，油缸的活塞杆分别固定在机尾架上，机尾架上下分别固定导向滚筒，机尾架通过活动伸缩架与支架相连，支架顶部设置有上托辊，下部设置有下托辊，底部设置有万向轮，储带箱内设置有可为胶带导向和伸缩的储带机构，胶带从储带箱底部的固定导向滚筒进入储带箱，经过若干个活动导向滚筒的导向传输后从上部穿出缠绕在设置于储带箱外顶部的电动滚筒上，然后经过上托辊、固定导向滚筒、下托辊与储带箱底部的固定导向滚筒处的胶带连接，储带箱底部还设置有提供动力的液压泵和电动机；

所述储带机构包含有设置在储带箱内部两侧壁上的滑道，滑道内嵌滑块，滑块两端一侧分别嵌在两侧壁的滑道内，另一侧通过轴连接活动导向滚筒，滑块设置活动导向滚筒的对侧连接在储带伸缩油缸的活塞杆上，储带伸缩油缸固定在储带箱上，从下向上设置有若干个，且两相邻储带伸缩油缸设置方向相反，活动导向滚筒缠绕胶带。

2.根据权利要求1所述的一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，其特征在于，所述矸石填充机具有手动操作和视距遥控操作功能，能够遥控矸石填充机构的各种动作。

3.根据权利要求1所述的一种抛矸充填加管道灌浆胶结联合施工工艺，其特征在于，所述伸缩胶带输送机，当油缸伸出时，可将胶带收入储带箱中，当油缸缩回时，可将胶带放出储带箱，进而实现胶带在收缩和放出之间的转换，从而实现胶带输送机的延长和缩短。