《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》是中國礦業大學於2014年10月8日申請的專利，該專利的公布號為CN104405437A，授權公布日為2015年3月11日，發明人是張吉雄、王東升、李劍、康濤、趙敘。
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》將固體充填與綜采相結合布置於同一採煤工作面進行協調聯合開採的方法；採用走向長壁後退式採煤，其割煤、裝煤、運煤工序與綜采工藝相同，混合式工作面固體充填段採用充填採煤液壓支架支護頂板，通過懸掛於充填採煤液壓支架後、下方的多孔底卸式輸送機將固體充填物料回填採空區管理頂板，綜采段採用綜采液壓支架支護頂板，垮落法管理採空區。
2017年12月11日，《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法
- 申請人：中國礦業大學
- 申請日：2014年10月8日
- 申請號：2014105263145
- 公布號：CN104405437A
- 公布日：2015年3月11日
- 發明人：張吉雄、王東升、李劍、康濤、趙敘
- 地址：江蘇省徐州市大學路1號中國礦業大學科研院
- Int.Cl.：E21F15/00(2006.01)I、E21C41/16(2006.01)I
- 代理機構：南京瑞弘專利商標事務所
- 代理人：楊曉玲
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著煤炭資源綠色開採理念的提出，現代化礦井在高產量下產生的大量矸石等固體廢棄物開始套用於井下採空區回填，固體充填採煤技術提供了一種將礦區固體物料通過固體充填設備運至井下回填處理的新途徑，在“三下”開採中取得顯著效果，但由於受固體充填採煤設備及充填技術本身工藝的限制，使得2014年前固體充填採煤工作面長度較短，一般在60～150米，且根據不同充填開採目的，一般需對固體充填物料進行反覆推壓夯實，工藝相對複雜，因此，固體充填工作面單產單效較低。如何既能將礦井固體物料用於井下充填，又能保障工作面產量滿足生產能力的要求成為一些現代化礦井面臨的問題。
發明內容
專利目的
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》的目的是針對現代化礦井固體廢棄物井下處理及對生產能力要求的問題，結合固體充填綜采與綜采的技術優勢，提供一種既能實現固體物料充填又能發揮綜采高產高效優勢的固體充填與綜采混合式工作面開採方法。
技術方案
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》包括如下步驟：
a.按照綜採回采巷道布置方式掘進固體充填與綜采混合式工作面的回採巷道；
b.在區段運矸巷與區段運煤巷掘至區段邊界時開切眼，在切眼內自區段運矸巷至區段運煤巷方向依次布置充填採煤液壓支架與綜采液壓支架兩種支架，構成固體充填段與綜采非充填段的混合式工作面支護設備，在兩種支架之間設定過渡液壓支架實現兩種支架間的平穩過渡；將充填採煤液壓支架布置於固體充填段，綜采液壓支架布置於綜采非充填段，過渡液壓支架布置於混合式工作面固體充填與綜采中間過渡段；機頭升降平檯布置於區段運矸巷內，通過液壓缸軟連線於自移式固體物料轉載輸送機上，隨之向前移動；機尾升降平檯布置於固體充填段末端充填採煤液壓支架的後頂梁下方，通過液壓缸軟連線於充填採煤液壓支架上，隨之向前移動；
c.回採作業時，從區段邊界切眼處後退式推進固體充填與綜采混合式工作面，利用採煤機自固體充填段向綜采非充填段方向實施端頭斜切進刀割煤；依次推移充填採煤液壓支架、過渡液壓支架、綜采液壓支架，進行及時支護，並隨之推移運煤刮板輸送機；待採煤機割至另一端頭並實施斜切進刀，完成移架、推溜之後，控制多孔底卸式輸送機上的卸料口開閉，對固體充填段進行充填落料作業；待固體充填段充填作業完成後，將多孔底卸式輸送機推移一個步距；然後自綜采非充填段向固體充填段方向實施反向割煤、移架、推溜、充填落料、推移多孔底卸式輸送機作業；完成混合式工作面的採煤、移架、推溜、充填落料及推移多孔底卸式輸送機的循環作業；自固體充填段至綜采非充填段方向，混合式工作面後方採空區分別由固體充填物料及垮落矸石管理採空區頂板；
d.隨著混合式工作面向前推進一個步距，在區段運矸巷內構築巷旁充填體，完成該步距內的沿空留巷作業；
e.重複步驟c、d，直至完成整個固體充填與綜采混合式工作面的開採作業。
所述混合式工作面的固體充填段長度根據固體物料供應能力及充填密實度要求確定，長度小於150米。
在所述充填採煤液壓支架的後底座留有安裝夯實機構或安設擋矸板的插孔，根據需要安裝夯實機構或擋矸板，在擋矸板上裝有實現擋矸板上下伸縮的液壓缸，以防止固體充填物料湧入工作面，同時為固體物料向高處堆積提供條件。
在所述過渡液壓支架靠近綜采非充填段一側安設側護板，以減少綜采非充填段垮落矸石向固體充填段湧入。
在所述充填採煤液壓支架及過渡液壓支架的後頂梁尾部均安設護板，起到保護多孔底卸式輸送機作用。
有益效果
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》解決了在同一採煤工作面實現固體充填與綜采混合式開採的技術難題；混合式工作面固體充填綜采段採用矸石、粉煤灰、建築垃圾等固體充填物料回填採空區，減少其地面堆積排放造成的環境污染，既可以單純以處理固體廢棄物為目的，也可以根據需要設計達到保護地表建構築物目的，綜采段加大工作面長度，提高了工作面單產單效，解決了現代化礦井對產量的要求；區段運矸巷採用沿空留巷技術，減少回採巷道掘進，節約生產成本，並提高了煤炭資源回收率。
附圖說明
圖1是《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》的混合式工作面設備布置圖；
圖2是圖1中的充填段I-I剖面設備布置圖；
圖3是圖1中的混合式工作面過渡段II-II剖面設備布置圖；
圖4是圖1中的綜采段III-III剖面設備布置圖。
圖中：1-區段運矸巷，2-區段運煤巷，3-巷旁充填體，4-固體物料充填體，5-採空區垮落矸石，6-固體物料帶式輸送機，7-自移式固體物料轉載輸送機，8-破碎機，9-運煤轉載機，10-運煤帶式輸送機，11-採煤機，12-運煤刮板輸送機，13-充填採煤液壓支架，14-過渡液壓支架，15-綜采液壓支架，16-多孔底卸式輸送機，17-機頭升降平台，18-機尾升降平台，19-卸料口，20-擋矸板，21-側護板，22-護板。
技術領域
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》涉及煤礦開採工藝技術領域，尤其涉及適用於煤礦矸石產量大的一種井下固體充填與綜采混合式工作面開採方法。
權利要求
1.《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》其特徵在於包括如下步驟：
a.按照綜採回采巷道布置方式掘進固體充填與綜采混合式工作面的回採巷道；
b.在區段運矸巷（1）與區段運煤巷（2）掘至區段邊界時開切眼，在切眼內自區段運矸巷（1）至區段運煤巷（2）方向依次布置充填採煤液壓支架（13）與綜采液壓支架（15）兩種支架，構成固體充填段與綜采非充填段的混合式工作面支護設備，在兩種支架之間設定過渡液壓支架（14）實現兩種支架間的平穩過渡；將充填採煤液壓支架（13）布置於固體充填段，綜采液壓支架（15）布置於綜采非充填段，過渡液壓支架（14）布置於混合式工作面固體充填與綜采中間過渡段；機頭升降平台（17）布置於區段運矸巷內，通過液壓缸軟連線於自移式固體物料轉載輸送機（7）上，隨之向前移動；機尾升降平台（18）布置於固體充填段末端充填採煤液壓支架（13）的後頂梁下方，通過液壓缸軟連線於充填採煤液壓支架（13）上，隨之向前移動；
c.回採作業時，從區段邊界切眼處後退式推進固體充填與綜采混合式工作面，利用採煤機（11）自固體充填段向綜采非充填段方向實施端頭斜切進刀割煤；依次推移充填採煤液壓支架（13）、過渡液壓支架（14）、綜采液壓支架（15），進行及時支護，並隨之推移運煤刮板輸送機（17）；待採煤機（11）割至另一端頭並實施斜切進刀，完成移架、推溜之後，控制多孔底卸式輸送機（16）上的卸料口（19）開閉，對固體充填段進行充填落料作業；待固體充填段充填作業完成後，將多孔底卸式輸送機（16）推移一個步距；然後自綜采非充填段向固體充填段方向實施反向割煤、移架、推溜、充填落料、推移多孔底卸式輸送機（16）作業；完成混合式工作面的採煤、移架、推溜、充填落料及推移多孔底卸式輸送機（16）的循環作業；自固體充填段至綜采非充填段方向，混合式工作面後方採空區分別由固體充填物料（9）及垮落矸石（10）管理採空區頂板；
d.隨著混合式工作面向前推進一個步距，在區段運矸巷（1）內構築巷旁充填體（3），完成該步距內的沿空留巷作業；
e．重複步驟c、d，直至完成整個固體充填與綜采混合式工作面的開採作業。
2.根據權利要求1所述的一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法，其特徵在於：所述混合式工作面的固體充填段長度根據固體物料供應能力及充填密實度要求確定，長度小於150米。
3.根據權利要求1所述的一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法，其特徵在於：在所述充填採煤液壓支架（13）的後底座留有安裝夯實機構或安設擋矸板（20）的插孔，根據需要安裝夯實機構或擋矸板（20），在擋矸板（20）上裝有實現擋矸板（20）上下伸縮的液壓缸，以防止固體充填物料湧入工作面，同時為固體物料向高處堆積提供條件。
4.根據權利要求1所述的一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法，其特徵在於：在所述過渡液壓支架（14）靠近綜采非充填段一側安設側護板（21），以減少綜采非充填段垮落矸石向固體充填段湧入。
5.根據權利要求1所述的一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法，其特徵在於：在所述充填採煤液壓支架（13）及過渡液壓支架（14）的後頂梁尾部均安設護板（22），起到保護多孔底卸式輸送機作用。
實施方式
《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》具體步驟如下：
a.首先按照綜採回采巷道布置方式掘進固體充填與綜采混合式工作面的區段運矸巷和區段運煤巷；回採巷道貫通後，根據固體充填物料的供應能力及充填密實度要求確定混合式工作面固體充填段長度與綜采非充填段長度，要求固體充填段長度小於150米；
b.回採巷道掘進完成後，在切眼內布置由採煤機11、刮板輸送機12、充填採煤液壓支架13、過渡液壓支架14、綜采液壓支架15、多孔底卸式輸送機16、機尾升降平台18構成的混合式工作面採煤、裝運煤、支護、充填落料等關鍵設備，在區段運矸巷1與區段運煤巷2掘至區段邊界時開切眼，在切眼內自區段運矸巷1至區段運煤巷2方向依次布置充填採煤液壓支架13與綜采液壓支架15兩種支架，構成固體充填段與綜采非充填段的混合式工作面支護設備，在兩種支架之間設定過渡液壓支架14實現兩種支架間的平穩過渡；將充填採煤液壓支架13布置於固體充填段，綜采液壓支架15布置於綜采非充填段，過渡液壓支架14布置於混合式工作面固體充填與綜采中間過渡段；在區段運矸巷1中布置由機頭升降平台17、自移式固體物料轉載輸送機12、固體物料帶式輸送機11構成的固體充填物料轉載、運輸關鍵設備；工作面設備安裝完畢後，採用後退式推采固體充填與綜采混合式工作面；將機頭升降平台17布置於區段運矸巷內，通過液壓缸軟連線於自移式固體物料轉載輸送機7上，隨之向前移動；機尾升降平台18布置於固體充填段末端充填採煤液壓支架13的後頂梁下方，通過液壓缸軟連線於充填採煤液壓支架13上，隨之向前移動；在所述充填採煤液壓支架13的後底座留有安裝夯實機構或安設擋矸板20的插孔，根據需要安裝夯實機構或擋矸板20，在擋矸板20上裝有實現擋矸板20上下伸縮的液壓缸，以防止固體充填物料湧入工作面，同時為固體物料向高處堆積提供條件；在所述過渡液壓支架14靠近綜采非充填段一側安設側護板21，以減少綜采非充填段垮落矸石向固體充填段湧入；在所述充填採煤液壓支架13及過渡液壓支架14在的後頂梁尾部均安設護板22，起到保護多孔底卸式輸送機作用。在區段運煤巷2布置由破碎機8、運煤轉載機9、運煤帶式輸送機10構成的煤炭破碎、轉載、運輸關鍵設備；
c.回採作業時，從區段邊界切眼處後退式推進固體充填與綜采混合式工作面，利用採煤機11自固體充填段向綜采非充填段方向實施端頭斜切進刀割煤；依次推移充填採煤液壓支架13、過渡液壓支架14、綜采液壓支架15，並進行及時支護，隨之推移運煤刮板輸送機17；待採煤機11割至另一端頭並實施斜切進刀，完成移架、推溜之後，控制多孔底卸式輸送機16上的卸料口19開閉，對固體充填段進行充填落料作業；待固體充填段充填作業完成後，將多孔底卸式輸送機16推移一個步距；然後自綜采非充填段向固體充填段方向實施反向割煤、移架、推溜、充填落料、推移多孔底卸式輸送機16作業；完成混合式工作面的採煤、移架、推溜、充填落料及推移多孔底卸式輸送機16的循環作業；自固體充填段至綜采非充填段方向，混合式工作面後方採空區分別由固體充填物料9及垮落矸石10管理採空區頂板；
d.隨著混合式工作面向前推進一個步距，在區段運矸巷1內構築巷旁充填體3，完成該步距內的沿空留巷作業；
e.重複步驟c、d，直至完成整個固體充填與綜采混合式工作面的開採作業。
固體充填與綜采混合式工作面開採作業：綜采混合式工作面開採作業主要由工作面採煤、固體充填段充填及區段運矸巷沿空留巷三部分組成；回採作業時，從區段邊界切眼處後退式推進固體充填與綜采混合式工作面，首先啟動採煤機11自固體充填段向綜采非充填段方向實施端頭斜切進刀割煤；隨採煤機割煤，依次推移充填採煤液壓支架13、過渡液壓支架14、綜采液壓支架15，進行及時支護；隨之推移刮板輸送機12，完成採煤作業；待採煤機11割至另一端頭並實施斜切進刀，完成移架、推溜之後，依次啟動多孔底卸式輸送機16、自移式固體物料轉載輸送機7、固體物料帶式輸送機6，然後操作多孔底卸式輸送機16上卸料口19的開閉對固體充填段進行充填落料，固體充填段充填落料完成後將多孔底卸式輸送機16推移一個步距，完成固體充填段採空區充填作業；然後自綜采非充填段向固體充填段方向實施反向割煤、移架、推溜、充填落料、推移多孔底卸式輸送機16作業；完成混合式工作面的採煤、移架、推溜、充填落料及推移多孔底卸式輸送機16的循環作業；自固體充填段至綜采非充填段方向，工作面後方採空區分別由固體充填物料9及垮落矸石10管理採空區頂板；隨著混合式工作面的採煤、充填作業，在區段運矸內通過人工壘砌矸石袋或者澆築混凝土等形式構築巷旁充填體3，以完成一個步距內的沿空留巷工序；重複以上混合式工作面採煤、固體充填段充填以及區段運矸巷沿空留巷作業，以循環完成固體充填與綜采混合式工作面開採作業；固體充填與綜采混合式開採工作面後退式推進至上山保護煤柱邊界，然後接替至下一個混合式工作面。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種固體充填與綜采混合式工作面開採方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
