專利名稱：矸石擠壓成型沿空留巷法的制作方法
技術領域：
本發明屬于礦山開采技術領域，涉及一種利用矸石填充沿空留巷的方法。
背景技術：
沿空留巷技術是指在采煤工作面回采時，巷道支架不回撤并采取加強措施保留巷 道作為相鄰工作面的機巷或回風巷，該技術具有以下幾個方面的優勢，尤其適應接替緊張、 采面擺布困難、壓力不大的采場首先，沿空留巷能減少煤柱損失，提高煤炭資源回采率; 第二，增加相鄰工作面瓦斯抽采時間，突出煤層采用沿空留巷后，相鄰工作面可以在留巷側 繼續抽放瓦斯，使相鄰工作面的瓦斯抽放時間增加一倍，瓦斯抽放效果將會明顯提高，工作 面安全生產條件將會得到有效改善；第三，能減少巷道掘進量，降低勞動強度，同時對于具 有突出危險的礦井，減少了被保護層內煤柱的集中應力，可使突出危險性減少近50%以上。沿空留巷技術中，巷道的留設通常采用的是砌料石墻、密集支柱及木垛或高水 (膏體)速凝材料填充等措施，但這些措施均存在一定的不足，在某種程度上限制了沿空留 巷技術的發展1)砌料石墻在煤厚約1. 5m以下較薄煤層中用料石砌塊維護采煤工作面后方巷 道，為下一工作面二次使用作準備。然而料石為脆性材料，受采動壓力后變形破壞嚴重，維 護工作量大。2)密集支柱及木垛僅適用于炮采低瓦斯薄及中厚煤層采煤工作面，該方法漏 風嚴重，材料消耗量大，巷道維護效果較差，機械化程度低。3)高水(膏體)速凝材料填充 主要以石膏、石灰、速凝早強劑等多種材料，再摻入一定量的工業廢渣(如粉煤灰、爐渣、煙 道灰、矸石粉等)配制成漿液(或膏體)材料，使用雙作用泵通過管路將填充材料輸送進入 待填空間。但該法填充材料成本較高，巷旁填充體寬度較窄(一般為2-3m)，承壓能力不足； 填充工藝復雜，常出現跑漿露漿事故；材料加工及填充設備價格昂貴等。
發明內容
基于上述問題，本發明提供了一種矸石擠壓成型沿空留巷法。為實現這一目的，本發明采用的技術方案為矸石擠壓成型沿空留巷法，包括以下 步驟1)將模板固定在待留巷道旁，模板與巷道走向平行、面向采空區豎向放置，模板與采 空區之間保持一定距離，之間為待填充區；2)把矸石破碎成矸石顆粒，添加膠結材料攪拌 均勻后形成填充料；3)將填充料充入待填充區并壓實，形成填充體；4)撤下模板，并使模板 沿工作面推進方向移動，然后進行下一填充循環。所述模板上開有槽口，槽口處設有錨桿卡緊裝置，填充前自槽口向待填充區插入 錨桿，并用錨桿卡緊裝置將錨桿固定。該操作能夠在填充過程中對填充體自動加錨，以進一 步提高填充體強度。所述模板由縱向伸縮板和錨桿固定板兩部分拼接而成，兩者的縱向邊沿可拆卸連 接在一起，錨桿固定板靠近上一循環填充體設置，所述槽口開在錨桿固定板上。所述模板背面下方裝有底座，底座上設有液壓立柱，液壓立柱頂部固定有鋼梁；固定模板時，升起液壓支柱，使固定在液壓支柱頂部的鋼梁撐住頂板；另取一根液壓頂桿，使 其一端垂直模板頂在底座上，另一端伸出、頂在與采空區相對的礦柱上。進行步驟3)之前先在待填充區端口處架設壓實裝置，該壓實裝置包括壓板和平 放的基板，壓板下邊沿與基板的一邊沿鉸接，壓板與基板間裝有能驅動壓板沿鉸接軸旋轉 的液壓桿，基板上方固定有可縱向伸縮的液壓支架；架設時使壓板朝向采空區，然后升起液 壓支架使之頂緊頂板。所述壓實裝置還包括填充料輸送機，填充料輸送機的出料口懸掛在液壓支架上、 處于壓板上方。在采煤工作面后方的巷道邊緣，隨工作面開采在采空區側，將井下或地面廢棄矸 石破碎成矸石顆粒；用皮帶運輸機將矸石顆粒運送到留巷位置的工作面端頭，通過配料攪 拌機加膠結材料拌成填充料，填充料繼而由填充料輸送機送至待填充區端口上方，并經懸 掛在液壓支架上的出料口放料。本發明中，破碎的矸石依次經矸石倉一皮帶運輸一加膠結料混合攪拌一上填充料 輸送機一矸石填充一安裝錨桿一矸石擠壓強化成型一移架一下一循環填充等步驟，在巷旁 形成高強度矸石帶來支護巷道，其中的主要原料是廢棄的矸石，不僅成本低、效率高，還將 矸石變廢為寶，做到煤礦矸石不出井或少出井，降低了矸石提升量，減少矸石排放污染。與現有的砌料石墻沿空留巷、密集支柱及木垛沿空留巷技術相比，本發明的機械 化程度高，大大提升了工作效率和安全性，能夠充分保證開采與留巷同步進行，工人勞動強 度小。與高水(膏體)速凝材料填充沿空留巷技術相比，本發明采用的是開放式操作，不存 在堵管等問題，可靠性高、可操作性強。除此之外，本發明的方法還具有如下技術優勢1)再生矸石帶寬度大(可達8_12m)，結構科學合理，穩定性強，填充效果好，不開 裂，漏風率低，對瓦斯防治有利，留巷安全可靠。2)在每一留巷循環前對再生矸石帶靠巷道側幫自動加錨桿，進而還可安裝金屬 網，形成錨網結構，大大提高了再生矸石帶的結構強度，可有效防止填充側的巷道片幫。3)矸石擠壓成型留巷的全部作業工序在工作面后方進行，而工作面開采在其前方 進行，機械設備、采煤作業、煤炭運輸與矸石運輸、端頭支護、填充作業、巷道維修等作業分 別在各自不同的空間和時間內進行，相互間無交叉干擾，安全狀況好。
圖1是模板及其附件的結構示意圖；圖2是填充現場的俯視圖；圖3是本發明工藝系統的示意圖。
具體實施例方式矸石擠壓成型沿空留巷法，包括以下步驟1)架設模板和壓實裝置如圖1和圖2所示，模板由縱向伸縮板2和錨桿固定板8兩部分拼接而成，兩者可 拆卸連接。首次填充時，將縱向伸縮板2面向采空區10豎向放置，并使之與巷道走向平行，縱向伸縮板2與采空區10冒落的廢石間保持一定距離，之間為待填充區；縱向伸縮板2背 面下方裝有底座6，底座6上安裝有液壓立柱5，液壓立柱5頂部固定有鋼梁3。伸出縱向 伸縮板2，使其高度與巷道高度相當；升起液壓立柱5，使固定在支柱5頂部的鋼梁3撐住頂 板；另取液壓頂桿7 —端垂直縱向伸縮板2頂在底座6上，另一端伸出、頂在與采空區10相 對的礦柱上。液壓頂桿7與液壓立柱5協作，從而將縱向伸縮板2臨時固定在巷旁；同時， 液壓立柱5及其頂部的鋼梁3對巷道頂板施以支撐，也為作業安全提供了保障。如圖2和圖3所示，在待填充區端口處架設壓實裝置。該壓實裝置包括壓板11、平 放的基板14和填充料輸送機16，壓板11下邊沿與基板14的一邊沿鉸接，壓板11與基板 14間裝有能驅動壓板11沿鉸接軸旋轉的液壓桿12，基板14上方固定有可縱向伸縮的液壓 支架13。架設時使壓板11朝向待填充區，升起液壓支架13使之頂緊巷道頂板，填充料輸送 機16的出料口 15懸掛在壓板11上方的液壓支架13上。2)在采煤工作面后方的巷道邊緣，隨工作面開采在采空區側，用矸石破碎機17將 井下或地面廢棄矸石破碎成矸石顆粒20，入矸石倉18 ；皮帶運輸機19自矸石倉18下部出 料口將矸石顆粒20運送到處于留巷位置工作面端頭的配料攪拌機，加膠結材料21 (如水 泥)攪拌成填充料。3)利用填充料輸送機16將填充料送至待填充區端口上方，并經懸掛在液壓支架 13上的出料口 15放料，充入待填充區；伸展液壓桿12，驅動壓板11將填充料壓實。4)完成首次填充后，降低縱向伸縮板2和液壓支柱5，在工作面端頭支架牽引下， 使縱向伸縮板2沿工作面推進方向移動，進行下一填充循環。在第二次及以后的填充循環 前，先將錨桿固定板8可拆卸連接在縱向伸縮板2靠近上一填充體9的縱向邊沿處，錨桿固 定板8與縱向伸縮板2平齊，其上開有槽口 4，槽口 4處設有錨桿卡緊裝置；將錨桿1自槽 口 4插入填充空間內，并用錨桿卡緊裝置固定。這樣能夠在填充壓實過程中實現自動加錨， 進一步提升填充體9的強度。依次類推，將混合了膠結材料21的矸石顆粒20填充擠壓成高強度矸石帶。
權利要求
矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，包括以下步驟1)將模板固定在待留巷道旁，模板與巷道走向平行、面向采空區豎向放置，模板與采空區之間保持一定距離，之間為待填充區；2)把矸石破碎成矸石顆粒，添加膠結材料攪拌均勻后形成填充料；3)將填充料充入待填充區并壓實，形成填充體；4)撤下模板，并使模板沿工作面推進方向移動，然后進行下一填充循環。
2.如權利要求1所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板上開有槽口， 槽口處設有錨桿卡緊裝置，填充前自槽口向待填充區插入錨桿，并用錨桿卡緊裝置將錨桿 固定。
3.如權利要求2所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板由縱向伸縮 板和錨桿固定板兩部分拼接而成，兩者的縱向邊沿可拆卸連接在一起，錨桿固定板靠近上 一循環填充體設置，所述槽口開在錨桿固定板上。
4.如權利要求1-3任一所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，所述模板背面 下方裝有底座，底座上設有液壓立柱，液壓立柱頂部固定有鋼梁；固定模板時，升起液壓支 柱，使固定在液壓支柱頂部的鋼梁撐住頂板；另取一根液壓頂桿，使其一端垂直模板頂在底 座上，另一端伸出、頂在與采空區相對的礦柱上。
5.如權利要求1所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，進行步驟3)之前先在 待填充區端口處架設壓實裝置，該壓實裝置包括壓板和平放的基板，壓板下邊沿與基板的 一邊沿鉸接，壓板與基板間裝有能驅動壓板沿鉸接軸旋轉的液壓桿，基板上方固定有可縱 向伸縮的液壓支架；架設時使壓板朝向采空區，然后升起液壓支架使之頂緊頂板。
6.如權利要求5所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，所述壓實裝置還包括 填充料輸送機，填充料輸送機的出料口懸掛在液壓支架上、處于壓板上方。
7.如權利要求5或6所述的矸石擠壓成型沿空留巷法，其特征在于，在采煤工作面后 方的巷道邊緣，隨工作面開采在采空區側，將井下或地面廢棄矸石破碎成矸石顆粒；用皮 帶運輸機將矸石顆粒運送到留巷位置的工作面端頭，通過配料攪拌機加膠結材料拌成填充 料，填充料繼而由填充料輸送機送至待填充區端口上方，并經懸掛在液壓支架上的出料口 放料。
全文摘要
矸石擠壓成型沿空留巷法，屬于礦山開采技術領域，步驟包括1)將模板固定在待留巷道旁，模板與巷道走向平行、面向采空區豎向放置，模板與采空區之間保持一定距離，之間為待填充區；2)把矸石破碎成矸石顆粒，添加膠結材料攪拌均勻后形成填充料；3)將填充料充入待填充區并壓實，形成填充體；4)撤下模板，并使模板沿工作面推進方向移動，然后進行下一填充循環。本發明以矸石為主料實現沿空留巷，變廢為寶，減少了矸石排放污染；巷旁加錨桿，使留巷穩定性增加；采用綜合機械化操作，勞動強度低，效率高；開放式作業，不存在堵管等問題，可靠性強；回采與留巷支護無交叉干擾，安全狀況好；獲得的填充體寬度大，結構合理，漏風率低，穩定性強。
文檔編號E21F15/02GK101858215SQ20101016071
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者李東印, 李化敏, 熊祖強, 王文, 袁瑞甫, 陳軼 申請人:河南理工大學