專(zhuān)利名稱：充填裝置及應(yīng)用該裝置充填井下采空區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下采空區(qū)充填技術(shù)，尤其涉及一種利用粉狀充填材料進(jìn)行井下采空 區(qū)充填的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭占我國(guó)能源總量的73%，目前每年從地下采出的煤炭達(dá)到 二十億噸。同時(shí)，我國(guó)"三F"壓煤量也很大，特別在華東、華北平原的主要產(chǎn)煤區(qū)，地 而村莊建筑物密集，建下壓煤?jiǎn)栴}十分突出，地下煤炭或其它礦井開(kāi)采后必然引起地表沉 陷，地表沉陷會(huì)導(dǎo)致地表的建筑物、水體、耕地、鐵路、橋梁破壞等諸多災(zāi)害性后果。井 下釆空區(qū)充填是控制開(kāi)采沉陷的有效方法。
現(xiàn)在礦山井下采空區(qū)充填方法中，水砂充填采用較廣，我國(guó)曾在數(shù)個(gè)礦井進(jìn)行了井下 充填法開(kāi)采試驗(yàn)，如撫順勝利礦、雞西滴道九井、新汶?yún)f(xié)莊礦、焦作演馬莊礦、南京青龍 山礦等。近年來(lái)，由于充填材料缺少和充填費(fèi)用較高，我國(guó)已很少采用這種方法解決開(kāi)采 損害問(wèn)題。但是，充填開(kāi)采無(wú)論是從減少地表移動(dòng)變形保護(hù)地面建筑物方面，還是從減少 煤炭資源浪費(fèi)方面來(lái)考慮，都是一種較好的井下開(kāi)采沉陷控制方法。
還有- 種方法是膏體充填技術(shù)，其成本比較昂貴。
以上兩種方法中，水砂充填需要有砂子這種材料，且需要將充填用水排出礦井，成本 較高；膏體充填技術(shù)剛剛開(kāi)始，其成本也比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供-種簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低的充填裝置及應(yīng)用該裝置充填井下采空區(qū) 的方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的充填裝置，包括壓縮機(jī)、倉(cāng)泵、輸灰管路、充填器，所述倉(cāng)泵接收并存儲(chǔ)外 部供給的粉狀充填材料，壓縮機(jī)向倉(cāng)泵加入壓縮空氣后，倉(cāng)泵內(nèi)的充填材料通過(guò)輸灰管路 被吹入充填器，由充填器將充填材料射出，實(shí)現(xiàn)對(duì)充填區(qū)的充填。
所述的充填器包括收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管和水管，且按文丘里管原理設(shè)計(jì)，所述輸灰管路輸送的充填材料依次經(jīng)過(guò)收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管并與水管輸送的壓 力水混合后由膛線管射出。
所述的喉管設(shè)計(jì)為雙層管，外層管與水管連接，內(nèi)層管設(shè)有噴水小孔，壓力水進(jìn)入外 管與內(nèi)管之間的環(huán)形空間后通過(guò)噴水小孔向管內(nèi)噴出。
所述的膛線管的內(nèi)壁設(shè)有螺旋膛線。
本發(fā)明的應(yīng)用上述充填裝置充填井下采空區(qū)的方法，通過(guò)上述充填裝置將粉狀充填材
料充填到井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的充填。
所述的粉狀充填材料包括粉煤灰，所述粉煤灰與水混合后充填到井下采空區(qū)。 所述的充填方法包括，在采礦工作面的中部開(kāi)設(shè)用于充填的腰巷，將充填器通過(guò)腰巷
伸入到采空區(qū)。
所述的填充方法包括，在采空區(qū)隔離充填區(qū)，所述的充填裝置將充填材料充填到充填區(qū)。
所述的充填區(qū)為沿采煤工作面走向的長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)條狀的充填區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有隔離 墻，所述隔離墻由混凝土袋和/或粉煤灰袋和/或沙土袋構(gòu)成。
對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填工作與對(duì)回采工作面的采煤工作同步進(jìn)行。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的充填裝置及應(yīng)用該裝置充填井 下采空區(qū)的方法，由于倉(cāng)泵接收并存儲(chǔ)外部供給的粉狀充填材料，壓縮機(jī)向倉(cāng)泵加入壓縮 空氣后，倉(cāng)泵內(nèi)的充填材料通過(guò)輸灰管路被吹入充填器，由充填器將充填材料射出，實(shí)現(xiàn) 對(duì)充填區(qū)的充填，簡(jiǎn)單實(shí)用。
又由于所述的充填器包括收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管和水管，且按文丘里管原理 設(shè)計(jì)，充填材料依次經(jīng)過(guò)收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管并與水管輸送的壓力水混合后由 膛線管射出，膛線管的內(nèi)壁設(shè)有螺旋膛線，喉管為雙層管，外層管與水管連接，內(nèi)層管設(shè) 有噴水小孔，壓力水在文丘里效應(yīng)及外部壓力的雙重作用下進(jìn)入外管與內(nèi)管之間的環(huán)形空 間后通過(guò)噴水小孔向管內(nèi)噴出，噴射距離遠(yuǎn)，充填材料與水混合均勻。
應(yīng)用上述充填裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的充填時(shí)沒(méi)有粉塵，通過(guò)文丘里管充填器將粉煤 灰與適當(dāng)比例的水分混合后成為塑性小泥塊狀，且具有充填效率高、噴射距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
又由于在采空區(qū)隔離充填區(qū)，充填區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有隔離墻，將充填材料充填到充填 區(qū)?？梢怨?jié)省充填材料，采空區(qū)充填與采煤工作可以同步進(jìn)行，并可擴(kuò)大開(kāi)采工作面的寬 度，提高開(kāi)采效率。
又由于所用的粉狀填充材料主要為粉煤灰，與水砂充填相比，不用依賴砂子材料，不 用排水，充填成本低廉。與膏體充填相比費(fèi)用低，工藝簡(jiǎn)單，成本較低。并能夠?qū)⒎勖夯?儲(chǔ)存到井下，減少甚至避免粉煤灰對(duì)地面環(huán)境的污染。實(shí)現(xiàn)煤炭從開(kāi)采、到發(fā)電、再到粉 煤灰井下回填、最后實(shí)現(xiàn)沉陷控制的物質(zhì)閉環(huán)流動(dòng)，是一種新型的煤礦循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。適用于各種礦井的充填，尤其適用于煤礦井下充填。


圖l為本發(fā)明充填裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為充填器的結(jié)構(gòu)示意閣； 圖3為充填區(qū)的平面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的充填裝置較佳的具體實(shí)施方式
如圖l所示，包括壓縮機(jī)9、倉(cāng)泵7、輸灰管路 6、充填器8，所述倉(cāng)泵7接收并存儲(chǔ)外部供給的粉狀充填材料，壓縮機(jī)9向倉(cāng)泵7加入壓縮空 氣后，倉(cāng)泵7內(nèi)的充填材料通過(guò)輸灰管路6被吹入充填器8，由充填器8將充填材料射出，實(shí) 現(xiàn)對(duì)充填區(qū)的充填。這里的輸灰管路6包括地面部分、地面至井下部分、井下部分。
倉(cāng)泵7可以是一個(gè)，也可有多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)而成，多個(gè)倉(cāng)泵7可以有一臺(tái)壓縮機(jī)9供 氣，也可以有多臺(tái)壓縮機(jī)9供氣。
其中，壓縮機(jī)可以采用VFY-6/7-KB型空壓機(jī)，或其它型號(hào)的壓縮機(jī)；壓縮機(jī)9與倉(cāng)泵7 之間的供氣管及倉(cāng)泵7及與充填器8之間的輸灰管路6采用高壓膠管。
如圖2所示，所述的充填器8包括收縮管1、喉管2、擴(kuò)散管3、膛線管4和水管5，且按 文丘単.管原理設(shè)計(jì)，所述輸灰管路6輸送的充填材料依次經(jīng)過(guò)收縮管1、喉管2、擴(kuò)散管3、 脾i戔管4并與水管5輸送的壓力水混合后由膛線管4射出。充填器8的后端接輸灰管路6，側(cè)面 接高壓水管，材料選擇不銹鋼，內(nèi)表面進(jìn)行滲錳耐磨處理，也可以選用其它的耐磨、耐腐 蝕材料。
所述的喉管2為雙層管，外層管與水管5連接，內(nèi)層管設(shè)有噴水小孔，壓力水在文丘単. 效應(yīng)及外部壓力的雙重作用下進(jìn)入外管與內(nèi)管之間的環(huán)形空間后通過(guò)噴水小孔向管內(nèi)噴 出。所述的壓力水可以為低壓水，主要靠文丘里效應(yīng)將水吸入喉管2，也可以為高壓水，主 要靠外部壓力將水fl;入喉管2。
所述的膛線管4的內(nèi)壁設(shè)冇螺旋膛線，能起到收縮集中充填材料流線，可以使噴射距 離加大，噴射點(diǎn)集中的作用。同時(shí)，也能進(jìn)一步使水和粉狀充填材料更有效地混合。灰水 混合均勻且噴射距離遠(yuǎn)，可達(dá)8 10m。
本發(fā)明通過(guò)上述充填裝置將粉狀充填材料充填到井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的充壩。
所述的粉狀填充材料包括粉煤灰，以粉煤灰為主體，可以實(shí)現(xiàn)煤炭從開(kāi)采、到發(fā)電、 再到粉煤灰井下回填、最后實(shí)現(xiàn)沉陷控制的物質(zhì)閉環(huán)流動(dòng)，是--種新型的煤礦循環(huán)經(jīng)濟(jì)模 式。
還可以用從矸石山篩分出來(lái)的風(fēng)化矸石碎末，或是從地面挖掘的砂土。這些物料單獨(dú)
或混合后被磨成粉狀。
當(dāng)粉煤灰通過(guò)充填器8時(shí)，在收縮管l內(nèi)粉煤灰逐漸加速，到達(dá)喉管2處流速最高，在 喉管2段小孔噴入壓力水，在高速氣流的沖擊下，水線被粉碎成大量的小液滴，充滿整個(gè)喉 部，高速運(yùn)動(dòng)著的粉煤灰塵粒沖破水珠周?chē)臍饽?，被吸附在水珠上進(jìn)入擴(kuò)散管3。在擴(kuò)散 管3內(nèi)，氣流會(huì)出現(xiàn)渦流，使得粉煤灰與水滴進(jìn)--步充分混合，同時(shí)氣流的速度逐漸降低， 壓力逐漸得到恢復(fù)。充分混合后的塑態(tài)泥狀粉煤灰，再經(jīng)過(guò)膛線管4后噴射出去，充填在采 空區(qū)內(nèi)。
如圖1所示，粉煤灰由電廠的儲(chǔ)灰倉(cāng)泵7，加氣壓，經(jīng)地面輸灰管路6輸送至井口或?qū)?用鉆孔的孔口；粉煤灰通過(guò)井筒或?qū)Ｓ勉@孔進(jìn)入井下的倉(cāng)泵7，再由井下倉(cāng)泵7，加壓，經(jīng) 井下輸灰管路6 -直輸送至充填工作面；粉煤灰經(jīng)充填器與水混合，在采煤工作面注入采空 區(qū)。
如圖3所示，所述的充填方法包括，在采礦工作面的中部開(kāi)設(shè)用于充填的腰巷，將充 壩器8通過(guò)腰巷伸入到采空K。
所述的填充方法包括，在采空區(qū)隔離充填區(qū)，所述的充填裝置將充填材料充填到充填區(qū)。
所述的充填區(qū)為沿采掘方向的長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)條狀的充填區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有隔離墻，所述 隔離墻由混凝土袋、粉煤灰袋及沙土袋構(gòu)成。隔離墻的高度即煤層的厚度，隔離墻之間的 間隔寬度可按煤層厚度的1 2倍。邊墻最上部0.2m厚不用混凝土袋，改用粉煤灰袋，以適 應(yīng)煤層頂板的下沉，確?；炷吝厜Φ姆€(wěn)定。
釆空區(qū)充填與采煤可以同步進(jìn)行，這樣既能發(fā)揮充填條帶穩(wěn)定性好，有效控制覆巖與 地表沉陷的作用，又能使采煤工作面的斜長(zhǎng)加大，有利于提高開(kāi)采效率和經(jīng)濟(jì)效益。
如圖3中，若保留條帶煤柱為50m寬，采面斜長(zhǎng)設(shè)計(jì)為120m,在采煤工作面傾斜方向的 中部，開(kāi)一條專(zhuān)用于充填的腰巷，在采空區(qū)內(nèi)可充填--個(gè)寬40m的充填條帶。在充填條帶與 條帶煤柱之間可以保留40m寬的冒落帶，以節(jié)省充填材料。
本發(fā)明能夠有效地控制地表沉陷，實(shí)現(xiàn)建筑物下安全開(kāi)采與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。與水 砂充填相比，不用依賴砂子材料，不用排水，充填成本低廉。與膏體充填相比費(fèi)用低，工 藝簡(jiǎn)單。并能夠?qū)⒎勖夯覂?chǔ)存到井下，減少甚至避免粉煤灰對(duì)地面環(huán)境的污染。實(shí)現(xiàn)煤炭 從開(kāi)采、到發(fā)電、再到粉煤灰井下回填、最后實(shí)現(xiàn)沉陷控制的物質(zhì)閉環(huán)流動(dòng)，是一種新型 的煤礦循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。適用于各種礦井的充填，尤其適用于煤礦的充填。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任
何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種充填裝置，其特征在于，包括壓縮機(jī)、倉(cāng)泵、輸灰管路、充填器，所述倉(cāng)泵接收并存儲(chǔ)外部供給的粉狀充填材料，壓縮機(jī)向倉(cāng)泵加入壓縮空氣后，倉(cāng)泵內(nèi)的充填材料通過(guò)輸灰管路被吹入充填器，由充填器將充填材料射出，實(shí)現(xiàn)對(duì)充填區(qū)的充填。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的充填裝置，其特征在于，所述的充填器包括收縮管、喉 管、擴(kuò)散管、膛線管和水管，且按文丘里管原理設(shè)計(jì)，所述輸灰管路輸送的充填材料依次 經(jīng)過(guò)收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管并與水管輸送的壓力水混合后由膛線管射出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充填裝置，其特征在于，所述的喉管設(shè)計(jì)為雙層管，外層管 與水管連接，內(nèi)層管設(shè)有噴水小孔，壓力水進(jìn)入外管與內(nèi)管之間的環(huán)形空間后通過(guò)噴水小 孔向管內(nèi)噴出。
4 、根據(jù)權(quán)利要求2所述的充填裝置，其特征在于，所述的膛線管的內(nèi)壁設(shè)有螺旋膛線。
5、 一種應(yīng)用上述充填裝置充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，通過(guò)上述充填裝置 將粉狀充填材料充填到井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的充填。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，所述的粉狀充填材料 包括粉煤灰，所述粉煤灰與水混合后充填到井下采空區(qū)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，所述的充填方法包 括，在采礦工作面的中部開(kāi)設(shè)用于充填的腰巷，將充填器通過(guò)腰巷伸入到采空區(qū)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，所述的填充方法包 括，在采空區(qū)隔離充填區(qū)，所述的充填裝置將充填材料充填到充填區(qū)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，所述的充填區(qū)為沿采 煤工作面走向的長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)條狀的充填區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有隔離墻，所述隔離墻由混凝土袋 和/或粉煤灰袋和/或沙土袋構(gòu)成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5至9任一項(xiàng)所述的充填井下采空區(qū)的方法，其特征在于，對(duì)采空區(qū) 進(jìn)行充填工作與對(duì)回采工作面的采煤工作同歩進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種充填裝置，包括壓縮機(jī)、倉(cāng)泵、輸灰管路、充填器，壓縮機(jī)向倉(cāng)泵加入壓縮空氣后，倉(cāng)泵內(nèi)的充填材料通過(guò)輸灰管路被吹入充填器，由充填器將充填材料射出，實(shí)現(xiàn)對(duì)充填區(qū)的充填。充填器包括收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管和水管，所述輸灰管路輸送的充填材料依次經(jīng)過(guò)收縮管、喉管、擴(kuò)散管、膛線管并與水管輸送的壓力水混合后由膛線管射出。通過(guò)上述充填裝置將粉狀充填材料充填到井下采空區(qū)。實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的充填時(shí)，可以首先在采空區(qū)隔離出充填區(qū)，再將充填材料充填到充填區(qū)內(nèi)。對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填工作與回采工作面的采煤工作同步進(jìn)行。該發(fā)明簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低適用于各種礦井的充填，尤其適用于煤礦的充填。
文檔編號(hào)E21F15/10GK101165317SQ200610113780
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者龐法揚(yáng), 李永亮, 牛學(xué)良, 翟明華, 胡春嶺, 高延法 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)