一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法与流程

1.本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法。


背景技术：

2.煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物，煤炭是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一，煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定，煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环，由于煤炭资源较为重要，因此煤矿开采成为不可或缺的矿产开采行业。煤炭开采在促进经济发展的同时,也带来了严重的环境问题。煤矿开采过程中造成了地下水流失和土地塌陷等问题,不仅污染了生态环境,而且也影响了社会的和谐稳定。随着我国经济的快速发展，能源的生产和利用方式也在不断的改进，煤炭行业在努力向安全、绿色、经济的能源产业体系靠近，而传统的煤矿开采业一般都是等待煤矿全部开采完毕后，才集中的将存在的巷道进行填充，但这样不仅增加了后续处理的工作量，并且巷道的存在也会增加煤矿开采区域的安全隐患。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
4.（二）技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法，包括筛选分离系统和地面制浆系统，所述筛选分离系统包括煤矸石分离设备、破碎机和筛选机，所述煤矸石分离设备用于将运煤皮带输送来的煤矿进行煤炭和煤矸石的分离，分离出来的煤炭输送到火力发电系统进行火力发电，分离出来的煤矸石输送到破碎机中进行破碎，所述破碎机用于将煤矸石分离设备分离出来的煤矸石、火力发电系统输送来的炉渣以及矸石山输送的矸石进行破碎形成骨料，所述筛选机用于筛选粒径小于3cm的骨料，筛选出粒径小于3cm的骨料后，通过运矸皮带输送至搅拌混匀设备中，所述地面制浆系统包括储料罐、螺旋输送机、高速制浆机、缓冲池，所述储料罐用于存储水泥和粉煤灰的混合物，所述螺旋输送机用于将储料罐中的物料输送至高速制浆机中，所述高速制浆机用于将螺旋输送机输送来的物料加水搅拌成浆液，所述缓冲池用于存储高速制浆机制作完成的浆液，并通过浆液输送管道上的浆液泵将浆液输送至搅拌混匀设备中，所述搅拌混匀设备将骨料和浆液混合均匀，然后将混合均匀后的浆液从需要填充的巷道口倒入，在重力和浆液流动性的作用下，将需要填充的巷道进行填充。
5.优选的，所述筛选机在筛选骨料的时候，粒径小于3cm的骨料会直接通过运矸皮带输送至搅拌混匀设备中，粒径大于3cm的骨料会再次被返回到破碎机中再次破碎，直至所有
的骨料粒径均小于3cm。
6.优选的，所述系统还包括控制系统，所述筛选分离系统、地面制浆系统、浆液泵、运煤皮带和运矸皮带均与控制系统信号连接。
7.优选的，所述缓冲池上安装有搅拌机，所述储料罐的出料口处固定有电磁阀门。
8.优选的，所述煤矸石分离设备包括分离筒，所述分离筒为顶部开口的中空长方体结构，且所述分离筒的内部左侧固定有孔板，所述分离筒的内部右侧转动连接有转动板，且所述分离筒的内部右侧固定有挡块，所述挡块的顶部与所述转动板的底部相贴合，所述转动板的左端与所述孔板的右端相贴合，所述分离筒的右侧位于所述转动板的上方开设有煤炭出口，且所述分离筒的右侧通过扭簧转动连接有第一封板，所述第一封板与所述分离筒相吸合，且所述第一封板覆盖所述煤炭出口，所述分离筒的右侧位于所述转动板的下方开设有矸石出口，且所述分离筒的右侧通过扭簧转动连接有第二封板，所述第二封板与所述分离筒相吸合，所述分离筒的内部右侧一体成型有矸石引导板，所述分离筒的内部位于所述矸石引导板的下方一体成型有隔板，所述分离筒的内部位于所述隔板的下方转动连接有传动轴，所述传动轴的左端延伸至所述分离筒的左侧且固定有皮带轮，所述皮带轮的外侧壁套设有皮带，所述皮带另一端套设于运煤皮带的驱动端，所述分离筒的内部位于所述隔板的上方设有活塞，所述活塞与所述孔板之间设有水，所述活塞的底部固定有第一连杆，所述第一连杆的底端贯穿所述隔板，且转动连接有第二连杆，所述第二连杆的底端固定有环体，所述环体套设于所述传动轴的外侧壁，且与所述传动轴转动连接。
9.优选的，所述孔板为左高右低的倾斜状，其倾斜角度为20
°‑
30
°
，所述矸石引导板的地面也为左高右低的倾斜状，其倾斜角度为25
°‑
33
°
。
10.优选的，所述混匀搅拌设备包括搅拌罐，所述搅拌罐的内部上表面固定有齿轮盒，且所述齿轮盒的前表面固定有浆液盒，所述浆液盒的内部转动连接有叶轮，且所述浆液盒的底部固定有浆液出口，所述搅拌罐的顶部左侧固定有浆液进口，所述浆液进口的底端延伸至所述浆液盒的内部，且所述浆液进口的底端为向右倾斜状，所述叶轮的中轴后端与所述齿轮盒的内部后表面转动连接，且所述叶轮的中轴上位于所述齿轮盒的内部固定有主动齿轮，所述齿轮盒的内部后表面转动连接有从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合连接，所述齿轮盒的内部下表面转动连接有第一齿轮，所述第一齿轮与所述从动齿轮啮合连接，所述齿轮盒的内部下表面转动连接有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接，且所述第二齿轮的中部固定有轴体，所述轴体的外侧壁对称固定有搅拌叶，所述齿轮盒的内部后表面转动连接有第三齿轮，所述第三齿轮与所述从动齿轮啮合连接，所述齿轮盒的内部右侧转动连接有第四齿轮，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合连接，且所述第四齿轮的中部固定有打碎辊，所述搅拌罐的顶部右侧固定有骨料进口。
11.优选的，所述主动齿轮与所述从动齿轮的轮径相同，所述从动齿轮的轮径为所述第一齿轮轮径和所述第三齿轮轮径的1.5-2倍，所述第一齿轮的轮径是所述第二齿轮轮径的2.5-3倍，所述第三齿轮的轮径为所述第四齿轮轮径的1.5-2倍。
12.一种煤矿“三下”压煤充填开采方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、通过采煤机掘进巷道，并利用运煤皮带将采集到的煤矿运输到筛选分离系统；s2、筛选分离系统中的煤矸石分离设备会将煤矿中的煤炭以及煤矸石分离开，并将费力出来的煤炭输送至火力发电系统进行火力发电，同时分离出来的煤矸石输送到破碎
机中进行破碎，并且火力发电系统产生的炉渣以及矸石山产生的矸石也会被输送到破碎机中进行破碎，并形成骨料；s3、通过破碎机破碎后形成的骨料会输送到筛选分离系统中的筛选机进行筛选，筛选出粒径小于3cm的骨料后，通过运矸皮带将骨料输送到搅拌混匀设备中，粒径大于3cm的骨料会被返回到破碎机中再次破碎，直至筛选机筛选出来的骨料粒径全部小于3cm；s4、同时地面制浆系统中储料罐中的水泥、粉煤灰会被螺旋输送机送入到高速制浆机中，制成浆液，并将制作完成的浆液导入到缓冲池中；s5、利用浆液泵将缓冲池中的浆液抽入到浆液输送管道中，并通过浆液输送管道将浆液输送到搅拌混匀设备中，通过搅拌混匀设备将骨料和浆液混合均匀后，将混匀的浆液注入到需要填充的巷道中，在重力和浆液的流动性的作用下，浆液会将需要填充的巷道填充完成。
13.（三）有益效果本发明提供了一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法，具备以下有益效果：（1）、本发明在煤矿开采的过程中，开采完成的巷道利用正在掘进巷道产生的煤矸石、矸石山产生的矸石以及火力发电厂产生的炉渣破碎后形成粒径小于3cm的骨料，同时利用高速制浆机制作浆料，并将骨料和浆料输送到搅拌混匀设备中，混匀后从需要填充巷道的巷道口导入，利用重力和浆液的流动性将需要填充的巷道填充，这样不仅可以减小后期处理的工作量，并且大大减小了由于巷道的存在，增加了煤矿开采区域的安全隐患的情况。
14.（2）本发明中的煤矸石分离设备利用运煤皮带的动力作为驱动动力，从而可以将煤矿中的煤炭和煤矸石分离出来，由于其的驱动动力和运煤皮带的动力为同一动力，因此当运煤皮带停止后，煤矸石分离设备也会同步停止，避免运煤皮带停止，煤矸石分离设备空载运行，从而容易增大煤矸石分离设备损耗的情况。
15.（3）本发明中的搅拌混匀设备利用浆液的冲击力作为动力带动搅拌结构转动，不仅可以将浆液和矸石混匀，还可以实现物料即来即运行的功能，避免物料停止输送，设备空载运行的情况，同时避免物料输送过来，设备无法及时运行的情况，大大减小了人工投入工作的成本。
附图说明
16.图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明中煤矸石分离设备的结构示意图；图3为本发明中搅拌混匀设备的结构示意图；图4为本发明中齿轮盒和浆液盒的俯视内部结构示意图。
17.图中：1、皮带轮；2、皮带；3、隔板；4、活塞；5、分离筒；6、孔板；7、矸石引导板；8、转动板；9、煤炭出口；10、第一封板；11、挡块；12、矸石出口；13、第二封板；14、第一连杆；15、第二连杆；16、传动轴；17、环体；18、搅拌罐；19、搅拌叶；20、浆液出口；21、浆液盒；22、叶轮；23、浆液进口；24、从动齿轮；25、第一齿轮；26、第三齿轮；27、第四齿轮；28、骨料进口；29、打碎辊；30、齿轮盒；31、轴体；32、主动齿轮；33、第二齿轮。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种煤矿“三下”压煤充填开采系统及方法，包括筛选分离系统、地面制浆系统和控制系统，筛选分离系统包括煤矸石分离设备、破碎机和筛选机，煤矸石分离设备用于将运煤皮带输送来的煤矿进行煤炭和煤矸石的分离，分离出来的煤炭输送到火力发电系统进行火力发电，分离出来的煤矸石输送到破碎机中进行破碎，破碎机用于将煤矸石分离设备分离出来的煤矸石、火力发电系统输送来的炉渣以及矸石山输送的矸石进行破碎形成骨料，筛选机用于筛选粒径小于3cm的骨料，筛选出粒径小于3cm的骨料后，通过运矸皮带输送至搅拌混匀设备中，筛选机在筛选骨料的时候，粒径小于3cm的骨料会直接通过运矸皮带输送至搅拌混匀设备中，粒径大于3cm的骨料会再次被返回到破碎机中再次破碎，直至所有的骨料粒径均小于3cm，地面制浆系统包括储料罐、螺旋输送机、高速制浆机、缓冲池，储料罐用于存储水泥和粉煤灰的混合物，储料罐的出料口处固定有电磁阀门，螺旋输送机用于将储料罐中的物料输送至高速制浆机中，高速制浆机用于将螺旋输送机输送来的物料加水搅拌成浆液，缓冲池用于存储高速制浆机制作完成的浆液，并通过浆液输送管道上的浆液泵将浆液输送至搅拌混匀设备中，缓冲池上安装有搅拌机，用于搅拌缓冲池中的浆液，避免浆液出现分层的情况，搅拌混匀设备将骨料和浆液混合均匀，然后将混合均匀后的浆液从需要填充的巷道口倒入，在重力和浆液流动性的作用下，将需要填充的巷道进行填充，筛选分离系统、地面制浆系统、浆液泵、运煤皮带和运矸皮带均与控制系统信号连接。
20.一种煤矿近水平煤层充填开采方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、通过采煤机掘进巷道，并利用运煤皮带将采集到的煤矿运输到筛选分离系统；s2、筛选分离系统中的煤矸石分离设备会将煤矿中的煤炭以及煤矸石分离开，并将费力出来的煤炭输送至火力发电系统进行火力发电，同时分离出来的煤矸石输送到破碎机中进行破碎，并且火力发电系统产生的炉渣以及矸石山产生的矸石也会被输送到破碎机中进行破碎，并形成骨料；s3、通过破碎机破碎后形成的骨料会输送到筛选分离系统中的筛选机进行筛选，筛选出粒径小于3cm的骨料后，通过运矸皮带将骨料输送到搅拌混匀设备中，粒径大于3cm的骨料会被返回到破碎机中再次破碎，直至筛选机筛选出来的骨料粒径全部小于3cm；s4、同时地面制浆系统中储料罐中的水泥、粉煤灰会被螺旋输送机送入到高速制浆机中，制成浆液，并将制作完成的浆液导入到缓冲池中；s5、利用浆液泵将缓冲池中的浆液抽入到浆液输送管道中，并通过浆液输送管道上的渣浆泵将混合浆液输送至井下充填地点，所述煤矸石骨料和混合浆液在井下充填点充分搅拌均匀形成“泥石流”状充填浆液，在重力和浆液流动性的作用下，借助充填巷道的自然坡度通过自流将需要充填的巷道进行充填。
21.煤矸石分离设备包括分离筒5，分离筒5为顶部开口的中空长方体结构，且分离筒5的内部左侧固定有孔板6，孔板6为左高右低的倾斜状，其倾斜角度为20
°‑
30
°
，分离筒5的内
部右侧转动连接有转动板8，且分离筒5的内部右侧固定有挡块11，挡块11的顶部与转动板8的底部相贴合，转动板8的左端与孔板6的右端相贴合，分离筒5的右侧位于转动板8的上方开设有煤炭出口9，且分离筒5的右侧通过扭簧转动连接有第一封板10，第一封板10与分离筒5相吸合，且第一封板10覆盖煤炭出口9，分离筒5的右侧位于转动板8的下方开设有矸石出口12，且分离筒5的右侧通过扭簧转动连接有第二封板13，第二封板13与分离筒5相吸合，分离筒5的内部右侧一体成型有矸石引导板7，矸石引导板7的地面也为左高右低的倾斜状，其倾斜角度为25
°‑
33
°
，分离筒5的内部位于矸石引导板7的下方一体成型有隔板3，分离筒5的内部位于隔板3的下方转动连接有传动轴16，传动轴16的左端延伸至分离筒5的左侧且固定有皮带轮1，皮带轮1的外侧壁套设有皮带2，皮带另一端套设于运煤皮带的驱动端，分离筒5的内部位于隔板3的上方设有活塞4，活塞4与孔板6之间设有水，活塞4的底部固定有第一连杆14，第一连杆14的底端贯穿隔板3，且转动连接有第二连杆15，第二连杆15的底端固定有环体17，环体17套设于传动轴16的外侧壁，且与传动轴16转动连接，运煤皮带在运行的时候，在皮带2和皮带轮1的作用下，会带动传动轴16转动，并在第一连杆14、第二连杆15的作用下会带动活塞不停的上下运动，从而可以使水上下运动，在水的作用下孔板6上的煤矿，由于煤矸石的比重较大，煤炭的比重较小，同时水会将转动板8顶开，煤矸石会向右滑动，并抵住转动板8，放置其向下转动，同时煤炭也会向右滑动，当水下降的时候，煤矸石会堆积在下方，煤炭会堆积在上方，并且向右滑动，当右侧堆积一定量的煤炭和煤矸石后，煤炭会将第一封板10推开，并从煤炭出口9中掉出，煤矸石掉落到矸石引导板7中，并将第二封板13推开，从矸石出口12中掉出。
22.混匀搅拌设备包括搅拌罐18，搅拌罐18的内部上表面固定有齿轮盒30，且齿轮盒30的前表面固定有浆液盒21，浆液盒21的内部转动连接有叶轮22，且浆液盒21的底部固定有浆液出口20，搅拌罐18的顶部左侧固定有浆液进口23，浆液进口23的底端延伸至浆液盒21的内部，且浆液进口23的底端为向右倾斜状，叶轮22的中轴后端与齿轮盒30的内部后表面转动连接，且叶轮22的中轴上位于齿轮盒30的内部固定有主动齿轮32，齿轮盒30的内部后表面转动连接有从动齿轮24，从动齿轮24与主动齿轮32啮合连接，齿轮盒30的内部下表面转动连接有第一齿轮25，第一齿轮25与从动齿轮24啮合连接，齿轮盒30的内部下表面转动连接有第二齿轮33，第二齿轮33与第一齿轮25啮合连接，且第二齿轮33的中部固定有轴体31，轴体31的外侧壁对称固定有搅拌叶19，齿轮盒30的内部后表面转动连接有第三齿轮26，第三齿轮26与从动齿轮24啮合连接，齿轮盒30的内部右侧转动连接有第四齿轮27，第四齿轮27与第三齿轮26啮合连接，且第四齿轮27的中部固定有打碎辊29，搅拌罐18的顶部右侧固定有骨料进口28，主动齿轮32与从动齿轮24的轮径相同，从动齿轮24的轮径为第一齿轮25轮径和第三齿轮26轮径的1.5-2倍，第一齿轮25的轮径是第二齿轮33轮径的2.5-3倍，第三齿轮26的轮径为第四齿轮27轮径的1.5-2倍，当浆液通过浆液进口23进入到浆液盒23中后，此时会推动叶轮22转动，同时会通过浆液出口20进入到搅拌罐18中，叶轮会带动主动齿轮32转动，同时从动齿轮24转动，并带动第一齿轮25和第三齿轮26转动，第一齿轮25会带动第二齿轮33转动，从而带动轴体31以及搅拌叶19转动，同时第三齿轮26会带动第四齿轮27转动，从而带动打碎辊29转动，同时骨料会从骨料进口28进入，并在打碎辊29的作用下，可以使粘粘在一起的骨料分散，同时在轴体31以及搅拌叶19的作用下，可以将浆液和骨料搅拌混合均匀。
23.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
24.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。