一种固碳条带采充系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种固碳条带采充系统及其使用方法，属于短壁膏体充填开采技术领域。

背景技术

端帮采煤法不仅可以降低开采成本，还能减少煤炭资源的浪费，提高煤炭开采率。现如今我国井工开采作业，不仅前期投入成本高，而且在工作面回采结束后，留设的保护煤柱厚度为10-40m。这些巨大数量的煤作为保护煤柱使得井工作业下的回采率难以提高，资源的利用不足，造成严重的浪费。露天矿采用的端帮采煤法的特点，对解决井工矿现今遇到的问题，有着很好的契合。因此，可以试着把露天的端帮采煤法运用到井下。露天矿宽阔的空间为端帮采煤提供了良好的工作环境，端帮采煤运用到井下的过程中，需要在原有的优势基础上加以改良，创造出一套新的采煤方法和工艺。这需要对井下工作面采煤工艺的重新设计和改进。

据不完全统计，我国生产矿井“三下”压煤量达143亿吨，传统的压煤开采方式回收率低、对地表水及环境破坏严重，充填开采技术是对“三下”压煤技术有效的补充，增大才出绿，减小冲击地压，迫切需要更廉价的充填开采方式。另一方面，材料填充时近年来发展起来的新型充填技术，以其良好的流动性实现了自流充填，充填体可以有效的控制顶板移动，满足生产需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种固碳条带采充系统及其使用方法，能够有效解决短壁开采垮落的弊端，地表变形小，可以有效保护地表建筑物，为“三下”开采提供新思路。

本发明提供一种条带采充机械系统，主要由连采机、连续运输系统、超前支护、搬运机械手和膏体负碳充填体搅拌系统组成，所述连续运输系统包括连续运输机和皮带机，所述连采机通过连续运输机与皮带机衔接，所述超前支护安装在采煤作业煤巷处并位于连续运输机与皮带机之间；所述连续运输机包括履带、机架、马达以及多节传动单节，所述机架固定在履带上，所述马达设置在机架上并可沿机架移动，所述马达的输出端可与连续运输机尾部的传动单节相连，所述搬运机械手设置于连续运输机的尾部；所述膏体负碳充填体搅拌系统包括材料罐、二氧化碳气罐、搅拌机和输送泵，所述材料罐、二氧化碳气罐分别与搅拌机的进口连接，所述搅拌机的出口通过输送泵与充填管路连接。

作为本发明进一步优化的技术方案如下：

优选地，所述搬运机械手包括单轨吊轨道、单轨吊和单轨吊机械手，所述单轨吊安装在单轨吊轨道上并可沿单轨吊轨道移动，所述单轨吊机械手安装在单轨吊上。

这样，搬运机械手包括单轨吊轨道、单轨吊、单轨吊机械手构成，用于辅助搬用单节传动。

优选地，所述机架上设有支撑油缸、主推移油缸和放置台，所述支撑油缸可与巷道的侧壁相抵，所述主推移油缸可与连续运输机尾部的传动单节相抵，所述传动单节的下端设有滑靴，所述放置台用来放置连续运输机尾部的传动单节。

优选地，所述连续运输机尾部的传动单节与皮带机之间通过导料口相衔接。

优选地，所述马达安装在马达底座上，所述马达底座与设置在机架上的机架滑槽相配合，并且所述马达底座可沿机架滑槽移动。

优选地，所述传动单节的前端设有固定卡接头和导向孔，后端设有活动卡接头和导向销；相邻两传动单节中前传动单节的所述活动卡接头与后传动单节的所述固定卡接头相配合，相邻两传动单节中前传动单节的所述导向销与后传动单节的所述导向孔相配合。

优选地，所述单轨吊机械手包括本体，、推移滑块、引导杆、传动杆、夹持板和夹持连杆，所述本体呈V形，在所述本体上设有滑槽，所述推移滑块安装在滑槽内并可沿滑槽移动，所述引导杆的一端与推移滑块铰接，另一端通过传动杆与夹持连杆铰接，所述夹持连杆与夹持板连接。

优选地，所述材料罐包括辅料罐、固料罐、水泥罐和水罐，所述搅拌机为双轴卧式搅拌机，所述搅拌机的腔体连接减压阀，在所述搅拌机与二氧化碳气罐之间的连接管路上设有出气阀门。

上述的膏体负碳充填系统由辅料罐、固料罐、水泥罐、水罐以及二氧化碳罐等配合计量装置和阀门实现负碳材料输送进入搅拌机，经由充填泵、充填管路输送至充填巷道。

优选地，所述皮带机包括传送带、传送带机头和传送带机尾，所述传送带机头与传送带机尾之间通过传送带连接；所述传送带机尾的后方设有泵站和移动电源，所述泵站可与支撑油缸、主推移油缸和马达推移油缸连接，所述移动电源可与智能控制阀组、连采机和马达连接。

本发明还提供一种条带采充机械系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、开采前对煤田进行巷道掘进，将煤田分为东西两翼，开采时分为两侧对开式，两侧条带进行交替开采；

步骤二、布置皮带机于运输大巷左侧，连采机开始对待采煤巷进行采煤作业，在采煤的最初阶段无需连续运输机，采出的煤块经过连采机及其接头，再由皮带机运输；

步骤三、连采机在连续开采一定距离后，暂停开采作业，在连采机后布置连续运输机以及超前支护，使得传送带机尾位于超前支护后方，在传送带机尾后方布置移动电源和泵站，连采机与连续运输机连接在一起，连采机继续进行开采，实现煤块从连采机顺利流入连续运输机上，煤块经过连续运输机顺利运输至皮带机上；

当连采机继续推进一定距离后，连采机暂停开采作业，延时暂停连续运输机，主推移油缸向前移动一定距离，进而带着传动单节移动；启动单轨吊及其上的单轨吊机械手，操作单轨吊机械手上的推移滑块，使得动力经由引导杆、传动杆、夹持连杆传至夹持板，实现单轨吊机械手夹持传动单节的操作，使得单轨吊机械手夹持放在运输大巷右侧的传动单节，通过单轨吊轨道运输至连续运输机的正上方；操作单轨吊机械手使之将传动单节放在放置台上，马达底座移动，进而使得马达与放置台上的传动单节相连；同时放置台上的后传动单节的固定卡接头、导向孔与前传动单节的活动卡接头、导向销配合连接，实现双重定位；

连采机和连续运输机重新启动，待连采机推进一定距离后，重复上一个动作进行传动单节安装，直至完成整个巷道采煤作业；

步骤四、完成整个巷道采煤作业后，移动皮带机，通过单轨吊及其上的单轨吊机械手依次放回运输大巷的右侧放置，依次退出连续运输机、超前支护，最后操作连采机移动到运输大巷对侧交叉巷道进行新一轮开采作业；

步骤五、对于开采完的巷道需要进行充填作业，对于充填巷道，首先利用充填挡墙封住巷道两端，搅拌机搅拌获得的充填膏体经由充填管路流入充填巷道，待充填膏体充满巷道后静置至充填材料达到设定强度后拆除充填挡墙。

当连采机采出煤炭时，通过与连续运输机搭接，把煤炭连续运送到主巷的配合皮带机上，实现煤炭的安全快速输送。同时，在巷道交叉口设置可移动的超前支护，配有相关的泵站、移动电源等，实现了采煤和支护的连续作业；当开采左面一条巷道后对右边巷道进行交叉开采，实现条带采充作业，降低地表变形。该方法可以实现短壁连续机械化开采，是一种绿色、安全高效的采煤工艺系统。

本发明的优点是可以实现在巷道中连续输送煤炭，操作更加快捷，实现短壁充填开采，大大的节省了开采费用。同时，本发明资源回收率高，能够回收95%以上的煤炭，一方面可以实现矸石、粉煤灰等废料实现井下充填，实现废物利用；另一方面，由于充填开采可以杜绝矿井灾害。总之，本发明结构简单，有利于短壁开采，提高了煤炭生产效率，符合绿色采煤、绿色生产的要求，在矿产开采领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明条带采充机械系统的整体布置图。

图2为本发明条带采充机械系统的纵向图。

图3为本发明条带采充机械系统地面地下示意图。

图4为本发明连续运输机及搬运机械手的侧视图。

图5为本发明连续输送机的俯视图。

图6为本发明中马达调整机构的示意图。

图7为本发明中单节传动插接机构的示意图。

图8为本发明中单轨吊节携手的示意图。

图中：1.传送带机头，2.皮带机，3.单轨吊轨道，4.单轨吊，5.单轨吊机械手，5-1.推移滑块，5-2.引导杆，5-3.传动杆，5-4.夹持连杆，5-5.夹持板，6.传动单节，7.连续运输机，8.传送带机尾，9.移动电源，10.泵站，11.连采机，12.滑靴，13.支撑油缸，14.超前支护，15.采煤作业巷道，16.运输大巷，17.充填巷道，18.待采煤巷，19.充填挡墙，20.充填管路，21.辅料罐，22.固料罐，23.水泥罐，24.水罐，25.减压阀，26.搅拌机，27.智能进气阀，28.二氧化碳气罐，29.输送泵，30.履带，31.机架，32.马达，32-1.马达底座，32-2.机架滑槽，33.导料口，34.智能控制阀组，35.主推移油缸，36.放置台，37.后传动单节，38.固定卡接头，39.导向孔，40.活动卡接头，41.导向销，42.前传动单节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护权限不限于下述的实施例。

实施例1

一种条带采充机械系统及使用方法，如图1和图2所示，主要由连采机11、连续运输系统、超前支护14、搬运机械手和膏体负碳充填体搅拌系统组成，其中连续运输系统包括连续运输机7和皮带机2，连采机11通过连续运输机7与皮带机2衔接，超前支护14安装在采煤作业煤巷处并位于连续运输机7与皮带机2之间；连续运输机7包括履带30、机架31、马达32以及一组传动单节6，机架31固定在履带30上，马达32设置在机架31上并可沿机架31移动，马达32的输出端可与连续运输机7尾部的传动单节6相连，搬运机械手设置于连续运输机7的尾部；膏体负碳充填体搅拌系统包括辅料罐21、固料罐22、水泥罐23、水罐24、二氧化碳气罐28、搅拌机26和输送泵29，材料罐、二氧化碳气罐28分别与搅拌机26的进口连接，搅拌机26的出口通过输送泵29与充填管路20连接。皮带机2包括传送带、传送带机头1和传送带机尾8，传送带机头1与传送带机尾8之间通过传送带连接；传送带机尾8的后方设有泵站10和移动电源9，泵站10可与支撑油缸13、主推移油缸35和马达推移油缸的设备连接，移动电源9可与智能控制阀组34、连采机11和马达32等设备连接。

如图3所示，搅拌机26为双轴卧式搅拌机，搅拌机26的腔体通过排气管路连接减压阀25，用来排出搅拌机26的搅拌仓内的空气。在搅拌机26与二氧化碳气罐28之间的连接管路上设有智能出气阀门27。充填材料为经由辅料罐22、固料罐23、水泥罐24输出的材料，并由水罐24配上定比例的水，通过计量称重及输送装置流入搅拌机26，而后经过输送泵29运输至充填管路20。充填体材料的制备需将充填材料流入搅拌机26，配上定比例的水，然后植入定量的CO

如图4所示，搬运机械手包括单轨吊轨道3、单轨吊4和单轨吊机械手5，单轨吊4安装在单轨吊轨道3上并可沿单轨吊轨道3移动，单轨吊机械手5安装在单轨吊4上。机架31上设有支撑油缸13、主推移油缸35和放置台36，支撑油缸13可与巷道的侧壁相抵，主推移油缸35可与连续运输机7尾部的传动单节6相抵，主推移油缸35与设置在机架31上的智能控制阀组34连接，传动单节6的下端设有滑靴12，放置台36用来放置连续运输机7尾部的传动单节6，连续运输机7尾部的传动单节6与皮带机2之间通过导料口33相衔接（见图5）。

如图6所示，马达32安装在马达底座32-1上，马达底座32-1与设置在机架31上的机架滑槽32-2相配合，并且马达底座32-1可沿机架滑槽32-2移动。马达底座32-1与马达推移油缸连接，马达推移油缸与智能控制阀组34相连。

如图7所示，相邻的前、后传动单节中，后传动单节37的前端设有固定卡接头38和导向孔39，前传动单节42的后端设有活动卡接头40和导向销41；相邻两传动单节中，前传动单节42的活动卡接头40与后传动单节37的固定卡接头38相配合，相邻两传动单节中前传动单节42的导向销41与后传动单节37的导向孔39相配合。

如图8所示，单轨吊机械手5包括本体、推移滑块5-1、引导杆5-2、传动杆5-3、夹持板5-5和夹持连杆5-4，本体呈V形，在本体上设有滑槽，推移滑块5-1安装在滑槽内并可沿滑槽移动，引导杆5-2的一端与推移滑块5-1铰接，另一端通过传动杆5-3与夹持连杆5-4铰接，夹持连杆5-4与夹持板5-5连接。

一种条带采充机械系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、开采前对煤田进行巷道掘进，将煤田分东西两翼，开采时分为两侧对开式，两侧条带进行交替开采条带。

步骤二、布置皮带机的传送带机头1和传送带机尾8于运输大巷16左侧，连采机11开始对待采煤巷18进行采煤作业，在采煤的最初阶段无需连续运输机7，采出的煤块经过连采机11及其接头，再由皮带机2运输。

步骤三、连采机11在连续开采3米左右后，暂停开采作业，在连采机11后布置连续运输机7以及超前支护14等装备，使得传送带机尾8位于超前支护14后方，在传送带机尾8后方布置移动电源9和泵站10，使得连采机11与连续运输机7通过搭接装置连接在一起，连采机11继续进行开采，实现煤块从连采机11顺利流入连续运输机7上，煤块经过连续运输机7的螺旋传动或皮带装置，通过导料口33实现顺利运输至皮带机2上；连续运输机7可以利用支撑油缸13支撑巷道，提供给整机安全完整的定位，实现煤炭的安全快速运输；

连续运输机7的机架31固定在履带30上，可以实现自行移动，智能控制阀组34固定在机架31上；

当连采机11继续推进3米后，即连采机11与连续运输机7的搭接长度达到极限时，连采机11暂停开采作业，延时暂停连续运输机7作业，通过操作智能控制阀组34使得主推移油缸35向前移动3米，进而带着传动单节6及其上的滑靴12在底板上移动3米，由于滑靴12的作用使得传动单节6不会陷入底板；启动单轨吊4及其上的单轨吊机械手5，操作单轨吊机械手5上的推移滑块5-1，使得动力经由引导杆5-2、传动杆5-3、夹持连杆5-4传至夹持板5-5，实现单轨吊机械手5夹持传动单节6的操作，使得单轨吊机械手5夹持放在运输大巷16右侧的传动单节6，通过单轨吊轨道3运输至连续运输机7的正上方；

操作单轨吊机械手5使之将传动单节6放在放置台36上，通过操作智能控制阀组34，使得马达底座32-1向前沿着机架滑槽32-2移动（见图6），进而使得马达32与放置台36上的传动单节6相连；

后传动单节37的固定卡接头38、导向孔39与前传动单节42的活动卡接头40、导向销41配合连接，实现双重定位（见图7）；

连采机11和连续运输机7重新启动，待连采机11推进3米后，重复上一个动作进行传动单节6安装，直至完成整个巷道采煤作业。

步骤四、完成整个巷道采煤作业后，移动皮带机的传送带机头2及传送带机尾8，通过单轨吊4及其上的单轨吊机械手5依次放回运输大巷16的右侧放置，依次退出连续运输机7、超前支护14，最后操作连采机11移动到运输大巷16对侧交叉巷道进行新一轮开采作业，如采煤作业巷15所示.

步骤五、对于开采完的巷道需要进行充填作业，对于充填巷道17，首先利用充填挡墙19封住巷道两端，搅拌机26搅拌获得的充填膏体经由充填管路20流入充填巷道17，待充填膏体充满巷道后静置至充填材料达到设定强度后拆除充填挡墙19。

充填材料包括经由辅料罐22、固料罐23、水泥罐24输出的材料，并由水罐24配上定比例的水，通过计量称重及输送装置流入搅拌机26，而后经过输送泵29运输至充填管路20。

充填体材料的制备需把充填材料流入搅拌机26，配上定比例的水。然后植入定量的CO

搅拌混合料20分钟后，使得搅拌完成的充填材料通过密封的输送泵29通过充填管路20运送至充填巷道17。在充填材料流入输送泵时，关闭空气排出口，保持CO

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。