一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺及其设备

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺及其设备。

背景技术

陕北地区多数煤矿开采煤层埋深在50-200m之间，开采完煤层后地表沉陷，由于导水裂隙带发育较高，采空区垮落充填不实，顶板水下渗进入采空区，形成动态长期补给的老空水；部分开采薄煤层（煤厚1.3-2m）的矿井开采过程中提矸量较大，矸石升井后处理难度大，造成环保压力突；

且传统的充填开采属于采前充填，虽然能够控制导水裂隙带的发育高度，但随采随充造成开采工艺复杂化，大大降低生产效率，对产量影响极大，且充填成本较高，因此大部分煤矿企业无法采用充填开采工艺；

再者，在充填时需要将煤矸石通过破碎机进行破碎，现有的破碎机是将锤头安装在主轴上，在主轴转动时通过锤头将煤矸石进行破碎，破碎机的锤头在安装时会先将锤头底端的定位孔放置到与主轴的两个隔板之间的连接孔重合的位置上，然后另一个人在从一侧将插杆由连接孔的一侧将插杆穿过连接孔与定位孔，而后将插杆向连接孔的另一侧推动，随着一个锤头的固定，再依次固定其余的锤头；

而锤头的重量较重，在锤头安装的过程中由过于繁琐，其需要一个人去扶着锤头，另一个人去操作插杆穿过连接孔与定位孔，手握插杆的人需要一直进行连接孔、插杆与定位孔的对齐以及推动插杆的穿插工作，再者期间扶着锤头的人需要一直承受锤头的重力，循环往复，直到所有的锤头全部安装完毕，整个流程下来需要很长的时间与精力，等到锤头安装完成之后再将主轴安装在破碎机之上；

而破碎机在使用一段时间之后就需要停机将主轴从破碎机壳体上拆卸下来对上方的锤头进行检查，避免锤头磨损程度较大后影响破碎效果，锤头更换需要再锤头前部棱边磨损未达到锤头底部中心线处就及时对锤头进行换面，而锤头一般呈具有四个棱角四边形，所以锤头正常的的检修工作需要将主轴与壳体拆卸，没有问题的话就直接安装进行工作，等到有问题的时候就需要对锤头进行换面，且锤头需要更换三次面，从而在锤头使用寿命未达到极限的这段时间需要多次的拆卸主轴和更换锤面，从而需要对所有的锤头进行多次的拆卸更换，而每一个插杆上方的锤头的换面都需要拆卸插杆，从而使插杆上方的所有的锤头都拆卸下来，工作繁琐，效率低。

基于此，本发明设计了一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺及其设备，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺及其设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺，该工艺包括以下步骤：

步骤一：工作面采空后在四周利用煤柱、密闭墙等方式将工作面隔离，在密闭墙上留设返水孔；

步骤二：矸石破碎设备将升井后的矸石破碎成粉状，以便加水后能顺利注入采空区；

步骤三：在工作面采空区对应的地面附近建设充填站，设计地面钻孔直接钻进采空区，利用注浆泵将粉碎的矸石粉末掺水后通过钻孔注入采空区，根据注入情况合理设计钻孔间距，为减小注入后采空区的孔隙，可掺入适量的粉煤灰；

步骤四：当矸石、粉煤灰均无法注入时，可再次注入水泥等细颗粒胶凝材料，如此反复，直至采空区孔隙、裂隙被全部注满；

步骤五：在实施步骤三和四时，加强观测井下密闭墙返水孔出水量及密闭墙情况，保证密闭安全同时记录好涌水量变化情况，以便准确获得顶板水减水的相关数据。

一种矸石破碎设备，包括底座，所述底座内部转动连接有主轴，所述主轴两端部均固定连接有电机，所述电机均与底座固定连接，所述底座上通过螺栓连接有外壳，所述外壳上开设有进料口，所述主轴上通过螺栓连接有若干个支撑杆，所述支撑杆上方设置有若干个安装组，所述安装组用于将锤头安装在支撑杆上；

所述安装组包括一个阻尼转轴、两个安装杆和四个限位孔，两个所述安装杆均固定连接在锤头上，所述阻尼转轴转动连接在支撑杆上，所述阻尼转轴顶端固定连接有支撑盘，所述支撑盘顶端滑动连接有两个安装块；两个所述安装块均固定连接有用于使其复位的第一弹簧，所述安装块上均开设有安装孔，所述安装杆与安装孔相匹配，两个所述安装块上均在竖直方向上滑动连接有限位杆，两个所述限位杆位于两个所述限位孔内部，两个所述限位杆上均开设有通槽，两个所述通槽内部均设置有插杆，两个所述插杆分别与两个所述安装块在竖直方向上滑动连接；两个所述插杆均固定连接有用于使其复位的第二弹簧，两个所述插杆下方均设置有定位孔；

两个所述安装块之间设置有支撑组，所述支撑组用于在锤头未放置前使两个安装块保持间隔的状态，所述支撑盘上设置有开合组，所述开合组用于控制限位杆与插杆的抬升

作为本发明的进一步方案，所述开合组包括一个套环和两个齿轮，所述套环转动连接在支撑盘上，所述套环顶端固定连接有转环，所述转环上固定连接有两个抬升部，两个所述抬升部端部均开设有倾斜面，两个所述抬升部尾端均固定连接有立柱，所述抬升部用于将限位杆顶起，所述立柱用于推动限位杆转动，两个所述齿轮均转动连接在支撑盘顶端，两个所述齿轮靠近支撑盘内圈的一侧均啮合有齿条杆，两个所述齿条杆分别与两个所述安装块固定连接，两个所述齿轮外侧均啮合有弧形齿圈，两个所述弧形齿圈均固定连接在转环上。

作为本发明的进一步方案，所述转环上上设置有延长边，所述延长边嵌入在支撑盘内部。

作为本发明的进一步方案，所述转环上一体成型有若干个凸起块。

作为本发明的进一步方案，所述支撑组包括一个固定杆和两个让位槽，所述固定杆固定连接在支撑盘顶端，所述固定杆上滑动连接有下压块；所述下压块与固定杆之间固定连接有第三弹簧，所述下压块上转动连接有两个支杆，两个所述支杆的转动轴均嵌入在下压块内部且两个所述支杆的转动轴上均套接有扭簧，两个所述支杆的端部均与两个所述安装块侧壁贴合，两个所述让位槽分别开设在两个所述安装块上。

作为本发明的进一步方案，所述下压块顶端固定连接有导向部，所述导向部内部开合有凹槽，所述导向部两侧均开设有弧形部。

作为本发明的进一步方案，所述安装块均呈U型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、以上步骤的实施，可以实现减矸、减水，实现矸石从哪里来到哪里去，杜绝排放矸石造成的环境污染；同时预计可以大幅减少矿井顶板水，减少排水费用和矿井水处理费用，通过减矸、减水最终实现绿色开采的目的。

2、在安装锤头、更换锤头以及在锤头单方向磨损严重更换锤头的方向时，通过安装组能够快速的实现锤头的安装拆卸与更换方向的工作，并且不需要拆卸主轴即可实现单个锤头的操作，避免了传统方式中单个锤头也需要拆卸主轴而后成组的拆卸锤头的方式，且操作简单，特别是针对锤头多或者是锤头大的条件下更加能够快速完成工作。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明矸石片破碎设备的总体结构示意图；

图3为本发明壳体与底座的内部结构示意图；

图4为本发明支撑杆与主轴的连接关系示意图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为本发明主轴与限位孔的连接关系示意图；

图7为本发明安装块与支撑盘和开合组的结构示意图；

图8为本发明俺咋混个快、让位槽以及齿条杆的位置关系示意图；

图9为本发明支撑组和支撑盘的位置关系示意图；

图10为本发明下压块和固定杆的连接关系示意图；

图11为本发明延长边与支撑盘的连接关系示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、底座；2、外壳；3、进料口；4、主轴；5、支撑杆；6、阻尼转轴；7、支撑盘；8、安装块；9、第一弹簧；10、安装杆；11、限位杆；12、通槽；13、插杆；14、第二弹簧；15、定位孔；16、限位孔；17、套环；18、转环；19、抬升部；20、立柱；21、齿轮；22、齿条杆；23、弧形齿圈；24、固定杆；25、下压块；26、第三弹簧；27、支杆；28、扭簧；29、让位槽；30、导向部；31、弧形部；32、延长边；33、安装孔；34、电机。

具体实施方式

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种浅埋薄煤层煤矿采空区采后充填减水工艺，该工艺包括以下步骤：

步骤一：工作面采空后在四周利用煤柱、密闭墙等方式将工作面隔离，在密闭墙上留设返水孔；

步骤二：矸石破碎设备将升井后的矸石破碎成粉状，以便加水后能顺利注入采空区；

步骤三：在工作面采空区对应的地面附近建设充填站，设计地面钻孔直接钻进采空区，利用注浆泵将粉碎的矸石粉末掺水后通过钻孔注入采空区，根据注入情况合理设计钻孔间距，为减小注入后采空区的孔隙，可掺入适量的粉煤灰；

步骤四：当矸石、粉煤灰均无法注入时，可再次注入水泥等细颗粒胶凝材料，如此反复，直至采空区孔隙、裂隙被全部注满；

步骤五：在实施步骤三和四时，加强观测井下密闭墙返水孔出水量及密闭墙情况，保证密闭安全同时记录好涌水量变化情况，以便准确获得顶板水减水的相关数据。

通过以上步骤的实施，可以实现减矸、减水，实现矸石从哪里来到哪里去，杜绝排放矸石造成的环境污染；同时预计可以大幅减少矿井顶板水，减少排水费用和矿井水处理费用，通过减矸、减水最终实现绿色开采的目的。

一种矸石破碎设备，包括底座1，所述底座1内部转动连接有主轴4，所述主轴4两端部均固定连接有电机34，所述电机34均与底座1固定连接，所述底座1上通过螺栓连接有外壳2，所述外壳2上开设有进料口3，所述主轴4上通过螺栓连接有若干个支撑杆5，所述支撑杆5上方设置有若干个安装组，所述安装组用于将锤头安装在支撑杆5上；

所述安装组包括一个阻尼转轴6、两个安装杆10和四个限位孔16，两个所述安装杆10均固定连接在锤头上，所述阻尼转轴6转动连接在支撑杆5上，所述阻尼转轴6顶端固定连接有支撑盘7，所述支撑盘7顶端滑动连接有两个安装块8；两个所述安装块8均固定连接有用于使其复位的第一弹簧9，所述安装块8上均开设有安装孔33，所述安装杆10与安装孔33相匹配，两个所述安装块8上均在竖直方向上滑动连接有限位杆11，两个所述限位杆11位于两个所述限位孔16内部，两个所述限位杆11上均开设有通槽12，两个所述通槽12内部均设置有插杆13，两个所述插杆13分别与两个所述安装块8在竖直方向上滑动连接；两个所述插杆13均固定连接有用于使其复位的第二弹簧14，两个所述插杆13下方均设置有定位孔15；

两个所述安装块8之间设置有支撑组，所述支撑组用于在锤头未放置前使两个安装块8保持间隔的状态，所述支撑盘7上设置有开合组，所述开合组用于控制限位杆11与插杆13的抬升。

上述方案在投入实际使用时，在锤头没有通过安装组进行安装的时候，在支撑组的作用下能够使两个安装块8保持间隔的状态，此时第一弹簧9是处于被弹性压缩的状态，而限位杆11位于其中两个限位孔16中，插杆13的底端则是位于定位孔15一侧的支撑盘7顶部、且此时第二弹簧14也处于弹性压缩状态的；

安装步骤如下：

先将支撑杆5通过螺栓固定到主轴4上，然后将锤头底端的安装杆10从两个安装块8之间放置到支撑组上，当锤头竖直放置到支撑组上方后支撑组能够检测到锤头的放置，此时在锤头重力的作用下会驱动支撑组下降，支撑组下降到最底端之后安装杆10就会下降到与两个安装孔33对应的位置，而当支撑组下降到极限位置后就会不在对两个安装块8进行限制，两个安装块8在第一弹簧9的弹性舒张的作用下就会相互靠近并且夹紧，从而使两个安装孔33能够处于安装杆10的外部，而当两个安装块8相互靠近的时候会带动两个插杆13沿着限位杆11上的通槽12滑动，直到两个插杆13移动到定位孔15正上方后第二弹簧14弹性舒张推动插杆13插入到定位孔15中，从而使两个安装块8能够受到插杆13的限制，以便于在电机34带动主轴4转动进行煤矸石破碎工作时安装块8沿着支撑盘7滑动；

当所有的锤头安装完成后，通过螺栓将外壳2固定到底座1上，然后通过进料口3向外壳2内部进料，即可进行煤矸石的破碎，主轴4转动时带动支撑杆5转动，此时限位杆11是位于限位孔16内部的，通过限位杆11对支撑盘7进行限位，避免支撑盘7转动，而外壳2与底座1内壁是设置有反击板的，反击板为现有技术的任意一种，底座1下方设置有一体成型或可拆卸方式的的篦板，用于对破碎后的煤矸石进行破碎；

当破碎设备使用一定时间需要检修、更换个别锤头以及对锤头进行换向时操作如下；

首先停止进料，直到外壳2与底座1内腔中的煤矸石全部破碎后停止电机34，然后拧开螺栓打开外壳2，工作人员可以转动主轴4来观察支撑杆5上的锤头情况，需要拆卸更换锤头时一只手将倾斜的锤头扶正，另一只手控制开合组使限位杆11沿着限位孔16内部滑动上升，限位杆11上升时会沿着安装块8滑动上升并且其顶端会从下方将插杆13向上顶起，此时插杆13会沿着安装块8滑动上升且压缩第二弹簧14，直到限位杆11与限位孔16脱离后插杆13也从定位孔15内部脱离，而开合组也会控制两个安装块8互远离，从而使安装孔33与安装杆10脱离，从而使安装块8解除对锤头的限制，此时即可取出锤头，若需要更换锤头则直接将新的锤头按照安装步骤进行安装即可，若是需要更换锤头的方向则在扶着锤头的同时直接转动支撑盘7即可（限位杆11与限位孔16脱离后支撑盘7的阻尼转轴6的作用下处于能够自由转动的状态）；

通过该方式，在安装锤头、更换锤头以及在锤头单方向磨损严重更换锤头的方向时，通过安装组能够快速的实现锤头的安装拆卸与更换方向的工作，并且不需要拆卸主轴4即可实现单个锤头的操作，避免了传统方式中单个锤头也需要拆卸主轴4而后成组的拆卸锤头的方式，且操作简单，特别是针对锤头多或者是锤头大的条件下更加能够快速完成工作，通过螺栓取下支撑杆5能够方便整组的锤头的拆卸，便于锤头与主轴4脱离。

作为本发明的进一步方案，所述开合组包括一个套环17和两个齿轮21，所述套环17转动连接在支撑盘7上，所述套环17顶端固定连接有转环18，所述转环18上固定连接有两个抬升部19，两个所述抬升部19端部均开设有倾斜面，两个所述抬升部19尾端均固定连接有立柱20，所述抬升部19用于将限位杆11顶起，所述立柱20用于推动限位杆11转动，两个所述齿轮21均转动连接在支撑盘7顶端，两个所述齿轮21靠近支撑盘7内圈的一侧均啮合有齿条杆22，两个所述齿条杆22分别与两个所述安装块8固定连接，两个所述齿轮21外侧均啮合有弧形齿圈23，两个所述弧形齿圈23均固定连接在转环18上。

上述开合组在工作时，首先一只手扶其锤头，然后另一只手扶着转环18并且转动转环18（亦可两个人配合造作操作），转环18转动时会带动套环17同步转动，套环17转动时会带动弧形齿圈23和抬升部19同步转动，弧形齿圈23距离齿轮21有一定的距离，在刚开始转动的时候不会立刻与齿轮21啮合，在套环17开始转动时，抬升部19前端的倾斜面会从限位杆11的下方转动并且通过倾斜面逐渐的将限位杆11顶起，等到抬升部19的水平面转动到限位杆11的底部时限位杆11即被顶起到与限位孔16脱离的状态，此时插杆13也被限位杆11从定位孔15内部顶出，此时支撑盘7失去了限位杆11的限制即处于能够自由转动的状态，而插杆13与定位孔15脱离后抬升部19是处于限位杆11的下方的，此时继续转动套环17，抬升部19与弧形齿圈23就会继续转动，此时弧形齿圈23就会与齿轮21啮合并且带动齿轮21转动，齿轮21转动时会与齿条杆22啮合并且带动齿条杆22与安装块8沿着支撑盘7向外侧移动，此时第一弹簧9也会逐渐压缩，等到弧形齿圈23与齿轮21啮合到极限位置后，立柱20会与限位杆11接触（此时套环17转动的角度小于九十度），此时两个安装块8也相互远离到极限程度，若是更换锤头，则直接取下久的更换新的即可，若是调节锤头的方向则继续用力转动套环17，就能够通过立柱20对限位杆11的推动使支撑盘7转动和阻尼转轴6绕支撑杆5转动，直到限位杆11转动到后方的限位孔16上后不在转动套环17，而是反向转动套环17，因支撑盘7与支撑杆5通过阻尼转轴6连接，当反向转动套环17时，套环17与转换18以及抬升部19和弧形齿圈23会向初始位置复位，且抬升部19与限位杆11的摩擦不会带动支撑盘7转动，直到抬升部19与限位杆11脱离后限位杆11在第二弹簧14与插杆13的推动下落入限位孔16内部，从而再次对支撑盘7进行限位，而套环17反向转动时第一弹簧9对安装块8的推动能够顺应齿轮21与齿条杆22的啮合，从而使两个安装块8复位，再次对锤头进行夹紧。

作为本发明的进一步方案，所述转环18上上设置有延长边32，所述延长边32嵌入在支撑盘7内部。

上述方案在工作时，通过设置的延长边32能够使转环18与套环17沿着支撑盘7转动。

作为本发明的进一步方案，所述转环18上一体成型有若干个凸起块。

上述方案在工作时，通过凸起块能方便转环18的转动。

作为本发明的进一步方案，所述支撑组包括一个固定杆24和两个让位槽29，所述固定杆24固定连接在支撑盘7顶端，所述固定杆24上滑动连接有下压块25；所述下压块25与固定杆24之间固定连接有第三弹簧26，所述下压块25上转动连接有两个支杆27，两个所述支杆27的转动轴均嵌入在下压块25内部且两个所述支杆27的转动轴上均套接有扭簧28，两个所述支杆27的端部均与两个所述安装块8侧壁贴合，两个所述让位槽29分别开设在两个所述安装块8上。

作为本发明的进一步方案，所述下压块25顶端固定连接有导向部30，所述导向部30内部开合有凹槽，所述导向部30两侧均开设有弧形部31。

上述方案在工作时，在锤头未安装时，两个支杆27在扭簧28的作用下处于水平的状态且对两个安装块8进行阻拦，使两个安装块8在第一弹簧9的弹性作用下无法相互靠近，等到放置锤头时锤头底端放置到导向部30中的凹槽中，通过弧形部31能够对安装杆10进行限位，使锤头放置的位置能够处于标准的状态，然后锤头的重量会带动下压块25沿着固定杆24滑动下降并且下压第三弹簧26，此时支杆27会沿着两个安装块8的侧壁滑动下降，等到下压块25下降到极限位置后锤头底部的安装杆10就下降到与安装孔33重合的位置，此时支杆27会进入到让位槽29中，然后插杆13插入定位孔15中，安装块8与安装杆10贴合，从而完成锤头的安装；

而更换锤头的方向时只需要扶着锤头转动即可，只有在更换新的锤头时才需要通过开合组使两个安装块8分离，然后将锤头取下，取下锤头后第三弹簧26会顶起下压块25，此时支杆27会沿着让位槽29向上移动，且此时支杆27处于倾斜的状态上升，直到两个安装块8远离到极限位置后两个支杆27在扭簧28的作用下处于水平。

作为本发明的进一步方案，所述安装块8均呈U型。

上述方案在工作时，两个呈U型的安装块8对安装杆10的夹持更加稳定。