基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法技术方案

本发明专利技术属于地下煤炭资源绿色开采环境保护技术领域，公开了一种基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法，通过煤与煤矸石比重的差异，通过干法跳台分拣机分选技术，使煤与煤矸石分离，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；通过长壁采煤法综采的自移式综采液压支架后边的联动刮板，将煤矸石充填到液压支架后面综采形成的上覆岩石尚未冒落的采空区中，形成一边采煤、一边将产生的煤矸石同步充填到自移式综采液压支架的采空区的技术方法。本发明专利技术减少了采空区上覆岩石冒落量，直接或间接减轻了地下采煤地表塌陷的破坏程度，实现煤炭资源开发与矿山生态环境保护的绿色发展的可持续发展目标。

【技术实现步骤摘要】
基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法
本专利技术属于地下采煤环境保护
，尤其涉及一种基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法。具体涉及一种基于减轻采煤塌陷程度、减少煤矸石占地污染环境的综采煤矸石同步充填系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：煤炭资源地下开采后，(1)就会在地下形成一定采空区空间，顶部岩石无法支撑上覆岩石压力，就会导致覆岩冒落、裂缝和下沉变形，在地面则表现为塌陷盆地、地裂缝、塌陷槽，破坏耕地，导致地表建筑物裂缝或倒塌，公路、铁路下沉变形危及交通安全等；(2)采空塌陷导致煤层之上的含水层会因导水裂隙带的发育，造成含水层的水或地表水漏失到采空区底板，造成地下水位下降、井泉干枯，人畜饮水困难，原本依靠地下水或地表水生存的植物就会枯死或植被种类发生变化；(3)综采地下煤炭开采后，混有煤矸石或分选的煤矸石，由于传统的技术工艺所限，煤矸石不得提升到地表，堆积形成煤矸石山或煤矸石堆，占压土地、煤矸石自然污染大气环境、影响视觉景观等。煤矿地面塌陷、含水层破坏、煤矸石占地污染环境是煤矿区三大类矿山地质环境问题。减少、减轻煤炭区地表塌陷、煤矸石占地成为煤矿企业必须解决的重大环境问题。解决煤矿地面塌陷的技术方法，(1)一是采取主动采用煤矸石不出井直接充填采空区、减少采空区空间，从而达到减少采空区覆岩冒落程度，从根本上减少采空区地表的塌陷程度及危害；(2)二是对采空地面塌陷区实施塌陷综合治理，如煤矸石回填塌陷区、裂缝回填、挖高垫底、挖低垫高等被动式治理的技术方法。采用井下生产过程中的煤矸石直接充填形成的采空区，具有减少煤矸石出井的提升费用、减少煤矸石堆放的征地费用、减少煤矸石自然污染大气水土环境治理费用、减少煤矸石土地复垦费用、减少地表塌陷治理费用等。煤矸石不出井、直接充填采空区是一种绿色的开采技术(开采了煤炭资源，同时减少了环境破坏)，是当前及今后煤炭开采、环境保护的重要方法技术。综合机械化采煤(综采)是目前煤矿最主要的开采技术工艺，相对于已经淘汰的房柱式采煤工艺，具有提高工作面煤炭资源开采效率、资源回采率高、井下生产安全保障程度高的优点，但是由于综采工作面的长度在100-300米、推进长度1000-3000米、开采煤层厚度2-8米(有人形容综采采煤工艺就像切豆腐块)，因而开采后单个工作面留下的采空区空间(100-300米)*(1000-3000米)*(2-8米)，其空间至少为20-720万m3，大跨度的采掘工作面，导致煤层之上的沉积岩层覆岩形成冒落带、裂隙带和弯曲带，在地表形成大面积地面沉陷盆地、地裂缝等，链生煤层之上的含水层、地表建筑物和耕地破坏等，对矿山地质环境影响严重，是综采采煤的一大环境问题。目前综合机械化采煤机的自移式综采液压支架后面没有构建煤矸石充填设备系统。自移式综采液压设备向前移动后，其后面的采空区覆岩垮落形成松散的自充填，后续生产的煤矸石无法充填进入冒落的空间，因而综采形成的煤矸石要么充填废弃的运煤巷道，要么提升到地面进行堆积形成煤矸石山。在采空区地表打孔，将地表煤矸石破碎后注入采空区，这是一种采煤后后续充填的技术工艺，主要针对房柱式开采存在的采空区，具有成本高(打钻成孔)、效率低的特点，不适合综合机械化开采形成的临时采空区空间充填(采空区因顶板垮落后，没有采空区了)。综上所述，现有技术工艺存在的问题是：(1)现有技术工艺下，综采采煤矸石不能充填采空区。综采工作面向前推进一段时间形成的采空区，就会因顶板覆岩发生垮落形成自充填，后续没有充填采空区的空间，且地面塌陷及其链生的环境问题已经产生。(2)煤矸石充填时间的滞后性(时间不同步)。现在的煤矸石充填采空区大多是房柱式采空区形成后，一种后充填(采煤后一段时间后进行充填，具有时间滞后性)的技术工艺，将此前已经出井的煤矸石堆通过竖井、斜井以车辆、皮带、管道等输送到井下采空区；或综采形成的废弃运输巷道。(3)充填费用高。将已经出井的煤矸石，通过破碎、运输而下井，成本明显高于井下原位充填。(4)煤矸石占地污染环境。煤矸石出井就会在地面堆积占地、自燃污染环境，增加征地及复垦费用等。解决上述技术问题的难度和意义：(1)构建同步联动的煤矸石自动充填装置和技术工艺，同步采煤、煤矸石同步充填采空区。综采采煤的同时，煤矸石同步充填形成的采空区，因而就需要配置与自移式综采液压支架同步联动的装置，如煤矸石分选设备、矸石运输皮带、矸石刮板装置等，难点在于增加同步联动设备。(2)煤矸石不出井充填采空区，减少地面塌陷及煤矸石污染环境意义。创新综采采煤与煤矸石同步充填的绿色开采技术和装置，减少覆岩冒落程度及其链生的含水层破坏、地面塌陷及建筑物破坏程度等，同时减少煤矸石提升地面、堆积占地、污染环境等效应，实现黑色煤炭、绿色开采的可持续发展的目的，同时增加了煤矿的经济效益。要金山银山更要绿水青山，黑色的煤炭，绿色的开采，是煤矿环境保护工作的必然要求，煤矸石不出井、同步充填采空区是煤炭绿色开采的大势所趋和必走之路，因此基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统及方法具有重要的实用价值。
技术实现思路
针对目前综采技术工艺采煤全部垮落法后，采空区被垮落的岩石充填，没有空间被煤矸石充填、采空塌陷较为严重的技术问题，本专利技术提供了一种基于减轻采煤塌陷、减少煤矸石环境效应的综采煤矸石同步充填的技术系统及方法。本专利技术核心是开采过程中形成的煤矸石，同步充填到综采工作面后面的采空区中，在减少采空区空间的同时，达到矸石不出井充填采空区的绿色开采技术。本方面是这样实现的，一种基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法，包括骤：通过煤与煤矸石比重的差异，通过干法跳台分拣机分选，使煤与煤矸石分离，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；通过长壁采煤法综采的自移式综采液压支架后边的联动刮板，将煤矸石充填到液压支架后面综采形成的上覆岩石尚未冒落的采空区中，形成一边采煤、一边将产生的煤矸石同步充填到自移式综采液压支架的采空区。进一步，所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法具体包括：步骤一，综采采煤机采煤过程中从煤层顶板、底板及煤的夹层里采出的煤矸石，通过煤与矸石比重的差异，通过干法跳台矸石分选机自动分选，将煤矸石与煤分开，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；步骤二，通过矸石自动运输传送带将煤矸石自动运送到自移式综采液压支架后边的采空区，煤矸石随自移式综采液压支架协调联动移动，依次堆积到采空区中；步骤三，通过自移式综采液压支架后边的可伸缩协调联动的矸石刮板装置，将煤矸石推平；步骤四，随着综采工作面的向前推进采煤，煤矸石依次堆积在自移式综采液压支架后边的采空区中，进行采煤、运煤、将煤矸石同步充填到采空区，煤矸石不再出井。改变了过去一边采煤、一边需要将煤矸石运送到地表堆集占地、污染环境、增加复垦费用的众多弊端。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法的基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统，所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填系统设置有：自移式综采液压支架；自移式综采液压支架通过II号连接点与干法跳台矸石分选机相连；干法跳台矸石分选机通过III号连接点与运煤自动运输传送带相连；干法跳台矸石分选机通过IV号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法，其特征在于，所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法包括骤：通过煤与煤矸石比重的差异，通过干法跳台分拣机分选，使煤与煤矸石分离，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；通过长壁采煤法综采的自移式综采液压支架后边的联动刮板，将煤矸石充填到液压支架后面综采形成的上覆岩石尚未冒落的采空区中，一边采煤、一边将产生的煤矸石同步充填到自移式综采液压支架的采空区。

【技术特征摘要】
1.一种基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法，其特征在于，所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法包括骤：通过煤与煤矸石比重的差异，通过干法跳台分拣机分选，使煤与煤矸石分离，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；通过长壁采煤法综采的自移式综采液压支架后边的联动刮板，将煤矸石充填到液压支架后面综采形成的上覆岩石尚未冒落的采空区中，一边采煤、一边将产生的煤矸石同步充填到自移式综采液压支架的采空区。2.如权利要求1所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法，其特征在于，所述基于减轻采煤塌陷程度的综采煤矸石同步充填方法具体包括：步骤一，综采采煤机采煤过程中从煤层顶板、底板及煤的夹层里采出的煤矸石，通过煤与矸石比重的差异，通过干法跳台矸石分选机自动分选，将煤矸石与煤分开，煤矸石进入矸石自动运输传送带上；步骤二，通过矸石自动运输传送带将煤矸石自动运送到自移式综采液压支架后边的采空区，煤矸石随自移式综采液压支架协调联...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友宁，杨敏，
申请(专利权)人：中国地质调查局西安地质调查中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61