一种基于高水材料的采空区快速充填系统及承载强化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高水材料的采空区快速充填系统及承载强化方法，在工作面每推进一段距离则沿着工作面宽度方向布设一排充填体，并且在布设时采用间隔布设方式，先将奇数编号的充填袋依次经过立模、承载强化及注浆充填过程，使奇数编号的充填袋内的高水材料凝固形成充填体，此时对工作面采空区实现一定的支护强度，与此同时偶数编号的充填袋并未形成充填体，无需等待偶数编号形成充填体，使工作面继续推进，这样有效提高了工作面的推进效率，另外由于奇数编号的充填袋在注浆充填的同时，偶数编号的充填袋已经开始立模、承载强化过程，这样既能提高工作面的推进速度，同时能提高凝固后充填体的承载强度，有效保证了充填体对采空区的支护效果。对采空区的支护效果。对采空区的支护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高水材料的采空区快速充填系统及承载强化方法


[0001]本专利技术涉及一种基于高水材料的采空区快速充填系统及承载强化方法，属于矿井充填支护


技术介绍

[0002]目前在煤矿开采过程中，通过充填开采可减少压煤区域上方的地表沉降以及降低对地面建筑或构筑物的破坏，实现煤炭资源的绿色高效开采。
[0003]矸石、膏体和高水材料是采空区常用的充填材料。其中矸石充填存在矿井所储矸石量不足，充填后易因矸石间隙大降低对地表沉降的控制效果；膏体充填由于材料稠度大，导致运输阻力大、运输管路易堵塞等问题；相较之下，高水材料充填是将A、B材料和水单独按比例配制呈浆液，然后分别进行输送并在充填袋内混合的充填方法，A、B材料浆液分开运输时具有运输阻力小、且长时间不凝固的优点，并且两者混合后能较快凝固且终凝后强度高的优点。但由于高水材料从液体凝结到终凝完成使强度达到最大值的过程需要一定时间，且靠近采空区的充填体或位于局部特殊地质条件下的充填体，其载荷通常较大，充填体支护过程中极易由于压缩过量出现压裂现象。因此，如何提供一种系统及方法，使其能在较短的时间内加快高水材料进入充填袋内的充填速度，并能提高凝固后充填体承载强度，有效保证充填体对采空区的支护效果以及提高工作面的推进速度，从而推动高水材料充填开采的广泛应用，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于高水材料的采空区快速充填系统及承载强化方法，能在较短的时间内加快高水材料进入充填袋内的充填速度，并能提高凝固后充填体承载强度，有效保证充填体对采空区的支护效果以及提高工作面的推进速度，从而推动高水材料充填开采的广泛应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于高水材料的采空区快速充填系统，包括多个搅拌盛放装置、横式搅拌罐、多个双通道输送泵、混合输送泵和充填袋；
[0006]多个搅拌盛放装置中每两个搅拌盛放装置为一组，每组中两个搅拌盛放装置分别用于A料浆液和B料浆液的盛放及搅拌；
[0007]距离充填袋最远的搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的出料口分别通过管路分别与其中一个双通道输送泵的两个通道进口连接，该双通道输送泵的两个通道出口通过管路分别与另一组搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的进料口，另一组搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的出料口分别与下一个双通道输送泵的两个通道进口连接，持续上述交替连接，直至双通道输送泵的两个通道出口均与横式搅拌罐的进料口连接，A料浆液和B料浆液经过多组搅拌盛放装置与多个双通道输送泵后在横式搅拌罐内混合形成高水材料，最后横式搅拌罐的出料口与混合输送泵的两个通道进口连接，混合输送泵的两个通道出口通过管路分别与充填袋的两个注浆口连接，使混合形成的高水材料从注浆口注入充填袋
内，高水材料在充填袋内凝固后形成充填体；
[0008]所述充填袋上设有多个对拉锚杆袖，用于使对拉锚杆从对拉锚杆袖穿过充填袋，增强形成充填体后的支护强度。
[0009]进一步，所述充填袋上装有多个尼龙袋耳，多个尼龙袋耳分别挂在多个单体液压支柱上，当单体液压支柱升起时，能带动充填袋展开，从而便于后续高水材料的注入。
[0010]进一步，所述充填袋上设有充气口，通过充气口将充填袋内注气，使其膨胀增大内部体积，便于后续高水材料的注入。
[0011]进一步，所述搅拌盛放装置为快速搅拌桶或大容量搅拌桶。快速搅拌桶或大容量搅拌桶均为现有设备，具有不同功能快速搅拌桶具有搅拌转速快的优点，能带A、B料刚开始传输时进行快速搅拌，大容量搅拌桶能容纳较多的浆液，便于中途运输使用。
[0012]上述基于高水材料的采空区快速充填系统的承载强化方法，具体步骤为：
[0013]A、先确定充填区段与井筒之间的距离，若充填工作面的巷道入口到井口距离小于3Km，则将快速充填系统中的多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵放置在靠近井筒的地面上；若否，则将快速充填系统中的多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵放置在区段外的联络巷或硐室中；快速充填系统中的横式搅拌罐和混合输送泵均放置在工作面运输巷的设备列车，能随着列车移动；
[0014]B、根据步骤A确定的快速充填系统各个设备的位置，将快速充填系统进行组装，若多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵处于地面上，则地面上的设备连接后通过高压胶管伸入井筒与井下的横式搅拌罐和混合输送泵连接；若多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵处于联络巷或硐室中，则联络巷或硐室中的设备连接后通过高压胶管伸入井筒与井下的横式搅拌罐和混合输送泵连接；其中距离充填袋最远的搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置均为快速搅拌桶，分别用于A料浆液和B料浆液注入后进行快速搅拌，并进行后续输送，其余各个搅拌盛放装置均为大容量搅拌桶；
[0015]C、在工作面推进过程中，每推进一段距离，则沿工作面宽度方向预先确定一排充填体的布设位置，并从一端依次对各个充填体位置进行顺序编号，将编号为奇数的充填体位置上分别放置充填袋，并将充填袋上的尼龙袋耳分别挂在各自对应的单体液压支柱上，将各个单体液压支柱升起直至其接顶，带动充填袋完全展开，完成各个充填袋的立模过程；
[0016]D、将立模完成的各个充填袋分别通过各自的对拉锚杆袖穿设多个对拉锚杆，对拉锚杆穿设顺序为从充填袋顶部一排依次向下，穿完对拉锚杆，用扎带将对拉锚杆孔袖扎紧，通过穿设对拉锚杆实现限制充填体侧面受压膨胀和提高充填体承载强度，完成承载强化过程；
[0017]E、将完成承载强化的各个充填袋，其中一个充填袋的两个注浆口通过管路分别与混合输送泵的两个通道出口连接，然后启动快速充填系统按照设定参数向充填袋内注入高水材料，直至当充填袋内的高水材料接顶时，停止该充填袋注浆，并用扎带扎紧注浆口，该充填袋充填完成，接着再选择一个充填袋并重复本步骤中充填袋注浆过程，如此重复，直至完成各个充填袋的注浆过程；
[0018]F、在编号为奇数的充填袋开始注浆充填时，同步在编号为偶数的充填体位置上分别放置充填袋，并重复步骤C至E的过程，依次完成各个偶数编号充填袋的立模、承载强化及注浆充填过程，待高水材料在充填袋内凝固后形成充填体，从而完成一排充填体的充填支
护过程，后续工作面推进过程中，每排充填体均重复步骤C至F，实现充填体快速充填及强化支护的工作。
[0019]进一步，所述步骤E中快速充填系统具体设定参数的标准为：
[0020]设快速搅拌桶1次最大制浆量为V1，1次生产时间为2分钟，大容量搅拌桶最大容量为V2，双通道输送泵和混合输送泵每分钟最大输送量均为V3，混合输送泵和横式搅拌罐之间管路的内径为d1，最大抗压强度为p1；混合输送泵与充填袋之间管路的直径为d2，最大抗压强度为p2；充填袋的体积为V4，支设1个充填袋的立模时间为t，则上述关系如下：
[0021][0022]式中，ρ为水密度，kg/m3，g为自重应力，N/kg；
[0023]按照上述关系设定参数，当注完一个充填袋，下一充填袋完成立模及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高水材料的采空区快速充填系统，其特征在于，包括多个搅拌盛放装置、横式搅拌罐、多个双通道输送泵、混合输送泵和充填袋；多个搅拌盛放装置中每两个搅拌盛放装置为一组，每组中两个搅拌盛放装置分别用于A料浆液和B料浆液的盛放及搅拌；距离充填袋最远的搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的出料口分别通过管路分别与其中一个双通道输送泵的两个通道进口连接，该双通道输送泵的两个通道出口通过管路分别与另一组搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的进料口，另一组搅拌盛放装置组中两个搅拌盛放装置的出料口分别与下一个双通道输送泵的两个通道进口连接，持续上述交替连接，直至双通道输送泵的两个通道出口均与横式搅拌罐的进料口连接，A料浆液和B料浆液经过多组搅拌盛放装置与多个双通道输送泵后在横式搅拌罐内混合形成高水材料，最后横式搅拌罐的出料口与混合输送泵的两个通道进口连接，混合输送泵的两个通道出口通过管路分别与充填袋的两个注浆口连接，使混合形成的高水材料从注浆口注入充填袋内，高水材料在充填袋内凝固后形成充填体；所述充填袋上设有多个对拉锚杆袖，用于使对拉锚杆从对拉锚杆袖穿过充填袋，增强形成充填体后的支护强度。2.根据权利要求1所述的基于高水材料的采空区快速充填系统，其特征在于，所述充填袋上装有多个尼龙袋耳，多个尼龙袋耳分别挂在多个单体液压支柱上，当单体液压支柱升起时，能带动充填袋展开，从而便于后续高水材料的注入。3.根据权利要求1所述的基于高水材料的采空区快速充填系统，其特征在于，所述充填袋上设有充气口，通过充气口将充填袋内注气，使其膨胀增大内部体积，便于后续高水材料的注入。4.根据权利要求1所述的基于高水材料的采空区快速充填系统，其特征在于，所述搅拌盛放装置为快速搅拌桶或大容量搅拌桶。5.一种根据权利要求1所述基于高水材料的采空区快速充填系统的承载强化方法，其特征在于，具体步骤为：A、先确定充填区段与井筒之间的距离，若充填工作面的巷道入口到井口距离小于3Km，则将快速充填系统中的多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵放置在靠近井筒的地面上；若否，则将快速充填系统中的多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵放置在区段外的联络巷或硐室中；快速充填系统中的横式搅拌罐和混合输送泵均放置在工作面运输巷的设备列车，能随着列车移动；B、根据步骤A确定的快速充填系统各个设备的位置，将快速充填系统进行组装，若多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵处于地面上，则地面上的设备连接后通过高压胶管伸入井筒与井下的横式搅拌罐和混合输送泵连接；若多个搅拌盛放装置及多个双通道输送泵处于联络巷或硐室中，则联络巷或硐室中的设备连接后通过高压胶管伸入井筒与井下的横式搅拌罐和混合输送泵连接；其中距离充填袋最远的搅拌盛...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏建彪，赵祥岍，夏军武，柏夏，王共元，李延辉，李梦龙，陈定超，王广辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：