一种固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置

摘要

一种固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置，每个支架的底座两侧安装滚筒架，呈悬臂状置于支架底座的后方。各滚筒的滚轴安装在对应的一对滚筒架端部，各个密封剂储存装置设置在相应的滚筒内部，各滚筒架端部均铰接一个支杆，支杆的端部设置密封剂撒布器，密封剂撒布器连接相应的密封剂储存装置。每个滚筒均卷裹防渗层，各个滚筒在高度位置上高低间隔设置，处于高位的滚筒上的密封剂撒布器置于防渗层的底面，处于低位的滚筒上的密封剂撒布器置于防渗层上面。相邻滚筒的端部重叠设定的长度，滚筒卷裹的防渗层铺设后，相邻的防渗层边缘重叠并密封。本发明装置，实现了采煤工作与铺设防渗层、充填工作平行作业，工作效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置，具体涉及“三下”充填开采过程中固体充填采煤采空区预铺防渗层防止煤矸石充填体污染地下水的技术领域。

背景技术

近年来，随着国家对环境保护的重视，煤矸石作为煤炭企业固体废弃物材料（其产量占到了煤炭资源开采量的10%～15%），其地面排放与处理受到了严格的限制。各大煤炭企业积极寻求并大力发展矸石井下分选、煤矸石井下储存、井下充填置换煤炭等矸石不上井与零排放的相关技术，综合机械化固体充填采煤技术作为一种我国自主研发的、能够与环境相容的绿色开采技术，在控制采场覆岩移动及地表沉陷的基础上，达到置换建（构）筑物下、水体下、铁路下压煤、有效利用地面与井下矸石、保护地表建筑物及矿区生态环境的目的，有效兼顾了煤矿开采的经济效益与环境效益，获得了广泛的关注及较大规模的推广应用，目前已推广至全国十多个矿区近40个工作面，高效地将地面矸石山充填至煤矿采空区处理，并实现了矿井矸石零排放，解决了困扰煤矿多年的矸石山治理难题，成为现代化矿井实现绿色开采的有效技术途径。

煤矸石作为煤炭形成过程中的伴生物，在地面堆积或大规模充填至采空区时，其内含的重金属离子处于二次富集的状态，同时，采空区属于一个长期相对封闭、阴暗潮湿的环境，受到采深、地热及矿井水等影响，其所处环境为高应力、一般高于常温（部分采空区受地热影响地温可达到30°～40°以上）的相对封闭环境，加之上覆岩层顶板裂隙发育以及煤层开采过程中均会有水涌出，充入采空区的煤矸石会一直处于一个水环境中。

这部分煤矸石经过长期的矿井水淋溶、浸泡，其中含有的重金属和无机盐经过水溶解后从煤矸石中析出释放，在一定条件下随着矿井水的流动在采空区及底板范围内迁移，并可能渗入下伏含水层中，对地下水环境造成一定潜在的影响。

针对煤矸石充填开采过程中存在的淋溶液中重金属离子向地板岩层迁移，影响地下水环境等问题，如何开发一种新的采煤方法，既能保证充填采煤工作的正常进行，提高生产效率，又能降低地下水污染的风险是目前亟待解决的科学难题。

发明内容

针对充填开采过程中重金属离子污染风险问题，本发明提出了一种固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置，用于固体充填采煤采空区预铺防渗层，防止煤矸石充填体污染地下水。

本发明提出的固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置，包括若干对滚筒架、若干滚筒、若干密封剂储存装置；每对滚筒架通过螺母固定在各支架底座左右两侧，呈悬臂状置于支架底座的后方；所述各滚筒的滚轴安装在对应的一对滚筒架端部；所述各个密封剂储存装置设置在相应的滚筒内部，各滚筒架端部均铰接一个支杆，支杆的端部设置密封剂撒布器，密封剂撒布器与支杆垂直且弯向滚筒一侧，密封剂撒布器连接相应的密封剂储存装置；每个滚筒均卷裹防渗层，各个滚筒在高度位置上高低间隔设置，处于高位的滚筒上的密封剂撒布器置于防渗层的底面，处于低位的滚筒上的密封剂撒布器置于防渗层上面。

所述相邻滚筒的端部重叠设定的长度，滚筒卷裹的防渗层铺设后，相邻的防渗层边缘重叠。

所述防渗层共由五层构成，第一层和第五层为金属网，第二层和第四层为VC聚氯乙烯，第三层为黏土，具有可更换性。

本发明提出的固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置设置在采煤液压支架后方，其铺设防渗层的工作过程是：开采过程中，随着开采的进展，支架相应跟随移架。在移架的同时，防渗层已铺设展开的部分不会移动，因此会牵拽滚筒滚动，随之防渗层连续铺设。同时密封剂撒布器在防渗层的两边缘连续撒布密封剂。高位滚筒上的防渗层在底面撒布密封剂，低位滚筒上的防渗层在上面撒布密封剂，相邻防渗层间密封连接，铺设完后开始充填煤矸石，然后继续下一个边充填采煤边铺防渗层的循环。

本发明固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置，实现了采煤工作与铺设防渗层、充填工作平行作业。防渗层共由五层构成，其中第二层、第三层和第四层可以极大程度抑制重金属离子扩散，第一层和第五层能够保证防渗层具有一定强度而不被充填体破坏，抑制由于矿井水的淋溶浸泡作用从矸石中析出的重金属离子向底板迁移。所述装置将固体充填采煤技术与污染物控制技术有机的结合，既能保证充填采煤工作的正常进行，提高生产效率，又能降低地下水污染的风险。

附图说明

图1是本发明固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置结构以及防渗层铺设俯视示意图。

图2是本发明固体充填采煤采空区预铺防渗层的装置结构以及防渗层铺设侧视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1、图2所示，采煤工作面布置的液压支架（本发明简称为支架），同时推移的液压支架数量为三个，每个支架的的支架底座1的两侧用螺杆螺母固定一对滚筒架2，滚筒架2呈悬臂状置于支架底座1的后方，滚筒架2均向支架底座1外侧折弯，使得同支架底座上的滚筒架端部间距大于支架的宽度，因此安装在上面的滚筒在相邻端部相互重叠。各滚筒3的滚轴安装在对应的一对滚筒架端部。各个滚筒均卷裹防渗层，滚筒的直径为30cm，长度根据工作面液压支架尺寸及工作面液压支架的移架方式确定，三个支架的总长度L=l×n+d×（n-1）+40（l为支架宽度，d为两个支架之间的间距，n为同时推移的液压支架数量）。本实施例，支架宽度l为1750mm，滚筒的直径为300mm，长度为1790mm。所述各个密封剂储存装置设置在相应的滚筒3内部，各滚筒架端部均铰接一个支杆5，支杆5的端部设置密封剂撒布器4，密封剂撒布器4与支杆5垂直且弯向滚筒3一侧。密封剂撒布器连接相应的密封剂储存装置。每个滚筒3均卷裹防渗层6，三个滚筒中，中间的滚筒处于高位，其密封剂撒布器置于防渗层的底面；两边的滚筒处于低位，其密封剂撒布器置于防渗层上面。

所述防渗层共由五层构成，第一层和第五层为金属网，第二层和第四层为VC聚氯乙烯，第三层为黏土。其中第二层、第三层和第四层可以极大程度抑制重金属离子扩散，第一层和第五层能够保证防渗层具有一定强度而不被充填体破坏。

使用本发明装置在煤矸石充填采煤采空区预铺防渗层防止煤矸石充填体污染地下水的步骤如下：

（1）启动采煤机按照常规循环割完一刀煤。

（2）在割煤完成后，边移充填采煤液压支架的同时利用防渗层的拉力使滚筒转动，在充填体与煤层底板之间铺设一层防渗层。

（3）在防渗层的拉力的作用下，滚筒发生转动，速度传感器检测到滚筒转动后，密封剂撒布器4开始工作，对高位滚筒的防渗层底面及低位滚筒的防渗层上面距边缘宽200mm的范围喷射密封剂。

（4）待密封剂喷射在防渗层后，开始推移输送机。

（5）检查相邻防渗层搭接处是否密封牢固，密封牢固后开始对采空区进行充填煤矸石。

（6）继续下一个边充填采煤边铺防渗层的循环，完成对整个充填采煤工作面的开采。