一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置及方法

摘要

本发明公开了一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置及方法，在巷道两侧沿工作面推进方向分别设置一排前液压支架和后液压支架并一一对应，然后每个前液压支架和后液压支架均设有组合充填板，将充填袋挂设在各个组合充填板上并穿对拉锚杆，接着向充填袋内注浆，在注浆过程中前顶梁回缩后使充填袋随浆液的持续注入逐渐靠近巷道顶板，直至完成接顶；待接顶后袋内的浆体达到4MPa强度时，完成该位置的充填作业；然后调整组合充填板并驱动前液压支架和后液压支架沿巷道向前移动，完成移架工作后，再次重复上述充填注浆过程，进行该位置的充填作业；其操作简单，并能实现在沿空留巷中安全、高效、连续进行高水材料的充填作业，从而保证煤矿开采的持续稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置及方法，属于煤矿安全开采技术领域。

背景技术

沿空留巷技术取消区段煤柱，提高煤炭资源采出率，在近些年得到广泛应用。现有技术中，高水材料具有支护阻力大、增阻速度快、适量可缩，巷道维护效果好，充填工艺及充填设备简单的优点，目前已在部分矿区应用。但高水材料都是先以液体形式注入充填袋中，然后凝固成型，因此需要支模为其充填成型提供支撑。当前主要支模流程为：支柱-立钢筋网-挂充填袋-穿对拉锚杆和固定梯子梁-注浆。

上述流程均为人工操作，耗时长、效率低。其中钢筋网抗变形能力差，无法保证对拉锚杆处于一条直线，不能充分发挥锚杆的锚固作用；需根据顶底板进行修剪且不可回收。另外单体液压支柱重量大、稳定性差，在巷道围岩条件较差时会出现顶底板鼓包，进而导致充填袋不能充分挂起或挂起后不接顶，从而影响支护质量，容易在采空区立柱与回柱时发生顶板垮落。并且现在采用的充填支架，由于顶梁阻挡了充填体接顶，导致顶板离层，增加了留巷维护成本。因此，如何在沿空留巷中安全、高效、连续进行高水材料充填是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置及方法，其操作简单，并能实现在沿空留巷中安全、高效、连续进行高水材料的充填作业，从而保证煤矿开采的持续稳定。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置，包括多个前液压支架和多个后液压支架，前液压支架和后液压支架的数量相同，多个前液压支架和多个后液压支架一一对应设置并各自并排设置，相邻前液压支架之间和相邻后液压支架之间均通过架间推进油缸连接；所述每个前液压支架和每个后液压支架均装有一个组合充填板，且每个前液压支架和其对应的后液压支架上的两个组合充填板相对设置；

所述前液压支架包括前液压支架顶梁、支撑臂、伸缩立柱和铁鞋，所述伸缩立柱由第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱组成，第一立柱竖直固定在前液压支架顶梁下方、且其上端与前液压支架顶梁下部固定连接，支撑臂与第一立柱垂直设置、且支撑臂一端与第一立柱外表面固定连接；第二立柱处于第一立柱内部，且能从第一立柱下端伸出，第三立柱处于第二立柱内部，且能从第二立柱下端伸出，第四立柱处于第三立柱内部，且能从第三立柱下端伸出，铁鞋固定在第四立柱下端，第一立柱、第二立柱和第三立柱的外部均设有一个充填板锁钩和一个充填板拉钩；前液压支架顶梁上设有顶梁锁；

所述后液压支架包括底座、前顶梁、后顶梁、掩护梁、液压支柱和架间滑动顶板，后顶梁处于底座上方、且通过掩护梁和液压支柱与底座连接；架间滑动顶板装在后顶梁和掩护梁的一侧；前顶梁处于后顶梁内部、且能从后顶梁伸出，前顶梁的伸出端开设锁槽，前顶梁伸出后通过锁槽和顶梁锁相互锁紧与前液压支架顶梁相对固定；前顶梁下部设有压力传感器；所述后顶梁下部设有伸缩油缸，其结构与前液压支架的伸缩立柱结构相同；

所述组合充填板包括第一充填板、第二充填板和第三充填板，所述第一充填板由上小板Ⅰ、中小板Ⅰ和下小板Ⅰ组成，上小板Ⅰ设置在中小板Ⅰ上部、且上小板Ⅰ能相对中小板Ⅰ向上滑动伸出；中小板Ⅰ下端通过合页与下小板Ⅰ上端活动连接，使下小板Ⅰ能以合页为轴向上翻转，在下小板Ⅰ未翻转时与上小板Ⅰ和中小板Ⅰ处于同一平面；所述第二充填板由上小板Ⅱ和下小板Ⅱ组成，上小板Ⅱ下端通过合页与下小板Ⅱ上端活动连接，使下小板Ⅱ能以合页为轴向上翻转，在下小板Ⅱ未翻转时与上小板Ⅱ处于同一平面；所述第三充填板由上小板Ⅲ和下小板Ⅲ组成，上小板Ⅲ下端通过合页与下小板Ⅲ上端活动连接，使下小板Ⅲ能以合页为轴向上翻转，在下小板Ⅲ未翻转时与上小板Ⅲ处于同一平面；上小板Ⅰ侧部设有挂袋插销和撑台；中小板Ⅰ、上小板Ⅱ和上小板Ⅲ的同一侧均设有插槽、锁钩滑槽和拉块；下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均开设有对拉锚杆口和插销；下小板Ⅰ下端、上小板Ⅱ上端、下小板Ⅱ下端和上小板Ⅲ上端均设有凸台；第一充填板、第二充填板和第三充填板均通过锁钩滑槽和充填板锁钩相互卡固及充填板拉钩与拉块通过拉带连接，分别与第一立柱、第二立柱和第三立柱固定，并且使第一充填板、第二充填板和第三充填板处于同一垂面。

进一步，每个前液压支架的伸缩立柱均为两个。

进一步，所述下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均开设有三个对拉锚杆口。

一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置的工作方法，具体步骤为：

A、布设后液压支架：在垂直于巷道轴向的巷道一侧并排布设多个后液压支架(并可在后液压支架的前方设置两个跟进液压支架，用于随工作面推进及时进行支护)，然后在相邻后液压支架之间安装架间滑动顶板和架间推进油缸，完成后控制各个液压支柱升起，使各个后液压支架的后顶梁对巷道顶板进行支撑；

B、布设前液压支架：将各个前液压支架并排布设在巷道另一侧，且分别与各个后液压支架对齐，此时控制伸缩立柱升起使各个前液压支架的前液压支架顶梁对巷道顶板进行支撑；然后控制各个后液压支架的前顶梁伸出，直至前顶梁的伸出端与前液压支架顶梁通过顶梁锁和锁槽相互卡固形成一体结构；

C、架设组合充填板：在一组前液压支架和后液压支架上分别设置一个组合充填板，其中与前液压支架连接的组合充填板，其第一充填板、第二充填板和第三充填板均通过锁钩滑槽和充填板锁钩相互卡固及充填板拉钩与拉块通过拉带连接，分别与前液压支架的第一立柱、第二立柱和第三立柱固定，并且使第一充填板、第二充填板和第三充填板处于同一垂面；同时下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均处于未翻转状态，最后将上小板Ⅰ相对中小板Ⅰ向上滑动伸出直至与前液压支架顶梁下端接触，此时旋转组合充填板使支撑臂处于上小板Ⅰ的撑台下方对伸出后的上小板Ⅰ进行支撑；组合充填板与后液压支架的伸缩油缸连接过程与前液压支架相同；

D、挂充填袋、穿对拉锚杆和注浆：将充填袋上的尼龙吊环挂在第一充填板的挂袋插销上，再依次将各个对拉锚杆分别穿过组合充填板上的各个对拉锚杆口，完成后向充填袋内注浆；

E、充填接顶：充填袋在注浆过程中会膨胀与前顶梁下部接触，工作人员观测压力传感器上的读数，若压力传感器检测到压力值，则工作人员使顶梁锁开启，进而控制前顶梁回缩至后顶梁内部，完成前顶梁的回收后，充填袋随浆液的持续注入逐渐靠近巷道顶板。直至完成接顶；

F、移动前液压支架和后液压支架：待接顶后充填袋内的浆体达到4MPa强度时即开始向工作面方向进行移架，先将各个充填板的下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均向上翻转并通过插销和插槽定位；旋转组合充填板使支撑臂与撑台错开，使伸出的上小板Ⅰ复位；然后使最前面一组前液压支架的第四立柱回缩使铁鞋与巷道底板不接触，同时降低相对应的后液压支架后顶梁高度但保持与巷道顶板的接触，最后通过架间滑动顶板和架间推进油缸使该组前液压支架和后液压支架沿巷道轴向带压擦顶移架移动，达到设定位置后，使该组前液压支架的第四立柱伸出使铁鞋与巷道底板接触支撑，同时使后液压支架后顶梁与巷道顶板接触支撑，完成该组前液压支架和后液压支架的移架过程，后面各组依次重复上述过程，完成整个移架过程，然后重复步骤B至F，进行下一个充填过程，如此重复，直至完成整个巷道的充填工作。

与现有技术相比，本发明采用前液压支架、后液压支架和组合充填板相结合的方式，在巷道两侧沿工作面推进方向分别设置一排前液压支架和一排后液压支架，两者一一对应，然后每个前液压支架和后液压支架均设有一个组合充填板，完成组装后，将充填袋挂设在各个组合充填板上并穿对拉锚杆，接着向充填袋内注浆，在注浆过程中在前顶梁回缩后使充填袋随浆液的持续注入逐渐靠近巷道顶板。直至完成接顶；待接顶后充填袋内的浆体达到4MPa强度时，完成该位置的充填作业；然后调整组合充填板并驱动前液压支架和后液压支架沿巷道轴向向前移动，完成移架工作后，再次重复上述充填注浆过程，进行该位置的充填作业；如此重复，直至完成整个巷道的充填工作；本发明操作简单，并能实现在沿空留巷中安全、高效、连续进行高水材料的充填作业，从而保证煤矿开采的持续稳定。

附图说明

图1是本发明中相邻两个前液压支架的连接示意图；

图2是本发明中前液压支架的结构示意图；

图3是本发明中后液压支架的结构示意图；

图4是本发明中第一充填板的结构示意图；

图5是本发明中第二充填板的结构示意图；

图6是本发明中第三充填板的结构示意图；

图7是本发明中锁槽和顶梁锁结构示意图；

图8是本发明组合充填板完成安装的结构示意图；

图9是本发明的充填过程示意图。

图中：1、前液压支架，2、后液压支架，3、组合充填板，4、架间推进油缸，101-1、第一立柱，101-2、第二立柱，101-3、第三立柱，101-4、第四立柱，102、铁鞋，103、充填板锁钩，104、充填板拉钩，105、前液压支架顶梁，106、支撑臂，201、底座，202、液压支柱，203、后顶梁，204、前顶梁，205、掩护梁，206、架间滑动顶板，207、锁槽，3-1、第一充填板，3-2、第二充填板，3-3、第三充填板，301、对拉锚杆口，302、拉块，303、合页，304、插销，305、插槽，306、锁钩滑槽，307、挂袋插销，308、撑台。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图所示，一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置，包括多个前液压支架1和多个后液压支架2，前液压支架1和后液压支架2的数量相同，多个前液压支架1和多个后液压支架2一一对应设置并各自并排设置，相邻前液压支架1之间和相邻后液压支架2之间均通过架间推进油缸4连接；所述每个前液压支架1和每个后液压支架4均装有一个组合充填板3，且每个前液压支架1和其对应的后液压支架2上的两个组合充填板3相对设置；

所述前液压支架1包括前液压支架顶梁105、支撑臂106、伸缩立柱和铁鞋102，所述伸缩立柱由第一立柱101-1、第二立柱101-2、第三立柱101-3和第四立柱101-4组成，第一立柱101-1竖直固定在前液压支架顶梁105下方、且其上端与前液压支架顶梁105下部固定连接，支撑臂106与第一立柱101-1垂直设置、且支撑臂106一端与第一立柱101-1外表面固定连接；第二立柱101-2处于第一立柱101-1内部，且能从第一立柱101-1下端伸出，第三立柱101-3处于第二立柱101-2内部，且能从第二立柱101-2下端伸出，第四立柱101-4处于第三立柱101-3内部，且能从第三立柱101-3下端伸出，铁鞋102固定在第四立柱101-4下端，第一立柱101-1、第二立柱101-2和第三立柱101-3的外部均设有一个充填板锁钩103和一个充填板拉钩104；前液压支架顶梁105上设有顶梁锁；

所述后液压支架2包括底座201、前顶梁204、后顶梁203、掩护梁205、液压支柱202和架间滑动顶板206，后顶梁203处于底座201上方、且通过掩护梁205和液压支柱202与底座201连接；架间滑动顶板206装在后顶梁203和掩护梁205的一侧；前顶梁204处于后顶梁203内部、且能从后顶梁203伸出，前顶梁204的伸出端开设锁槽207，前顶梁204伸出后通过锁槽207和顶梁锁相互锁紧与前液压支架顶梁105相对固定；前顶梁204下部设有压力传感器；所述后顶梁203下部设有伸缩油缸，其结构与前液压支架1的伸缩立柱结构相同；

所述组合充填板包括第一充填板3-1、第二充填板3-2和第三充填板3-3，所述第一充填板3-1由上小板Ⅰ、中小板Ⅰ和下小板Ⅰ组成，上小板Ⅰ设置在中小板Ⅰ上部、且上小板Ⅰ能相对中小板Ⅰ向上滑动伸出；中小板Ⅰ下端通过合页303与下小板Ⅰ上端活动连接，使下小板Ⅰ能以合页303为轴向上翻转，在下小板Ⅰ未翻转时与上小板Ⅰ和中小板Ⅰ处于同一平面；所述第二充填板3-2由上小板Ⅱ和下小板Ⅱ组成，上小板Ⅱ下端通过合页303与下小板Ⅱ上端活动连接，使下小板Ⅱ能以合页303为轴向上翻转，在下小板Ⅱ未翻转时与上小板Ⅱ处于同一平面；所述第三充填板3-3由上小板Ⅲ和下小板Ⅲ组成，上小板Ⅲ下端通过合页303与下小板Ⅲ上端活动连接，使下小板Ⅲ能以合页303为轴向上翻转，在下小板Ⅲ未翻转时与上小板Ⅲ处于同一平面；上小板Ⅰ侧部设有挂袋插销307和撑台308；中小板Ⅰ、上小板Ⅱ和上小板Ⅲ的同一侧均设有插槽305、锁钩滑槽306和拉块302；下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均开设有对拉锚杆口301和插销304；下小板Ⅰ下端、上小板Ⅱ上端、下小板Ⅱ下端和上小板Ⅲ上端均设有凸台；第一充填板3-1、第二充填板3-2和第三充填板3-3均通过锁钩滑槽306和充填板锁钩103相互卡固及充填板拉钩104与拉块302通过拉带连接，分别与第一立柱101-1、第二立柱101-2和第三立柱101-3固定，并且使第一充填板3-1、第二充填板3-2和第三充填板3-3处于同一垂面。

进一步，每个前液压支架1的伸缩立柱均为两个。

进一步，所述下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均开设有三个对拉锚杆口301。

一种适用于沿空留巷的高水材料充填装置的工作方法，具体步骤为：

A、布设后液压支架2：在垂直于巷道轴向的巷道一侧并排布设多个后液压支架2(并可在后液压支架2的前方设置两个跟进液压支架，用于随工作面推进及时进行支护)，然后在相邻后液压支架2之间安装架间滑动顶板206和架间推进油缸4，完成后控制各个液压支柱202升起，使各个后液压支架2的后顶梁203对巷道顶板进行支撑；

B、布设前液压支架1：将各个前液压支架1并排布设在巷道另一侧，且分别与各个后液压支架2对齐，此时控制伸缩立柱升起使各个前液压支架1的前液压支架顶梁105对巷道顶板进行支撑；然后控制各个后液压支架2的前顶梁204伸出，直至前顶梁204的伸出端与前液压支架顶梁105通过顶梁锁和锁槽207相互卡固形成一体结构；

C、架设组合充填板3：在一组前液压支架1和后液压支架2上分别设置一个组合充填板3，其中与前液压支架1连接的组合充填板3，其第一充填板3-1、第二充填板3-2和第三充填板3-3均通过锁钩滑槽306和充填板锁钩103相互卡固及充填板拉钩104与拉块302通过拉带连接，分别与前液压支架1的第一立柱101-1、第二立柱101-2和第三立柱101-3固定，并且使第一充填板3-1、第二充填板3-2和第三充填板3-3处于同一垂面；同时下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均处于未翻转状态，最后将上小板Ⅰ相对中小板Ⅰ向上滑动伸出直至与前液压支架顶梁105下端接触，此时旋转组合充填板3使支撑臂106处于上小板Ⅰ的撑台308下方对伸出后的上小板Ⅰ进行支撑；组合充填板3与后液压支架2的伸缩油缸连接过程与前液压支架1相同；

D、挂充填袋、穿对拉锚杆和注浆：将充填袋上的尼龙吊环挂在第一充填板3-1的挂袋插销上，再依次将各个对拉锚杆分别穿过组合充填板3上的各个对拉锚杆口301，完成后向充填袋内注浆；

E、充填接顶：充填袋在注浆过程中会膨胀与前顶梁204下部接触，工作人员观测压力传感器上的读数，若压力传感器检测到压力值，则工作人员使顶梁锁开启，进而控制前顶梁204回缩至后顶梁203内部，完成前顶梁204的回收后，充填袋随浆液的持续注入逐渐靠近巷道顶板。直至完成接顶；

F、移动前液压支架1和后液压支架2：待接顶后充填袋内的浆体达到4MPa强度时即开始向工作面方向进行移架，先将各个充填板的下小板Ⅰ、下小板Ⅱ和下小板Ⅲ均向上翻转并通过插销304和插槽305定位；旋转组合充填板3使支撑臂106与撑台308错开，使伸出的上小板Ⅰ复位；然后使最前面一组前液压支架1的第四立柱101-4回缩使铁鞋102与巷道底板不接触，同时降低相对应的后液压支架后顶梁203高度但保持与巷道顶板的接触，最后通过架间滑动顶板206和架间推进油缸4使该组前液压支架1和后液压支架2沿巷道轴向带压擦顶移架移动，达到设定位置后，使该组前液压支架1的第四立柱101-4伸出使铁鞋102与巷道底板接触支撑，同时使后液压支架后顶梁203与巷道顶板接触支撑，完成该组前液压支架1和后液压支架2的移架过程，后面各组依次重复上述过程，完成整个移架过程，然后重复步骤B至F，进行下一个充填过程，如此重复，直至完成整个巷道的充填工作。