[发明专利]井下煤矸石源头减量选充协同开采系统

权利要求书

1.井下煤矸石源头减量选充协同开采系统，包括采前探测建模系统、煤岩智能识别开采系统、煤矸智能分选分流系统和矸石输送回填系统以及各系统之间在时空上的有序配合；

所述采前探测建模系统，是以“空-天-地-井-孔”全方位立体化为探测模式，采用卫星遥感、无人机航测、地面测试、地面钻探和井下钻孔的手段，综合运用地质勘察、三维地震、井上下钻探、采掘巷道三维扫描和实验室测试的技术获取的多相多态多源地质数据，准确掌握煤层赋存环境、地层地质结构、水文条件以及煤岩物化特性，构建真实性、多层次、高精度、精细化、静动结合和可视可预可控的三维煤岩地质与开采模型，并通过计算机建模、三维仿真技术对采掘参数调整、煤矸产量预测、煤岩应力-裂隙多场演化进行模拟分析，以此来确定井下分选硐室和煤岩层巷道工作面的合理布置、采煤机运行参数的优化以及矸石充填参数的选择，为实现煤层高效开采运输和矸石源头减量化目标做基础工作；

所述煤岩智能识别开采系统，是在工作面和巷道布置避开地质构造、围岩破碎和夹矸较多的开采区域的基础上，通过在采煤机滚筒截齿中安装煤岩硬度智能识别传感器，在采煤机控制系统中预设截割线智能识别程序，在工作面支架安装高清防雾防尘监控探头，将采前模型预置、开采参数输入、煤岩硬度识别、自动导航记忆截割、工作面运行状态监控预警多种手段有机结合，构建采煤机煤岩感知、判识、分析与决策的智能化新功能，并辅以现场少量操作人员实时巡视值守，对可能出现的异常状况进行及时纠正处理，以防采煤机割顶割底，增加矸石固废物的产量，采煤机智能控制系统与输送机、液压支架智能连接，采煤机根据截割过程中的煤岩参数及围岩异常情况，及时调整输送机运行速度、液压支架支设高度，实现采煤机、输送机和液压支架三机智能协同配合，从而在采掘源头上减少煤矸石产量；

所述煤矸智能分选分流系统，布置于运煤通道与工作面停采线位置附近的宽巷中，以减少矸石回填输送的距离，系统主要由振筛分离器、粗碎机、传送带、智能煤矸光电分选设备和煤矸分流器装置组成，以上装置依次首尾连接，协同配合，共同完成对煤矸的智能分选分流，振筛分离器主要作用是将大粒径煤和矸石粗略筛选出来，大粒径煤和矸石再进入粗碎机中进行破碎，破碎后的煤和矸石通过传送带输送到智能煤矸光电分选设备中，而振筛分离器未筛选出的小粒径的煤矸混合物则直接通过传送带进入智能煤矸光电分选设备，智能煤矸光电分选设备是基于不同物性煤和矸石的灰度值成像和煤矸分离阈值与煤矸物性特征量的相关数学模型而开发研制的一种井下复杂环境的模块式高可靠性、高安全、智能化煤矸光电分选设备，该设备主要由X光色选模块、物料分离模块和智能控制模块组成，当煤矸由传送带进入X光色选模块后，利用X光精准识别煤与矸石，然后通过高压气阀装置将煤与矸石进行分离，整个过程由微型计算机进行智能控制，分离后的煤与矸石分别经由精煤出口和矸石出口两个出料口落入不同输送机上运走；

所述矸石输送回填系统，主要包括矸石输送带、转载机、巷道抛矸机和工作面充填支架装置，主要作用是将分选出的矸石运输到充填工作面，利用充填设备进行充填作业，具体流程为：由分选设备分选出的煤矸石落入输送带上，然后输送带载着煤矸石经过联络巷、运料巷运送至工作面端头转载机，转载机将煤矸石转运至工作面支架物料输送机，在采空区侧进行漏矸、夯实、充填作业或者将煤矸石转运至巷道抛矸机，在充填巷道进行抛撒充填作业。

2.根据权利要求1所述的井下煤矸石源头减量选充协同开采系统，其特征在于，开采系统具体工艺流程为：采前进行全方位探测，建立精细地质和开采模型，综合确定产矸量最少的采掘巷道布置和工作面开采参数，然后对工作面设备进行智能化改进，采煤机智能识别煤岩截割线，自动调整，避免割底割顶，与输送机和液压支架协同作用，从源头减少产矸量，割落下的原煤通过运煤输送机运送至煤矸智能分选设备，采用振动分离器初筛、光电智能精细分选，将原煤通过分离器不同出口进行煤矸分离，落入不同输送带上，精煤输送至井下煤仓进行提升，矸石进入回填输送机运送至充填工作面，通过充填支架或巷道抛矸机对采空区或废弃巷道进行矸石充填，矸石输送回填系统也可与井上固废物投料系统相连，将井上固废物充填入井下。