權利要求書： 1.一種自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，包括采用設在開采工作面兩側的充填材料自動制備裝置、充填材料自動轉運裝置、工作面自動充填采煤裝置和煤炭自動轉運裝置；

所述的充填材料自動制備裝置包括：破碎機和設在破碎機上的破碎機啟停控制器，以完成設定粒徑級配后固體充填材料的自動破碎；

所述的充填材料自動轉運裝置包括：充填材料儲料倉、儲料倉滿倉傳感器、儲料倉落料控制器，充填材料膠帶運輸機、充填材料膠帶運輸機啟?？刂破?、充填材料自移式轉載機、充填材料自移式轉載機啟?？刂破?；所述充填材料儲料倉、充填材料膠帶運輸機、充填材料自移式轉載機依次前后搭接；所述儲料倉滿倉傳感器和儲料倉落料控制器位于充填材料儲料倉上，充填材料膠帶運輸機啟停控制器、充填材料自移式轉載機啟?？刂破鞣謩e位于充填材料膠帶運輸機、充填材料自移式轉載機上；

所述的工作面自動充填采煤裝置包括設在工作面上的采煤機、刮板輸送機、充填液壓支架和多孔底卸式輸送機，所述的采煤機上設有采煤機啟?？刂破?，所述的刮板輸送機上設有刮板輸送機啟?？刂破?，所述的多孔底卸式輸送機懸掛在充填液壓支架后部，可沿充填液壓支架作前后移動，充填液壓支架的前梁上設有采煤機位置接收器，充填液壓支架的后梁上設有控制落料高度傳感器；多孔底卸式輸送機上設有多孔底卸式輸送機啟?？刂破鳎凰龅牟擅簷C、刮板輸送機、綜采設備、多孔底卸式輸送機的連接方式和傳統(tǒng)固體充填開采工作面相同；

所述的煤炭自動轉運裝置包括運煤轉載機、與運煤轉載機相連的運煤膠帶輸送機，所述的運煤轉載機上設有運煤轉載機啟?？刂破鳎\煤轉載機設在刮板輸送機出口處，所述的運煤膠帶輸送機上設有運煤膠帶輸送機啟?？刂破?；其特征在于：通過在綜合機械化固體充填采煤系統(tǒng)中設置各種控制器、傳感器和接收器，實時獲取充填采煤系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，由分布在井下的無線和有線網絡傳輸至地面或井下分析中心進行分析，得出充填采煤工藝的狀態(tài)，根據(jù)工藝狀態(tài)確定關鍵充填采煤作業(yè)設備的下一步動作，并通過井下無線和有線網絡發(fā)出動作指令，進而實現(xiàn)對整個充填采煤系統(tǒng)的自動化控制；必要時，可人工控制對自動化充填采煤工藝進行修正；

控制方法的具體步驟如下：

第一步：利用煤巖界面識別傳感器或記憶截割數(shù)據(jù)判斷煤巖界面，自動調整采高進行采煤；通過安裝在采煤機上的采煤機位置發(fā)射器和充填液壓支架上的采煤機位置接收器判斷采煤機位置和運行方向，并根據(jù)采煤機位置和運行方向識別結果自動完成充填液壓支架的移架和刮板輸送機推溜；煤炭通過刮板輸送機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機轉運；

第二步：固體充填材料經過充填材料膠帶運輸機運至破碎機進行破碎，破碎后的充填材料又經過充填材料膠帶運輸機運至充填材料儲料倉，然后充填材料再經過充填材料膠帶運輸機和充填材料自移式轉載機運輸至多孔底卸式輸送機；

第三步：在工作面的刮板運輸機移直后，將設在充填液壓支架上的多孔底卸式輸送機由支架后頂梁前部移至支架后頂梁后部，通過安裝在采煤機上的采煤機位置發(fā)射器和充填液壓支架上的采煤機位置接收器判斷采煤機位置和運行方向，根據(jù)采煤機運行方向判斷結果依次自動打開卸料孔卸料，完成卸料和充填作業(yè)。

2.根據(jù)權利要求1所述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：第一步中，當判斷采煤機位置距離已移架的最后一臺充填液壓支架在設定距離內時，設定距離為2 3~

個充填液壓支架寬度，可根據(jù)具體情況靈活調整，開始充填液壓支架的自動移架作業(yè)，通過電液控系統(tǒng)控制液壓支架油缸，實現(xiàn)充填液壓支架的關閉護幫板→降價→移架→升架→推溜→開啟護幫板，每個充填液壓支架均以單獨或者成組自動移架；同時，當判斷采煤機距離已移架充填液壓支架在設定距離內，設定距離為20 30m，根據(jù)具體情況靈活調整，開始此充~

填液壓支架對應位置的刮板輸送機推溜；此步中，刮板輸送機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機的啟停根據(jù)采煤機的開機狀態(tài)決定，即采煤機開機，則刮板輸送機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機即開機，反之則停止運行。

3.根據(jù)權利要求1所述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：第二步中，所述固體充填材料經過充填材料膠帶運輸機運至破碎機進行破碎，破碎后的充填材料又經過充填材料膠帶運輸機運至充填材料儲料倉的啟動條件為儲料倉滿倉傳感器監(jiān)測結果為未滿倉，否則通過啟停控制器停止充填材料儲料倉之前的充填材料膠帶運輸機和破碎機的運轉；所述充填材料經過充填材料膠帶運輸機和充填材料自移式轉載機運輸至多孔底卸式輸送機的啟動條件為多孔底卸式輸送機有卸料孔處于打開狀態(tài)，此時落料控制器將開啟充填材料儲料倉的落料口進行落料，反之當多孔底卸式輸送機所有卸料孔均閉合時，則通過落料控制器關閉充填材料儲料倉的落料口，通過啟停控制器停止充填材料儲料倉和多孔底卸式輸送機之間的充填材料膠帶運輸機和充填材料自移式轉載機的運轉。

4.根據(jù)權利要求1所述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：第三步中，所述完成卸料和充填作業(yè)的具體過程如下：①當采煤機從多孔底卸式輸送機的機頭向機尾方向開采時首先打開機頭方向前2個卸料孔，然后沿開采方向將多孔底卸式輸送機其余未開啟的卸料孔分組，每組分2?4個卸料孔，可根據(jù)實際情況調整每組孔數(shù)，各組間由機頭向機尾充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔機尾方向的第1個卸料孔卸料；第1個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔卸料；第2個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向的下一個卸料孔卸料；下一個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，至完成本組卸料孔的第一輪卸料和夯實作業(yè)，然后，再次按照上述步驟，由機尾向機頭方向次對本組卸料孔進行第2輪卸料和夯實，直至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，需要2 3輪卸料~

和夯實，輪次可調整；依次類推完成所有分組的卸料和夯實，然后對機頭側最先打開的前2個卸料孔進行卸料和夯實，完成后關閉所有卸料孔，將多孔底卸式輸送機拉移一個步距，移至充填液壓支架后頂梁前部，用夯實機構把多孔底卸式輸送機下面的充填料全部推到充填液壓支架后上部，使其接頂并壓實，至此本循環(huán)步距充填采煤完成；

②當采煤機從多孔底卸式輸送機的機尾向機頭方向開采時沿開采方向將多孔底卸式輸送機卸料孔分組，每組分2?4個卸料孔，各組間由機尾向機頭方向充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔機尾方向的第1個卸料孔卸料；第1個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔卸料；第2個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向的下一個卸料孔卸料；下一個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，至完成本組卸料孔的第一輪卸料和夯實作業(yè)，然后，再次按照上述步驟，由機尾向機頭方向次對本組卸料孔進行第2輪卸料和夯實，直至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，需要2~

3輪卸料和夯實，輪次可調整；依次類推完成所有分組的卸料和夯實，關閉所有卸料孔；將多孔底卸式輸送機拉移一個步距，移至充填液壓支架后頂梁前部，用夯實機構把多孔底卸式輸送機下面的充填料全部推到充填液壓支架后上部，使其接頂并壓實，至此本循環(huán)步距充填采煤完成。

5.根據(jù)權利要求4所述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的卸料孔卸料完成的判別方法為：卸料孔打開后，記錄卸料時間，并通過落料高度傳感器實時監(jiān)測充填材料卸料高度，當卸料時間或卸料高度滿足設定值時則判別卸料孔卸料完成，同時關閉此卸料孔。

6.根據(jù)權利要求4所述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的夯實機構的夯實動作：通過卸料孔開合控制器的參數(shù)判斷卸料孔是否關閉，當判斷結果為卸料孔關閉時進行夯實；夯實過程中，首先根據(jù)夯實角度傳感器監(jiān)測結果將夯實機構自動調整至設定夯實角度，夯實機構伸長進行夯實并同時利用夯實行程傳感器和夯實力傳感器實時監(jiān)測夯實力和夯實機構伸縮長度，當夯實力滿足設定值或夯實機構達到最大長度后開始回縮夯實機構至最短狀態(tài)，至此本次夯實結束；然后調整至下一次夯實所需的夯實角度，準備下一次夯實，依次循環(huán)直至完成設定的夯實次數(shù)。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的卸料孔開合控制器設在多孔底卸式輸送機的卸料孔處設有卸料孔開合控制器。

8.根據(jù)權利要求6所述的一種自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的夯實力傳感器設在夯實板上，所述的夯實角度傳感器設在夯實千斤頂?shù)母左w上。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的煤巖界面識別傳感器設在采煤機的采煤臂上。

說明書： 一種自動化充填開采控制系統(tǒng)及方法技術領域[0001] 本發(fā)明涉及屬礦山資源充填開采技術領域，特別是一種自動化充填開采控制系統(tǒng)及方法。

背景技術[0002] 我國“三下”壓煤量巨大，充填開采以其優(yōu)良的巖層控制效果廣泛用于“三下”煤炭資源開采。形成了膏體充填、高水充填和固體充填為主的充填開采方法。其中綜合機械化固

體充填以生產成本較低、采煤能力高、固體廢棄物處理能力大等優(yōu)勢應用最為廣泛。但是目

前綜合機械化固體充填開采工藝較復雜，工人的操作熟練度對充填效果和效率的影響較

大，在現(xiàn)場實踐中為了降低工藝復雜程度，通常采用先采煤后充填的工藝流程，充填與采煤

工藝協(xié)同程度較差，制約了固體充填產能和效率的提高。因此，如何利用固體充填開采技術

的自動化來實現(xiàn)充填與采煤的協(xié)同高效作業(yè)，顯著提高充填質量和充填效率，對固體充填

開采技術的發(fā)展和推廣普及具有重大意義。

發(fā)明內容[0003] 技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種自動化充填開采控制系統(tǒng)及方法，以解決目前綜合機械化固體充填開采工藝較復雜、充填與采煤工藝協(xié)同作業(yè)程度較低、工人勞動強

度較大、工人的操作熟練度對充填效果影響較大、固體充填工作面生產效率較低的問題。

[0004] 技術方案：發(fā)明的自動化充填開采控制系統(tǒng)，包括設在開采工作面兩側的充填材料自動制備裝置、充填材料自動轉運裝置、工作面自動充填采煤裝置和煤炭自動轉運裝置；

所述的充填材料自動制備裝置、充填材料自動轉運裝置、工作面自動充填采煤裝置和煤炭

自動轉運裝置依次搭接在工作面周圍，前一個裝置的末端搭接在后一個裝置的前端，以保

證運輸?shù)倪B續(xù)性；

[0005] 所述的充填材料自動制備裝置包括：破碎機和設在破碎機上的破碎機啟?？刂破?，以完成設定粒徑級配后固體充填材料的自動破碎；

[0006] 所述的充填材料自動轉運裝置包括：充填材料儲料倉、儲料倉滿倉傳感器、儲料倉落料控制器，充填材料膠帶運輸機、充填材料膠帶運輸機啟?？刂破?、充填材料自移式轉載

機、充填材料自移式轉載機啟?？刂破鳎凰龀涮畈牧蟽α蟼}、充填材料膠帶運輸機、充填

材料自移式轉載機依次前后搭接；所述儲料倉滿倉傳感器和儲料倉落料控制器位于充填材

料儲料倉上，充填材料膠帶運輸機啟?？刂破鳌⒊涮畈牧献砸剖睫D載機啟?？刂破鞣謩e位

于充填材料膠帶運輸機、充填材料自移式轉載機上；

[0007] 所述的工作面自動充填采煤裝置包括設在工作面上的采煤機、刮板輸送機、充填液壓支架和多孔底卸式輸送機，所述的采煤機上設有采煤機啟?？刂破鳎龅墓伟遢斔?br />
機上設有刮板輸送機啟?？刂破鳎龅亩嗫椎仔妒捷斔蜋C懸掛在充填液壓支架后部，可

沿充填液壓支架作前后移動，充填液壓支架的前梁上設有采煤機位置接收器，充填液壓支

架的后梁上設有控制落料高度傳感器；多孔底卸式輸送機上設有多孔底卸式輸送機啟?？?br />
制器；所述的采煤機、刮板輸送機、綜采設備、多孔底卸式輸送機的連接方式和傳統(tǒng)固體充

填開采工作面相同；

[0008] 所述的煤炭自動轉運裝置包括運煤轉載機、與運煤轉載機相連的運煤膠帶輸送機，所述的運煤轉載機上設有運煤轉載機啟?？刂破?，運煤轉載機設在刮板輸送機出口處，

所述的運煤膠帶輸送機上設有運煤膠帶輸送機啟停控制器。

[0009] 所述的充填液壓支架后部設有由夯實板、夯實千斤頂和斜拉千斤頂構成的夯實機構，所述夯實板上設有夯實力傳感器，所述夯實千斤頂?shù)纳炜s桿與夯實板相連，伸縮桿上設

有夯實行程傳感器，夯實千斤頂?shù)母左w上設有夯實角度傳感器，缸體底部鉸接在充填液壓

支架的底座上，所述斜拉千斤頂?shù)纳炜s桿與夯實千斤頂?shù)母左w相連，斜拉千斤頂?shù)母左w底

部鉸接在充填液壓支架后梁上。

[0010] 所述的采煤機的機身上設有采煤機位置發(fā)射器，采煤機的采煤臂上設有煤巖界面識別傳感器。

[0011] 所述的多孔底卸式輸送機的卸料孔處設有卸料孔開合控制器。[0012] 使用上述自動化充填開采控制系統(tǒng)的控制方法：通過在綜合機械化固體充填采煤系統(tǒng)中設置各種控制器、傳感器和接收器，實時獲取充填采煤系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，由分布

在井下的無線和有線網絡傳輸至地面或井下分析中心進行分析，得出充填采煤工藝的狀

態(tài)，根據(jù)工藝狀態(tài)確定關鍵充填采煤作業(yè)設備的下一步動作，并通過井下無線和有線網絡

發(fā)出動作指令，進而實現(xiàn)對整個充填采煤系統(tǒng)的自動化控制；必要時，可人工控制對自動化

充填采煤工藝進行修正；

[0013] 控制方法的具體步驟如下：[0014] 第一步：利用煤巖界面識別傳感器或記憶截割數(shù)據(jù)判斷煤巖界面，自動調整采高進行采煤；通過安裝在采煤機上的采煤機位置發(fā)射器和充填液壓支架上的采煤機位置接收

器判斷采煤機位置和運行方向，并根據(jù)采煤機位置和運行方向識別結果自動完成充填液壓

支架的移架和刮板輸送機推溜；煤炭通過刮板輸送機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機轉運；

[0015] 第二步：固體充填材料經過充填材料膠帶運輸機運至破碎機進行破碎，破碎后的充填材料又經過充填材料膠帶運輸機運至充填材料儲料倉，然后充填材料再經過充填材料

膠帶運輸機和充填材料自移式轉載機運輸至多孔底卸式輸送機；

[0016] 第三步：在工作面的刮板運輸機移直后，將設在充填液壓支架上的多孔底卸式輸送機由支架后頂梁前部移至支架后頂梁后部，通過安裝在采煤機上的采煤機位置發(fā)射器和

充填液壓支架上的采煤機位置接收器判斷采煤機位置和運行方向，根據(jù)采煤機運行方向判

斷結果依次自動打開卸料孔卸料，完成卸料和充填作業(yè)。

[0017] 第一步中，當判斷采煤機位置距離已移架的最后一臺充填液壓支架在設定距離內時，設定距離通常為2～3個充填液壓支架寬度，可根據(jù)具體情況靈活調整，開始充填液壓支

架的自動移架作業(yè)，通過電液控系統(tǒng)控制液壓支架油缸，實現(xiàn)充填液壓支架的關閉護幫板

→降價→移架→升架→推溜→開啟護幫板，每個充填液壓支架均以單獨或者成組自動移

架；同時，當判斷采煤機距離已移架充填液壓支架在設定距離內，設定距離為20～30m，根據(jù)

具體情況靈活調整，開始此充填液壓支架對應位置的刮板輸送機推溜；此步中，刮板輸送

機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機的啟停根據(jù)采煤機的開機狀態(tài)決定，即采煤機開機，則刮

板輸送機、運煤轉載機和運煤膠帶輸送機即開機，反之則停止運行。

[0018] 第二步中，所述固體充填材料經過充填材料膠帶運輸機運至破碎機進行破碎，破碎后的充填材料又經過充填材料膠帶運輸機運至充填材料儲料倉的啟動條件為儲料倉滿

倉傳感器監(jiān)測結果為未滿倉，否則通過啟停控制器停止充填材料儲料倉之前的充填材料膠

帶運輸機和破碎機的運轉；所述充填材料經過充填材料膠帶運輸機和充填材料自移式轉載

機運輸至多孔底卸式輸送機的啟動條件為多孔底卸式輸送機有卸料孔處于打開狀態(tài)，此時

落料控制器將開啟充填材料儲料倉的落料口進行落料，反之當多孔底卸式輸送機所有卸料

孔均閉合時，則通過落料控制器關閉充填材料儲料倉的落料口，通過啟?？刂破魍Ｖ钩涮?br />
材料儲料倉和多孔底卸式輸送機之間的充填材料膠帶運輸機和充填材料自移式轉載機的

運轉；

[0019] 第三步中，所述完成卸料和充填作業(yè)的具體過程如下：[0020] ①當采煤機從多孔底卸式輸送機的機頭向機尾方向開采時[0021] 首先打開機頭方向前2個卸料孔，然后沿開采方向將多孔底卸式輸送機其余未開啟的卸料孔分組，每組分2?4個卸料孔，可根據(jù)實際情況調整每組孔數(shù)，各組間由機頭向機

尾充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔機尾方向的第1個卸料孔卸料；第

1個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并

打開此組內機尾方向第2個卸料孔卸料；第2個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔

所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向的下一個卸料孔卸料；下

一個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，

至完成本組卸料孔的第一輪卸料和夯實作業(yè)，然后，再次按照上述步驟，由機尾向機頭方向

次對本組卸料孔進行第2輪卸料和夯實，直至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，通常需要2～3

輪卸料和夯實，輪次可調整；依次類推完成所有分組的卸料和夯實，然后對機頭側最先打開

的前2個卸料孔進行卸料和夯實，完成后關閉所有卸料孔，將多孔底卸式輸送機拉移一個步

距，移至充填液壓支架后頂梁前部，用夯實機構把多孔底卸式輸送機下面的充填料全部推

到充填液壓支架后上部，使其接頂并壓實，至此本循環(huán)步距充填采煤完成；

[0022] ②當采煤機從多孔底卸式輸送機的機尾向機頭方向開采時[0023] 沿開采方向將多孔底卸式輸送機卸料孔分組，每組分2?4個卸料孔，各組間由機尾向機頭方向充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔機尾方向的第1個卸料

孔卸料；第1個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機

構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔卸料；第2個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動

本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向的下一個卸料孔

卸料；下一個卸料孔卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架后部的夯實機

構夯實，至完成本組卸料孔的第一輪卸料和夯實作業(yè)，然后，再次按照上述步驟，由機尾向

機頭方向次對本組卸料孔進行第2輪卸料和夯實，直至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，通常

需要2～3輪卸料和夯實，輪次可調整；依次類推完成所有分組的卸料和夯實，關閉所有卸料

孔；將多孔底卸式輸送機拉移一個步距，移至充填液壓支架后頂梁前部，用夯實機構把多孔

底卸式輸送機下面的充填料全部推到充填液壓支架后上部，使其接頂并壓實，至此本循環(huán)

步距充填采煤完成。

[0024] 所述的卸料孔卸料完成的判別方法為：卸料孔打開后，記錄卸料時間，并通過落料高度傳感器實時監(jiān)測充填材料卸料高度，當卸料時間或卸料高度滿足設定值時則判別卸料

孔卸料完成，同時關閉此卸料孔。

[0025] 所述的夯實機構的夯實動作：通過卸料孔開合控制器的參數(shù)判斷卸料孔是否關閉，當判斷結果為卸料孔關閉時進行夯實；夯實過程中，首先根據(jù)夯實角度傳感器監(jiān)測結果

將夯實機構自動調整至設定夯實角度，夯實機構伸長進行夯實并同時利用夯實行程傳感器

和夯實力傳感器實時監(jiān)測夯實力和夯實機構伸縮長度，當夯實力滿足設定值或夯實機構達

到最大長度后開始回縮夯實機構至最短狀態(tài)，至此本次夯實結束；然后調整至下一次夯實

所需的夯實角度，準備下一次夯實，依次循環(huán)直至完成設定的夯實次數(shù)。

[0026] 有益效果：由于采用了上述技術方案，本發(fā)明利用固體充填開采技術的自動化實現(xiàn)了充填與采煤的協(xié)同高效作業(yè)，實現(xiàn)了充填開采自動化，解決了現(xiàn)有的固體充填開采系

統(tǒng)為機械化人工操作系統(tǒng)，工作效率較低，充填效率較低，充填效果保障不足的難題。減小

了充填與采煤作業(yè)之間的干擾，減小了因工人手動操作效率低造成的充填采煤效率低，充

填效果差的情況，還可以實現(xiàn)井少人化生產，提高礦井生產的安全性，減輕工人勞動強度和

企業(yè)的勞動成本，顯著提高了充填質量和充填效率，對固體充填開采技術的發(fā)展和推廣普

及具有重大意義。并解決目前綜合機械化固體充填開采工藝較復雜、充填與采煤工藝協(xié)同

作業(yè)程度較低、工人勞動強度較大、工人的操作熟練度對充填效果影響較大、固體充填工作

面生產效率較低的問題。其結構緊湊合理，操作方便，充填質量和充填效率高，使用效果好，

在本技術領域內具有廣泛的實用性。

附圖說明[0027] 圖1為本發(fā)明的一種自動化充填開采控制系統(tǒng)示意圖。[0028] 圖2為本發(fā)明的充填液壓支架傳感器布置示意圖。[0029] 圖3為本發(fā)明的采煤機傳感器布置示意圖。[0030] 圖4為本發(fā)明的多孔底卸式輸送機傳感器布置示意圖。[0031] 圖中：1?第一充填材料膠帶運輸機；2?破碎機；3?第二充填材料膠帶運輸機；4?充填材料儲料倉；5?第三充填材料膠帶運輸機；6?充填材料自移式轉載機；7?多孔底卸式輸送

機；8.1?充填液壓支架；8.2?夯實板；8.3?夯實千斤頂；8.4?斜拉千斤頂；9?刮板輸送機；10?

采煤機；11?運煤轉載機；12?運煤膠帶輸送機；13.1?第一充填材料膠帶運輸機啟停控制器；

13.2?破碎機啟停控制器；13.3?第二充填材料膠帶運輸機啟?？刂破鳎?3.4?第三充填材料

膠帶運輸機啟?？刂破?；13.5充填材料自移式轉載機啟停控制器；13.6?多孔底卸式輸送機

啟?？刂破?；13.7?刮板輸送機啟?？刂破?；13.8?采煤機啟?？刂破?；13.9?運煤轉載機啟

?？刂破鳎?3.10?運煤膠帶輸送機啟?？刂破鳎?4?儲料倉落料控制器；15?儲料倉滿倉傳感

器；16?采煤機位置接收器；17?落料高度傳感器；18?夯實角度傳感器；19?夯實力傳感器；

20?夯實行程傳感器；21?采煤機位置發(fā)射器；22?煤巖界面識別傳感器；23卸料孔開合控制

器；24?卸料孔。

具體實施方式[0032] 下面結合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的描述：[0033] 如圖1所示，本發(fā)明的自動化充填開采控制系統(tǒng)，包括設在開采工作面兩側的充填材料自動制備裝置、充填材料自動轉運裝置、工作面自動充填采煤裝置和煤炭自動轉運裝

置；所述的充填材料自動制備裝置、充填材料自動轉運裝置、工作面自動充填采煤裝置和煤

炭自動轉運裝置依次搭接在工作面周圍，前一個裝置的末端搭接在后一個裝置的前端，以

保證運輸?shù)倪B續(xù)性；

[0034] 所述的充填材料自動制備裝置包括：破碎機2和設在破碎機2上的破碎機啟?？刂破?3.2，以完成設定粒徑級配后固體充填材料的自動破碎；所述的破碎機2設在第一充填材

料膠帶運輸機1后，第一充填材料膠帶1上設有第一充填材料膠帶運輸機啟?？刂破?3.1，

破碎機2后設有第二充填材料膠帶運輸機3，第二充填材料膠帶運輸機3上設有第二充填材

料膠帶運輸機啟?？刂破?3.3；

[0035] 所述的充填材料自動轉運裝置包括：充填材料儲料倉4、儲料倉滿倉傳感器15、儲料倉落料控制器14，第三充填材料膠帶運輸機5、第三充填材料膠帶運輸機啟停控制器

13.4、充填材料自移式轉載機6、充填材料自移式轉載機啟?？刂破?3.5；所述充填材料儲

料倉4、第三充填材料膠帶運輸機5、充填材料自移式轉載機6依次前后搭接；所述儲料倉滿

倉傳感器15和儲料倉落料控制器14位于充填材料儲料倉上，第三充填材料膠帶運輸機啟停

控制器13.4、充填材料自移式轉載機啟?？刂破?3.5分別位于第三充填材料膠帶運輸機5、

充填材料自移式轉載機6上；第二充填材料膠帶運輸機3的輸料口搭接在充填材料儲料倉4

的入料口處，充填材料儲料倉4的落料口處搭接有第三充填材料膠帶運輸機5，第三充填材

料膠帶運輸機5與充填材料自移式轉載機6相連；

[0036] 所述的工作面自動充填采煤裝置包括設在工作面上的采煤機10、刮板輸送機9、充填液壓支架8.1和多孔底卸式輸送機7，所述的采煤機10上設有采煤機啟停控制器13.8，所

述的刮板輸送機9上設有刮板輸送機啟?？刂破?3.7，所述的多孔底卸式輸送機7懸掛在充

填液壓支架8.1后部，可沿充填液壓支架作前后移動，充填液壓支架8.1的前梁上設有采煤

機位置接收器16，充填液壓支架8.1的后梁上設有控制落料高度傳感器17；多孔底卸式輸送

機7上設有多孔底卸式輸送機啟停控制器13.6；所述的采煤機10、刮板輸送機9、綜采設備8、

多孔底卸式輸送機7的連接方式和傳統(tǒng)固體充填開采工作面相同；所述的多孔底卸式輸送

機7的卸料孔24處設有卸料孔開合控制器23。所述的采煤機10的機身上設有采煤機位置發(fā)

射器21，采煤機10的采煤臂上設有煤巖界面識別傳感器22。

[0037] 所述的煤炭自動轉運裝置包括運煤轉載機11、與運煤轉載機11相連的運煤膠帶輸送機12，所述的運煤轉載機11上設有運煤轉載機啟停控制器13.9，運煤轉載機11設在刮板

輸送機9出口處，所述的運煤膠帶輸送機上12設有運煤膠帶輸送機啟?？刂破?3.10。

[0038] 如圖2所示，所述的充填液壓支架8.1后部設有由夯實板8.2、夯實千斤頂8.3和斜拉千斤頂8.4構成的夯實機構，所述夯實板8.2上設有夯實力傳感器19，所述夯實千斤頂8.3

的伸縮桿與夯實板8.2相連，伸縮桿上設有夯實行程傳感器20，夯實千斤頂?shù)母左w上設有夯

實角度傳感器18，缸體底部鉸接在充填液壓支架8.1的底座上，所述斜拉千斤頂8.4的伸縮

桿與夯實千斤頂?shù)母左w相連，斜拉千斤頂8.4的缸體底部鉸接在充填液壓支架8.1后梁上。

[0039] 本發(fā)明的自動化充填開采控制方法：通過在綜合機械化固體充填采煤系統(tǒng)中設置各種控制器、傳感器和接收器，實時獲取充填采煤系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，由分布在井下的無

線和有線網絡傳輸至地面或井下分析中心進行分析，得出充填采煤工藝的狀態(tài)，根據(jù)工藝

狀態(tài)確定關鍵充填采煤作業(yè)設備的下一步動作，并通過井下無線和有線網絡發(fā)出動作指

令，進而實現(xiàn)對整個充填采煤系統(tǒng)的自動化控制；必要時，可人工控制對自動化充填采煤工

藝進行修正；

[0040] 控制方法的具體步驟如下：[0041] 第一步：刮板輸送機啟?？刂破?3.7、采煤機啟?？刂破?3.8、運煤轉載機啟停控制器13.9、運煤膠帶輸送機啟停控制器13.10分別將刮板輸送機9、采煤機10、運煤轉載機

11、運煤膠帶輸送機12啟動，利用煤巖界面識別傳感器22或記憶截割數(shù)據(jù)判斷煤巖界面，采

煤機10自動調整采高進行采煤；通過安裝在采煤機10上的采煤機位置發(fā)射器21和充填液壓

支架8.1上的采煤機位置接收器16判斷采煤機位置和運行方向，并根據(jù)采煤機位置和運行

方向識別結果自動完成充填液壓支架8.1的移架和刮板輸送機9推溜；煤炭通過刮板輸送機

9、運煤轉載機11和運煤膠帶輸送機12轉運；

[0042] 當判斷采煤機10位置距離已移架的最后一臺充填液壓支架8.1在設定距離內時，設定距離通常為2～3個充填液壓支架8.1寬度，可根據(jù)具體情況靈活調整，開始充填液壓支

架8.1的自動移架作業(yè)，通過電液控系統(tǒng)控制液壓支架油缸，實現(xiàn)充填液壓支架8.1的關閉

護幫板→降價→移架→升架→推溜→開啟護幫板，每個充填液壓支架8.1均以單獨或者成

組自動移架；同時，當判斷采煤機10距離已移架充填液壓支架8.1在設定距離內，設定距離

為20～30m，根據(jù)具體情況靈活調整，開始此充填液壓支架8.1對應位置的刮板輸送機9推

溜；此步中，刮板輸送機9、運煤轉載機11和運煤膠帶輸送機12的啟停根據(jù)采煤機10的開機

狀態(tài)決定，即采煤機開機，則刮板輸送機9、運煤轉載機11和運煤膠帶輸送機12即開機，反之

則停止運行。

[0043] 第二步：固體充填材料首先經過第一充充填材料膠帶運輸機1運至破碎機2進行破碎，破碎后的充填材料又經過第二充填材料膠帶運輸機3運至充填材料儲料倉4，然后充填

材料再經過第三充充填材料膠帶運輸機5和充填材料自移式轉載機6運輸至多孔底卸式輸

送機7；所述固體充填材料經過第一充充填材料膠帶運輸機1運至破碎機2進行破碎，破碎后

的充填材料又經過第二充充填材料膠帶運輸機3運至充填材料儲料倉4的啟動條件為儲料

倉滿倉傳感器15監(jiān)測結果為未滿倉，否則將通過第一充填材料膠帶運輸機啟?？刂破?br />
13.1、破碎機啟停控制器13.2、第二充填材料膠帶運輸機啟?？刂破?3.3、第三充填材料膠

帶運輸機啟?？刂破?3.4停止上述設備的運轉。所述充填材料經過第三充填材料膠帶運輸

機5和充填材料自移式轉載機6運輸至多孔底卸式輸送機7的啟動條件為多孔底卸式輸送機

7有卸料孔24處于打開狀態(tài)，此時落料控制器14將開啟充填材料儲料倉4的落料口進行落

料，反之當多孔底卸式輸送機7所有卸料孔24均閉合時，則通過落料控制器14關閉充填材料

儲料倉4的落料口，并分別利用第三充填材料膠帶運輸機啟停控制器13.4、充填材料自移式

轉載機啟停控制器13.5將第三充填材料膠帶運輸機5和充填材料自移式轉載機6關閉。通過

啟停控制器停止充填材料儲料倉4和多孔底卸式輸送機7之間的充填材料膠帶運輸機5和充

填材料自移式轉載機6的運轉；

[0044] 第三步：在工作面的刮板運輸機9移直后，將設在充填液壓支架8.1上的多孔底卸式輸送機7由支架后頂梁前部移至支架后頂梁后部，通過安裝在采煤機10上的采煤機位置

發(fā)射器21和充填液壓支架8.1上的采煤機位置接收器16判斷采煤機位置和運行方向，根據(jù)

采煤機10運行方向判斷結果依次自動打開卸料孔24卸料并夯實，完成卸料和充填作業(yè)。

[0045] 所述完成卸料和充填作業(yè)的具體過程如下：[0046] ①當采煤機10從多孔底卸式輸送機7的機頭向機尾方向開采時[0047] 首先打開機頭方向前2個卸料孔24，然后沿開采方向將多孔底卸式輸送機7其余未開啟的卸料孔24分組，每組分2?4個卸料孔24，可根據(jù)實際情況調整每組孔數(shù)，各組間由機

頭向機尾充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔24機尾方向的第1個卸料

孔24卸料；第1個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架8.1后

部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔24卸料；第2個卸料孔24卸料完成

后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組內機

尾方向的下一個卸料孔24卸料；下一個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所

在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，至完成本組卸料孔24的第一輪卸料和夯實作業(yè)，

然后，再次按照上述步驟，由機尾向機頭方向次對本組卸料孔24進行第2輪卸料和夯實，直

至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，通常需要2～3輪卸料和夯實，輪次可調整；依次類推完成

所有分組的卸料和夯實，然后對機頭側最先打開的前2個卸料孔24進行卸料和夯實，完成后

關閉所有卸料孔24，將多孔底卸式輸送機7拉移一個步距，移至充填液壓支架8.1后頂梁前

部，用夯實機構把多孔底卸式輸送機7下面的充填料全部推到充填液壓支架8.1后上部，使

其接頂并壓實，至此本循環(huán)步距充填采煤完成；

[0048] ②當采煤機10從多孔底卸式輸送機7的機尾向機頭方向開采時[0049] 沿開采方向將多孔底卸式輸送機7卸料孔24分組，每組分2?4個卸料孔24，各組間由機尾向機頭方向充填，組內由機尾向機頭方向充填；先開啟第1組卸料孔24機尾方向的第

1個卸料孔24卸料；第1個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支

架8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔24卸料；第2個卸料孔24卸

料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，并打開此

組內機尾方向的下一個卸料孔24卸料；下一個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料

孔24所在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，至完成本組卸料孔24的第一輪卸料和夯

實作業(yè)，然后，再次按照上述步驟，由機尾向機頭方向次對本組卸料孔24進行第2輪卸料和

夯實，直至完成設定輪次卸料和夯實作業(yè)，通常需要2～3輪卸料和夯實，輪次可調整；依次

類推完成所有分組的卸料和夯實，關閉所有卸料孔24；將多孔底卸式輸送機7拉移一個步

距，移至充填液壓支架24后頂梁前部，用夯實機構把多孔底卸式輸送機7下面的充填料全部

推到充填液壓支架8.1后上部，使其接頂并壓實，至此本循環(huán)步距充填采煤完成。

[0050] 所述的卸料孔24卸料完成的判別方法為：卸料孔24打開后，記錄卸料時間，并通過落料高度傳感器17實時監(jiān)測充填材料卸料高度，當卸料時間或卸料高度滿足設定值時則判

別卸料孔24卸料完成，同時關閉此卸料孔24。

[0051] 所述的夯實機構的夯實動作：通過卸料孔開合控制器23中的參數(shù)判斷卸料孔24是否關閉，當判斷結果為卸料孔關閉時進行夯實；夯實過程中，首先根據(jù)夯實角度傳感器18監(jiān)

測結果將夯實機構自動調整至設定夯實角度，夯實機構伸長進行夯實并同時利用夯實行程

傳感器18和夯實力傳感器19實時監(jiān)測夯實力和夯實機構伸縮長度，當夯實力滿足設定值或

夯實機構達到最大長度后開始回縮夯實機構至最短狀態(tài)，至此本次夯實結束；然后調整至

下一次夯實所需的夯實角度，準備下一次夯實，依次循環(huán)直至完成設定的夯實次數(shù)。

[0052] 假設的自動化充填開采工作面的基本條件為：采高為3m，充填材料粒徑為0～50mm，落料高度為2.3m，夯實次數(shù)為3次，夯實角度分別為10°、20°、30°，單組同時開啟的卸

料孔為3個，夯實力為2MPa。

[0053] ①當采煤機10從多孔底卸式輸送機7的機頭向機尾方向開采時[0054] 沿開采方向將多孔底卸式輸送機7卸料孔24分組，，每組分3個卸料孔24，各組間由機頭向機尾充填，組內由機尾向機頭方向充填。先開啟第1組卸料孔24機尾方向的第1個卸

料孔24進行卸料；第1個卸料孔24完成卸料后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架

8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔24卸料；第2個卸料孔24完成

卸料后關閉，同時啟動本卸料孔所在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組內

機尾方向第3個卸料孔24卸料；第3個卸料孔24完成卸料后關閉，同時啟動本卸料孔24所在

充填液壓支架8.1后部的夯實機構完成夯實，至此完成了第1組卸料孔24的第1輪卸料和夯

實。然后再次打開第1組內機尾方向第1個卸料孔24，按照上述步驟進行本組第2輪卸料和夯

實，然后依次類推完成所有組的卸料和夯實，然后對機頭側最先打開的前2個卸料孔24進行

卸料和夯實，完成后關閉所有卸料孔24。

[0055] ②當采煤機10從多孔底卸式輸送機7的機尾向機頭方向開采時[0056] 沿開采方向將多孔底卸式輸送機7卸料孔24分組，每組分3個卸料孔24，各組間由機尾向機頭方向充填，組內由機尾向機頭方向充填。先開啟第1組卸料孔24機尾方向的第1

個卸料孔24卸料；第1個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架

8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組內機尾方向第2個卸料孔24卸料；第2個卸料孔24卸料

完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，并打開此組

內機尾方向第3個卸料孔24卸料；第3個卸料孔24卸料完成后關閉，同時啟動本卸料孔24所

在充填液壓支架8.1后部的夯實機構夯實，至此完成了第1組卸料孔24的第1輪卸料和夯實。

然后再次打開第1組內機尾方向第1個卸料孔24，按照上述步驟進行本組第2輪卸料和夯實，

至此完成本組2輪次卸料和夯實作業(yè)，依次類推完成所有組的卸料和夯實，關閉所有卸料孔

24。將多孔底卸式輸送機7拉移一個步距，移至充填液壓支架24后頂梁前部，用夯實機構把

多孔底卸式輸送機7下面的充填料全部推到充填液壓支架8.1后上部，使其接頂并壓實，至

此本循環(huán)步距充填采煤完成。

[0057] 此步中，卸料孔24卸料完成的判別方法為：卸料孔24打開后，通過落料高度傳感器17實時監(jiān)測充填材料卸料高度，當卸料高度為2.3m時則判別卸料孔24卸料完成，同時關閉

此卸料孔24。

[0058] 此步中，夯實機構夯實動作的控制方法為：通過卸料孔開合控制器23中的參數(shù)判斷卸料孔是否關閉，當判斷結果為卸料孔24關閉時進行夯實。夯實過程中，首先利用夯實角

度傳感器18監(jiān)測并控制斜拉千斤頂8.4調整夯實千斤頂8.3的夯實角度為10°，然后夯實千

斤頂8.3伸長并推動夯實板8.2夯實已經第一輪卸料完成的充填材料，此時利用夯實行程傳

感器20和夯實力傳感器19實時監(jiān)測夯實力和夯實千斤頂8.2長度，當夯實力達到設定的

2.0MPa或達到夯實千斤頂8.3最大長度后開始回縮夯實千斤頂8.3至最短狀態(tài)，至此本次夯

實結束。然后調整夯實千斤頂8.3的夯實角度為第二次的夯實角度20°，準備第二次次夯實，

依次循環(huán)上述動作直至完成設定的3次夯實。