自动化充填开采控制系统及方法

权利要求书： 1.一种自动化充填开采控制系统的控制方法，包括采用设在开采工作面两侧的充填材料自动制备装置、充填材料自动转运装置、工作面自动充填采煤装置和煤炭自动转运装置；

所述的充填材料自动制备装置包括：破碎机和设在破碎机上的破碎机启停控制器，以完成设定粒径级配后固体充填材料的自动破碎；

所述的充填材料自动转运装置包括：充填材料储料仓、储料仓满仓传感器、储料仓落料控制器，充填材料胶带运输机、充填材料胶带运输机启停控制器、充填材料自移式转载机、充填材料自移式转载机启停控制器；所述充填材料储料仓、充填材料胶带运输机、充填材料自移式转载机依次前后搭接；所述储料仓满仓传感器和储料仓落料控制器位于充填材料储料仓上，充填材料胶带运输机启停控制器、充填材料自移式转载机启停控制器分别位于充填材料胶带运输机、充填材料自移式转载机上；

所述的工作面自动充填采煤装置包括设在工作面上的采煤机、刮板输送机、充填液压支架和多孔底卸式输送机，所述的采煤机上设有采煤机启停控制器，所述的刮板输送机上设有刮板输送机启停控制器，所述的多孔底卸式输送机悬挂在充填液压支架后部，可沿充填液压支架作前后移动，充填液压支架的前梁上设有采煤机位置接收器，充填液压支架的后梁上设有控制落料高度传感器；多孔底卸式输送机上设有多孔底卸式输送机启停控制器；所述的采煤机、刮板输送机、综采设备、多孔底卸式输送机的连接方式和传统固体充填开采工作面相同；

所述的煤炭自动转运装置包括运煤转载机、与运煤转载机相连的运煤胶带输送机，所述的运煤转载机上设有运煤转载机启停控制器，运煤转载机设在刮板输送机出口处，所述的运煤胶带输送机上设有运煤胶带输送机启停控制器；其特征在于：通过在综合机械化固体充填采煤系统中设置各种控制器、传感器和接收器，实时获取充填采煤系统的各项工作参数，由分布在井下的无线和有线网络传输至地面或井下分析中心进行分析，得出充填采煤工艺的状态，根据工艺状态确定关键充填采煤作业设备的下一步动作，并通过井下无线和有线网络发出动作指令，进而实现对整个充填采煤系统的自动化控制；必要时，可人工控制对自动化充填采煤工艺进行修正；

控制方法的具体步骤如下：

第一步：利用煤岩界面识别传感器或记忆截割数据判断煤岩界面，自动调整采高进行采煤；通过安装在采煤机上的采煤机位置发射器和充填液压支架上的采煤机位置接收器判断采煤机位置和运行方向，并根据采煤机位置和运行方向识别结果自动完成充填液压支架的移架和刮板输送机推溜；煤炭通过刮板输送机、运煤转载机和运煤胶带输送机转运；

第二步：固体充填材料经过充填材料胶带运输机运至破碎机进行破碎，破碎后的充填材料又经过充填材料胶带运输机运至充填材料储料仓，然后充填材料再经过充填材料胶带运输机和充填材料自移式转载机运输至多孔底卸式输送机；

第三步：在工作面的刮板运输机移直后，将设在充填液压支架上的多孔底卸式输送机由支架后顶梁前部移至支架后顶梁后部，通过安装在采煤机上的采煤机位置发射器和充填液压支架上的采煤机位置接收器判断采煤机位置和运行方向，根据采煤机运行方向判断结果依次自动打开卸料孔卸料，完成卸料和充填作业。

2.根据权利要求1所述自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：第一步中，当判断采煤机位置距离已移架的最后一台充填液压支架在设定距离内时，设定距离为2 3~

个充填液压支架宽度，可根据具体情况灵活调整，开始充填液压支架的自动移架作业，通过电液控系统控制液压支架油缸，实现充填液压支架的关闭护帮板→降价→移架→升架→推溜→开启护帮板，每个充填液压支架均以单独或者成组自动移架；同时，当判断采煤机距离已移架充填液压支架在设定距离内，设定距离为20 30m，根据具体情况灵活调整，开始此充~

填液压支架对应位置的刮板输送机推溜；此步中，刮板输送机、运煤转载机和运煤胶带输送机的启停根据采煤机的开机状态决定，即采煤机开机，则刮板输送机、运煤转载机和运煤胶带输送机即开机，反之则停止运行。

3.根据权利要求1所述自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：第二步中，所述固体充填材料经过充填材料胶带运输机运至破碎机进行破碎，破碎后的充填材料又经过充填材料胶带运输机运至充填材料储料仓的启动条件为储料仓满仓传感器监测结果为未满仓，否则通过启停控制器停止充填材料储料仓之前的充填材料胶带运输机和破碎机的运转；所述充填材料经过充填材料胶带运输机和充填材料自移式转载机运输至多孔底卸式输送机的启动条件为多孔底卸式输送机有卸料孔处于打开状态，此时落料控制器将开启充填材料储料仓的落料口进行落料，反之当多孔底卸式输送机所有卸料孔均闭合时，则通过落料控制器关闭充填材料储料仓的落料口，通过启停控制器停止充填材料储料仓和多孔底卸式输送机之间的充填材料胶带运输机和充填材料自移式转载机的运转。

4.根据权利要求1所述自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：第三步中，所述完成卸料和充填作业的具体过程如下：①当采煤机从多孔底卸式输送机的机头向机尾方向开采时首先打开机头方向前2个卸料孔，然后沿开采方向将多孔底卸式输送机其余未开启的卸料孔分组，每组分2?4个卸料孔，可根据实际情况调整每组孔数，各组间由机头向机尾充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔机尾方向的第1个卸料孔卸料；第1个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔卸料；第2个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向的下一个卸料孔卸料；下一个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，至完成本组卸料孔的第一轮卸料和夯实作业，然后，再次按照上述步骤，由机尾向机头方向次对本组卸料孔进行第2轮卸料和夯实，直至完成设定轮次卸料和夯实作业，需要2 3轮卸料~

和夯实，轮次可调整；依次类推完成所有分组的卸料和夯实，然后对机头侧最先打开的前2个卸料孔进行卸料和夯实，完成后关闭所有卸料孔，将多孔底卸式输送机拉移一个步距，移至充填液压支架后顶梁前部，用夯实机构把多孔底卸式输送机下面的充填料全部推到充填液压支架后上部，使其接顶并压实，至此本循环步距充填采煤完成；

②当采煤机从多孔底卸式输送机的机尾向机头方向开采时沿开采方向将多孔底卸式输送机卸料孔分组，每组分2?4个卸料孔，各组间由机尾向机头方向充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔机尾方向的第1个卸料孔卸料；第1个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔卸料；第2个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向的下一个卸料孔卸料；下一个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，至完成本组卸料孔的第一轮卸料和夯实作业，然后，再次按照上述步骤，由机尾向机头方向次对本组卸料孔进行第2轮卸料和夯实，直至完成设定轮次卸料和夯实作业，需要2~

3轮卸料和夯实，轮次可调整；依次类推完成所有分组的卸料和夯实，关闭所有卸料孔；将多孔底卸式输送机拉移一个步距，移至充填液压支架后顶梁前部，用夯实机构把多孔底卸式输送机下面的充填料全部推到充填液压支架后上部，使其接顶并压实，至此本循环步距充填采煤完成。

5.根据权利要求4所述自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：所述的卸料孔卸料完成的判别方法为：卸料孔打开后，记录卸料时间，并通过落料高度传感器实时监测充填材料卸料高度，当卸料时间或卸料高度满足设定值时则判别卸料孔卸料完成，同时关闭此卸料孔。

6.根据权利要求4所述自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：所述的夯实机构的夯实动作：通过卸料孔开合控制器的参数判断卸料孔是否关闭，当判断结果为卸料孔关闭时进行夯实；夯实过程中，首先根据夯实角度传感器监测结果将夯实机构自动调整至设定夯实角度，夯实机构伸长进行夯实并同时利用夯实行程传感器和夯实力传感器实时监测夯实力和夯实机构伸缩长度，当夯实力满足设定值或夯实机构达到最大长度后开始回缩夯实机构至最短状态，至此本次夯实结束；然后调整至下一次夯实所需的夯实角度，准备下一次夯实，依次循环直至完成设定的夯实次数。

7.根据权利要求6所述的一种自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：所述的卸料孔开合控制器设在多孔底卸式输送机的卸料孔处设有卸料孔开合控制器。

8.根据权利要求6所述的一种自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：所述的夯实力传感器设在夯实板上，所述的夯实角度传感器设在夯实千斤顶的缸体上。

9.根据权利要求1所述的一种自动化充填开采控制系统的控制方法，其特征在于：所述的煤岩界面识别传感器设在采煤机的采煤臂上。

说明书： 一种自动化充填开采控制系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及属矿山资源充填开采技术领域，特别是一种自动化充填开采控制系统及方法。

背景技术[0002] 我国“三下”压煤量巨大，充填开采以其优良的岩层控制效果广泛用于“三下”煤炭资源开采。形成了膏体充填、高水充填和固体充填为主的充填开采方法。其中综合机械化固

体充填以生产成本较低、采煤能力高、固体废弃物处理能力大等优势应用最为广泛。但是目

前综合机械化固体充填开采工艺较复杂，工人的操作熟练度对充填效果和效率的影响较

大，在现场实践中为了降低工艺复杂程度，通常采用先采煤后充填的工艺流程，充填与采煤

工艺协同程度较差，制约了固体充填产能和效率的提高。因此，如何利用固体充填开采技术

的自动化来实现充填与采煤的协同高效作业，显著提高充填质量和充填效率，对固体充填

开采技术的发展和推广普及具有重大意义。

发明内容[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种自动化充填开采控制系统及方法，以解决目前综合机械化固体充填开采工艺较复杂、充填与采煤工艺协同作业程度较低、工人劳动强

度较大、工人的操作熟练度对充填效果影响较大、固体充填工作面生产效率较低的问题。

[0004] 技术方案：发明的自动化充填开采控制系统，包括设在开采工作面两侧的充填材料自动制备装置、充填材料自动转运装置、工作面自动充填采煤装置和煤炭自动转运装置；

所述的充填材料自动制备装置、充填材料自动转运装置、工作面自动充填采煤装置和煤炭

自动转运装置依次搭接在工作面周围，前一个装置的末端搭接在后一个装置的前端，以保

证运输的连续性；

[0005] 所述的充填材料自动制备装置包括：破碎机和设在破碎机上的破碎机启停控制器，以完成设定粒径级配后固体充填材料的自动破碎；

[0006] 所述的充填材料自动转运装置包括：充填材料储料仓、储料仓满仓传感器、储料仓落料控制器，充填材料胶带运输机、充填材料胶带运输机启停控制器、充填材料自移式转载

机、充填材料自移式转载机启停控制器；所述充填材料储料仓、充填材料胶带运输机、充填

材料自移式转载机依次前后搭接；所述储料仓满仓传感器和储料仓落料控制器位于充填材

料储料仓上，充填材料胶带运输机启停控制器、充填材料自移式转载机启停控制器分别位

于充填材料胶带运输机、充填材料自移式转载机上；

[0007] 所述的工作面自动充填采煤装置包括设在工作面上的采煤机、刮板输送机、充填液压支架和多孔底卸式输送机，所述的采煤机上设有采煤机启停控制器，所述的刮板输送

机上设有刮板输送机启停控制器，所述的多孔底卸式输送机悬挂在充填液压支架后部，可

沿充填液压支架作前后移动，充填液压支架的前梁上设有采煤机位置接收器，充填液压支

架的后梁上设有控制落料高度传感器；多孔底卸式输送机上设有多孔底卸式输送机启停控

制器；所述的采煤机、刮板输送机、综采设备、多孔底卸式输送机的连接方式和传统固体充

填开采工作面相同；

[0008] 所述的煤炭自动转运装置包括运煤转载机、与运煤转载机相连的运煤胶带输送机，所述的运煤转载机上设有运煤转载机启停控制器，运煤转载机设在刮板输送机出口处，

所述的运煤胶带输送机上设有运煤胶带输送机启停控制器。

[0009] 所述的充填液压支架后部设有由夯实板、夯实千斤顶和斜拉千斤顶构成的夯实机构，所述夯实板上设有夯实力传感器，所述夯实千斤顶的伸缩杆与夯实板相连，伸缩杆上设

有夯实行程传感器，夯实千斤顶的缸体上设有夯实角度传感器，缸体底部铰接在充填液压

支架的底座上，所述斜拉千斤顶的伸缩杆与夯实千斤顶的缸体相连，斜拉千斤顶的缸体底

部铰接在充填液压支架后梁上。

[0010] 所述的采煤机的机身上设有采煤机位置发射器，采煤机的采煤臂上设有煤岩界面识别传感器。

[0011] 所述的多孔底卸式输送机的卸料孔处设有卸料孔开合控制器。[0012] 使用上述自动化充填开采控制系统的控制方法：通过在综合机械化固体充填采煤系统中设置各种控制器、传感器和接收器，实时获取充填采煤系统的各项工作参数，由分布

在井下的无线和有线网络传输至地面或井下分析中心进行分析，得出充填采煤工艺的状

态，根据工艺状态确定关键充填采煤作业设备的下一步动作，并通过井下无线和有线网络

发出动作指令，进而实现对整个充填采煤系统的自动化控制；必要时，可人工控制对自动化

充填采煤工艺进行修正；

[0013] 控制方法的具体步骤如下：[0014] 第一步：利用煤岩界面识别传感器或记忆截割数据判断煤岩界面，自动调整采高进行采煤；通过安装在采煤机上的采煤机位置发射器和充填液压支架上的采煤机位置接收

器判断采煤机位置和运行方向，并根据采煤机位置和运行方向识别结果自动完成充填液压

支架的移架和刮板输送机推溜；煤炭通过刮板输送机、运煤转载机和运煤胶带输送机转运；

[0015] 第二步：固体充填材料经过充填材料胶带运输机运至破碎机进行破碎，破碎后的充填材料又经过充填材料胶带运输机运至充填材料储料仓，然后充填材料再经过充填材料

胶带运输机和充填材料自移式转载机运输至多孔底卸式输送机；

[0016] 第三步：在工作面的刮板运输机移直后，将设在充填液压支架上的多孔底卸式输送机由支架后顶梁前部移至支架后顶梁后部，通过安装在采煤机上的采煤机位置发射器和

充填液压支架上的采煤机位置接收器判断采煤机位置和运行方向，根据采煤机运行方向判

断结果依次自动打开卸料孔卸料，完成卸料和充填作业。

[0017] 第一步中，当判断采煤机位置距离已移架的最后一台充填液压支架在设定距离内时，设定距离通常为2～3个充填液压支架宽度，可根据具体情况灵活调整，开始充填液压支

架的自动移架作业，通过电液控系统控制液压支架油缸，实现充填液压支架的关闭护帮板

→降价→移架→升架→推溜→开启护帮板，每个充填液压支架均以单独或者成组自动移

架；同时，当判断采煤机距离已移架充填液压支架在设定距离内，设定距离为20～30m，根据

具体情况灵活调整，开始此充填液压支架对应位置的刮板输送机推溜；此步中，刮板输送

机、运煤转载机和运煤胶带输送机的启停根据采煤机的开机状态决定，即采煤机开机，则刮

板输送机、运煤转载机和运煤胶带输送机即开机，反之则停止运行。

[0018] 第二步中，所述固体充填材料经过充填材料胶带运输机运至破碎机进行破碎，破碎后的充填材料又经过充填材料胶带运输机运至充填材料储料仓的启动条件为储料仓满

仓传感器监测结果为未满仓，否则通过启停控制器停止充填材料储料仓之前的充填材料胶

带运输机和破碎机的运转；所述充填材料经过充填材料胶带运输机和充填材料自移式转载

机运输至多孔底卸式输送机的启动条件为多孔底卸式输送机有卸料孔处于打开状态，此时

落料控制器将开启充填材料储料仓的落料口进行落料，反之当多孔底卸式输送机所有卸料

孔均闭合时，则通过落料控制器关闭充填材料储料仓的落料口，通过启停控制器停止充填

材料储料仓和多孔底卸式输送机之间的充填材料胶带运输机和充填材料自移式转载机的

运转；

[0019] 第三步中，所述完成卸料和充填作业的具体过程如下：[0020] ①当采煤机从多孔底卸式输送机的机头向机尾方向开采时[0021] 首先打开机头方向前2个卸料孔，然后沿开采方向将多孔底卸式输送机其余未开启的卸料孔分组，每组分2?4个卸料孔，可根据实际情况调整每组孔数，各组间由机头向机

尾充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔机尾方向的第1个卸料孔卸料；第

1个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并

打开此组内机尾方向第2个卸料孔卸料；第2个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔

所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向的下一个卸料孔卸料；下

一个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，

至完成本组卸料孔的第一轮卸料和夯实作业，然后，再次按照上述步骤，由机尾向机头方向

次对本组卸料孔进行第2轮卸料和夯实，直至完成设定轮次卸料和夯实作业，通常需要2～3

轮卸料和夯实，轮次可调整；依次类推完成所有分组的卸料和夯实，然后对机头侧最先打开

的前2个卸料孔进行卸料和夯实，完成后关闭所有卸料孔，将多孔底卸式输送机拉移一个步

距，移至充填液压支架后顶梁前部，用夯实机构把多孔底卸式输送机下面的充填料全部推

到充填液压支架后上部，使其接顶并压实，至此本循环步距充填采煤完成；

[0022] ②当采煤机从多孔底卸式输送机的机尾向机头方向开采时[0023] 沿开采方向将多孔底卸式输送机卸料孔分组，每组分2?4个卸料孔，各组间由机尾向机头方向充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔机尾方向的第1个卸料

孔卸料；第1个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机

构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔卸料；第2个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动

本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向的下一个卸料孔

卸料；下一个卸料孔卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架后部的夯实机

构夯实，至完成本组卸料孔的第一轮卸料和夯实作业，然后，再次按照上述步骤，由机尾向

机头方向次对本组卸料孔进行第2轮卸料和夯实，直至完成设定轮次卸料和夯实作业，通常

需要2～3轮卸料和夯实，轮次可调整；依次类推完成所有分组的卸料和夯实，关闭所有卸料

孔；将多孔底卸式输送机拉移一个步距，移至充填液压支架后顶梁前部，用夯实机构把多孔

底卸式输送机下面的充填料全部推到充填液压支架后上部，使其接顶并压实，至此本循环

步距充填采煤完成。

[0024] 所述的卸料孔卸料完成的判别方法为：卸料孔打开后，记录卸料时间，并通过落料高度传感器实时监测充填材料卸料高度，当卸料时间或卸料高度满足设定值时则判别卸料

孔卸料完成，同时关闭此卸料孔。

[0025] 所述的夯实机构的夯实动作：通过卸料孔开合控制器的参数判断卸料孔是否关闭，当判断结果为卸料孔关闭时进行夯实；夯实过程中，首先根据夯实角度传感器监测结果

将夯实机构自动调整至设定夯实角度，夯实机构伸长进行夯实并同时利用夯实行程传感器

和夯实力传感器实时监测夯实力和夯实机构伸缩长度，当夯实力满足设定值或夯实机构达

到最大长度后开始回缩夯实机构至最短状态，至此本次夯实结束；然后调整至下一次夯实

所需的夯实角度，准备下一次夯实，依次循环直至完成设定的夯实次数。

[0026] 有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用固体充填开采技术的自动化实现了充填与采煤的协同高效作业，实现了充填开采自动化，解决了现有的固体充填开采系

统为机械化人工操作系统，工作效率较低，充填效率较低，充填效果保障不足的难题。减小

了充填与采煤作业之间的干扰，减小了因工人手动操作效率低造成的充填采煤效率低，充

填效果差的情况，还可以实现井少人化生产，提高矿井生产的安全性，减轻工人劳动强度和

企业的劳动成本，显著提高了充填质量和充填效率，对固体充填开采技术的发展和推广普

及具有重大意义。并解决目前综合机械化固体充填开采工艺较复杂、充填与采煤工艺协同

作业程度较低、工人劳动强度较大、工人的操作熟练度对充填效果影响较大、固体充填工作

面生产效率较低的问题。其结构紧凑合理，操作方便，充填质量和充填效率高，使用效果好，

在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明[0027] 图1为本发明的一种自动化充填开采控制系统示意图。[0028] 图2为本发明的充填液压支架传感器布置示意图。[0029] 图3为本发明的采煤机传感器布置示意图。[0030] 图4为本发明的多孔底卸式输送机传感器布置示意图。[0031] 图中：1?第一充填材料胶带运输机；2?破碎机；3?第二充填材料胶带运输机；4?充填材料储料仓；5?第三充填材料胶带运输机；6?充填材料自移式转载机；7?多孔底卸式输送

机；8.1?充填液压支架；8.2?夯实板；8.3?夯实千斤顶；8.4?斜拉千斤顶；9?刮板输送机；10?

采煤机；11?运煤转载机；12?运煤胶带输送机；13.1?第一充填材料胶带运输机启停控制器；

13.2?破碎机启停控制器；13.3?第二充填材料胶带运输机启停控制器；13.4?第三充填材料

胶带运输机启停控制器；13.5充填材料自移式转载机启停控制器；13.6?多孔底卸式输送机

启停控制器；13.7?刮板输送机启停控制器；13.8?采煤机启停控制器；13.9?运煤转载机启

停控制器；13.10?运煤胶带输送机启停控制器；14?储料仓落料控制器；15?储料仓满仓传感

器；16?采煤机位置接收器；17?落料高度传感器；18?夯实角度传感器；19?夯实力传感器；

20?夯实行程传感器；21?采煤机位置发射器；22?煤岩界面识别传感器；23卸料孔开合控制

器；24?卸料孔。

具体实施方式[0032] 下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：[0033] 如图1所示，本发明的自动化充填开采控制系统，包括设在开采工作面两侧的充填材料自动制备装置、充填材料自动转运装置、工作面自动充填采煤装置和煤炭自动转运装

置；所述的充填材料自动制备装置、充填材料自动转运装置、工作面自动充填采煤装置和煤

炭自动转运装置依次搭接在工作面周围，前一个装置的末端搭接在后一个装置的前端，以

保证运输的连续性；

[0034] 所述的充填材料自动制备装置包括：破碎机2和设在破碎机2上的破碎机启停控制器13.2，以完成设定粒径级配后固体充填材料的自动破碎；所述的破碎机2设在第一充填材

料胶带运输机1后，第一充填材料胶带1上设有第一充填材料胶带运输机启停控制器13.1，

破碎机2后设有第二充填材料胶带运输机3，第二充填材料胶带运输机3上设有第二充填材

料胶带运输机启停控制器13.3；

[0035] 所述的充填材料自动转运装置包括：充填材料储料仓4、储料仓满仓传感器15、储料仓落料控制器14，第三充填材料胶带运输机5、第三充填材料胶带运输机启停控制器

13.4、充填材料自移式转载机6、充填材料自移式转载机启停控制器13.5；所述充填材料储

料仓4、第三充填材料胶带运输机5、充填材料自移式转载机6依次前后搭接；所述储料仓满

仓传感器15和储料仓落料控制器14位于充填材料储料仓上，第三充填材料胶带运输机启停

控制器13.4、充填材料自移式转载机启停控制器13.5分别位于第三充填材料胶带运输机5、

充填材料自移式转载机6上；第二充填材料胶带运输机3的输料口搭接在充填材料储料仓4

的入料口处，充填材料储料仓4的落料口处搭接有第三充填材料胶带运输机5，第三充填材

料胶带运输机5与充填材料自移式转载机6相连；

[0036] 所述的工作面自动充填采煤装置包括设在工作面上的采煤机10、刮板输送机9、充填液压支架8.1和多孔底卸式输送机7，所述的采煤机10上设有采煤机启停控制器13.8，所

述的刮板输送机9上设有刮板输送机启停控制器13.7，所述的多孔底卸式输送机7悬挂在充

填液压支架8.1后部，可沿充填液压支架作前后移动，充填液压支架8.1的前梁上设有采煤

机位置接收器16，充填液压支架8.1的后梁上设有控制落料高度传感器17；多孔底卸式输送

机7上设有多孔底卸式输送机启停控制器13.6；所述的采煤机10、刮板输送机9、综采设备8、

多孔底卸式输送机7的连接方式和传统固体充填开采工作面相同；所述的多孔底卸式输送

机7的卸料孔24处设有卸料孔开合控制器23。所述的采煤机10的机身上设有采煤机位置发

射器21，采煤机10的采煤臂上设有煤岩界面识别传感器22。

[0037] 所述的煤炭自动转运装置包括运煤转载机11、与运煤转载机11相连的运煤胶带输送机12，所述的运煤转载机11上设有运煤转载机启停控制器13.9，运煤转载机11设在刮板

输送机9出口处，所述的运煤胶带输送机上12设有运煤胶带输送机启停控制器13.10。

[0038] 如图2所示，所述的充填液压支架8.1后部设有由夯实板8.2、夯实千斤顶8.3和斜拉千斤顶8.4构成的夯实机构，所述夯实板8.2上设有夯实力传感器19，所述夯实千斤顶8.3

的伸缩杆与夯实板8.2相连，伸缩杆上设有夯实行程传感器20，夯实千斤顶的缸体上设有夯

实角度传感器18，缸体底部铰接在充填液压支架8.1的底座上，所述斜拉千斤顶8.4的伸缩

杆与夯实千斤顶的缸体相连，斜拉千斤顶8.4的缸体底部铰接在充填液压支架8.1后梁上。

[0039] 本发明的自动化充填开采控制方法：通过在综合机械化固体充填采煤系统中设置各种控制器、传感器和接收器，实时获取充填采煤系统的各项工作参数，由分布在井下的无

线和有线网络传输至地面或井下分析中心进行分析，得出充填采煤工艺的状态，根据工艺

状态确定关键充填采煤作业设备的下一步动作，并通过井下无线和有线网络发出动作指

令，进而实现对整个充填采煤系统的自动化控制；必要时，可人工控制对自动化充填采煤工

艺进行修正；

[0040] 控制方法的具体步骤如下：[0041] 第一步：刮板输送机启停控制器13.7、采煤机启停控制器13.8、运煤转载机启停控制器13.9、运煤胶带输送机启停控制器13.10分别将刮板输送机9、采煤机10、运煤转载机

11、运煤胶带输送机12启动，利用煤岩界面识别传感器22或记忆截割数据判断煤岩界面，采

煤机10自动调整采高进行采煤；通过安装在采煤机10上的采煤机位置发射器21和充填液压

支架8.1上的采煤机位置接收器16判断采煤机位置和运行方向，并根据采煤机位置和运行

方向识别结果自动完成充填液压支架8.1的移架和刮板输送机9推溜；煤炭通过刮板输送机

9、运煤转载机11和运煤胶带输送机12转运；

[0042] 当判断采煤机10位置距离已移架的最后一台充填液压支架8.1在设定距离内时，设定距离通常为2～3个充填液压支架8.1宽度，可根据具体情况灵活调整，开始充填液压支

架8.1的自动移架作业，通过电液控系统控制液压支架油缸，实现充填液压支架8.1的关闭

护帮板→降价→移架→升架→推溜→开启护帮板，每个充填液压支架8.1均以单独或者成

组自动移架；同时，当判断采煤机10距离已移架充填液压支架8.1在设定距离内，设定距离

为20～30m，根据具体情况灵活调整，开始此充填液压支架8.1对应位置的刮板输送机9推

溜；此步中，刮板输送机9、运煤转载机11和运煤胶带输送机12的启停根据采煤机10的开机

状态决定，即采煤机开机，则刮板输送机9、运煤转载机11和运煤胶带输送机12即开机，反之

则停止运行。

[0043] 第二步：固体充填材料首先经过第一充充填材料胶带运输机1运至破碎机2进行破碎，破碎后的充填材料又经过第二充填材料胶带运输机3运至充填材料储料仓4，然后充填

材料再经过第三充充填材料胶带运输机5和充填材料自移式转载机6运输至多孔底卸式输

送机7；所述固体充填材料经过第一充充填材料胶带运输机1运至破碎机2进行破碎，破碎后

的充填材料又经过第二充充填材料胶带运输机3运至充填材料储料仓4的启动条件为储料

仓满仓传感器15监测结果为未满仓，否则将通过第一充填材料胶带运输机启停控制器

13.1、破碎机启停控制器13.2、第二充填材料胶带运输机启停控制器13.3、第三充填材料胶

带运输机启停控制器13.4停止上述设备的运转。所述充填材料经过第三充填材料胶带运输

机5和充填材料自移式转载机6运输至多孔底卸式输送机7的启动条件为多孔底卸式输送机

7有卸料孔24处于打开状态，此时落料控制器14将开启充填材料储料仓4的落料口进行落

料，反之当多孔底卸式输送机7所有卸料孔24均闭合时，则通过落料控制器14关闭充填材料

储料仓4的落料口，并分别利用第三充填材料胶带运输机启停控制器13.4、充填材料自移式

转载机启停控制器13.5将第三充填材料胶带运输机5和充填材料自移式转载机6关闭。通过

启停控制器停止充填材料储料仓4和多孔底卸式输送机7之间的充填材料胶带运输机5和充

填材料自移式转载机6的运转；

[0044] 第三步：在工作面的刮板运输机9移直后，将设在充填液压支架8.1上的多孔底卸式输送机7由支架后顶梁前部移至支架后顶梁后部，通过安装在采煤机10上的采煤机位置

发射器21和充填液压支架8.1上的采煤机位置接收器16判断采煤机位置和运行方向，根据

采煤机10运行方向判断结果依次自动打开卸料孔24卸料并夯实，完成卸料和充填作业。

[0045] 所述完成卸料和充填作业的具体过程如下：[0046] ①当采煤机10从多孔底卸式输送机7的机头向机尾方向开采时[0047] 首先打开机头方向前2个卸料孔24，然后沿开采方向将多孔底卸式输送机7其余未开启的卸料孔24分组，每组分2?4个卸料孔24，可根据实际情况调整每组孔数，各组间由机

头向机尾充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔24机尾方向的第1个卸料

孔24卸料；第1个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架8.1后

部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔24卸料；第2个卸料孔24卸料完成

后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组内机

尾方向的下一个卸料孔24卸料；下一个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所

在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，至完成本组卸料孔24的第一轮卸料和夯实作业，

然后，再次按照上述步骤，由机尾向机头方向次对本组卸料孔24进行第2轮卸料和夯实，直

至完成设定轮次卸料和夯实作业，通常需要2～3轮卸料和夯实，轮次可调整；依次类推完成

所有分组的卸料和夯实，然后对机头侧最先打开的前2个卸料孔24进行卸料和夯实，完成后

关闭所有卸料孔24，将多孔底卸式输送机7拉移一个步距，移至充填液压支架8.1后顶梁前

部，用夯实机构把多孔底卸式输送机7下面的充填料全部推到充填液压支架8.1后上部，使

其接顶并压实，至此本循环步距充填采煤完成；

[0048] ②当采煤机10从多孔底卸式输送机7的机尾向机头方向开采时[0049] 沿开采方向将多孔底卸式输送机7卸料孔24分组，每组分2?4个卸料孔24，各组间由机尾向机头方向充填，组内由机尾向机头方向充填；先开启第1组卸料孔24机尾方向的第

1个卸料孔24卸料；第1个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支

架8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔24卸料；第2个卸料孔24卸

料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，并打开此

组内机尾方向的下一个卸料孔24卸料；下一个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料

孔24所在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，至完成本组卸料孔24的第一轮卸料和夯

实作业，然后，再次按照上述步骤，由机尾向机头方向次对本组卸料孔24进行第2轮卸料和

夯实，直至完成设定轮次卸料和夯实作业，通常需要2～3轮卸料和夯实，轮次可调整；依次

类推完成所有分组的卸料和夯实，关闭所有卸料孔24；将多孔底卸式输送机7拉移一个步

距，移至充填液压支架24后顶梁前部，用夯实机构把多孔底卸式输送机7下面的充填料全部

推到充填液压支架8.1后上部，使其接顶并压实，至此本循环步距充填采煤完成。

[0050] 所述的卸料孔24卸料完成的判别方法为：卸料孔24打开后，记录卸料时间，并通过落料高度传感器17实时监测充填材料卸料高度，当卸料时间或卸料高度满足设定值时则判

别卸料孔24卸料完成，同时关闭此卸料孔24。

[0051] 所述的夯实机构的夯实动作：通过卸料孔开合控制器23中的参数判断卸料孔24是否关闭，当判断结果为卸料孔关闭时进行夯实；夯实过程中，首先根据夯实角度传感器18监

测结果将夯实机构自动调整至设定夯实角度，夯实机构伸长进行夯实并同时利用夯实行程

传感器18和夯实力传感器19实时监测夯实力和夯实机构伸缩长度，当夯实力满足设定值或

夯实机构达到最大长度后开始回缩夯实机构至最短状态，至此本次夯实结束；然后调整至

下一次夯实所需的夯实角度，准备下一次夯实，依次循环直至完成设定的夯实次数。

[0052] 假设的自动化充填开采工作面的基本条件为：采高为3m，充填材料粒径为0～50mm，落料高度为2.3m，夯实次数为3次，夯实角度分别为10°、20°、30°，单组同时开启的卸

料孔为3个，夯实力为2MPa。

[0053] ①当采煤机10从多孔底卸式输送机7的机头向机尾方向开采时[0054] 沿开采方向将多孔底卸式输送机7卸料孔24分组，，每组分3个卸料孔24，各组间由机头向机尾充填，组内由机尾向机头方向充填。先开启第1组卸料孔24机尾方向的第1个卸

料孔24进行卸料；第1个卸料孔24完成卸料后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架

8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔24卸料；第2个卸料孔24完成

卸料后关闭，同时启动本卸料孔所在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组内

机尾方向第3个卸料孔24卸料；第3个卸料孔24完成卸料后关闭，同时启动本卸料孔24所在

充填液压支架8.1后部的夯实机构完成夯实，至此完成了第1组卸料孔24的第1轮卸料和夯

实。然后再次打开第1组内机尾方向第1个卸料孔24，按照上述步骤进行本组第2轮卸料和夯

实，然后依次类推完成所有组的卸料和夯实，然后对机头侧最先打开的前2个卸料孔24进行

卸料和夯实，完成后关闭所有卸料孔24。

[0055] ②当采煤机10从多孔底卸式输送机7的机尾向机头方向开采时[0056] 沿开采方向将多孔底卸式输送机7卸料孔24分组，每组分3个卸料孔24，各组间由机尾向机头方向充填，组内由机尾向机头方向充填。先开启第1组卸料孔24机尾方向的第1

个卸料孔24卸料；第1个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架

8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组内机尾方向第2个卸料孔24卸料；第2个卸料孔24卸料

完成后关闭，同时启动本卸料孔24所在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，并打开此组

内机尾方向第3个卸料孔24卸料；第3个卸料孔24卸料完成后关闭，同时启动本卸料孔24所

在充填液压支架8.1后部的夯实机构夯实，至此完成了第1组卸料孔24的第1轮卸料和夯实。

然后再次打开第1组内机尾方向第1个卸料孔24，按照上述步骤进行本组第2轮卸料和夯实，

至此完成本组2轮次卸料和夯实作业，依次类推完成所有组的卸料和夯实，关闭所有卸料孔

24。将多孔底卸式输送机7拉移一个步距，移至充填液压支架24后顶梁前部，用夯实机构把

多孔底卸式输送机7下面的充填料全部推到充填液压支架8.1后上部，使其接顶并压实，至

此本循环步距充填采煤完成。

[0057] 此步中，卸料孔24卸料完成的判别方法为：卸料孔24打开后，通过落料高度传感器17实时监测充填材料卸料高度，当卸料高度为2.3m时则判别卸料孔24卸料完成，同时关闭

此卸料孔24。

[0058] 此步中，夯实机构夯实动作的控制方法为：通过卸料孔开合控制器23中的参数判断卸料孔是否关闭，当判断结果为卸料孔24关闭时进行夯实。夯实过程中，首先利用夯实角

度传感器18监测并控制斜拉千斤顶8.4调整夯实千斤顶8.3的夯实角度为10°，然后夯实千

斤顶8.3伸长并推动夯实板8.2夯实已经第一轮卸料完成的充填材料，此时利用夯实行程传

感器20和夯实力传感器19实时监测夯实力和夯实千斤顶8.2长度，当夯实力达到设定的

2.0MPa或达到夯实千斤顶8.3最大长度后开始回缩夯实千斤顶8.3至最短状态，至此本次夯

实结束。然后调整夯实千斤顶8.3的夯实角度为第二次的夯实角度20°，准备第二次次夯实，

依次循环上述动作直至完成设定的3次夯实。