CN102493823B - 矿用可回收钢筒填料墩柱及构筑法和用于沿空留巷的方法 - Google Patents

Abstract

一种矿用可回收钢筒填料墩柱及构筑法和用于沿空留巷的方法，属于矿井巷道支护领域。本发明钢筒填料墩柱是“钢筒沙石填料墩柱”，由可调高钢筒模具、钢筒模具内充填的“沙石填料”构成。“沙石填料”是密实充填的沙子或/和石子的散料，且为湿料；也可含其它颗粒物。钢筒模具的顶部有充填口、下部有放料口及其可开启的端盖、上部两侧有支撑座。墩柱用喷浆机加水充填构筑；钢筒模具充填后成为墩柱外壁。本发明还包括墩柱钢筒模具回收方法和自移式风动振动装置。该墩柱结构新颖实用，取材方便，构筑简单，施工高效，支护成本低；钢筒模具可回收，节省钢材；大大提高墩柱支护的让压性，能很好满足沿空留巷经受两次采动影响的要求，特别适合在沿空留巷中应用。

Description

矿用可回收钢筒填料墩柱及构筑法和用于沿空留巷的方法

技术领域

本发明涉及矿井巷道支护工艺，特别是一种适用于煤矿采准巷道沿空留巷支护用的矿用可回收钢筒填料墩柱及构筑法和用于沿空留巷的方法，还包括该墩柱构筑法专用的自移式风动振动装置。 

背景技术

为减少采煤区段运输和轨道顺槽间的煤柱损失采用无煤柱开采，即沿采空区保留煤顺槽为下一区段回采工作面服务称为沿空留巷，国外称复用巷道。 

中国《发明专利公报》2010年12月08日公开了名称：“沿空留巷支护方法及其注巷滑模”的发明申请，申请号：CN 200710015658.X、公布号：CN101906979A。其目的是在沿空留巷时省去充填模装拆工序。方法是：随回采工作面推移，用专用整体拉移注巷滑模，在回采面排头支架后面、采空区一侧浇注砼、构筑巷旁充填墙，并加临时支护。缺点是：在回采工作面后面浇注砼、构筑巷旁充填墙与回采面采煤工序相互干扰大，砼充填墙早期强度低。 

中国《发明专利公报》公开了名称为：“沿空留巷的方法”的发明申请，申请号：CN 201110267050.2、申请日：2011.09.09.。其目的是：对沿空留巷作统筹安排；避免沿空留巷巷旁支护与回采工作面作业相互干扰。其方法是：在采面顺槽掘进阶段即作统筹安排，将采面的顺槽与回采后的沿空留巷作为一条巷道掘进，二者之间构筑“巷中砼墩柱”支护，既作顺槽巷中支护又作沿空留巷巷旁支护体的一部分。“巷中砼墩柱”采用钢筒砼墩柱，即在薄壁钢筒模具内浇注砼构筑的外壁为钢筒的钢筋砼墩柱。缺点是：耗费钢材较多，不易回收，支护成本较高；让压性差，在矿压大、留巷断面收缩率大时，需依靠软底软顶满足沿空留巷经受两次采动影响的要求。 

发明内容

为了克服现有沿空留巷技术浇注砼构筑的钢筒砼墩柱用钢材多、不易回收、支护成本高、让压性差的不足，本发明提供一种矿用可回收钢筒填料墩柱及其构筑方法，以及矿用可回收钢筒填料墩柱及其构筑方法应用于沿空留巷的方法；钢筒填料墩柱能回收复用，节省钢材，支护成本低，支护让压性好，能满足沿空留巷经受两次采动影响的要求，提高留巷效果；钢筒填料墩柱构筑方法简单实用，施工方便；应用于沿空留巷尤其适用。本发明还提供一种矿用可回收钢筒填料墩柱构筑方法所专用的钢筒模具自移式振动装置。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

矿用可回收钢筒填料墩柱，由构成墩柱外壁的钢筒模具、钢筒模具内充填的填料组成。钢筒模具为可调高钢筒模具，钢筒模具顶部外壁上有充填口；钢筒模具内的填料是充填密实的沙子或/和石子的散料，且为湿料；也可以是在所述的散料中加有其他无粘性的颗粒物。为叙述方便统称“沙石填料”，用“沙石填料”充填的钢筒填料墩柱称为“矿用可回收钢筒填料墩柱”。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案还可以是： 

矿用可回收钢筒填料墩柱的构筑法，其工序包括： 

A.加工钢筒模具：墩柱钢筒模具的上、下节钢筒用直径较大的圆形钢管或无缝钢管加工；钢管的壁厚δ＝5～25mm、直径D＝300～800mm。使上节钢筒的直径略大于下节钢筒，上节钢筒的下端套在下节钢筒的上端且配合；上节钢筒顶部的外壁上焊接充填口，上节钢筒外壁两侧焊接单体支柱或其它支撑器具支撑用的支撑座；下节钢筒下部的外壁上焊接放料口，放料口上安装可开启的、布有小孔的端盖。上、下节钢筒外壁上焊接吊耳。 

B.备料：充填“沙石填料”的用料----沙子或/和石子的散料，也可以是在所述散料中加有其他无粘性的颗粒物；当“沙石填料”用沙子和石子的混合散料时，沙子和石子按重量比：1∶(1～3)混合配制。 

C.充填沙石填料：在选定支护位置上安设钢筒模具，用单体液压支柱或其它支撑器具支撑上节钢筒的支撑座，使钢筒模具顶端严密接顶；由上节钢筒的充填口向钢筒模具内充填沙石填料；充填设备采用喷浆机或其它矿用风动充填设备，充填时加水，同时，用安设在钢筒模具外壁上的振动装置将钢筒内的沙石填料振动密实，构筑钢筒沙石填料墩柱；充填完毕，撤除支撑钢筒模具的单体液压支柱或其它支撑器具。钢筒模具成为该墩柱的外壁。 

本发明的有益效果是： 

除了具有沿空留巷的诸多优点：A.取消区段煤柱，实现无煤柱开采，提高回采率，充分利用煤炭资源。B.少掘一条巷道，减少采煤工作面准备时间，缓解采掘接续紧张。还具有以下优点： 

①采用钢筒沙石填料墩柱支护，结构简单实用，取材方便，构筑简单，投资省；钢筒模具可回收，节省钢材，进一步降低成本。 

②利用墩柱钢筒模具内的沙石填料----散料在顶板压力下其密实度不断加大的特点，大大提高墩柱的让压性，而且还可以通过放料口卸出沙石填料进一步扩大墩柱的让压性，使该墩柱尤其适于在沿空留巷支护中使用、达到经受两次采动影响的要求，提高墩柱在沿空留巷中的支护效果。 

③钢筒模具可抽拉调高，使用方便，在井下复杂条件下适用性强。充填不需要拆模，构筑速度快，工效高。钢筒模具充填沙石散料便于拆卸回收。 

④利用喷浆机远距离充填，降低劳动强度，大大提高工效；操作简单，安全可靠，对回采工作面生产干扰少。 

附图说明

图1是矿用可回收钢筒沙石填料墩柱的结构示意图主视图。 

图2、3分别是钢筒模具的上节钢筒、下节钢筒的结构示意图俯视图。 

图4是放料口端盖的A向放大视图。 

图5、6分别是插板式放料口的结构示意图主视图、B向视图。 

图7是钢筒沙石填料墩柱在沿空留巷巷旁支护中的平面布置图。 

图8是图7中的C-C剖视图。 

图9是图10中的D-D放大剖视图。 

图10是钢筒沙石填料墩柱在留巷和顺槽合并掘进作巷中支护的平面图。 

图11、12是振动钢筒模具专用的自移式风动振动装置的主视、侧视图。 

图13、14是另一种自移式风动振动装置的主视、俯视图。 

图中：1-上节钢筒、2-下节钢筒、3-充填口、4-支撑座、5-吊耳、6-沙石填料、7-放料口、8-端盖、9-插板、10-插槽、11-沿空留巷、12-钢筒沙石填料墩柱、13-金属网、14-刮板输送机、15-上出口支架；16-单体支架、17-采面煤壁、18-排头支架、19-采空区、20-沿空留巷、21-钢筒沙石填料墩柱、22-运输顺槽、23-锚杆、24-锚索、25-隔离墙、26-预留墩柱间隔、27-托辊推杆、28-压簧、29-弹簧筒、30-钢筒模具、31-升降圈、32-托辊、33-敲击锤、34-右锤臂、35-传动座、36-右锤臂轴、37-左锤臂、38-驱动轴、39-振动推杆、40-振动气缸、41-左锤臂轴、42-拉簧、43-螺栓、44-升降气缸、45-振动头、46-振动气缸控制阀、47-振动气缸、48-调整气缸、49-振动座、50-滑道、J-搭接段、K-泄水孔、H₁-左锤臂滑槽、H₂-右锤臂滑槽；钢筒沙石填料墩柱简称钢筒沙石墩柱或墩柱，回采工作面简称采面，沿空留巷简称留巷。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

一.矿用可回收钢筒沙石填料墩柱： 

在图1～4中示出本发明矿用可回收钢筒填料墩柱即钢筒沙石填料墩柱的结构。它由构成墩柱外壁的钢筒模具、钢筒模具内充填的沙石填料6组成。 

钢筒模具为抽拉式可调高圆形钢筒模具；由上节钢筒1、下节钢筒2两节圆形钢筒构成。钢筒模具的上节钢筒1顶部即接近顶端的外壁上有充填口3；上节钢筒上部外壁两侧有在支设钢筒模具时供单体液压支柱或其它支撑器具支撑用的支撑座4；上节钢筒下部外壁上还焊有吊挂拉曳用的吊耳5。钢筒模具下节钢筒的下部外壁上有放料口7，放料口7上安装有布满小孔即泄水孔K的端盖8；端盖8通过销轴安装在放料口7的端口上，可开启、关闭。下节钢筒2下部外壁上也焊有吊耳5。端盖的泄水孔K供充填时泄水用。 

图5、6示出的插板式放料口，是在下节钢筒的外壁上开孔，孔口旁焊插槽10，插槽内插入带提手的弧形插板9、封住孔口，插板9上布有泄水孔。 

在钢筒模具内充填的填料：是充填密实的沙子或/和石子的散料；也可以是在所述散料中加其他无粘性的颗粒物，如：粉煤灰等。为叙述方便统称“沙石填料”；用“沙石填料”充填的钢筒填料墩柱称为“钢筒沙石填料墩柱”。 

钢筒沙石墩柱充填时应使沙石填料充填密实，以达到提高墩柱的初撑力、减小墩柱初撑阶段下缩量的目的。措施如下：沙石填料充填时最好加水；提高充填设备的供气压力；充填的同时对钢筒模具外壁振动，使充填密实；在初撑时用单体液压支柱支撑钢筒模具的支撑座，使钢筒模具充分接顶。 

钢筒沙石墩柱钢筒模具顶部可以设压力传感器插孔，插入钻孔压力传感器。通过顶板压力观测仪器检测墩柱沙石填料的附加应力监测顶板压力变化。 

可调高钢筒模具除了举例的两节抽拉式圆形钢筒模具，下列钢筒模具均属本发明保护之列：①加柱鞋、柱帽调高的单节钢筒模具；②两节非抽拉式可调高圆形钢筒模具，如：用带螺栓的钢箍紧固联接的、相同直径的两节钢筒构成的钢筒模具；③多于两节的抽拉式钢筒模具；④前三款所述钢筒模具的非圆形钢筒形式。钢筒模具使用专用液压升柱器的，其支撑座可以省去。 

二.矿用可回收钢筒填料墩柱构筑法： 

矿用可回收钢筒填料墩柱即钢筒沙石填料墩柱构筑方法的工序包括： 

A.加工钢筒模具：墩柱钢筒模具的上、下节钢筒1、2用大直径圆形钢管加工，以无缝钢管为优选。上节钢筒1的直径略大于下节钢筒2，上节钢筒1的下端套在下节钢筒2的上端且配合。支护时，通过抽拉上节钢筒上下滑动来调整钢筒模具的高度即墩柱的高度；上、下节钢筒必须有搭接段J。上节钢筒1的顶部即接近顶端的外壁上焊一段钢管作充填口3，其外壁两侧焊接单体支柱支撑用的支撑座4；下节钢筒2外壁下部距底端200mm左右的位置焊一段钢管作放料口7，放料口的外端安装可开启关闭、布满小孔K的端盖8；端盖8通过销轴安装在放料口7的端口两侧的铰接耳上。上、下节钢筒外壁上焊接吊挂拉曳用的吊耳5。放料口也可按插板式结构制作。 

例如：墩柱钢筒模具直径设计为D＝400mm、壁厚δ＝8mm，每节长度1500mm，为保持上下节不小于200mm的搭接段J，最大支撑高度2.8m。根据采面条件不同，钢管直径、壁厚可在D＝300～600mm、δ＝5～25mm范围选择。 

B.备料：充填的“沙石填料”可以用沙子或石子，也可以是沙子和石子混合散料；当“沙石填料”用沙子和石子混合散料时，沙子和石子按重量比1∶(1～3)混合配制。例如：混合散料的砂子为中河砂，平均料径0.5mm，石子料径在3～8mm。沙子和石子按重量比：1∶1.5配制。 

C.充填“沙石填料”：在设定支护位置上安设钢筒模具，用单体液压支柱支撑上节钢筒的支撑座，使钢筒模具顶端支撑顶板、严密接顶。由上节钢筒的充填口向钢筒模具内充填沙石填料。充填设备采用喷浆机或其它矿用风 动充填设备。充填时加水，同时，用安设在钢筒模具外壁上的振动装置将筒内的沙石填料振动密实，构筑“钢筒沙石填料墩柱”。充填完毕，撤除支撑钢筒模具的单体液压支柱，钢筒模具成为该墩柱的外壁。 

墩柱充填采用喷浆机远距离充填。喷浆机可采用多种型号，如：PC-6B型，该喷浆机充填的供气压力0.4～7.0MPa。充填时，沙石填料通过喷浆机到输送管路出口处由加水管加水。充填也可以采用其它风动输送器具，如：采空区风力充填设备，充填时加水，并且用振动装置将沙石填料振动密实。 

振动设备可以使用普通振动工具：紧箍在钢筒模具外壁上的风动振动棒；也可以使用为本发明专门设计自移式风动振动装置，该振动装置详见后述。 

D.钢筒模具的回收：打开钢筒模具放料口的端盖或插板，利用机具或长把工具把钢筒模具内的沙石填料掏松，然后用高压喷射工具喷射高压液流，把沙石填料冲刷放掉；利用手拉葫芦或牵引绞车把钢筒模具拉出回收。 

三.矿用可回收钢筒填料墩柱用于沿空留巷工艺的方法： 

本法是随采面推进在采面后构筑钢筒沙石墩柱作留巷巷旁支护的工艺。 

在图7、8中示出钢筒沙石填料墩柱随采面推进在采面之后跟进构筑、作沿空留巷巷旁支护的布置和支护情况。本例是把综采面的轨道顺槽作沿空留巷。图示为综采面上出口的布置，箭头指向是采面推进方向，采面煤壁17在前，采空区19在后，采面左侧是轨道顺槽，轨道顺槽的后段即采空区左侧是沿空留巷11。在轨道顺槽内，由单体液压支柱加一字梁构成单体支架16配合顺槽的锚网索支护。在采面上出口有单体液压支柱与长工字钢梁构成的上出口支架15。刮板输送机14、采煤机、液压支架等布置在综采工作面上。液压支架的1#、2#支架是两组排头支架18。金属网13铺在排头支架18上。 

钢筒沙石墩柱12随回采工作面推进构筑的具体方法如下： 

A.在排头支架18顶梁上铺设金属网13。金属网13在顺槽一侧要比排头支架18长出0.5m以上，以便与原顺槽锚网索支护的锚网搭接重叠、结扎牢固，连成一体。铺网采用1.2×7.0m单层经纬金属网，铺网作业在排头支架18的前侧施工。当排头支架18前移后，金属网13下垂，成为钢筒沙石墩柱12及留巷11位于采空区19一侧的防护网，防止采空区19漏矸、窜矸。原顺槽无锚网索支护的，补加锚网索支护。 

B.在综采工作面端头、刮板输送机14之后，按所述的“矿用可回收钢筒填料墩柱构筑法”构筑钢筒沙石墩柱12；随着综采工作面推进，钢筒沙石墩柱12沿留巷11相间布置；根据留巷条件的不同，墩柱的技术参数可在以下范围选择：墩柱的中心间距800～3000mm，墩柱的直径300～800mm。 

C.钢筒沙石墩柱的充填采用喷浆机远距离充填，喷浆机由绞车牵引拖 移，随着综采工作面的推进而前移。喷浆机远离综采工作面，钢筒沙石墩柱充填速度快，不影响综采工作面正常作业。 

D.钢筒模具的回收：随着下一个区段回采工作面的推进，跟进回收沿空留巷的钢筒沙石填料墩柱的钢筒模具；回收方法是：a.首先在墩柱处用密集单体支柱进行临时支护；拆除放料口的端盖，利用机具或手动工具把沙石填料掏松；b.然后用注液枪喷射高压乳化液射流，把钢筒模具的沙石填料冲刷放掉一部分，使上节钢筒下坠；c.用手拉葫芦把钢筒模具拉出外运回收。 

机具可以用电钻、气钻。手动工具可以用长把钎子。冲刷沙石填料也可以用射流泵喷射高压水射流。手拉葫芦也可以用电动葫芦或小绞车代替。 

为了更好地掌控沿空留巷的矿压，作好顶板管理，可采取如下措施： 

①墩柱的压力观测：利用钢筒模具顶部的压力传感器插孔，在墩柱内插入压力传感器。通过压力检测，测量钢筒模具沙石填料内的附加应力，推算出顶板压力变化。在顶板压力及顶板下沉量超限时，通过压力观测或连接报警器进行报警获得超限信息，采取措施从钢筒墩柱放料口掏掉部分沙石填料，扩大墩柱的可缩量和让压能力，调节墩柱的支撑力，缓解顶板压力。考虑到墩柱随顶板下沉而下缩，压力传感器插孔易设在接近钢筒模具顶端的位置。 

压力传感器可以用ZHC型钻孔油压枕；它是测量煤、岩体内附加应力的，用于测钢筒模具沙石填料的附加应力同样适用。该压力观测仪器由油枕、管路、注油阀和压力表等构成。油枕受沙石填料挤压使枕内油压变化，压力表读数变化反应沙石填料内应力变化，从而换算出顶板压力变化。也可采用矿用钻孔压力传感器及其“煤矿顶板压力监测系统”，进行顶板压力动态监测。 

②增设临时加强支护：在遇到顶板压力大、下沉量大时，随采面推进在采面后部支承压力应力集中区增设临时加强支护：在沿空留巷支护前端即在排头支架18后，于构筑的钢筒沙石墩柱12内侧，用一字梁加单体液压支柱支护。临时加强支护保持不少于60m的范围，在临时加强支护后端及时回撤一字梁和单体液压支柱，并观测顶板压力和采动影响，当留巷支护方式不能满足要求时及时加长临时加强支护的长度或密度。 

四.矿用可回收钢筒填料墩柱用于另一种沿空留巷工艺的方法： 

本法是钢筒沙石填料墩柱应用于另一种沿空留巷工艺即将采面顺槽与沿空留巷合并掘进的工艺，用钢筒沙石填料墩柱取代“巷中砼墩柱”支护。 

在图9、10中示出钢筒沙石填料墩柱在顺槽与沿空留巷“合二为一”的掘进巷道中取代“巷中砼墩柱”支护的布置和支护情况。 

本例是在回采工作面的运输顺槽外侧布置沿空留巷的。图示的直角梯形宽断面巷道，是运输顺槽22与沿空留巷20“合二为一”掘进的巷道，在该 巷道的横向中间，构筑钢筒沙石填料墩柱21作巷中支护、取代已有技术的“巷中砼墩柱”；钢筒沙石填料墩柱21从停采线至采面开切眼之间沿掘进巷道全长相间布置，并在钢筒沙石填料墩柱21之间构筑隔离墙25，将掘进巷道从横向中间“一分为二”，一侧为运输顺槽22，另一侧为沿空留巷20即下一区段采面的轨道顺槽。该巷道由锚杆23、锚索24，与锚网、支护钢带构成锚网索支护。钢筒沙石填料墩柱21及隔离墙25与锚网索共同支护顶板。图9中双点线表示的锚杆23是吊挂单轨吊用。图10中隔离墙用双点线表示的部分是预留墩柱间隔26，即：每隔10～15m留出两个墩柱空间隔作为行人、通风通道，以后随回采工作面推进，再逐一将预留墩柱间隔26用隔离墙补上。 

钢筒沙石墩柱在本沿空留巷工艺的应用方法是：在回采工作面顺槽的掘进阶段即对沿空留巷进行统筹安排：将回采工作面的运输顺槽22与沿空留巷20“合二为一”、作为一条巷道掘进，在二者之间构筑巷中的钢筒沙石填料墩柱21支护，既作为运输顺槽22的支护又作为沿空留巷20巷旁支护体的一部分；亦即：加宽掘进巷道断面，并根据沿空留巷经受两次支承压力作用的收缩率预留巷道断面面积，在掘进巷道横向中间部位、按“矿用可回收钢筒填料墩柱构筑法”构筑钢筒沙石填料墩柱21，或称“巷中钢筒沙石填料墩柱”，配合巷道的锚网索支护。巷中钢筒沙石填料墩柱21从回采工作面开切眼至停采线沿掘进巷道全长相间布置，将掘进巷道“一分为二”：一侧是运输顺槽22，另一侧是沿空留巷20。在巷中钢筒沙石填料墩柱21构筑后，在巷中钢筒沙石填料墩柱21之间构筑隔离墙25；隔离墙25与巷中钢筒沙石填料墩柱21连接共同构成沿空留巷20的巷旁支护体。 

隔离墙25的构筑方法：是在巷中钢筒沙石填料墩柱21之间挂钢丝网及石棉瓦，并喷浆50～200mm厚的砼形成隔离墙，防止采面回采后老空区漏风。钢筒模具上、下节圆筒外壁上的吊耳，可用于连接固定隔离墙的钢丝网。 

钢筒沙石墩柱在本沿空留巷工艺的应用中，在以下三方面与三.款所述的沿空留巷工艺相同：①钢筒沙石墩柱钢筒模具的回收；②钢筒沙石墩柱的压力观测；③在采面回采后，遇到顶板压力大、下沉量大时，随采面推进在采面后部支承压力应力集中区即在钢筒沙石墩柱内侧，增设临时加强支护。 

五.自移式风动振动装置： 

因钢筒沙石墩柱钢筒模具筒壁比钢筒砼墩柱的厚，沙石充填的密实度要求高，故要求提供比砼充填更强的振动，而且要双向对敲保持钢筒模具稳定。 

在图11、12中示出为钢筒沙石填料墩柱构筑法专门设计的一种自移式风动振动装置。它由风动振动机构、升降机构和气动控制元件等组成。 

1.风动振动机构：由敲击锤33、锤臂、锤臂轴、振动气缸40等构成。两件敲击锤33对称地布置在钢筒模具30的左、右两侧，且分别固定于左、 右两件弧形锤臂37、34的前端。左锤臂37与右锤臂34结构相同、左右对称。 

左锤臂37的中段安装在左锤臂轴41上，绕左锤臂轴41摆动；左锤臂轴41固定于传动座35上。左锤臂37末端有弧形孔状的滑槽H₁，左锤臂滑槽H₁内嵌装驱动轴38。右锤臂34的中段安装在右锤臂轴36上，绕右锤臂轴36摆动；右锤臂轴36固定于传动座35上。右锤臂34末端有弧形孔状的滑槽H₂，右锤臂滑槽H₂内嵌装驱动轴38。左锤臂37与右锤臂34的中段与升降圈31之间均有一拉簧42联接，使左、右敲击锤33保持与钢筒模具30筒壁的接触。左、右锤臂37、34的末端在驱动轴38上重叠，左锤臂37末端在上，右锤臂34末端在下。驱动轴38的外层是上、下两个轴承，两轴承分别处在左锤臂滑槽H₁、右锤臂滑槽H₂中。驱动轴38与振动气缸40的振动推杆39固联。振动气缸40通过振动推杆39推动驱动轴38前后振动，驱动轴38的上、下两个轴承分别在左锤臂滑槽H₁、右锤臂滑槽H₂内滚动，推动左、右锤臂37、34分别绕左、右锤臂轴41、36摆动，左、右锤臂37、34摆动分别带动其前端的敲击锤33相对敲击钢筒模具30两侧、振动模具的沙石填料。 

振动气缸40固联在传动座35上，传动座35的底部固联在升降机构上。振动气缸40或称振动器，是振动气缸与振动气缸控制阀结合一体的形式，它也可以采用分体形式。 

2.升降机构：主要由升降气缸44、升降圈31、托辊32、传动座35构成。升降气缸44是两级伸缩气缸，升降气缸44的推杆，与传动座35的底部固定联接。圆环形的升降圈31由三件弧形构件对接构成；对接处由螺栓43联接固定，环绕在墩柱钢筒模具30的外围。升降圈31的后侧与传动座35底部的前侧联接固定。升降圈31内侧安装三个均布的托辊32，托辊32通过可伸缩托辊架固定在升降圈31上。可伸缩托辊架由弹簧筒29，及其筒内的托辊推杆27和压簧28，筒壁上安装的固定螺母组成。托辊推杆27的外端安装托辊轴，其内端的滑塞嵌装在弹簧筒29内滑动，滑塞压紧压簧28。 

3.气动控制元件：振动气缸40的气动控制回路中有振动操纵阀；升降气缸44的气动控制回路中有升降操纵阀、节流阀、锁定阀和行程阀；其余有过滤器、减压阀、油雾器等。 

自移式风动振动装置利用井下压气为动力介质。通过振动操纵阀为振动气缸40供气，振动气缸40产生振动，振动推杆39通过振动机构驱动两敲击锤33相对敲击钢筒模具的两侧，振动沙石填料。通过升降操纵阀，经节流阀为升降气缸44供气，升降气缸44推动传动座35作升降移动，使风动振动机构随传动座35的升降而上下移动；使敲击锤33沿钢筒模具上下移动敲击钢筒模具。环绕墩柱钢筒模具30的升降圈31，也随传动座35的升降上下移动。托辊32沿钢筒模具30外壁滚动，为升降圈31的升降起导向与稳定作用。锁 定阀构成升降气缸的防止落下回路。行程阀设在传动座35或升降圈31上，在敲击锤越过搭接段J下缘时，控制升降气缸44停止上升；经人工控制越过搭接段J后，再继续自移上升和振动。升降气缸也可以用液压缸代替。 

在图13、14中示出为钢筒沙石填料墩柱构筑法专门设计的另一种自移式风动振动装置。它也是由风动振动机构、升降机构和气动控制元件等组成。 

1.风动振动机构：由位于钢筒模具30左右两侧的、结构相同左右对称的两套振动机构组成。每一套振动机构由振动头45、振动气缸控制阀46、振动气缸47、调整气缸48和振动座49等构成。 

振动头45即锤头，安装在振动气缸47推杆的前端，振动气缸47的后部与调整气缸48的推杆前端铰接，调整气缸48固定联接在振动座49上，振动气缸47的底部嵌装在固定于振动座49的滑道50上。振动气缸47上装有振动气缸控制阀46。振动气缸47可采用ZG型振动气缸；也可以采用一体化的振动气缸，或称振动器。调整气缸48可采用ZQGI型薄型气缸。 

2.升降机构：由升降气缸44、升降圈31、托辊32、振动座49构成。左右两件升降气缸44的推杆分别与左、右振动座49底部固联。圆环形升降圈31由半圆环形构件通过螺栓43联接构成。升降圈31左右两侧分别与左、右振动座49底部固联，其内侧均布四件托辊32。其余与前一种振动装置相同。 

3.气动控制元件：振动气缸47的气动控制回路中有振动操纵阀；升降气缸44的控制回路中有升降操纵阀、节流阀和锁定阀；调整气缸48的控制回路中有换向控制阀、行程阀；其余有过滤器、减压阀、油雾器等。 

通过振动操纵阀为振动气缸47供气，在振动气缸控制阀46控制下振动气缸47产生振动，振动气缸47的推杆驱动振动头45相对敲击钢筒模具两侧，振动沙石填料。通过升降操纵阀，经节流阀为升降气缸44供气，升降气缸44推动振动座49升降移动，使振动头45沿钢筒模具上下移动、敲击钢筒模具。传动座49升降的同时也带动升降圈31升降移动，与前一种振动装置相同。锁定阀构成升降气缸的防止落下回路。通过换向控制阀，使调整气缸48推动振动气缸47沿滑道50前后移动，调节振动头51与钢筒模具外壁的间隙，使振动头51靠近钢筒模具外壁。行程阀设在振动座49或升降圈31上，在振动头45越过搭接段J下缘时动作，自动控制调整气缸48前后移动、调整振动头51与不同直径上下两节钢筒的间距。这对壁厚大的钢筒模具很必要。 

本发明钢筒沙石填料墩柱及其构筑方法，在兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿23上08综采工作面的沿空留巷中应用，取得了良好的效果。除了在沿空留巷工艺中应用，钢筒沙石填料墩柱也可以在服务年限较长、要求支护强度和让压性好的巷道、硐室中使用。 

Claims (11)

1.一种矿用可回收钢筒填料墩柱，包括构成墩柱外壁的钢筒模具、钢筒模具内充填的填料；钢筒模具为可调高钢筒模具，钢筒模具顶部外壁上有充填口；其特征在于：所说的钢筒模具内充填的填料是：密实充填的沙子或/和石子的散料，且为湿料，也可以是在所述的散料中加有其他无粘性的颗粒物；为叙述方便，统称“沙石填料”，用“沙石填料”充填的钢筒填料墩柱称为“钢筒沙石填料墩柱”。

2.根据权利要求1所述的矿用可回收钢筒填料墩柱，其特征在于：所说的“沙石填料”为湿料，是指沙石填料在充填时加有水；所说的钢筒模具下部外壁上设有放料口，放料口上有可开启、布有泄水孔的端盖。

3.根据权利要求1所述的矿用可回收钢筒填料墩柱，其特征在于：所说的可调高钢筒模具，为抽拉式圆形钢筒模具，由上、下两节圆形钢筒构成；上节钢筒(1)的内径大于下节钢筒(2)的外径，上节钢筒(1)套在下节钢筒(2)上端且配合；所说的充填口(3)在上节钢筒项部外壁上，在上节钢筒上部两侧外壁上有在支设钢筒模具时供单体液压支柱或支撑器具支撑用的支撑座(4)；在下节钢筒下部外壁上有放料口，放料口上有可开启、布有泄水孔(K)的端盖(8)或插板(9)。

4.根据权利要求3所述的矿用可回收钢筒填料墩柱，其特征在于：所说的上节钢筒顶部设有供插入顶板压力观测仪器的压力传感器用的压力传感器插孔；上、下节钢筒外壁上有吊挂拉曳用的吊耳(5)；上、下节钢筒的材料为无缝钢管。

5.根据权利要求1所述的矿用可回收钢筒填料墩柱的构筑法，其工序包括：

A.加工钢筒模具：墩柱钢筒模具的上、下节钢筒(1、2)用大直径圆形钢管或无缝钢管加工，钢管的壁厚δ=5～25m、直径D=300～800mm；使上节钢筒(1)的直径大于下节钢筒(2)，上节钢筒的下端套在下节钢筒的上端且配合；上节钢筒顶部的外壁上焊接充填口(3)，上节钢筒外壁两侧焊接单体支柱支撑用的支撑座(4)；下节钢筒下部外壁上焊接放料口(7)，放料口上安装可开启、布有小孔的端盖(8)；或者在外壁上开孔，在孔口旁焊插槽(10)，插入插板(9)；上、下节钢筒外壁上焊接吊耳(5)；

B.备料：充填“沙石填料”的用料----沙子或/和石子的散料，也可以是在所述散料中加有其他无粘性的颗粒物；当“沙石填料”用沙子和石子的混合散料时，沙子和石子按重量比：1：(1～3)混合配制；

C.充填“沙石填料”：在选定支护位置上安设钢筒模具，用单体液压支柱支撑上节钢筒的支撑座(4)，使钢筒模具顶端严密接顶；由上节钢筒的充填口(3)向钢筒模具内充填沙石填料(6)；充填设备采用喷浆机或矿用风动充填设备，充填时加水；同时，用安装在钢筒模具外壁上的风动振动器或白移式风动振动装置将钢筒模具内的沙石填料振动密实，构筑“钢筒沙石填料墩柱”；充填完毕，撤除支撑钢筒模具的单体液压支柱；钢筒模具成为墩柱的外壁。

6.根据权利要求5所述的矿用可回收钢筒填料墩柱的构筑法专用的自移式风动振动装置，其特征在于：包括风动振动机构、升降机构和气动控制元件；

A.风动振动机构：包括敲击锤(33)、锤臂、锤臂轴和振动气缸(40)；两件敲击锤(33)位于钢筒模具(30)左右两侧且对称，分别固定于左锤臂(37)、右锤臂(34)的前端；左锤臂(37)与右锤臂(34)结构相同、左右对称；

左锤臂(37)中段装在左锤臂轴(41)上，可绕左锤臂轴(41)摆动；左锤臂轴(41)固定于传动座(35)上；左锤臂(37)末端有弧形孔状的滑槽(H₁)，左锤臂滑槽(H₁)内嵌装驱动轴(38)；

右锤臂(34)中段装在右锤臂轴(36)上，可绕右锤臂轴(36)摆动；右锤臂轴(36)固定于传动座(35)上；右锤臂(34)末端有弧形孔状的滑槽(H₂)，右锤臂滑槽(H₂)内嵌装驱动轴(38)；

左、右锤臂(37、34)的末端在驱动轴(38)上相重叠；驱动轴(38)的外层是上、下两个轴承，两个轴承分别处在左锤臂滑槽(H₁)、右锤臂滑槽(H₂)中；驱动轴(38)与振动气缸(40)的振动推杆(39)固联；振动气缸(40)固定在传动座(35)上，传动座(35)底部联接在升降机构上；

驱动轴(38)随振动气缸(40)的振动推杆(39)前后振动，驱动轴(38)的两个轴承分别在左右锤臂滑槽(H₁、H₂)内滚动，左、右锤臂(37、34)分别绕左、右锤臂轴(41、36)摆动，左、右锤臂(37、34)的敲击锤33随锤臂摆动；

B.升降机构：包括升降气缸(44)、升降圈(31)、托辊(32)和传动座(35)；升降气缸(44)的推杆与传动座(35)底部固定联接；圆环形的升降圈(31)由弧形构件联接构成，环绕在墩柱钢筒模具(30)外围；升降圈(31)的后侧与传动座(35)底部联接固定；升降圈(31)的内侧装有均布的托辊(32)，托辊(32)通过可伸缩托辊架固定在升降圈(31)上，可沿钢筒模具外壁滚动；

C.气动控制元件：包括振动气缸(40)的气动控制回路中的振动操纵阀，升降气缸(44)的气动控制回路中的升降操纵阀、节流阀、构成升降气缸的防止落下回路的锁定阀以及设在传动座(35)或升降圈(31)上、在敲击锤越过搭接段(J)下缘时控制升降气缸(44)停止的行程阀。

7.根据权利要求5所述的矿用可回收钢筒填料墩柱的构筑法专用的自移式风动振动装置，其特征在于：包括风动振动机构、升降机构和气动控制元件；

A.风动振动机构：由位于钢筒模具(30)左右两侧的、结构相同左右对称的风动振动机构组成；每一套风动振动包括振动头(45)、振动气缸(47)、调整气缸(48)和振动座(49)；

振动头(45)装在振动气缸(47)推杆前端，振动气缸(47)后部与调整气缸(48)的推杆铰接，调节振动头(45)与钢筒模具外壁间隙的调整气缸(48)固定联接在振动座(49)上；振动气缸(47)的底部嵌装在固定于振动座(49)的滑道(50)上；振动气缸(47)上装有振动气缸控制阀(46)，或者振动气缸是与振动气缸控制阀为结合一体的形式；

B.升降机构：包括升降气缸(44)、升降圈(31)、托辊(32)和振动座(49)；升降气缸(44)有左右两件，左、右升降气缸(44)的推杆分别与左、右振动座(49)的底部固定联接；圆环形升降圈(31)由弧形构件联接构成，环绕在钢筒模具(30)外围；升降圈(31)的左右两侧分别与左、右振动座(49)的底部固联；升降圈(31)的内侧装有均布的托辊(32)；托辊(32)通过可伸缩托辊架固定在升降圈(31)上，可沿钢筒模具外壁滚动；

C.气动控制元件：包括振动气缸(47)的气动控制回路中的振动操纵阀；升降气缸(44)的气动控制回路中的升降操纵阀、节流阀以及构成升降气缸的防止落下回路的锁定阀；调整气缸(48)气动控制回路中的换向控制阀以及设在振动座(49)或升降圈(31)上、在振动头越过搭接段(J)下缘时控制换向控制阀换向的行程阀。

8.根据权利要求1所述的矿用可回收钢筒填料墩柱用于沿空留巷的方法，随回采工作面推进，在回采工作面端头的后部、沿空留巷的采空区一侧，用充填法构筑留巷巷旁支护；其特征在于：所说的用充填法构筑留巷巷旁支护是用矿用可回收钢筒填料墩柱即“钢筒沙石填料墩柱”支护；具体方法是：

A.在排头支架(18)顶上铺设金属网(13)，并与沿空留巷原顺槽锚网索支护的锚网搭接重叠、连接一体，铺网作业在排头支架(18)前侧进行；在排头支架(18)前移后，金属网(13)下垂，成为钢筒沙石填料墩柱(12)和留巷(11)位于采空区(19)一侧的防护网；

B.在回采工作面端头、刮板输送机(14)之后，按所述的“矿用可回收钢筒填料墩柱”构筑钢筒沙石填料墩柱(12)；随着排头支架(18)前移，钢筒沙石填料墩柱(12)沿着留巷(11)相间布置，墩柱的中心间距：800～3000mm，墩柱的直径：300～600mm；

C.钢筒沙石填料墩柱(12)的充填采用喷浆机远距离充填，喷浆机由绞车牵引拖移，随着回采工作面推进而前移；

D.钢筒模具的回收：随着下一个区段回采工作面的推进，跟进回收沿空留巷的钢筒沙石填料墩柱的钢筒模具。

9.根据权利要求1所述的矿用可回收钢筒填料墩柱用于沿空留巷的方法，在回采工作面的顺槽掘进阶段，将回采工作面的顺槽与沿空留巷即下一区段采面的相邻顺槽“合二为一”、作为一条巷道掘进，在顺槽与沿空留巷之间构筑巷中钢筒填料墩柱；同时，加宽掘进巷道断面，并根据沿空留巷经受两次支承压力作用的收缩率预留巷道断面面积；巷中钢筒填料墩柱从采面开切眼至停采线沿掘进巷道全长相间布置；在回采工作面开始回采后，随回采工作面推进在巷中钢筒填料墩柱之间构筑隔离墙；隔离墙与巷中钢筒填料墩柱连接共同构成沿空留巷的巷旁支护体；其特征在于：所说的巷中钢筒填料墩柱，是按所述的“矿用可回收钢筒填料墩柱”构筑的巷中的钢筒沙石填料墩柱(21)；当下一个区段采面开始回采后，随回采工作面的推进，跟进回收沿空留巷的钢筒沙石填料墩柱的钢筒模具。

10.根据权利要求8或9所述的矿用可回收钢筒填料墩柱用于沿空留巷的方法，其特征在于：所说的钢筒模具顶部设压力传感器插孔，并插入压力传感器；在通过顶板压力观测仪器观测到顶板下沉量及项板压力超限时，通过从放料口卸掉部分沙石填料，来扩大钢筒沙石填料墩柱的可缩量、让压能力，调节墩柱的支撑力。

11.根据权利要求8或9所述的矿用可回收钢筒填料墩柱用于沿空留巷的方法，其特征在于：所说的钢筒模具的回收，具体方法是：A.先在墩柱处用密集单体支柱进行临时支护，打开放料口的端盖，用机具或手动工具掏出部分沙石填料；B.然后用注液枪喷射高压乳化液或用射流泵喷射高压水流，把钢筒模具内的沙石填料冲刷放掉；C.用手拉葫芦或牵引绞车把钢筒模具拉出外运回收。