CN103291319A - 一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置 - Google Patents

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本发明公开了一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置，在预留巷道的采空区侧用第一矸石袋垒砌一层矸石墙将所述采空区密封；在所述预留巷道的边缘紧贴混凝土喷层支设两排钢管混凝土支柱，沿所述预留巷道的轴线方向每三排钢管混凝土支柱铺设一块钢板，连续铺设，作为柔性支撑的垫层；在所述垫层上方垒砌第二矸石袋直至接触到所述顶板，形成矸石袋层，并对所述矸石袋层与所述垫层进行喷浆处理，使所述第二矸石袋、所述垫层与钢管混凝土支柱形成一体式结构。该结构将矸石袋的柔性让压与钢管混凝土支柱的高强度支护结合起来，特别适用于深部高应力状态的下的沿空留巷工程，该沿空留巷方法施工工艺简单、能有效提高留巷速度，改善了巷道内的作业环境。

Description

一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置
技术领域
本发明涉及于深部高应力状态下薄煤层的沿空留巷领域，尤其涉及一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置。
背景技术
沿空留巷是无煤柱开采体系的一项重要技术，有效解决了Y型通风、治理工作面瓦斯超限技术问题，同时还可以减少巷道掘进量、合理开发煤炭资源。根据对现有无煤柱开采系统的分析，沿空留巷一般可使采区采出煤率提高10～20%、使巷道掘进率降低25～33%。
沿空留巷技术主要是在工作面后方的采空区侧布置合理的巷旁支护体来实现留巷的目的，巷旁支护体需要具有足够的支护强度来控制顶板的下沉、并能够对顶板进行及时切顶，同时又要具有一定的可缩性来适应顶板的运动，对覆岩进行一定的泄压。当前沿空留巷技术采取主要措施是在采空区侧构筑一定宽度的充填体，利用充填体的作用来封闭采空区、支撑上覆岩层顶板，从而达到留设巷道的目的。然而充填体构筑过程中的施工工艺复杂，井下巷道充填系统与生产系统相互影响，留巷速度很慢；同时充填体的支护强度有限，在高应力作用下的护巷效果不好。
因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置，以提高对巷道的支护强度，简化井下巷道施工工艺，提高留巷速度，改善巷道作业环境。
一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法，其包括以下步骤：
A、在预留巷道的采空区侧用第一矸石袋垒砌一层矸石墙，并进行喷浆处理，在所述矸石墙外侧形成混凝土喷层，将所述采空区密封；
B、在所述预留巷道的边缘紧贴混凝土喷层支设两排钢管混凝土支柱，钢管混凝土支柱与所述预留巷道的顶板之间预留300～500毫米的空间，相邻两排钢管混凝土支柱的排距为0.5～0.8米，每排钢管混凝土支柱内相邻钢管混凝土支柱的间距为0.8～1.2米；钢管混凝土支柱上端铺设一层钢板，沿所述预留巷道的轴线方向每三排钢管混凝土支柱铺设一块钢板，连续铺设，作为柔性支撑的垫层；
C、在所述垫层上方垒砌第二矸石袋直至接触到所述顶板，形成矸石袋层，并对所述矸石袋层与所述垫层进行喷浆处理，使所述第二矸石袋、所述垫层与钢管混凝土支柱形成一体式结构。
所述的方法，其中，所述第一矸石袋与所述第二矸石袋均为硬质钢丝袋。
所述的方法，其中，所述钢板厚度不小于4毫米。
所述的方法，其中，所述步骤B具体的还包括：所述钢管混凝土支柱包括钢管，钢管下端用点焊钢板堵死，点焊钢板面积大于钢管截面面积，作为所述钢管混凝土支柱的底板，将混凝土从钢管顶部灌入，用插入式振捣器振实，直至钢管顶端的混凝土沉降稳定后，用抹刀仔细抹平，制的所述钢管混凝土支柱，所述钢管混凝土支柱可以在地面完成后，转移到预留巷道内进行安装，提高了留巷速度。
一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷装置，其中，沿采空区一侧设置有由矸石袋垒砌的矸石墙，所述矸石墙上设置有一混凝土喷层，所述混凝土喷层与剩余巷道形成一预留巷道，所述预留巷道内设置有一支撑结构，用于支撑所述预留巷道的顶板。
所述的巷旁支护沿空留巷装置，其中，所述支撑结构包括沿所述预留巷道轴线方向布置的多排钢管混凝土支柱，多排钢管混凝土支柱顶端设置有钢板，所述钢板与所述预留巷道的顶板之间设置有矸石袋层；所述支撑结构为一体式。
本发明提供的一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置，采用无缝钢管内充填混凝土后，钢管的套箍约束作用使内部核心混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和抗压缩变形能力，同时无缝钢管内填混凝土会对钢管内壁进行有效的支撑，增强了钢管壁的几何稳定性，从而使钢管混凝土支柱具有很高的承载能力；并且钢管混凝土支柱不接顶，矸石袋具有一定的压缩变形能力，能够对顶板进行一定的让压，释放岩层内的部分能量，当其压缩达到极限后，钢管混凝土支柱发挥支护效能，实现对顶板的高强度支护，此种支护结构尤其适用于深部高应力状态下的沿空留巷；并且本发明巷旁支护沿空留巷方法的主体构件钢管混凝土支柱可由地面加工完成，直接运至巷道进行架设即可，井下巷道所要进行的工作仅仅为采空区侧与钢管混凝土支柱上方矸石袋的垒砌及喷浆，因此相对与原有的井下泵送混凝土充填技术，施工工艺得到极大简化，劳动强度降低，且留巷速度大大加快；工作面内留巷工序与回采工序相互影响较小，提高了工作面的开采效率，改善了巷道内的作业环境。
附图说明
图1是本发明中巷旁支护沿空留巷方法的流程示意图；
图2是本发明中巷旁支护沿空留巷装置的平面布置示意图；
图3是沿图2中A-A线的剖面结构示意图；
图4是沿图2中B-B线的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法及其装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法，如图1所示的，其包括以下步骤：
步骤101：在预留巷道的采空区侧用第一矸石袋垒砌一层矸石墙，并进行喷浆处理，在所述矸石墙外侧形成混凝土喷层，将所述采空区密封；
步骤102：在所述预留巷道的边缘紧贴混凝土喷层支设两排钢管混凝土支柱，钢管混凝土支柱与所述预留巷道的顶板之间预留300～500毫米的空间，相邻两排钢管混凝土支柱的排距为0.5～0.8，每排钢管混凝土支柱内相邻钢管混凝土支柱的间距为0.8～1.2米；钢管混凝土支柱上端铺设一层钢板，沿所述预留巷道的轴线方向每三排钢管混凝土支柱铺设一块钢板，连续铺设，作为柔性支撑的垫层；
步骤103：在所述垫层上方垒砌第二矸石袋直至接触到所述顶板，形成矸石袋层，并对所述矸石袋层与所述垫层进行喷浆处理，使所述第二矸石袋、所述垫层与钢管混凝土支柱形成一体式结构。
并且所述第一矸石袋与所述第二矸石袋均为硬质钢丝袋；所述钢板厚度不小于4毫米。
在本发明的另一较佳实施例中，所述步骤102具体的还包括：所述钢管混凝土支柱包括钢管，钢管下端用点焊钢板堵死，点焊钢板面积大于钢管截面面积，作为所述钢管混凝土支柱的底板，将混凝土从钢管顶部灌入，用插入式振捣器振实，直至钢管顶端的混凝土沉降稳定后，用抹刀仔细抹平，制得所述钢管混凝土支柱，当然可以将所述钢管混凝土支柱在地面完成后，然后再转移到预留巷道内进行安装，提高了留巷的施工速度，简化了留巷道工艺。
为了更详尽的说明本发明的方法，以下列举更为详尽的实施例。
首先在地面加工制作钢管混凝土支柱，钢管混凝土支柱高度小于预留巷道高度300～500mm，钢管的管径根据所需提供的支撑力计算得到。钢管下端用点焊钢板堵死，钢板面积大于钢管截面面积，作为支柱所穿之铁鞋，即将其作为底板。混凝土从钢管顶部灌入，用插人式振捣器振实，每次浇灌深度约为50cm，支柱顶端待混凝土沉降稳定后，用抹刀仔细抹平，自然养护后运至工作地点；
在工作面推采后，自开切眼开始，滞后工作面2～3m的距离在预留巷道靠近采空区的边缘处用矸石袋垒砌一层矸石墙接顶，并进行喷浆处理，用以隔绝采空区，并防止采空区内破碎岩体片进入留巷区域内，其中矸石袋为硬质钢丝袋，混凝土喷层厚度不小于100mm；
在预留巷道靠近采空区侧紧贴矸石墙喷层支设至少两排钢管混凝土支柱，钢管混凝土支柱的排距为0.8～1.2m，将钢管混凝土支柱所穿铁鞋与巷道底板平整固定，保证了钢管混凝土支柱的稳定性。钢管混凝土支柱架设好后，沿预留巷道轴线方向每隔三排钢管混凝土支柱铺设一块钢板，钢板厚度不小于4mm，连续铺设，形成垫层，在钢板上方垒砌矸石袋，密集码实直至接顶板，矸石袋为硬质钢丝袋，接顶后对垒砌的矸石袋进行喷浆处理，使之成为一层完整的整体，与钢管混凝土支柱共同形成一种刚柔结合的巷旁支护结构。本发明工艺操作简单，提高了对巷道的支护强度，简化了井下留巷工艺，改善了巷道作业环境。
本发明还提供了一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷装置，如图2、图3与图4所示的，采空区1内填充有自然垮塌的矸石，所述采空区1一侧设置有由矸石袋垒砌的矸石墙2，所述矸石墙2上设置有一混凝土喷层3，所述混凝土喷层3与剩余巷道形成一预留巷道4，所述预留巷道4内设置有一支撑结构，用于支撑所述预留巷道4的顶板5。
更进一步的，如图2与图4所示的，所述支撑结构包括沿所述混凝土喷层3长度布置的多排钢管混凝土支柱6，多排钢管混凝土支柱6顶端设置有钢板7，所述钢板7与所述预留巷道4的顶板5之间设置有矸石袋层8；并且所述支撑结构为一体式。该结构将矸石袋的柔性让压与钢管混凝土支柱的高强度支护结合起来，特别适用于深部高应力状态的下的沿空留巷工程，具有施工工艺简单、支护能力强、能有效提高留巷速度等优点。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷的方法，其包括以下步骤：
A、在预留巷道的采空区侧用第一矸石袋垒砌一层矸石墙，并进行喷浆处理，在所述矸石墙外侧形成混凝土喷层，将所述采空区密封；
B、在所述预留巷道的边缘紧贴混凝土喷层支设两排钢管混凝土支柱，钢管混凝土支柱与所述预留巷道的顶板之间预留300～500毫米的空间，两排钢管混凝土支柱的排距为0.5～0.8米，钢管混凝土支柱的间距为0.8～1.2米；钢管混凝土支柱上端铺设一层钢板，沿所述预留巷道的轴线方向每三排钢管混凝土支柱铺设一块钢板，连续铺设，作为柔性支撑的垫层；
C、在所述垫层上方垒砌第二矸石袋直至接触到所述顶板，形成矸石袋层，并对所述矸石袋层与所述垫层进行喷浆处理，使所述第二矸石袋、所述垫层与钢管混凝土支柱形成一体式结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一矸石袋与所述第二矸石袋均为硬质钢丝袋。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板厚度不小于4毫米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体的还包括：所述钢管混凝土支柱包括钢管，钢管下端用点焊钢板堵死，点焊钢板面积大于钢管截面面积，作为所述钢管混凝土支柱的底板，将混凝土从钢管顶部灌入，用插入式振捣器振实，直至钢管顶端的混凝土沉降稳定后，用抹刀仔细抹平，制得所述钢管混凝土支柱。
5.一种刚柔结合的巷旁支护沿空留巷装置，其特征在于，沿采空区一侧设置有由矸石袋垒砌的矸石墙，所述矸石墙上设置有一混凝土喷层，所述混凝土喷层与剩余巷道形成一预留巷道，所述预留巷道内设置有一支撑结构，用于支撑所述预留巷道的顶板。
6.根据权利要求5所述的巷旁支护沿空留巷装置，其特征在于，所述支撑结构包括沿所述混凝土喷层长度布置的多排钢管混凝土支柱，多排钢管混凝土支柱顶端设置有钢板，所述钢板与所述预留巷道的顶板之间设置有矸石袋层；所述支撑结构为一体式。
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