CN104612707B - 一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其支护装置包括若干数量分体式结构的单元，每一单元均包括相互组合使用的恒阻让压垫和充填体两部分，其中，恒阻让压垫为具有短而粗壮的活柱的变形结构的外注式单体液压支柱；恒阻让压垫安装在充填体之上，其最大起升高度与充填体高度之和等于巷道的初始高度。本发明前期利用恒阻让压垫的恒阻特性对顶板进行给定变形控制；当顶板下沉至恒阻让压垫的压缩极限时将其及时撤出，利用充填体对顶板进行限定变形控制。本发明具有适应变形能力强、巷道成型好、操作简单、支护成本低、巷道安全性好等特点，特别适于沿空留巷时具有坚硬顶板巷道的巷旁支护。

Description

一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿巷道支护方法，尤其涉及一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法。

背景技术

沿空留巷是紧贴采空区，保留和维护上一区段的运输巷作为下区段的回风巷，其间不留煤柱，故称为沿空留巷。

沿空留巷，一方面，可以减少巷道掘进量，从而节约掘进费用，提高经济效益；另一方面，由于无煤柱开采，可以实现煤炭全部回收，从而延长矿井寿命，提高社会效益。

沿空留巷在20世纪60年代初就已经提出，并在个别煤矿试验成功。但截至目前，对沿空留巷的适用性还没有形成完善的理论体系，尤其是巷道的巷旁支护还没有得到很好的解决。

因此，本领域中急需一种适应变形能力强，巷道成型好，施工方法简单，成本低的巷旁支护技术。

发明内容

本发明的目的是，提供一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其具有结构简单，调节方便，现场适用性强，安全性好，能有效保证充填体的使用安全，进而保证巷道支护的可靠性、稳定性与安全性等特点，可以有效避免或彻底消除在坚硬顶板巷道沿空留巷中巷旁支护失效的技术问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所采用的支护装置包括若干数量的单元，每一单元均为分体式结构，包括相互组合使用的恒阻让压垫和充填体两部分；

所述恒阻让压垫为具有恒阻让压功能的支撑装置；

所述充填体构筑在巷道两侧的底板上；

所述恒阻让压垫安装在所述充填体之上，所述恒阻让压垫的顶端顶紧在巷道的顶板上；

所述支护方法包括以下步骤：

第一步，根据沿空留巷时预计的巷道变形量，分别设计恒阻让压垫的恒阻让压极限高度和巷道两侧的充填体高度；

第二步，在巷道两侧的底板上构筑充填体，在充填体之上安装具有恒阻让压功能的恒阻让压垫；

第三步，将恒阻让压垫的初始高度调节至其最大起升高度，此时恒阻让压垫的高度和充填体高度之和等于巷道的初始高度；

第四步，当恒阻让压垫被压缩至接近其极限高度时，将其及时撤出，利用充填体控制顶板的下沉，依据巷道的围岩变形进行起底；

第五步，对巷道顶板与充填体之间的缝隙，灌注泡沫材料进行密封。

上述技术方案直接带来的技术效果是，上述技术方案的巷旁支护方法，通过在充填体上部安设具有恒阻让压功能的让压垫，可以增强对巷道顶板的有效控制，以保护充填体不被压坏，并且在岩梁运动前期利用让压垫的恒阻特性对巷道顶板实现了“给定变形”控制；

在老顶岩梁回转下沉过程中，让压垫在保持阻力不变的情况下，随老顶岩梁一起压缩下沉，以此保证了巷旁充填体不至被压坏。而在岩梁运动后期，利用高强度充填体对巷道顶板实施了“限定变形”控制。

可以看出，上述技术方案的沿空留巷的巷道支护装置，采用具有恒阻让压功能的让压垫与充填体相结合的结构形式，在沿空留巷过程中，支护装置具有很高的支撑能力，对顶板压力的缓冲性和适应能力强，可有效降低或避免充填体因过度受压所致的损坏或者被破坏；

上述技术方案采用由让压垫和高强度充填体共同组成巷旁支护体来支撑巷道顶板，从而保证了坚硬顶板巷道的留巷安全和良好的成型；

而当恒阻让压垫压缩到接近极限高度时，将恒阻让压垫及时撤出，使得高强度充填体直接承压，以控制顶板的继续下沉；

对恒阻让压垫撤出后，巷道顶板与充填体之间的缝隙灌注泡沫材料进行密封，以有效隔绝巷道风流与采空区中的气体交换。

结合本发明的沿空留巷的巷道支护装置的结构特征，可以更明显地看出：

上述结构形式的巷道支护装置具有适应变形能力强、巷道成型好、施工方法简单、支护成本低等技术特点；采用由让压垫和高强度充填体共同组成巷旁支护体来支撑巷道顶板，从而保证了坚硬顶板巷道的留巷安全和良好的成型；

上述结构形式的巷道支护装置使用过程中，当恒阻让压垫压缩到接近极限高度时，及时将恒阻让压垫撤出，使用高强度充填体直接承压，以控制顶板的继续下沉。

优选为，上述充填体的抗压强度≥25MPa，所述恒阻让压垫的额定工作压力≥15MPa。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，经验表明，上述技术方案的沿空留巷的巷道支护装置在坚硬顶板的沿空留巷巷道两侧，充填体的抗压强度≥25MPa，恒阻让压垫的额定工作压力≥15MPa，可以充分满足巷旁支护的安全性和可靠性要求。

进一步优选，上述恒阻让压垫为一具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱；活柱的顶端焊接有垫板，所述垫板上焊接有若干数量的加强筋。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，其恒阻让压垫为一大直径活柱的外注式单体液压支柱，由于其本体短而粗、支撑强度大、让压能力强，适用性好，能够满足煤矿坚硬顶板条件下恒阻让压巷旁支护采场的需要求，在开采沿空留巷过程中有很大的利用价值；

上述技术方案中的恒阻让压垫，其利用乳化液对活柱体进行升降，以控制垫板高度；其具有恒定的高强度支撑压力及让压能力；

而在需要承受很高压力的垫板上，通过焊接加强筋进行补强的措施，可以节约垫板加工用材料，并可一定程度上降低设备本身的重量。

进一步优选，上述活柱的直径≥0.3m，长径比≤0.75；所述垫板的直径≥0.5m；所述单体液压支柱的底座直径比所述垫板的直径大0.1m。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，采用大直径、长径比小的粗壮活柱，以及较大直径的垫板和底座这种结构形式的外注式单体液压支柱。

这样，一方面，可有效降低单体液压支柱自身所承受的压强，以保证其对顶板的高强度支撑作用；

另一方面，这种结构形式的单体液压支柱其高度小、直径大，额定工作压力高，因而，可对顶板始终保证施加15MPa以上的恒定阻力，以控制顶板的均匀沉降；

再者，采用大直径的垫板，可有效增大支护面积；采用大直径的底座，在顶板压力一定的情况下，底座的直径越大，则传递到充填体上的压强越小，这有利于对充填体的保护。

进一步优选，上述充填体为混凝土柱。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，混合土柱的施工方法简单、便利，易于根据需要进行抗压强度的选择。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有装置结构简单，调节方便，现场适用性强，安全性好，能有效保证充填体的使用安全，进而保证巷道支护的可靠性、稳定性与安全性，且巷道成型好，其施工方法简单、易控且施工成本低，可以有效避免或彻底消除在坚硬顶板巷道沿空留巷中巷旁支护失效的技术问题等有益效果。

附图说明

图1为本发明使用状态下的结构示意图；

图2为本发明的恒阻让压垫的结构示意图。

附图标记说明：1高强度充填体；2恒阻让压垫；3巷道顶板；4巷道底板；5金属锚杆；Hr恒阻让压高度；Hc巷旁充填体高度；H巷道高度；101钢筋强化垫板，102三用阀，103复位弹簧，104油缸，105活塞，106活柱，107底座。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例，对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所采用的支护装置包括若干数量的单元，每一单元均为分体式结构，包括相互组合使用的恒阻让压垫1和充填体2两部分；

上述阻让压垫1为具有恒阻让压功能的支撑装置；

上述充填体2构筑在巷道两侧的底板4上；

上述恒阻让压垫1安装在充填体2之上，恒阻让压垫的顶端顶紧在巷道的顶板3上；

所述支护方法包括以下步骤：

第一步，根据沿空留巷时预计的巷道变形量，分别设计恒阻让压垫的恒阻让压极限高度和巷道两侧的充填体高度；

第二步，在巷道两侧的底板上构筑充填体，在充填体之上安装具有恒阻让压功能的恒阻让压垫；

第三步，将恒阻让压垫的初始高度调节至其最大起升高度，此时恒阻让压垫的高度和充填体高度之和等于巷道的初始高度；

第四步，当恒阻让压垫被压缩至接近其极限高度时，将其及时撤出，利用充填体控制顶板的下沉，依据巷道的围岩变形进行起底；

第五步，对巷道顶板与充填体之间的缝隙，灌注泡沫材料进行密封。

需要说明的是：

在图1中，巷道的顶板和侧壁上还均匀安装有若干数量的金属锚杆5，这属于本领域技术人员的公知常识。

上述充填体的抗压强度≥25MPa，恒阻让压垫的额定工作压力≥15MPa。

上述恒阻让压垫优选为一具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱，其活柱的顶端焊接有垫板，垫板上焊接有若干数量的加强筋。

优选为，上述活柱的直径≥0.3m，长径比≤0.75；垫板的直径≥0.5m；单体液压支柱的底座直径比所述垫板的直径大0.1m。

上述充填体均可选择为混凝土柱。

下面以恒阻让压垫的结构形式为一具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱这种结构形式的沿空留巷的巷道支护装置为例，进行举例式说明：

如图1和图2所示，恒阻让压垫2为一短而粗壮的活柱106的外注式单体液压支柱，包括钢筋强化垫板101、三用阀102、复位弹簧103、油缸104、活塞105、活柱106和底座107。其中，圆形钢筋强化垫板101与粗壮活柱106焊接成一体；圆形底座107上装配有油缸104；复位弹簧103连接在粗壮活柱106与底座107之间；三用阀2安装在粗壮活柱6上。

使用时，从三用阀102的一端注入乳化液，从另一端泄液(图中省略未示出)。

使用时，恒阻让压垫2安装在充填体1之上，恒阻让压垫2顶紧在巷道的顶板3上；

如图1所示，恒阻让压垫的最大起升高度Hr与充填体高度Hc之和等于巷道的初始高度H。

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明是如何使用的进行详细说明。

实施例1

以某煤矿坚硬顶板的巷道、以恒阻让压垫的结构形式为一具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱这种结构形式的沿空留巷的巷道支护装置为例：

巷道高度H＝2.5m，跨度为3.8m，顶板下沉量为0.8m；巷旁充填体为混凝土，其抗压强度设计为25MPa，宽度为1.5m；该巷道的顶板和侧壁上均分别均匀安装有若干数量的金属让压锚杆。

对该坚硬顶板沿空留巷巷道进行支护时，其支护方法包括以下步骤：

(1)在坚硬顶板的巷道沿空留巷的巷旁支护过程中，首先根据预计的巷道变形量，设计恒阻让压高度Hr＝0.8m和巷旁充填体的高度Hc＝H－Hr＝2.5m0.8m＝1.7m。

(2)而后在巷道两侧的底板上构筑高强度充填体(混凝土柱)，其抗压强度为25MPa，宽度为1.5m，高度为1.7m。

(3)设计制造恒阻让压垫，恒阻让压垫的额定阻力为15MPa，最大支撑高度为0.8m；

并将恒阻让压垫安装在充填体上部，对巷道顶板实现恒阻让压控制；

该恒阻让压垫的垫板直径为0.4m，底盘直径为0.6m。

(4)在老顶岩梁回转下沉过程中，恒阻让压垫在保持恒定阻力的情况下，随老顶岩梁一起压缩下沉；

当顶板下沉使得恒阻让压垫的压力达到15MPa时，恒阻让压垫的安全阀门将开启泄压；此时，活柱下降，压力降低；

循环往复，以保证巷旁充填体不被压坏。

(5)当恒阻让压垫接近不可压缩的程度时，及时撤出恒阻让压垫，使充填体直接承受顶板的压力。

(6)而后，把巷道顶板与充填体之间的缝隙用泡沫材料填实，密封采空区；并依据巷道围岩变形情况进行起底，以保证巷道的有效使用断面。

需要说明的是：

1、本发明的恒阻让压垫使用过程中，恒阻让压垫的活柱起升至最大状态时，恒阻让压垫的最大支撑高度为Hr，这主要依赖于现场的实际情况进行确定。

本发明的恒阻让压垫，其工作原理为：

在老顶岩梁回转下沉过程中，恒阻让压垫在保持恒定阻力的情况下，随老顶岩梁一起压缩下沉；

当顶板下沉使得恒阻让压垫的压力达到额定压力时，其安全阀门开启泄压，短而粗壮的活柱下降，压力降低，循环往复，以此保证巷旁充填体不被压坏。

上述恒阻让压垫撤出后，还可以进行再次安装使用。

2、基于本发明的核心技术思想，本领域技术人员可以预见，本发明所述及的恒阻让压垫除采用具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱这种结构形式外，还可以采用其他具有恒阻让压功能的装置，例如：可根据气压进行充放气的气囊装置、液压枕或气垫装置等。

总之，只要其具有恒阻让压功能，均可解决本发明的恒阻让压垫所要解决的相同的技术问题，达到与本发明的恒阻让压垫基本相同的技术效果。

Claims (4)

1.一种坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所采用的支护装置为若干数量的单元，每一单元均为分体式结构，每一单元均由一相互组合使用的恒阻让压垫和充填体两部分组成；

所述恒阻让压垫为具有恒阻让压功能的支撑装置；

所述充填体构筑在巷道两侧的底板上；

所述恒阻让压垫安装在所述充填体之上，所述恒阻让压垫的顶端顶紧在巷道的顶板上；

所述充填体的抗压强度≥25MPa，所述恒阻让压垫为一具有短而粗壮的活柱的外注式单体液压支柱，所述恒阻让压垫的额定工作压力≥15MPa；

所述支护方法包括以下步骤：

第一步，根据沿空留巷时预计的巷道变形量，分别设计恒阻让压垫的恒阻让压极限高度和巷道两侧的充填体高度；

第二步，在巷道两侧的底板上构筑充填体，在充填体之上安装具有恒阻让压功能的恒阻让压垫；

第三步，将恒阻让压垫的初始高度调节至其最大起升高度，此时恒阻让压垫的高度和充填体高度之和等于巷道的初始高度；

第四步，当恒阻让压垫被压缩至接近其极限高度时，将其及时撤出，利用充填体控制顶板的下沉，依据巷道的围岩变形进行起底；

第五步，对巷道顶板与充填体之间的缝隙，灌注泡沫材料进行密封。

2.根据权利要求1所述的坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所述活柱的顶端焊接有垫板，所述垫板上焊接有若干数量的加强筋。

3.根据权利要求2所述的坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所述活柱的直径≥0.3m，长径比≤0.75；

所述垫板的直径≥0.5m；

所述单体液压支柱的底座直径比所述垫板的直径大0.1m。

4.根据权利要求1至3任一所述的坚硬顶板恒阻让压巷旁支护方法，其特征在于，所述充填体为混凝土柱。