CN105525927A - 一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其巷旁支护体主要由内壁、矸石墙及外壁组成，其中内壁与外壁均为混凝土材料等宽构筑而成的强度递进式充填体，矸石墙采用装有矸石的编织袋垒砌而成，各段间隔距离需依据工作面地质概况实际而定。本发明在顶板下沉前期依靠矸石墙内部让压夹垫、混凝土壁上部低压让部分实现让压控制，允许顶板存在下沉；而在顶板运动下沉后期利用压实后的矸石墙与高强充填体对顶板实现限定变形控制。本发明具有留巷成本低、巷道成型好、安全性高、稳定性好等特点，且适用范围较为广泛，可适用于坚硬顶板等复杂地质条件。

Description

一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法

技术领域

本发明涉及一种适用范围较广的沿空留巷方法，具体涉及一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法。

背景技术

沿空留巷，即，无煤柱开采技术作为一个“既老又新”的课题，其不但降低了巷道万吨掘进率，而且消除了区段间煤柱的煤炭资源损失。说它“老”，是因为沿空留巷从上世纪60年代就已经提出并在个别煤矿试验并取得成功；说它是“新”，是因为对于沿空留巷的普遍适用性还没有定论。特别是，沿空留巷的围岩变形规律和巷旁支护的参数设计，至今还未形成规范。近年来，混凝土喷射技术的发展，大幅降低了巷旁充填施工的劳动强度；另一方面，也极大地提高了施工效率、降低了施工的周期。

在沿空留巷中，巷旁支护体需要满足强度足够大、切顶及时、密闭性好，又能防漏风，并且具有一定的可缩性，以适应基本顶的运动。

如何改进现有巷旁支护体的布置方法，即：在安全、有效、适用性大的巷旁充填的基础上，通过布置方式上的改进，进一步降低留巷成本，已经成为本领域技术人员研究的热点和长期以来渴望解决，但一直未能解决的技术问题之一。

发明内容

针对上述巷旁支护体及其布置方法存在的问题，本发明提出了一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，该方法所采用的巷旁支护体结构简单、所消耗的原材物料相对较少，支护效果好，适用性较强，减少矿区污染，且综合成本低。

其技术解决方案包括：

一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，所采用的巷旁支护体包括内壁、矸石墙和外壁；

其中，所述内壁、外壁均是由多配比的混凝土材料构筑而成的递进强度充填体；

所述矸石墙由多个矸石编织袋垒砌而成，其中相邻的上下袋体中间设有让压夹垫；

留巷方法依次包括以下步骤：

步骤一、结合理论知识，估算巷旁支护体的让压支护阻力，并分别设计内壁、矸石墙和外壁的宽度值，以及用于构筑内壁和外壁的混凝土材料的配比；

步骤二、随工作面推进，当悬顶长度接近于老顶岩梁的垮落步距时，利用步骤一设计好的混凝土材料配比构筑内壁，构筑一定长度后，预留的工作面悬顶长度满足工作面开采的需求；

步骤三、待内壁初步凝固稳定后，按步骤一设计好的矸石墙宽度值将矸石编织袋垒砌于内壁外侧，所述矸石编织袋紧贴在所述内壁上，将让压夹垫放置在相邻的上下袋体之间，将矸石墙与内壁之间的间隙用混凝土浇灌；

步骤四、按照步骤一设计好的混凝土材料配比，并结合薄木板架设充填空间构筑外壁，内壁所需混凝土材料和外壁所需混凝土材料配比相同，所述内壁宽度值与外壁宽度值相等，所述外壁长度为矸石墙长度的1.2倍；

步骤五、密封巷旁支护体与顶板之间的缝隙；

步骤六、待下一次回采结束后，重复步骤一、步骤二，每次在步骤三中间隔一定的距离垒砌矸石墙，接着重复步骤四、步骤五…如此循环，完成留巷作业。

作为本发明的一个优选方案，步骤一中，主要结合工作面参数、采区地质概况和围岩应力大小估算巷旁支护体的让压支护阻力。

作为本发明的另一个优选方案，所述递进强度充填体自上而下分别为低压区、高压区和限定变形区，所述限定变形区混凝土的强度≥25MPa。

优选的，所述矸石墙为长方体形状，且在沿巷道轴线方向断开一定距离而分段垒砌。

优选的，所述内壁、矸石墙和外壁有同等的让压力。

优选的，所述让压夹垫为气囊体。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明采用纵向间断的混凝土并分为内壁与外壁，显著降低成本；且整个混凝土壁为分层递强的让压结构(自上而下分别为低压区、高压区和限定变形区)，在顶板下沉初期对于顶板起到允许变形的支护效果，由于分为高低两种强度让压效果，因此可以避免所预计压力大小的不可定因素的影响，低压区部分为所推算让压作用的预计压力；达到更好保证留巷安全、留巷效果、减少成本的目的。

而由于矿井开采存在不可定的因素，为保证安全在内壁与外壁之间的空隙内垒砌矸石墙，且为分段布置，进一步增大了整个巷旁支护体的安全性，且可以有效解决矿井矸石山的污染问题；同时矸石墙的内部添加让压夹垫，联合内外壁同时起到让压作用，防止自身不可压缩性而被压坏，丧失支护能力，从而达到减少矿区污染、增强支护效果、支护安全的目的。

在岩梁运动后期，利用混凝土壁底部高强度充填体、压缩后的矸石墙对巷道顶板实施了更为有效的“限定变形”控制。

可以看出，本发明技术方案的沿空留巷的巷旁支护体，采用具有递强让压功能的混凝土壁与可让压矸石墙相结合的结构形式，在沿空留巷过程中，混凝土壁上部与矸石墙均具有很高的支撑能力，对顶板压力的缓冲性和适应能力强，可有效降低或避免整个支护体因过度受压所致的损坏或者被破坏；

采用混凝土内壁、矸石墙、外壁组成的联合支护体来控制巷道顶板，在降低成本的基础上有效的保证巷道留巷安全、效果好；

当混凝土壁上部分与矸石墙内部的让压夹垫均达到极限时，则混凝土下部限定变形体与矸石墙同时作用，限定顶板进一步下沉。

在沿空留巷中，巷旁充填可以采用混凝土分段夹矸、递进强度让压体的方式进行留巷这一规律的发现，是本发明技术思想形成的核心关键点所在。也就是说“这一技术问题的发现”，使得其后续的解决方案顺理成章、一目了然。

实际上，当仅仅考虑将混凝土充填体间隔充填效果是存在较大危险性的，且适用范围较小，存在难以支撑上部顶板下沉的危险性，而全部混凝土充填的费用极高，考虑采用内外壁分段夹矸的技术方案来解决此问题。

不难看出，本发明技术方案相对于全部充填混凝土而言，分为内壁与外壁的技术，可以有效的降低巷道的巷旁支护成本，相比较原有留巷方法，平均可以降低成本15％～20％，且保证了较好的机械化水平及留巷安全性。

综上所述，本发明相对于现有技术，混凝土内外壁集合矸石墙并有让压与抗压的支护结构，具简单易操作，现场调节方便，工程适用性强，安全性好，能有效保证巷旁支护体的使用安全，进而保证留巷的可靠性、稳定性，安全性较高，且巷道成型好，其施工方法简单、施工成本低，可降低成本15％～20％。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的工作面俯视结构示意图；

图2为本发明巷旁支护体的侧视结构示意图；

图3为图1的I-I截面结构示意图；

图4为图1的II-II截面主视结构示意图；

图中，1-推进煤壁；2-工作面；3-采空区；4-内壁；5-外壁；6-矸石墙；7-下区段煤壁；8-让压夹垫；9-顶板；10-底板；11-矸石编织袋；12-预留巷道；A-低压让体；B-高压让体；C-限定变形体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。

如图1所示，本发明，一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其所采用的巷旁支护体主要包含有三部分，分别为内壁4、矸石墙6和外壁5；三者的宽度之和为巷旁支护体宽度，每一部分约占宽度的1/3，且内部存在让压效果的矸石墙为分段布置；

其中，内壁4为构筑初期起承压隔绝作用，其主要结构形式为多配比的混凝土材料构筑成的递进强度充填体，即：低压让体A、高压让体B、限定变形体C三部分，A、B和C也可称为低压区、高压区和限定变形区，三者代表的含义依次是较低压力下可允许变形、高应力下可允许变形和不允许变形；

矸石墙6主要是小型矸石编织袋垒砌而成，其中每上下两个矸石袋中间夹有让压夹垫8，紧贴于内壁4而建，其中让压夹垫为具有缓冲功能的让压体，如气囊体；

外壁5为构筑后期起承压作用，其主要结构形式为递进强度充填体--低压让体A、高压让体B、限定变形体C三部分。

结合图2至图4所示，留巷方法包括以下步骤：

第一步，根据工作面2及推进煤壁1的参数、采区地质概况、围岩应力大小等，计算巷旁支护体的宽度，并分别设计各部分宽度值，其中包括内壁、外壁中混凝土材料的配比，宽度，矸石墙的宽度等；

第二步，随工作面2推进，当悬顶长度接近于老顶岩梁的垮落步距时，首先利用设计好的充填装置构筑内壁4，构筑一定长度后，所预留工作面悬顶长度应满足工作面开采的需求；

第三步，待内壁4初步凝结后将按参数要求设计好的矸石编织袋11垒砌于内壁外侧，且应紧贴于内壁，并且在上下两部的矸石袋中间安设让压夹垫8，对于矸石墙与内壁间的间隙采用混凝土浇筑；

第四步，利用薄木板架设充填空间构筑外壁混凝土墙，其中材料、性质、宽度值与内壁一样，但构筑长度为中部矸石墙的1.2倍左右；

第五步，利用混凝土等材料密封支护体与顶板9及底板10之间的缝隙；

第六步，第二次回采结束后，重复第一步、第二步作业，到第三步时，间隔一定的长度而垒砌矸石墙，长度可依据实际情况进行调节，而后构筑外壁；为开采下区段煤壁7留设预留巷道12，如此循环往复完成留巷作业。

优选为，上述内壁与外壁分成三段利用特制的充填模板充填，其中上两段为集中让压部分，下一段为高强充填体，上两段主要是为避免计算采场压力误差而设定，“低压让体、高压让体”内外壁上两段与下一段的高度总和为上区段开采煤层厚度，其中上两段允许变形的高度总和为巷道顶板成形允许变形高度；

上述充填模板主要的材料为木板，且厚度较小，在内壁的构筑过程中可以循环使用，而对于外壁矸石墙一侧，可以依赖于构筑好的矸石墙共同构筑充填空间；

让限方法是指让压所起的“给定变形”作用，和不可变形体所起的“限定变形”的作用，依赖于三者的特殊结构形式均可实现；

为保证整个巷道的稳定及安全性，可配合切顶锚索进行强制性放顶作业，减小巷旁支护体的承受压力。

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：

以某煤矿预留上区段运输巷做下区段回风巷所用为例，巷道高度为3.0m，工作面顶板垮落步距为15m，煤层为稳定岩层，顶板允许下沉量为1.0m；支护最终的抗压强度设计为25MPa，宽度为1.8m；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。

对该巷道进行沿空留巷时，其具体步骤如下：

(1)计算得让压体的支护阻力约为15MPa，则内壁上部两段的额定压力分别为“A＝15MPa，B＝17MPa”，三部分的高度值为A＝0.6m，B＝0.6m，C＝1.3m，其中设计的各部分可压缩高度为0.5、0.3m，保证巷道顶板初期缓慢下沉；

(2)巷旁支护体的总宽度为1.8m，则利用充填模板构筑内壁构筑宽度为0.7m，构筑长度为6m，预留工作面的安全距离4m；

(3)待内壁初步稳定凝固之后，利用设计好的编织袋1m╳0.4m╳0.6m，垒砌矸石墙，并且在垒砌第一层之后安设让压夹垫可让压高度0.4m，垒砌第二层矸石袋后安设第二个让压夹垫0.4m，最后垒砌一层矸石袋，且所垒砌矸石墙段的总长度为4m，对于矸石墙与内壁、矸石与顶板间的间隙采用混凝土等材料充填浇筑；

(4)利用薄木板架设充填空间构筑外壁混凝土墙，其中材料、性质、宽度值与内壁一样，但构筑长度约为中部矸石墙的1.2倍左右，即4.8m；

(5)利用混凝土浇灌密封各处顶板与充填体缝隙；

(6)第二次回采结束后，重复第一步、第二步作业，到第三步时间断一定的距离，即预留内壁与外壁之间的岩层长度约为2m，而后构筑外壁；如此循环往复完成留巷作业(内外壁的构筑可依据回采中条件进行调节)；

(7)整个巷道充填之后，可保证巷道的围岩稳定性，可取得良好的效果，且留巷成本降低大约18％。

需要说明的是，上述让压夹垫还可用具有缓冲功能的其它让压体来代替。

Claims (6)

1.一种递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：所采用的巷旁支护体包括内壁、矸石墙和外壁；

其中，所述内壁、外壁均是由多配比的混凝土材料构筑而成的递进强度充填体；

所述矸石墙由多个矸石编织袋垒砌而成，其中相邻的上下袋体中间设有让压夹垫；

留巷方法依次包括以下步骤：

步骤一、结合理论知识，估算巷旁支护体的让压支护阻力，并分别设计内壁、矸石墙和外壁的宽度值，以及用于构筑内壁和外壁的混凝土材料的配比；

步骤二、随工作面推进，当悬顶长度接近于老顶岩梁的垮落步距时，利用步骤一设计好的混凝土材料配比构筑内壁，构筑一定长度后，预留的工作面悬顶长度满足工作面开采的需求；

步骤三、待内壁初步凝固稳定后，按步骤一设计好的矸石墙宽度值将矸石编织袋垒砌于内壁外侧，所述矸石编织袋紧贴在所述内壁上，将让压夹垫放置在相邻的上下袋体之间，将矸石墙与内壁之间的间隙用混凝土浇灌；

步骤四、按照步骤一设计好的混凝土材料配比，并结合薄木板架设充填空间构筑外壁，内壁所需混凝土材料和外壁所需混凝土材料配比相同，所述内壁宽度值与外壁宽度值相等，所述外壁长度为矸石墙长度的1.2倍；

步骤五、密封巷旁支护体与顶板之间的缝隙；

步骤六、待下一次回采结束后，重复步骤一、步骤二，每次在步骤三中间隔一定的距离垒砌矸石墙，接着重复步骤四、步骤五…如此循环，完成留巷作业。

2.根据权利要求1所述的递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：步骤一中，主要结合工作面参数、采区地质概况和围岩应力大小估算巷旁支护体的让压支护阻力。

3.根据权利要求1所述的递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：所述递进强度充填体自上而下分别为低压区、高压区和限定变形区，所述限定变形区混凝土的强度≥25MPa。

4.根据权利要求1所述的递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：所述矸石墙为长方体形状，且在沿巷道轴线方向断开一定距离而分段垒砌。

5.根据权利要求1所述的递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：所述内壁、矸石墙和外壁有同等的让压力。

6.根据权利要求1所述的递强混凝土壁分段夹矸让限沿空留巷方法，其特征在于：所述让压夹垫为气囊体。