CN105569726A - Gfrp管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，以玻璃钢管墩柱为中心构建巷旁支护空间，在巷旁支护空间内填筑矸石墙体，矸石墙体的两侧喷混凝土封闭，并向矸石墙体内注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。结构简单、稳定性好，且适用于大埋深厚煤层沿空留巷的巷旁支护。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿巷道支护技术，尤其涉及一种GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法。
背景技术
沿空留巷是指将已采工作面后方的回采巷道用一定的方法沿采空区边缘保护下来，作为下一工作面的回采巷道。沿空留巷不仅可以取消区段保护煤柱，最大限度回收资源，避免煤体损失，同时还可以实现工作面“Y”型通风，从根本上解决工作面瓦斯超限难题。
GFRP管是玻璃纤维增强塑料管，它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。这种玻璃钢管具有耐腐蚀性、轻质高强、安装方便、寿命长、综合造价低等优点，现被广泛应用于石油、煤气输送、矿山等行业，是沿空留巷巷旁中心支护体的理想材料。
到目前为止，我国在沿空留巷理论与技术研究方面做了大量的工作，在条件较好的薄及中厚煤层采煤工作面的沿空留巷技术已日趋完善，巷旁支护、巷内支护、加强支护及煤帮加固技术已趋成熟，但是留巷效果并不理想，并且随着煤层埋深加大、采厚增加，在条件困难的中厚煤层或厚煤层较大断面巷道中采用沿空留巷技术仍存在着一些技术难题，限制了巷旁充填技术的推广应用。例如大埋深厚煤层大断面沿空留巷，采场围岩结构和运动规律与薄及中厚煤层有着显著不同，其开采扰动剧烈，矿压显现强烈，更易造成沿空留巷巷旁支护结构的破坏失稳，尤其是巷旁充填墙体。
目前，随着锚网索支护技术的推广应用和巷旁充填技术的不断完善，沿空留巷技术水平得到大幅度提高。目前，巷旁充填墙体主要以高水速凝材料和混凝土膏体材料为主，支护效果得到大幅度改善。
随着煤层埋深加大、采厚增加，在厚煤层综放工作面沿空留巷，其上覆岩层活动剧烈，而巷旁充填墙体高度也较大，造成其结构稳定性相对较差。上述充填材料构筑的巷旁充填体的强度已很难维持顶板的平衡，也制约了充填体高度增加，同时普遍偏高的成本也限制了巷旁充填技术的推广应用。
大量实践表明，沿空留巷巷旁充填墙体各个部位的矿压显现特征有较为明显的区别，巷旁充填墙体侧面中上部压裂片落现象严重，中下部向巷内移近量较大。巷内即使采用架设木点柱、单体液压支柱等方式也不能有效防止巷旁充填墙体侧面大面积压裂片落，木点柱劈裂或折断、单体液压支柱弯曲变形严重，进而导致巷旁充填墙体承载能力下降，易诱发巷旁支护结构破坏失稳，使得一些矿井在应用厚煤层综放工作面沿空留巷技术时没有取得预期的效果，甚至留巷失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、稳定性好，且适用于大埋深厚煤层沿空留巷的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，包括：
在沿空留巷巷旁支护体位置的中心每隔2～3m安设玻璃钢管混凝土墩柱，以此玻璃钢管墩柱为中心构建巷旁支护空间，在所述巷旁支护空间内填筑矸石墙体，所述矸石墙体的两侧喷混凝土封闭，并向矸石墙体内注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，以玻璃钢管墩柱为中心构建巷旁支护空间，在巷旁支护空间内填筑矸石墙体，矸石墙体的两侧喷混凝土封闭，并向矸石墙体内注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。结构简单、稳定性好，且适用于大埋深厚煤层沿空留巷的巷旁支护。
附图说明
图1为本发明实施例提供的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法的模拟工作面布置示意图。
图2为本发明实施例沿空留巷断面示意图。
图3a为本发明实施例沿空留巷巷旁支护体俯视示意图。
图3b为本发明实施例沿空留巷巷旁支护体正视示意图。
图4a、图4b、图4c分别为本发明实施例沿空留巷巷旁充填体截面示意图。
图5为本发明实施例中施工步序流程示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，其较佳的具体实施方式是：
在沿空留巷巷旁支护体位置的中心每隔2～3m安设玻璃钢管混凝土墩柱，以此玻璃钢管墩柱为中心构建巷旁支护空间，在所述巷旁支护空间内填筑矸石墙体，所述矸石墙体的两侧喷混凝土封闭，并向矸石墙体内注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。
留巷时以玻璃钢管混凝土为中心，用钢带、锚杆和钢筋网构筑所述巷旁支护体空间，将采空区冒落矸石或掘进矸石填入空间内，并预先在空间内埋设注浆管，填满之后在空间靠近采空区侧和靠近煤帮侧喷混凝土，形成临时墙体，1～2天后通过注浆管向临时墙内注入快硬水泥浆，1天后水泥浆与矸石胶结凝固，最终形成矸石胶结墙体。
所述玻璃钢管混凝土墩柱选直径300～400mm、壁厚10～15mm玻璃钢管，灌注高强度快硬混凝土制作而成，混凝土选强度等级C50～C60。
本发明的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，结构简单、稳定性好，且适用于大埋深厚煤层沿空留巷的GFRP管混凝土墩柱与矸石混凝土墙巷旁支护系统及支护。
本发明是在巷旁支护体中心每隔一定距离(2～3m)安设GFRP管混凝土墩柱，以此玻璃钢管墩柱为中心构建一定宽度的巷旁支护空间，支护空间内填筑矸石墙体，矸石墙体两侧喷混凝土封闭，利用注浆泵通过预置注浆管向矸石墙体注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。
GFRP管混凝土墩柱与矸石胶结墙沿空留巷技术的主要技术特点如下：
一是中心玻璃钢管混凝土墩柱。采用大直径厚壁钢管，灌注高强度快硬混凝土制作而成。玻璃钢管可选直径300～400mm，壁厚10～15mm，混凝土可选强度等级C50～C60。玻璃钢管内灌注快硬混凝土1d之后，中心墩柱强度可达设计强度的50％，3d可达终凝强度。
以直径400mm壁厚14mm的玻璃钢管为例，内填C60混凝土，3天后混凝土承载力可达11743.4kN，即1174.3t，钢管混凝土支护强度达93MPa，一根普通单体液压支柱承载力为108.5～144.7kN，即10.8～14.5t，一根GFRP管混凝土墩柱相当于81根单体液压支柱，支护强度达到质的提高。
留巷时，沿采空区一侧布置一排空玻璃钢管墩柱，墩柱带有灌注孔，通过混凝土输送泵向玻璃钢管内灌注高强快硬混凝土，形成玻璃钢管混凝土墩柱。利用其高强的承载力，快速支撑顶板，及时切顶，给沿空留巷争取良好的空间和较长的支护时间，保证矸石胶结墙体的顺利填筑与强度发展。
二是矸石胶结墙体。以矸石填筑墙体，注入快硬水泥浆胶结而成的坚实墙体，按照矸石与水泥浆的配比不同，胶结墙体的强度可以达到5～30MPa不等。
留巷时，以玻璃钢管混凝土为中心，用钢带、锚杆和钢筋网构筑巷旁支护体空间，将采空区冒落矸石或掘进矸石填入空间内，并预先在空间内埋设注浆管，填满之后在空间靠近采空区侧和靠近煤帮侧喷混凝土，形成临时墙体，1～2d后通过注浆管向临时墙内注入快硬水泥浆，1d后水泥浆与矸石胶结凝固，最终形成矸石胶结墙体。胶结墙体包围玻璃钢管混凝土墩柱，不但可以降低墩柱的压杆失稳效应，而且墙体强度增长之后与墩柱共同承载，同时严密隔离采空区与留巷区。
具体实施例：
以Φ400mm×14mm型玻璃钢管内填C60混凝土为例，模拟构筑宽2m、高3m的巷旁支护体，巷内支护采用锚网索支护。模拟工作面布置如图1，沿空留巷断面如图2，巷旁支护体如图3a、图3b，巷旁支护体截面如图4a、图4b、图4c。
沿空留巷巷旁支护施工步骤：
沿空留巷巷旁支护施工步序流程图如图5所示。
随着采煤工作面推进，滞后工作面一个液压支架开始沿空留巷工作。
首先，沿工作面边缘架设空玻璃钢管墩柱，墩柱顶盖板与巷道顶板之间加设木板，构筑一层缓冲层，玻璃钢管墩柱安装后连接墩柱间钢带，然后向玻璃钢管内注入快硬混凝土形成玻璃钢管混凝土墩柱，混凝土强度等级C60～C80，此时玻璃钢管混凝土墩柱开始承受顶板初期压力。
其次，将短锚杆拧进玻璃钢管混凝土墩柱侧边锚杆插筒，连接外墙钢带，安设钢筋网，同时安设贯穿墙体的长锚杆，固定注浆管，每安设一定高度的钢筋网都往钢筋网框架内填筑矸石，直到矸石充满钢筋网框架达到顶板，然后从矸石填筑体两侧向矸石墙喷混凝土，形成最初的充填墙体。
再次，给混凝土输送泵安装分流管，同时向四根注浆管注水泥浆，设定合适注浆压力，按照理论计算的水泥浆注浆量向矸石填筑体注浆，直到矸石填筑体顶部留浆为止，形成完善的充填体。
玻璃钢管混凝土墩柱与矸石胶结体类似骨骼与肌肉的关系，骨骼是承重的主要支撑，肌肉辅助骨骼形成刚柔并济的承载体。玻璃钢管混凝土墩柱做最初承载体，给予工人施工与矸石胶结凝固较长的缓冲时间，待矸石与水泥浆胶结形成坚固胶结体之后与玻璃钢管混凝土墩柱共同承载。
本发明技术方案带来的有益效果
本发明为大埋深厚煤层沿空留巷提供了一种GFRP管混凝土墩柱与矸石混凝土墙巷旁支护系统及支护方法。本发明应用了GFRP管，这种玻璃钢管具有耐腐蚀性、轻质高强、安装方便、寿命长、综合造价低等优点，且玻璃钢管混凝土墩柱中的玻璃钢管可回收也易回收，是沿空留巷巷旁中心支护体的理想材料。本发明初期投入少，巷旁支护体单价低，巷旁支护体强度高、结构简单、稳定性好，沿空留巷速度快。
墩柱顶盖板与顶板之间加设的木板，可替换为编织袋等柔性材料来构筑缓冲层；GFRP管可替换为常见的无缝钢管，无缝钢管虽承载力大，但材质重、价格贵。
本发明的技术关键点是玻璃钢管混凝土墩柱与矸石混凝土墙沿空留巷巷旁支护系统及支护方法。
(1)本发明所述巷旁支护系统
在巷旁支护体中心每隔一定距离(2～3m)安设GFRP管混凝土墩柱，以此玻璃钢管墩柱为中心构建一定宽度的巷旁支护空间，支护空间内填筑矸石墙体，矸石墙体两侧喷混凝土封闭，利用注浆泵通过预置注浆管向矸石墙体注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。
(2)本发明所述巷旁支护方法
采面推过→安装GFRP管立柱→钢带连接立柱拉杆→空GFRP管立柱灌注混凝土→GFRP管混凝土墩柱→安锚杆挂钢筋网→填筑矸石墙→表面喷混凝土层→矸石墙注浆形成矸石混凝土墙→GFRP管混凝土墩柱与矸石混凝土墙支护系统→巷旁支护体。
具体实施中，GFRP管可以用CFRP管、圆形截面或方形截面钢管等替换。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，其特征在于，包括：
在沿空留巷巷旁支护体位置的中心每隔2～3m安设玻璃钢管混凝土墩柱，以此玻璃钢管墩柱为中心构建巷旁支护空间，在所述巷旁支护空间内填筑矸石墙体，所述矸石墙体的两侧喷混凝土封闭，并向矸石墙体内注入快硬水泥浆使其胶结，最终形成以GFRP管混凝土墩柱为中心骨架、矸石胶结墙体为辅助保护的巷旁支护体。
2.根据权利要求1所述的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，其特征在于，留巷时以玻璃钢管混凝土为中心，用钢带、锚杆和钢筋网构筑所述巷旁支护体空间，将采空区冒落矸石或掘进矸石填入空间内，并预先在空间内埋设注浆管，填满之后在空间靠近采空区侧和靠近煤帮侧喷混凝土，形成临时墙体，1～2天后通过注浆管向临时墙内注入快硬水泥浆，1天后水泥浆与矸石胶结凝固，最终形成矸石胶结墙体。
3.根据权利要求1或2所述的GFRP管混凝土墩柱及矸石混凝土墙沿空留巷的方法，其特征在于，所述玻璃钢管混凝土墩柱选直径300～400mm、壁厚10～15mm玻璃钢管，灌注高强度快硬混凝土制作而成，混凝土选强度等级C50～C60。
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