CN105673039B - 一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构及其施工方法，涉及沿空留巷巷旁支护结构技术领域，包括柔强承载施工结构，增压泵和气体增压房，柔强承载施工结构包括橡胶气囊，膏体混凝土，木点柱，单体支柱，充填模板，铰接顶梁，预留杆体，充填前挡板和顶板锚杆，橡胶气囊连接有增压泵，增压泵连接有气体增压房，充填模板和充填前挡板形成的充填区域充填有膏体混凝土；本发明对沿空留巷充填体的构造形式进行优化，上层气囊能够给顶板施加主动支护，减小顶板离层，降低冲击动载对巷旁支护体的作用，并且能够在保持甚至提高支护强度的情况下适应顶板运动给予的给定变形；下层充填体为基本顶稳定时提供支撑力，保证巷旁支撑结构的完整。
Description
技术领域
本发明涉及沿空留巷巷旁支护结构技术领域，具体涉及一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构及其施工方法。
背景技术
沿空留巷作为一种无煤柱护巷技术，由于其能够缓解采掘接替紧张，实现“Y”型通风等优点，符合我国煤炭工业的发展要求，是我国煤炭开采的重要方向，受到了广泛关注。
沿空留巷巷旁承载结构是保障留巷成功的关键。通过对沿空留巷顶板运动过程进行大量研究，发现巷旁承载结构不仅要承受基本顶下沉带来的“给定变形”，还要承受“大结构”下方岩体的重量，这又要求承载结构具有一定的抗压强度，因此巷旁承载结构需要在承受一定给定变形条件下仍能保持一定的承载性能，尤其是深部大采高沿空留巷，需要更大的可缩量和支护阻力。
巷旁支护形式有木垛、密集支柱、矸石带、混凝土砌块等，这些支护形式难以满足基本顶运动时的给定变形和后期保持较强承载性能的要求，并且难以对顶板进行主动支护。近年来研发的高水速凝材料具有支护阻力大和一定的可缩量的特点，但是存在增阻慢等问题，并且在自流平时不能很好接顶，存在一定空间，容易使得基本顶旋转下沉过程中产生冲击载荷，加大充填体受力；使用不等强支护时，虽然满足了可缩性要求，但是无法对顶板进行主动支护，并且工序较多，不利于施工。因此，选择一种既能满足给定变形和抗压强度的要求，又能保证充填体与顶板能够很好接顶并提供主动支护的巷旁承载结构是沿空留巷成功与否的关键。
通过专利检索，存在以下已知的技术方案：
专利1：
申请号：201310741812.7，申请日：2013.12.28，授权公告日：实审中，本发明公开了一种煤矿沿空留巷巷旁支护方法,包括以下步骤：首先沿空留巷巷旁采用密集单体液压支柱支护；待采空区切顶直接顶垮落后，在原有锚杆支护的基础上，沿空留巷顶板开始打锚索支护，留巷采用倾向双排锚索支护，锚索间距为2m，排距为2.2m，且靠近煤帮一侧锚索应沿着一定的倾斜角度安装，靠近采空区一侧锚索垂直顶板直接安装；锚索打完达到设计预应力后，在密集单体液压支柱里侧再打一排单体液压支柱，柱距1.2－1.5m；将密集单体液压支柱从后往前陆续回出，补打的单体液压支柱与安装的锚索组成巷旁辅助支护体系。本发明提供解决煤矿沿空留巷支护困难的一种方法。
专利2：
申请号：201310080715.8，申请日：2013.03.14，授权公告日：2013.06.19，本发明公开的一种主动支撑巷旁充填沿空留巷方法，首先根据围岩条件超前工作面对保留巷道进行巷内支护与加强支护，在工作面后方，沿采空区的边缘采用木垛、矸石或预制砌块等构筑巷旁充填墙，在充填墙上铺设高强密封充填袋，通过注浆泵向充填袋内注充添加速凝早强剂的水泥凝浆液或高膨胀材料，工作面后部顶板活动稳定后拆除加强支护，使高强密封充填袋与顶板紧密接触，形成对顶板施加主动支撑力。通过提供巷旁充填墙初撑力，增强巷旁充填体的切顶能力，并减小留巷顶板的初始下沉量，提高顶板的稳定性，提高沿空留巷质量，减小保留巷道的返修率。其方法简单，操作方便，效果好。
专利3：
申请号：201310567007.7，申请日：2013.11.14，授权公告日：2015.08.26，本发明公开了一种沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法，所述的柔强双层复合支护由上下两层充填体组合而成，上层充填体采用柔性材料，下层充填体采用高强材料，下层高强材料适宜性评价方法是以巷道允许变形量为依据，结合充填体压缩量与矸石压缩量协调变形来确定采空区矸石压缩系数，以高强充填材料与采空区矸石压缩性能确定充填体承载力，进而获得高强充填材料所需抗压强度，用预选的高强材料实际抗压强度与获得的高强充填材料所需抗压强度进行比较，从而对预选的高强材料适宜性进行评价。本发明评价方法充分考虑高强充填材料与采空区矸石承载性能，克服了以往忽略采空区矸石压缩量对其承载能力影响的不足。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供了一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构及其施工方法，以克服现有的巷旁支护结构不能在满足给定变形和抗压强度要求的同时，保证充填体与顶板能够很好接顶并提供主动支护的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构，包括柔强承载施工结构(1)，增压泵(9)和气体增压房，所述柔强承载施工结构(1)包括橡胶气囊(101)，膏体混凝土(102)，木点柱(103)，单体支柱(104)，充填模板(105)，铰接顶梁(106)，预留杆体(107)，充填前挡板(108)和顶板锚杆(109)，回采工作面(3)前方待填充区域设有顶板锚杆(109)，所述回采工作面(3)后方充填区域靠近留巷(2)侧和靠近采空区(5)处各设有一个充填模板(105)，回采工作面(3)后方充填区域设有铰接顶梁(106)，所述铰接顶梁(106)上设有单体支柱(104)，所述铰接顶梁(106)连接有顶板，所述回采工作面(3)后方充填区域靠近采空区(5)侧的充填模板(105)连接有木点柱(103)，所述回采工作面(3)后方充填区域靠近留巷(2)侧的充填模板(105)与最外侧一组单体支柱(104)连接，所述两个充填模板(105)连接有预留杆体(107)和充填前挡板(108)，所述充填模板(105)和充填前挡板(108)上方设有橡胶气囊(101)，所述橡胶气囊(101)连接有增压泵(9)，所述增压泵(9)连接有气体增压房，所述充填模板(105)和充填前挡板(108)间充填有膏体混凝土(102)。
进一步的，所述铰接顶梁(106)上设有至少四个单体支柱(104)。
进一步的，回采工作面(3)后方充填区域设有至少四列铰接顶梁(106)和单体支柱(104)。
进一步的，回采工作面(3)前方待充填区域密布设有顶板锚杆(109)。
进一步的，所述橡胶气囊(101)的宽为充填体宽度。
进一步的，所述橡胶气囊(101)并排放置并且用防静电高强塑料膜包裹，仅露出朝向留巷(2)的充气口。
进一步的，所述充填前挡板(108)的长为充填体宽度。
进一步的，一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，包括以下步骤：
1)在地面副井附近设置气体增压房，内设增压泵和高压气体储气罐，并在待留巷道设增压泵(9)；
2)预制充填模板(105)，在充填模板(105)上开孔，预制充填前挡板(108)，放置于工作面后方的待充填区域；
3)超前工作面5～10m进行撕帮，撕帮宽度为2.8～3.2m，对超前撕帮区域打顶板锚杆(109)；
4)在回采工作面(3)后方充填区域架设至少四列铰接顶梁(106)和单体支柱(104)，在回采工作面(3)后方充填区域靠近采空区(5)侧，架设木点柱(103)，铰接顶梁(106)配合单体支柱(104)及木点柱(103)进行密集支护，保证留巷(2)空间得以保留；
5)回撤中间三列单体支柱(104)和铰接顶梁(106)，在充填区域清理浮煤和浮矸，为防止充填材料外泄，底部铺上塑料膜或胶织袋；架设两侧充填模板(105)，靠进采空区(5)侧充填模板(105)较高并钉在木点柱(103)上，靠近留巷(2)侧充填模板(105)紧靠在最外侧一列单体支柱(104)上；将预留杆体(107)放置在两个充填模板(105)上的预留孔中，充填前挡板(108)钉在两充填模板(105)上，在预留杆体(107)的两端加托盘和螺母并拧紧；
6)从充填模板(105)上部向充填模板(105)和充填前挡板(108)围成的充填区域充填，当浆液高度到充填模板(105)高度时停止充填，待浆液凝固后在墙体上方空间紧密放置用防静电高强塑料膜包裹的橡胶气囊(101)，并进行充气，接顶之后继续充气，直到压力达到膏体混凝土(102)强度时停止，随着下方墙体强度的增加，不断充气保证橡胶气囊(101)压力和充填墙体(110)强度相等；
7)将留巷(2)侧预留杆体(107)上的螺母和托盘解除，拆除充填模板(105)，重新在预留杆体(107)上安装螺母和托盘并拧紧，以实现对下部充填墙体进行加固；拆除留巷(2)侧的单体支柱(104)和铰接顶梁(106)并对巷旁柔强承载结构(10)进行均匀喷浆以隔绝采空区(5)；
随着工作面的推进，重复步骤3)至步骤7)直到完成整个留巷(2)柔强承载结构(10)的构筑。
(三)有益效果
本发明提供了一种沿空留巷巷旁柔强承载结构及其施工方法，对沿空留巷充填体的构造形式进行优化，将墙体分成上部柔性支护的橡胶气囊和下部抗压强度较高的膏体混凝土材料。上层气囊能够给顶板施加主动支护，减小顶板离层和使得充填结构很好接顶，降低冲击动载对下部充填墙体的冲击；顶板旋转下沉带来的作用力经过橡胶气囊能够均匀作用于下层充填墙体，避免了充填墙体受偏载而导致的下层充填墙体失稳，保证充填墙体具有较高强度；下层充填墙体为基本顶稳定时提供支撑力，保证巷旁支撑结构的完整；木点柱和靠近采空区侧的充填模板能够对顶板施加一个支护阻力，并且采空区侧的充填模板和包裹橡胶气囊的防静电高强塑料膜可以起到隔绝采空区空气的作用；充填墙体中的预留杆体通过托盘和螺母对墙体施加围压，提高了其抗压强度。
附图说明
图1为本发明平面布置的结构示意图；
图2为本发明平面布置中柔强承载施工结构的结构示意图；
图3为本发明充填时的结构示意图；
图4为本发明充填时柔强承载施工结构的示意图；
图5为本发明橡胶气囊充气时的结构示意图；
图6为本发明橡胶气囊充气时柔强承载施工结构的结构示意图；
图7为本发明柔强承载结构的结构示意图。
图中：
1、柔强承载施工结构；101、橡胶气囊；102、膏体混凝土；103、木点柱；104、单体支柱；105、充填模板；106、铰接顶梁；107、预留杆体；108、充填前挡板；109、顶板锚杆；110、充填墙体；2、留巷；3、回采工作面；4、待采煤体；5、采空区；6、下一回采工作面；7、直接顶；8、基本顶；9、增压泵；10、柔强承载结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明与回采工作面3、待采煤体4、采空区5、下一回采工作面6、直接顶7和基本顶8的平面位置关系。
如图1～图7所示，其结构关系为：包括柔强承载施工结构1，增压泵9和气体增压房，所述柔强承载施工结构1包括橡胶气囊101，膏体混凝土102，木点柱103，单体支柱104，充填模板105，铰接顶梁106，预留杆体107，充填前挡板108和顶板锚杆109，回采工作面3前方待填充区域设有顶板锚杆109，所述回采工作面3后方充填区域靠近留巷2侧和靠近采空区5处各设有一个充填模板105，回采工作面3后方充填区域设有铰接顶梁106，所述铰接顶梁106上设有单体支柱104，所述铰接顶梁106连接有顶板，所述回采工作面3后方充填区域靠近采空区5侧的充填模板105连接有木点柱103，所述回采工作面3后方充填区域靠近留巷2侧的充填模板105与最外侧一组单体支柱104连接，所述两个充填模板105连接有预留杆体107和充填前挡板108，所述充填模板105和充填前挡板108上方设有橡胶气囊101，所述橡胶气囊101连接有增压泵9，所述增压泵9连接有气体增压房，所述充填模板105和充填前挡板108间充填有膏体混凝土102。
优选的，所述铰接顶梁106上设有至少四个单体支柱104。
优选的，回采工作面3后方充填区域设有至少四列铰接顶梁106和单体支柱104。
优选的，回采工作面3前方待充填区域密布设有顶板锚杆109。
优选的，所述橡胶气囊101的宽为充填体宽度。
优选的，所述橡胶气囊101并排放置并且用防静电高强塑料膜包裹，仅露出朝向留巷2的充气口。
优选的，所述充填前挡板108的长为充填体宽度。
具体使用时，在地面副井附近设置气体增压房，内设外置增压泵和装有0.8～1MPa高压气体的储气罐，并在待留巷道2设增压泵9；
预制长为3m，宽25mm，高为留巷高度和高为留巷高度减200mm的两种长方体充填模板105，在两种尺寸充填模板105的对称位置进行开孔，孔的分布尺寸为700×700mm，孔径为Ф25mm，预制长为充填体宽度，高为充填高度减去200mm，宽为25mm的长方体木板作为充填前挡板108，放置于工作面后方的待充填区域；
超前工作面5～10m进行撕帮，撕帮宽度为2.8～3.2m，对超前撕帮区域打顶板锚杆109；
在回采工作面3后方充填区域架设至少四列铰接顶梁106和单体支柱104，在回采工作面3后方充填区域靠近采空区5侧，架设木点柱103。铰接顶梁106配合单体支柱104及木点柱103进行密集支护，保证留巷2空间得以保留；
回撤中间三列单体支柱(104)和铰接顶梁(106)，在充填区域清理浮煤和浮矸，为防止充填材料外泄，底部铺上塑料膜或胶织袋，架设两侧充填模板105，靠近采空区5侧充填模板105的高度较高并钉在木点柱103上，靠近留巷2侧充填模板105紧靠在最外侧一列单体支柱104上；将预留杆体107放置在两个充填模板105上的预留孔中，两侧露出自由端长为200mm，将充填前挡板108钉在两充填模板105上，在预留杆体107的两端加托盘和螺母并拧紧；
从充填模板105上部向充填模板105和充填前挡板108围成的充填区域充填，当浆液高度到充填模板105高度时停止充填，待浆液凝固后在墙体上方空间紧密放置用防静电高强塑料膜包裹的橡胶气囊101，单个橡胶气囊101长1000mm，宽为留巷长度，最大高度300mm，同时对橡胶气囊101进行充气，接顶之后继续充气，直到压力达到膏体混凝土102强度时停止，随着下方墙体强度的增加，不断充气保证橡胶气囊101压力和充填墙体110强度相等；
将留巷2侧预留杆体107上的螺母和托盘解除，拆除充填前挡板108和留巷2侧的充填模板105，重新在预留杆体107上安装螺母和托盘并拧紧，以实现对下部充填墙体的加固，拆除留巷2侧的单体支柱104和铰接顶梁106并对巷旁柔强承载结构10进行均匀喷浆以隔绝采空区5；
随着工作面的推进，重复步骤3至步骤7直到完成整个留巷2充填墙体110的构筑。
如图7所示，最终形成由橡胶气囊101，木点柱103，充填模板105，在预留杆体107两端安装螺母和托盘形成的锚杆和充填墙体110组成的柔强承载结构10。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：对沿空留巷充填体的构造形式进行优化，将墙体分成上部柔性支护的橡胶气囊和下部抗压强度较高的膏体混凝土材料。上层气囊能够给顶板施加主动支护，减小顶板离层和使得充填结构很好接顶，降低冲击动载对下部充填墙体的冲击；顶板旋转下沉带来的作用力经过橡胶气囊能够均匀作用于下层充填墙体，避免了充填墙体受偏载而导致的下层充填墙体失稳，保证充填墙体具有较高强度；下层充填墙体为基本顶稳定时提供支撑力，保证巷旁支撑结构的完整；木点柱和靠近采空区侧的充填模板能够对顶板施加一个支护阻力，并且采空区侧的充填模板和包裹橡胶气囊的防静电高强塑料膜可以起到隔绝采空区空气的作用；充填墙体中的预留杆体通过托盘和螺母对墙体施加围压，提高了其抗压强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，该沿空留巷巷旁柔强承载施工结构包括柔强承载施工结构（1），增压泵（9）和气体增压房，所述柔强承载施工结构（1）包括橡胶气囊（101），膏体混凝土（102），木点柱（103），单体支柱（104），充填模板（105），铰接顶梁（106），预留杆体（107），充填前挡板（108）和顶板锚杆（109），回采工作面（3）前方待填充区域设有顶板锚杆（109），所述回采工作面（3）后方充填区域靠近留巷（2）侧和靠近采空区（5）处各设有一个充填模板（105），回采工作面（3）后方充填区域设有铰接顶梁（106），所述铰接顶梁（106）上设有单体支柱（104），所述铰接顶梁（106）连接有顶板，所述回采工作面（3）后方充填区域靠近采空区（5）侧的充填模板（105）连接有木点柱（103），所述回采工作面（3）后方充填区域靠近留巷（2）侧的充填模板（105）与最外侧一组单体支柱（104）连接，所述充填模板（105）连接有预留杆体（107）和充填前挡板（108），所述充填模板（105）和充填前挡板（108）上方设有橡胶气囊（101），所述橡胶气囊（101）连接有增压泵（9），所述增压泵（9）连接有气体增压房，所述充填模板（105）和充填前挡板（108）间充填有膏体混凝土（102）；
其特征在于，巷旁柔强承载施工结构的施工方法包括以下步骤：
1) 在地面副井附近设置气体增压房，内设增压泵和高压气体储气罐，并在待留巷道设增压泵（9）；
2) 预制充填模板（105），在充填模板（105）上开孔，预制充填前挡板（108），放置于工作面后方的待充填区域；
3) 超前工作面5~10m进行撕帮，撕帮宽度为2.8~3.2m，对超前撕帮区域打顶板锚杆（109）；
4) 在回采工作面（3）后方充填区域架设至少四列铰接顶梁（106）和单体支柱（104），在回采工作面（3）后方充填区域靠近采空区（5）侧，架设木点柱（103），铰接顶梁（106）配合单体支柱（104）及木点柱（103）进行密集支护，保证留巷（2）空间得以保留；
5) 回撤中间三列单体支柱（104）和铰接顶梁（106），在充填区域清理浮煤和浮矸，为防止充填材料外泄，底部铺上塑料膜或胶织袋；架设两侧充填模板（105），靠进采空区（5）侧充填模板（105）较高并钉在木点柱（103）上，靠近留巷（2）侧充填模板（105）紧靠在最外侧一列单体支柱（104）上；将预留杆体（107）放置在两个充填模板（105）上的预留孔中，充填前挡板（108）钉在两充填模板（105）上，在预留杆体（107）的两端加托盘和螺母并拧紧；
6) 从充填模板（105）上部向充填模板（105）和充填前挡板（108）围成的充填区域充填，当浆液高度到充填模板（105）高度时停止充填，待浆液凝固后在墙体上方空间紧密放置用防静电高强塑料膜包裹的橡胶气囊（101），并进行充气，接顶之后继续充气，直到压力达到膏体混凝土（102）强度时停止，随着下方墙体强度的增加，不断充气保证橡胶气囊（101）压力和充填墙体（110）强度相等；
7) 将留巷（2）侧预留杆体（107）上的螺母和托盘解除，拆除充填模板（105），重新在预留杆体（107）上安装螺母和托盘并拧紧，以实现对下部充填墙体进行加固；拆除留巷（2）侧的单体支柱（104）和铰接顶梁（106）并对巷旁柔强承载结构（10）进行均匀喷浆以隔绝采空区（5）；
8) 随着工作面的推进，重复步骤3）至步骤7）直到完成整个留巷（2）柔强承载结构（10）的构筑。
2.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：所述铰接顶梁（106）上设有至少四个单体支柱（104）。
3.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：回采工作面（3）后方充填区域设有至少四列铰接顶梁（106）和单体支柱（104）。
4.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：回采工作面（3）前方待充填区域密布设有顶板锚杆（109）。
5.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：所述橡胶气囊（101）的宽为充填体宽度。
6.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：所述橡胶气囊（101）并排放置并且用防静电高强塑料膜包裹，仅露出朝向留巷（2）的充气口。
7.根据权利要求1所述的一种沿空留巷巷旁柔强承载施工结构的施工方法，其特征在于：所述充填前挡板（108）的长为充填体宽度。
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