CN107780957B - 一种快速机械沿空留巷支架系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种快速机械沿空留巷支架系统及使用方法，包括设在端头支架后方沿空留巷巷道内的辅助支架、充填支架和拉架油缸；辅助支架为四柱支撑式支架；充填支架为U型四柱支撑式箱体支架，非对称结构，靠沿空留巷巷道一侧宽体顶梁下面为工作空间，靠近采空区一侧由超前挡矸板、前探支护顶梁和切顶顶梁组成；使用时，先进行模板支架系统的位置调整与安放，然后进入充填支架内部进行挂网挂充填袋的施工作业；再在充填袋中安装对拉锚杆进行加强支护；然后将高水材料充填进入充填袋内待其凝固，通过锚杆安装孔施加预紧力；通过分步移架，完成施工。具有充填效率高，安全性好，有效减小工人劳动强度，实现快速高强度的无煤柱煤炭开采。
Description
技术领域
本发明涉及一种沿空留巷方法，尤其是一种适用于高强开采工作面和复杂顶板条件下的沿空留巷方法。
背景技术
无煤柱开采技术能够有效提高煤炭采出率，提高开采效益，沿空留巷作为无煤柱开采的一项技术，有利于缓解工作面接替，减少煤矸石的产生，同时有效排出工作面瓦斯的涌出，广泛应用于煤炭开采工业。目前，随着采煤设备以及技术的发展，沿空留巷技术也得到了很大的发展，沿空留巷设备的设计和制造、沿空留巷工艺的优化和沿空留巷材料的使用都有了本质的提升。常规的沿空留巷技术存在劳动强度大，工作效率低，安全性差，机械化程度低的缺陷，这些不足之处将这项技术限制在一部分煤层的开采中使用，需要研发快速沿空留巷机械设备，同时合理采用沿空留巷充填材料，适应高强度一体化开采技术的实施，降低劳动强度，提高安全性。实践表明，科学的设备系统研发和优化的充填材料选取使沿空留巷的适用性得到较大的提高。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种工艺简单、施工安全的快速高效沿空留巷支架系统及使用方法。
技术方案：本发明的快速机械沿空留巷支架系统，包括设在端头支架后方沿空留巷巷道内的辅助支架、充填支架、提供动力的拉架油缸；所述辅助支架为四柱支撑式支架；所述的充填支架为U型四柱支撑式箱体支架，外形尺寸稍大于端头支架，由底座机构、顶梁机构和设在底座机构和顶梁机构之间的升降油缸组成；所述的顶梁机构由靠近采空区一侧的前探支护顶梁、切顶顶梁和靠近沿空留巷巷道一侧的宽体顶梁组成，靠近采空区一侧的顶梁较长，前端为前探支护顶梁，后端为切顶顶梁，所述前探支护顶梁的下方设有超前挡矸板，作为挡矸结构，所述超前挡矸板由挡矸油缸连接在底座机构上，工作时，超前挡矸板平行于充填支架的轴线，拉架时则由平行转为垂直，在水平方向呈扇形移动开启，所述切顶顶梁的下方连接有固定充填模板，靠近沿空留巷巷道一侧的宽体顶梁下方为充填上模板和充填下模板，充填上模板通过模板控制油缸与宽体顶梁连接，充填下模板通过模板控制油缸跟底座机构连接；所述的底座机构前端为底座耳板，底座机构上焊接固定有充填前模板，所述的拉架油缸一端铰接在辅助支架的底座后方，另一端铰接在充填支架的底座耳板上；
所述的充填支架为非对称结构，沿空留巷巷道一侧宽体顶梁下面为工作空间，靠近采空区一侧由超前挡矸板、前探支护顶梁和切顶顶梁组成，该侧充填模板为左右不移动的充填固定模板，靠近沿空留巷巷道一侧为宽体顶梁，宽体顶梁下面为工作空间，也是这一侧充填上模板和充填下模板的运动空间，充填上模板通过模板控制油缸与宽体顶梁连接，充填下模板通过模板控制油缸跟底座连接，模板控制油缸有控制充填体宽度的最大800mm的移动行程；通过工作空间入口进入工作空间，进行挂网挂袋操作；在固定充填模板、充填上模板和充填下模板的内壁铺设两面钢筋网，并在钢筋网上吊挂充填袋，在所述工作空间中通过模板锚杆安装孔安装对拉锚杆，对拉锚杆穿过充填袋后用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖。
所述的辅助支架长度为2000mm，宽度为1800mm，高度升降范围为1500～3500mm。
所述的充填支架长为2500～3000mm，宽度为1500～3000mm，高度升降范围为1500～3500mm，充填模板的最大行程为800mm。
所述位于充填模板上模板和充填下模板的材质为8～15mm厚的钢板，充填上下模板上开有尺寸为300×300mm的模板锚杆安装孔。
所述的模板控制油缸的最大移动行程为两个割煤步距800mm。
使用上述快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其包括如下步骤：
a.在所要沿空留巷巷道中，将辅助支架和充填支架布置在端头支架的后方，充填支架的充填箱体轴线与辅助支架轴线一致，两者通过拉架油缸铰接连接，并互为支点实现前行移动；辅助支架和充填支架两者协调工作，从而筑起一堵人工墙体，将现有回采巷道保存下来，继续为下一工作面服务；
b.将辅助支架升起，拉架油缸收至最短行程，将充填支架顶梁升起，调节模板控制油缸使充填模板形成预设参数的充填空间；
c.沿固定充填模板、充填上模板和充填下模板内壁铺设两面钢筋网，在钢筋网上吊挂充填袋，在工作空间中通过模板锚杆安装孔安装对拉锚杆，用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖；
d.向充填袋内注入采用高水材料，当高水材料充满充填袋，或充填体高度到达直接顶以后停止充填；
e.在采用高水材料充填过程中，端头支架推进一个步距，则拉架油缸推进一个步距，辅助支架随之前进一个步距，端头支架继续推进一个步距，拉架油缸再推进一个步距，辅助支架再前行一个步距，此时拉架油缸到达最大行程量，该最大行程为两个割煤步距，充填支架保持不动，随着工作面继续推进，端头支架与辅助支架之间形成一个步距的空顶范围；
f.调节模板控制油缸，使充填模板脱离充填体，拉架油缸开始收缩，拽充填支架前行两个步距；
g.随采煤工作面的不断推进，重复步骤a～e，直至完成整条沿空留巷的施工，实现机械化快速留巷。
所述的拉架油缸的行程等于割煤进尺的两个步距。
所述充填支架一侧的宽体顶梁下的工作空间宽度为300～1100mm，比充填模板的最大行程宽300mm。
所述的高水材料采用充填体凝固时间控制在20～40分钟以内、120分钟强度能达到2MPa以上的高水材料。
所述端头支架的推进过程中，辅助支架与充填支架迈步式前进，移架周期为两个推进进尺循环。
有益效果：本发明通过机械沿空留巷支架系统具有行走机构，挡矸机构，顶梁支护机构，充填机构的功能，能实现机械化快速留巷。拓展了沿空留巷的使用范围，是一种工艺简单、施工安全的机械化沿空留巷设备及操作方法，所采用的模板支架系统机械化程度高，可以相对独立，不受采煤的推进进尺的影响，具有充填效率高，安全性好，有效减小工人劳动强度的特点，实现了快速高强的无煤柱煤炭开采。与现有技术相比主要优点如下：
(1)能使沿空留巷应用于快速高效回采工作面，机械化程度高，劳动强度低，充填墙体一次成型，不再加固施工。其中用单侧模板可调节这一机构功能实现对充填体宽度的控制，可以根据设计参数留设不同宽度充填墙体；
(2)施工简单、充填与移架独立于工作面的推进，用工少，沿空留巷墙体整齐，施工设备简洁，操作方便，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的快速机械沿空留巷支架系统结构及施工工艺示意图。
图2是图1中快速机械沿空留巷支架系统结构左视图。
图中：1-辅助支架，2-充填支架，3-拉架油缸，4-底座耳板，5-充填前模板，6-超前挡矸板，7-升降油缸，8-前探支护顶梁，9-切顶顶梁，10-充填上模板，11-充填下模板，12-宽体顶梁，13-模板控制油缸，14-工作空间入口，15-端头支架，16-钢筋网，17-充填袋，18-工作空间，19-模板锚杆安装孔。20-对拉锚杆，21-沿空留巷巷道，22-底座机构，23-顶梁结构，24-挡矸油缸，25-固定充填模板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1和图2所示，本发明的快速机械沿空留巷支架系统，主要由设在端头支架15后方沿空留巷巷道21内的辅助支架1、充填支架2、拉架油缸3构成，所述的辅助支架1和充填支架2互为支点，相互移动，与工作面液压支架推进相对独立。辅助支架1和充填支架2通过拉架油缸3铰接连接。辅助支架1为四柱支撑式支架，宽度与工作面液压支架相一致，长度略短，液压支柱为多级油缸支柱，往复行程较大。所述的充填支架2为U型四柱支撑式箱体支架，外形尺寸稍大于端头支架15。充填支架2由底座机构22、顶梁机构23和设在底座机构22和顶梁机构23之间的升降油缸7组成；所述的顶梁机构23由靠近采空区一侧的前探支护顶梁8、切顶顶梁9和靠近沿空留巷巷道21一侧的宽体顶梁12组成，靠近采空区一侧的顶梁较长，前端为前探支护顶梁8，后端为切顶顶梁9，所述前探支护顶梁8的下方设有超前挡矸板6，作为挡矸结构，所述超前挡矸板6由挡矸油缸24连接在底座机构22上，工作时，超前挡矸板6平行于充填支架2的轴线，拉架时则由平行转为垂直，在水平方向呈扇形移动开启，所述切顶顶梁9的下方连接有固定充填模板25，靠近沿空留巷巷道21一侧的宽体顶梁12下方为充填上模板10和充填下模板11，充填上模板10通过模板控制油缸13与宽体顶梁12连接，充填下模板11通过模板控制油缸13跟底座机构22连接；所述的底座机构22前端为底座耳板4，底座机构22上焊接固定有充填前模板5，所述的拉架油缸3一端铰接在辅助支架1的底座后方，另一端铰接在充填支架2的底座耳板4上；
所述的拉架油缸3一端铰接在辅助支架1的底座后方，另一端铰接在充填支架2的底座耳板4上；所述的辅助支架1长度为2000mm，宽度为1800mm，高度升降范围为1500～3500mm。所述的充填支架2长为2500～3000mm，宽度为1500～3000mm，高度升降范围为1500～3500mm，充填模板最大行程800mm。
所述充填支架2为非对称结构，沿空留巷巷道21一侧宽体顶梁12下面为工作空间18，即为这一侧充填上模板10和充填下模板11的运动空间，通过模板控制油缸13的伸缩水平移动充填上模板10和充填下模板11，调整充填空间的宽度；靠近采空区一侧由超前挡矸板6、前探支护顶梁8和切顶顶梁9组成，这一侧充填模板为充填固定模板25，无法左右移动。在固定充填模板25、充填上模板10和充填下模板11内壁铺设两面钢筋网16，并在钢筋网16上吊挂充填袋17，在所述工作空间18中通过模板锚杆安装孔19安装对拉锚杆20，对拉锚杆20穿过充填袋17后用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖，然后进行沿空留巷工艺操作，充填，移架，完成沿空留巷工作。靠近沿空留巷巷道21一侧为宽体顶梁12，宽体顶梁12下面为工作空间18，也是这一侧充填上模板10和充填下模板11的运动空间，充填上模板10通过模板控制油缸13与宽体顶梁12连接，充填下模板11通过模板控制油缸13跟底座连接，模板控制油缸有最大800mm的移动行程，可以控制充填体的宽度。通过工作空间入口14进入工作空间18，进行挂网挂袋操作。所述位于充填模板上模板10和充填下模板11材质为8～15mm厚的钢板，其上的模板锚杆安装孔19尺寸为300×300mm。
本发明的快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，具步骤如下：
a.在所要沿空留巷巷道21中，将辅助支架1和充填支架2布置在端头支架15的后方，充填支架2的充填箱体轴线与辅助支架1轴线一致，两者通过拉架油缸3铰接连接，并互为支点实现前行移动；辅助支架1和充填支架2两者协调工作，从而筑起一堵人工墙体，将现有回采巷道保存下来，继续为下一工作面服务；
b.将辅助支架1升起，拉架油缸3收至最短行程，将充填支架2顶梁升起，调节模板控制油缸13使充填模板形成预设参数的充填空间；所述的拉架油缸3的行程等于割煤进尺的两个步距；所述充填支架2右侧的宽体顶梁12下的工作空间宽度为300～1100mm，大于充填模板最大行程300mm；
c.沿固定充填模板25、充填上模板10和充填下模板11内壁铺设两面钢筋网16，在钢筋网16上吊挂充填袋17，在工作空间18中通过模板锚杆安装孔19安装对拉锚杆20，用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖；
d.向充填袋17内注入高水材料，当高水材料充满充填袋17，或充填体高度到达直接顶以后停止充填；所述高水材料采用充填体凝固的时间控制在20～40分钟以内、120分钟时强度达到2MPa以上规格的高水材料；
e.在采用高水材料充填过程中，端头支架15推进一个步距，则拉架油缸3推进一个步距，使辅助支架1前进一个步距，端头支架15继续推进一个步距，拉架油缸3再推进一个步距，使辅助支架1再前行一个步距，此时拉架油缸3已经到达最大行程量，充填支架2不动，随着工作面继续推进，端头支架15与辅助支架1之间形成一个步距的空顶范围；调节模板控制油缸13，使充填模板脱离充填体，拉架油缸3开始收缩，将充填支架2前行两个步距；在推进过程中，辅助支架1与充填支架2迈步式前进，移架周期为两个推进进尺循环；
f.随采煤工作面的推进，重复步骤a～e，直至完成整条沿空留巷的施工。
Claims (10)
1.一种快速机械沿空留巷支架系统，其特征在于：它包括设在端头支架（15）后方沿空留巷巷道（21）内的辅助支架（1）、充填支架（2）和提供动力的拉架油缸（3）；所述辅助支架（1）为四柱支撑式支架；所述的充填支架（2）为U型四柱支撑式箱体支架，外形尺寸稍大于端头支架（15），充填支架（2）由底座机构（22）、顶梁机构（23）和设在底座机构（22）和顶梁机构（23）之间的升降油缸（7）组成；所述的顶梁机构（23）由靠近采空区一侧的前探支护顶梁（8）、切顶顶梁（9）和靠近沿空留巷巷道（21）一侧的宽体顶梁（12）组成，靠近采空区一侧的顶梁较长，前端为前探支护顶梁（8），后端为切顶顶梁（9），所述前探支护顶梁（8）的下方设有超前挡矸板（6），作为挡矸结构，所述超前挡矸板（6）由挡矸油缸（24）连接在底座机构（22）上，工作时，超前挡矸板（6）平行于充填支架（2）的轴线，拉架时则由平行转为垂直，在水平方向呈扇形移动开启，所述切顶顶梁（9）的下方连接有固定充填模板（25），靠近沿空留巷巷道（21）一侧的宽体顶梁（12）下方为充填上模板（10）和充填下模板（11），充填上模板（10）通过模板控制油缸（13）与宽体顶梁（12）连接，充填下模板（11）通过模板控制油缸（13）跟底座机构（22）连接；所述的底座机构（22）前端为底座耳板（4），底座机构（22）上焊接固定有充填前模板（5），所述的拉架油缸（3）一端铰接在辅助支架（1）的底座后方，另一端铰接在充填支架（2）的底座耳板（4）上；
所述的充填支架（2）为非对称结构，靠近采空区一侧由超前挡矸板（6）、前探支护顶梁（8）和切顶顶梁（9）组成，该侧充填模板为左右不移动的固定充填模板（25），靠近沿空留巷巷道（21）一侧为宽体顶梁（12），宽体顶梁（12）下面为工作空间（18），也是这一侧充填上模板（10）和充填下模板（11）的运动空间，充填上模板（10）通过模板控制油缸（13）与宽体顶梁（12）连接，充填下模板（11）通过模板控制油缸（13）跟底座连接，模板控制油缸有控制充填体宽度的最大800mm的移动行程；通过工作空间入口（14）进入工作空间（18），进行挂网挂袋操作；在固定充填模板（25）、充填上模板（10）和充填下模板（11）的内壁铺设两面钢筋网（16），并在钢筋网（16）上吊挂充填袋（17），在所述工作空间（18）中通过模板锚杆安装孔（19）安装对拉锚杆（20），对拉锚杆（20）穿过充填袋（17）后用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖。
2.根据权利要求1所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的，其特征在于：所述的辅助支架（1）长度为2000mm，宽度为1800mm，高度升降范围为1500~3500mm。
3.根据权利要求1所述的一种快速机械沿空留巷支架系统，其特征在于：所述的充填支架（2）长为2500~3000mm，宽度为1500~3000mm，高度升降范围为1500~3500mm，固定充填模板（25）的最大行程为800mm。
4.根据权利要求1所述的一种快速机械沿空留巷支架系统，其特征在于：充填上模板（10）和充填下模板（11）之间设有8~15mm厚的钢板，充填上下模板上开有尺寸为300×300mm的模板锚杆安装孔（19）。
5.根据权利要求1所述的一种快速机械沿空留巷支架系统，其特征在于：所述的模板控制油缸（13）的最大移动行程为两个割煤步距800mm。
6.使用权利要求1所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
a．在所要沿空留巷巷道（21）中，将辅助支架（1）和充填支架（2）布置在端头支架（15）的后方，充填支架（2）的充填箱体轴线与辅助支架（1）轴线一致，两者通过拉架油缸（3）铰接连接，并互为支点实现前行移动；辅助支架（1）和充填支架（2）两者协调工作，从而筑起一堵人工墙体，将现有回采巷道保存下来，继续为下一工作面服务；
b．将辅助支架（1）升起，拉架油缸（3）收至最短行程，将充填支架（2）顶梁升起，调节模板控制油缸（13）使充填模板形成预设参数的充填空间；
c．固定充填模板（25）、充填上模板（10）和充填下模板（11）内壁铺设两面钢筋网（16），在钢筋网（16）上吊挂充填袋（17），在工作空间（18）中通过模板锚杆安装孔（19）安装对拉锚杆（20），用铁丝扎紧充填袋上锚杆孔套袖；
d．向充填袋（17）内注入高水材料，当高水材料充满充填袋（17），或充填体高度到达直接顶以后停止充填；
e．在采用高水材料充填过程中，端头支架（15）推进一个步距，则拉架油缸（3）推进一个步距，辅助支架（1）随之前进一个步距，端头支架（15）继续推进一个步距，拉架油缸（3）再推进一个步距，辅助支架（1）再前行一个步距，此时拉架油缸（3）到达最大行程量，该最大行程为两个割煤步距，充填支架（2）保持不动，随着工作面继续推进，端头支架（15）与辅助支架（1）之间形成一个步距的空顶范围；
f．调节模板控制油缸（13），使固定充填模板（25）脱离充填体，拉架油缸（3）开始收缩，拽充填支架（2）前行两个步距；
g．随采煤工作面的不断推进，重复步骤a~e，直至完成整条沿空留巷的施工，实现机械化快速留巷。
7.根据权利要求6所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其特征在于：所述的拉架油缸（3）的行程等于割煤进尺的两个步距。
8.根据权利要求6所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其特征在于：所述充填支架（2）一侧的宽体顶梁（12）下的工作空间宽度为300~1100mm，比固定充填模板（25）的最大行程宽300mm。
9.根据权利要求6所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其特征在于：所述的高水材料采用充填体凝固时间控制在20~40分钟以内、120分钟强度能达到2MPa以上的高水材料。
10.根据权利要求6所述的一种快速机械沿空留巷支架系统的使用方法，其特征在于：所述端头支架（15）的推进过程中，辅助支架（1）与充填支架（2）迈步式前进，移架周期为两个推进进尺循环。
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